1.设计资料

某金工车间坐落在杭州郊区，生产轻工业专用机械设备，根据工艺要求，车间建筑方案如下：车间平面尺寸24m×72m，厂房为单层单跨，跨度为24m，柱距为6m。设20/5t桥式吊车两台，A5级工作制，轨顶标高9.0m。采用侧窗采光，无通风要求，不设气楼。采用卷材防水屋面，外排水方案，每隔4个柱距设一落水管。采用240mm厚6m KPI型多孔砖墙作围护结构，外粉刷厚20mm，内墙大白浆喷白。两端山墙各设3.6m宽大门一道。

根据勘探资料，表层为0.6m杂填土，其下为3m厚亚黏土，土的容重为17kN/m3，修正后的地基承载力特征值为200kN/m3，往下土层的地基承载力特征值大于200kN/m3，地下水位在地面以下3m处。

2.主要构件选型及排架柱截面尺寸确定

屋架：采用24m预应力混凝土折线形屋架，YWJA—24—1A国标G—415，每榀自重106kN，支撑自重50N2/m2。

屋面板：1.5m×6.0m预应力大型屋面板，3mYWB—2国标G—410，自重1.4kN/m2（包括灌缝重）。

天沟板：预应力混凝土天沟板，TGB68—1，每个满水时重25kN。

吊车梁：6m先张法预应力混凝土吊车梁，6YXDL—2，梁高900mm，每根自重30.4kN。

柱：柱顶标高＝吊车轨顶标高9.0m＋轨顶至小车顶面高度2140mm＋安全空隙220mm＝11.36m，取11.5m。上柱高度Hu＝吊车梁高900mm＋轨道高174mm＋轨顶至小车顶面高度2140mm＋安全空隙220mm＝3.434m，取3.5m。牛腿面标标高＝柱顶标高11.5m－上柱高度3.5m＝8.0m。下柱高度Hl＝牛腿面标高8.0m－基础顶面标高－0.6m＝8.6m。柱总高度H＝Hl＋Hu＝8.6m＋3.5m＝12.1m，上柱采用矩形截面，下柱为工字形截面。

柱几何参数计算见表2.14。计算简图如图2.44所示。

表2.14　柱几何参数计算

注　工字形截面翼缘简化成厚162.5mm的矩形计算面积和惯性矩，下柱考虑牛腿将自重放大1.1倍。

3.荷载计算

（1）恒载。

图2.44　计算简图

1）屋盖恒载。

屋架每榀重106kN，天沟板每个重25kN，则作用于一侧柱顶的屋盖自重为（图2.45）：

2）柱自重。上柱柱自重为G2k＝14.0kN，下柱柱自重为G3k＝41.98kN。

3）吊车梁及轨道重。梁自重30.4kN，轨道自重为0.8kN/m，则吊车梁及轨道重：

G4k＝30.4＋0.8×6＝35.2（kN）

图2.45　柱上荷载

（2）屋面活荷载。查荷载规范，不上人的屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，杭州市基本雪压0.45kN/m2，屋面活载和风载不同时考虑，所以取大值。作用于一侧柱顶的屋面活荷载为：

（3）风荷载。查荷载规范，杭州市基本风压w0＝0.45kN/m2，风振系数βz＝1.0，城市郊区按B类考虑风压高度变化系数μz：

柱顶（标高11.5m）　　　　　μz＝1.042

天沟板顶端（标高13.7m）　　μz＝1.104

屋顶（标高14.7m）　　　　　μz＝1.132

风载体型系数μz按图2.46考虑。

q1k＝0.8×1.0×1.042×0.45×6＝2.25（kN/m）

q2k＝0.8×1.0×1.042×0.45×6＝1.41（kN/m）

Fwk＝[（0.8＋0.5）×1.104×2.2＋（－0.6＋0.5）×1.132×1.0]×1.0×0.45×6＝8.22（kN）

图2.46　风载体型系数

（4）吊车荷载。如图2.47所示，根据吊车产品目录，20/5t吊车的参数为：桥架宽度B＝5.55m，轮距K＝4.40m，吊车最大轮压Pmax＝215kN，最小轮压Pmin＝45kN，额定起重量Q＝200kN，小车重g＝75kN。

1）吊车竖向荷载。

Dk，max＝βPmax∑yi＝0.9×215×（0.267＋1.0＋0.808＋0.075）＝416.03（kN）

Dk，min＝βPmin∑yi＝0.9×45×（0.267＋1.0＋0.808＋0.075）＝87.08（kN）

2）吊车横向水平荷载。每个轮子的横向水平制动力：

则有Tk，max＝βT∑yi＝0.9×6.875×（0.267＋1.0＋0.808＋0.075）＝13.30（kN）

图2.47　20/5t吊车的参数

图2.48　排架内力计算简图

4.排架内力计算

采用剪力分配法计算排架内力。

（1）恒载作用下的排架内力。计算简图如图2.48所示。

G＇1k＝G1k＝297.6kN

G＇2k＝G2k＋G4k＝14.0＋35.2＝49.2（kN）

G＇3k＝G3k＝41.98kN

M1k＝G1ke1＝297.6×0.05＝14.88（kN·m）

M2k＝（G1k＋G2k）e2－G4ke4＝（297.6＋14.0）×0.2－35.2×0.35＝50（kN·m）

由于荷载对称，排架无侧移，柱顶按不动铰支座考虑。对于A柱，可得：

同样，B柱柱顶反力RB＝7.386kN，则合力R＝0，VA＝VB＝0。A柱弯矩图如图2.49所示。

（2）屋面活荷载作用下排架内力。计算简图如图2.50所示。

图2.49　A柱弯矩图

图2.50　屋面活荷载作用下排架内力计算简图

Q1k＝36kN， M1k＝36×0.05＝1.8（kN·m）

M2k＝36×0.2＝7.2（kN·m）

n＝0.148， λ＝0.289

C1＝1.950， C3＝1.207

同样，B柱柱顶反力RB＝－1.008kN，则合力R＝0，VA＝VB＝0。排架弯矩轴力图如图2.51所示。

图2.51　排架弯矩轴力图

（3）风荷载作用下排架内力。计算简图如图2.52和图2.53所示。

q1k＝2.25kN/m， q2k＝1.41kN/m， Fwk＝8.22kN

对于A柱、C柱分别为：

n＝0.148， λ＝0.289(www.daowen.com)

RA＝q1kHC11＋Fwk＝2.25×12.1×0.342＋8.22＝17.53（kN）

RC＝q2kHC11＝1.41×12.1×0.342＝5.83（kN）

R＝RA＋RC＝17.53＋5.83＝23.36（kN）

VA＝VB＝0.5R＝0.5×23.36＝11.68（kN）

图2.52　风荷载作用下排架内力计算简图

图2.53　风荷载作用下排架内力图

图2.54　吊车荷载作用下排架内力计算简图

左风和右风弯矩图对称。

（4）吊车荷载作用下排架内力。如图2.54和图2.55所示。

1）Dk，max作用在A柱上。

MA，k＝Dk，maxe4＝416.03×0.35＝145.61（kN·m）

MB，k＝Dk，mine4＝87.08×0.35＝30.48（kN·m）

C3＝1.207

VA＝VB＝0.5（RA＋RB）＝0.5×（14.52－3.04）＝5.74（kN）

当Dk，min作用在A柱上，可按对称性得排架柱内力图。

2）Tk，max作用下。如图2.56和图2.57所示。

Tk，max＝13.30kN， （3.5－0.9）＝0.743Hu， n＝0.148， λ＝0.289

图2.55　吊车荷载作用下排架内力图

选用0.7Hu和0.8Hu表，采用内插的方法。

图2.56　Tk，max作用下的计算简图

图2.57　Tk，max作用下的排架内力图

5.排架内力组合

排架内力组合见表2.15。

6.排架柱截面设计

混凝土强度等级采用C35，fc＝16.7N/mm2，纵向受力钢筋采用HRB400钢筋，fy＝f＇y＝360N/mm2，箍筋采用HPB235钢筋，fy＝f＇y＝210N/mm2。均采用对称配筋，as＝a＇s＝40mm。柱的计算长度为：

表 2.15

续表

续表

上柱：　2.0Hu＝2×3.5＝7.0（m）

下柱：　1.0Hl＝8.6m

柱箍筋确定：柱的剪力通常较小，所以柱的箍筋可按构造要求确定，根据构造要求，上下柱箍筋均为ϕ8＠200。

柱偏心受压承载力计算见表2.16。

表2.16　柱偏心受压承载力计算

7.牛腿设计

根据轨道中心线位置、构件截面尺寸及构造要求，初步确定牛腿截面尺寸如图2.58所示。

（1）牛腿的截面高度。牛腿的截面高度由抗裂控制，a＝20－50＝－30（mm）＜0，取a＝0，Fhk＝0，Fvk＝416.03kN，β＝0.8，ftk＝2.2N/mm2。则：

截面尺寸满足要求。

（2）牛腿的配筋。牛腿竖向荷载作用线距定位轴线的距离为750mm，小于下柱截面高度800mm，则a＜0。牛腿纵筋按构造要求配筋，As＝ρminbh＝0.2%×400×500＝400（mm2），选用314，As＝461mm2，箍筋采用ϕ8＠100。

图2.58　牛腿截图尺寸

图2.59　排架柱吊装验算简图

8.排架柱吊装验算

在混凝土强度养护达100%后开始起吊，采用柱翻身起吊，根据构造要求，柱插入基础杯口深度取800mm，则柱子总长度3.5＋8.6＋0.8＝12.9（m）。柱在吊装时的荷载主要是自重，考虑动力系数1.5。计算简图如图2.59所示。

q1＝1.35×0.1775×25×1.5＝9.0（kN/m）

q2＝1.35×0.4×0.9×25×1.5＝18.2（kN/m）

q3＝1.35×0.16×25×1.5＝8.1（kN/m）

上柱截面：

实际配筋218，As＝509mm2。

属于一类T形截面。

下柱截面：

实际配筋222＋225，As＝1742mm2。模板图和配筋图如图2.60所示。

图2.60　模板图和配筋图