混凝土课程设计单厂房设计
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某单层工业厂房设计一、设计资料某机械加工车间为单层单跨等高厂房，跨度为30m，柱距6m，车间总长60m，无天窗。
设有两台10t相同的软钩吊车，吊车工作级别为A5级，轨顶标高+11.4m。
采用钢屋盖、预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土吊车梁和柱下独立基础。
屋面不上人。
室外高差为0.15m，基础顶面离室外地平为1.0m。
纵向围护墙为支承在基础梁上的自承重空心砖砌体墙，厚240mm，双面采用20mm厚水泥砂浆粉刷，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽为3.6m，上、下窗高为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45kN/m2，排架柱外侧伸出拉结筋与其相连。
基本风压值W0=0.3kN/m2，地面粗糙类别为B类；基本雪压为0.2 kN/m2，雪荷载的准永久值系数ψq=0.5；地基承载力特征值为200kN/m2。
不考虑抗震设防。
二、构件选型（一）钢屋盖采用如图1所示的30m钢桁架，桁架端部高为1.5m，中央高度为3.0m，屋面坡度为1/10。
刚檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。
图1 30m钢桁架（二）预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接采用标准图G323（二），中间跨DL—9Z，边跨DL—9B，梁高hb=1.2m。
轨道连接采用标准图集G325（二）。
查标准图集《04G323-2钢筋混凝土吊车梁（工作级别A4、A5）》，预制钢筋混凝土吊车梁截面及尺寸如图2所示。
图2 预制钢筋混凝土吊车梁截面查标准图集《04G325吊车轨道联结及车档》，轨道连接剖面图如图3所示。
图3 轨道连接剖面图（三）预制钢筋混凝土柱预制钢筋混凝土柱示意图如图4所示。
图4预制钢筋混凝土柱取轨道顶面至吊车梁顶面距离h a=0.2m，故牛腿顶面标高=轨顶标高-吊车梁高度 -轨顶至吊车梁顶高度。
由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.19m，考虑到屋架下弦及支撑可能产生的下垂挠度，以及厂房地基可能产生不均匀沉降时对吊车正常运行的影响，屋架下弦至吊车顶部所需空隙高度最小尺寸为220mm，故柱顶标高 轨顶标高 吊车轨至吊车顶部高 屋架下弦至吊车顶高 。
基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室地坪的高度=基础顶面至室外地坪距离+室外高差 ，故从基础顶面算起的柱高 基础顶面至室地坪高度 柱顶标高。
上部柱高 柱顶标高 轨顶标高 轨道构造高度 吊车梁支撑处的吊车梁高 。
下部柱高 从基础顶面算起的柱高 上部柱高 。
参考《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》表 ，选择柱截面形式： 上部柱采用矩形截面b×h=400mm×400mm；下部柱采用I形截面b f×h×b×h f=400mm×900mm×100mm×150mm。
（四）柱下独立基础采用锥形杯口基础三、计算单元及计算简图（一）定位轴线厂房跨度 与吊车跨度 的关系： ， B1+B2+B3。
B1：由《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》附表 可查得轨道中心线至吊车端部的距离B1B 2 ：吊车桥架至上柱边缘的距离，因吊车起重重量小于50t，取B2≥80mm，故取B2=80mm；B 3 ：封闭的纵向定位轴线至上柱边缘的距离，B3=400mm。
B 1+B2+B3＜ ，可以。
取 。
故取封闭的定位轴线 、 都分别与左、右外纵墙皮重合。
（二）计算单元由于该机械加工车间厂房在工艺上没有特殊要求，结构布置均匀除吊车荷载外，荷载在纵向的分布是均匀的，故可取一榀横向排架为计算单元，计算单元的宽度为纵向相邻柱间距中心线之间的距离，即B=6.0m,如图5所示。
图5 计算单元（三）计算简图排架的计算简图如图6所示。
排架柱截面尺寸如图7所示。
图6 计算简图图7 排架柱的截面尺寸排架柱截面特性：4833103.211240040012mm bh I u ⨯=⨯==；482331038.19532522550253002121255030012900400mm I l ⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯=109.038.1953.21===l u I I n ，552.04.96181.3H ===H u λ。
四、荷载计算（一）屋盖荷载1.屋盖恒荷载近似取屋盖恒荷载标准值为2m /25.146.012.0311.012.0kN =⨯÷+⨯+，故由屋盖传给排架柱的集重荷荷载设计值F 1=γG ×g 恒荷载标准值×柱距×（厂房跨度/2）=1.2×1.2×6×15=129.6 kN，作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。
2.屋面活荷载《荷载规》规定，屋面均布活荷载标准值为0.5 kN/ m2，比屋面雪荷载标准值0.2 kN/ m2大，故仅按屋面均布活荷载计算。
故由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值F6=γG×g活荷载标准值×柱距×（厂房跨度/2）=1.4×0.5×6×15=63kN，作用于上部柱中心线外侧e0=h上/2-150=50mm处。
（二）柱和吊车梁等恒荷载上部柱自重标准值为2m/42514.04.0kN=⨯⨯⨯，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值F2=γG×g上部柱自重标准值×上部柱高 =1.2×4×3.81=18.29 kN。
作用于牛腿顶截面上部柱中心线处。
下部柱自重标准值为4.69 kN/ m2，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值F3=γG×g下部柱自重标准值×下部柱高 =1.2×4.69×11.15=62.75 kN。
作用于基础顶截面下部柱中心线处。
吊车梁自重标准值为39.5 kN/根，轨道连接自重标准值为0.80 kN/ m2，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接的恒荷载设计值F4=γG×（g吊车梁自重标准值+6×g轨道连接自重标准值）=1.2×(39.5+6×0.8)=53.16 kN。
作用于牛腿顶截面下部柱中心线外侧e4=e-h下/2=750-900/2=300mm处。
上、下柱中心线距离为e=400-150=250mm。
F1、F2、F3、F4和F6的作用位置如图8所示。
图8 恒荷载的作用位置（三）吊车荷载吊车跨度Lk=厂房跨度L-2e=30-2×0.75=28.5m。
查《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》附录 ，得吊车轮压和基本尺寸：起重量 ，Lk =28.5m时的吊车最大轮压标准值Pmax,k=140kN、最小轮压标准值Pmin,k =66kN、小车自重标准值G2,k=38kN、与吊车额定其中量相对应的重力标准值G3,k=100kN，吊车宽度B和轮距K：B=6.4m，K=5.25m。
1.吊车竖向荷载设计值Dmax 、Dmin相邻吊车轮距=B-K=6.4-5.25=1.15m。
吊车梁支座反力影响线如图9所示。
图9 吊车梁支座反力影响线查《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》表12-1多台吊车的荷载折减系数β=0.9，由吊车梁支座反力影响线可知：D max,k=βP max,k∑y i=0.9×140×(0.904+0.904+0.03+0.03)=235.37kND max=γQ D max,k=1.4×235.37=329.52kND min= D max×(P min,k/P max,k)=329.52×66/140)=155.35kN2.吊车横向水平荷载设计值T max因吊车额定起重量Q 10t，故取吊车横向水平荷载系数α=0.12。
T k= α(G2,k+G3,k)/4=0.12×(38+100)/4=4.14kNT max= D max×(T k /P max,k)=329.52×(4.14/140)=9.74kN（四）风荷载1.作用在柱顶处的集中风荷载设计值W——这时风荷载的高度变化系数μZ按檐口离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13.81+屋架端部高度1.5=15.46m来计算。
查《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》表10-4风压高度变化系数：离地面15m时，μZ=1.14；离地面20m时，μZ=1.25，用插入法，知μZ=1.14+(1.25-1.14)/(20-15)×(15.46-15)=1.15。
由图1知，h1= h2=1.5m，查《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》表10-5风荷载体形系数，该厂房的风荷载体形系数如图10所示。
W——k h1 h2 μZ B= 1.15 kNW —— γQ W ——k kN图10 风荷载体形系数2.沿排架柱高度作用的均布风荷载设、计值q 1 、q 2这时风荷载的高度变化系数μZ 按柱顶离室外地坪的高度0.15+柱顶标高13.81=13.96m 来计算。
μZ =1+(1.14-1.0)/(15-10)×(13.96-10)=1.11。
q 1=γQ μs μZ W 0B=1.4×0.8×1.11×0.3×6=2.24kN/m （压力）q 2=γQ μs μZ W 0B=1.4×0.5×1.11×0.3×6=1.40kN/m （吸力）五、力分析力分析时所取得荷载值都是设计值，故得到的力值都是力设计值。
（一）屋盖荷载作用下的力分析1.屋盖集中恒荷载F 1作用下的力分析M 1= F 1×e 0=129.6×0.05=6.48kN•m 。
由图7排架柱的截面尺寸知n=I u /I l =21.3/195.38=0.109，λ=H u /H=3.81/14.96= 0.255，查《混凝土结构与砌体结构设计（中册）》附图9-2柱顶力矩作用下系数C 1的数值，得C 1=2.13。
按公式计算：C 1=1.5×)11(1)11(132-+--n n λλ=1.5×)1109.01(552.01)109.011(552.0132-+--=2.02 可见与查附图9-2所得接近，取C 1=2.02。
R=(M 1/H)×C 1=(6.48/14.96)×2.02=0.88 kN2.屋盖集中活荷载F 6作用下的力分析M 6= F 6×e 0=63×0.05=3.15kN•mR=(M6/H)×C1=(3.15/14.96)×2.02=0.43 kN在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴向力图和柱底剪力图，分别如图11（a）和（b）所示。
