钢筋混凝土课程设计计算书
辽宁工程技术大学力学与工程学院
工程力学09—1 班
第四小组
目录
一、设计资料 ..............................................................................3
二、结构构件选型 ......................................................................4
三、结构计算 ..............................................................................4
四、荷载组合与内力组合 .........................................................17
五、柱、基础的配筋计算 .........................................................17
六、基础设计 .............................................................................24
七、参考资料 .............................................................................29
混凝土
结构课程设计计算书
一、设计资料
（一）、设计题目：金工车间单跨厂房结构设计。
（二）、设计条件：
1、工艺要求：本工程为某城市郊区某铸造车间，工艺要求为一单跨单层厂房，跨度为27m，长度为102m，柱距6m，车间内有15/3t 和30/5t 两台A5级工作制吊车，轨顶标高10.2m。吊车的有关参数见下表 1-1。
2、工程地质情况：天然地面下1.2m 处为褐黄色亚粘土老土层，作为基础持力层，地基承载力设计值ｆ=140kPa，初见地下水位在地面以下0.7m，（标高－0.85m）。
3、地震设防烈度：无要求
4、建筑资料和荷载资料：
（1） 屋面板采用预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝在内）标准值 为 2kN/m2。
（2） 天沟板板重标准值 2kN/m2。
（3） 屋架采用预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值 109kN/榀。
（4） 吊车梁采用先张法预应力混凝土吊车梁，吊车梁高 1200mm，自重标准值 50kN/根，轨道及零件重1kN/m，轨道及垫层构造高度 200mm。
（5） 假设工业厂房用期50 年。阜新地区雪荷载标准值 0.4 KN/m
2、基本风压0.6 KN/m 2。
（6） 设计任务排架柱及基础材料选用情况
①柱
混凝土：采用C35，钢筋：纵向受力钢筋采用 HRB400级钢筋，箍筋采用
HRB335级钢筋。 ②基础
混凝土：采用C25，钢筋：采用HRB400级钢筋。
（三）设计内容：
1.确定纵横定位轴线，上柱的高度及截面尺寸；下柱的截面尺寸；布置屋盖支撑，柱及柱间支撑；
2.排架计算简图及进行荷载计算；
3.排架内力计算与内力组合； 4.排架柱牛腿设计；
5.排架柱截面的配筋计算； 6.预制柱下基础设计；
7.按照学校有关规定标准格式，用 8.绘制施工图纸（ 1 #图 纸一张）
(1) 结构布置图（屋面板、屋盖支撑布置、吊车梁、柱及柱间支撑、墙体布置） (2) 基础施工图（基础平面平面布置图及基础配筋图） (3) 柱施工图
二、结构构件选型 ：
结构的名称
屋面板
天沟板 天窗架 屋架
预应力混凝土折线形屋
架 先张法预应力混凝土吊
车梁 表 1.1 主要构件选型
选取材料
预应力混凝土大型屋面
板
重力荷载标准值
2 kN/m 2
2 kN/m 2 57 kN/ 榀 109 kN/ 榀
m 吊车梁高 1200m，自重标
准值 50 kN/ 根，轨道及零
件重 1 kN/m，轨道及垫层
构造高度 200 mm。
A4 纸打印计算书一份。
吊车梁
吊车 吨位
15 /3t 30 /5t
1 吊车有关参数表 1－
起 重 吊 车 轮 距 最 大 轮 最 小 轮 起 重 机 小 车 总 车高
量宽 压 压 总重 K H
重 Q1
B ( mm )
P
Pmin
max
（ K （ mm ） （ KN ） （ KN ） ( m )
（ KN ） N ） ( KN )
147 / 5160 4100 148 33 215 66.1 29.4
294 / 6150 4800 290 70 118 107.8 2.734 49
三、结构计算
（一）结构计算简图（由于 A、B 柱的对称性，所以以下计算过程以
1、排架柱的高度
、基础的埋置深度及基础高度： （ 1）
Q A 柱为例）
6
0.23 = 5.75 KN / m G = 25×根据柱的高度、吊车起重量及工作级别等条件， 确定柱的截面尺寸， 经计算得截 面几何特征， 汇总见表。
柱截面尺寸及相应的计算参数
2 表 2－
面积
mm 截面尺寸/ 2 惯性矩/ mm
/ mm
500 矩 500 ×
1000 × 150 × 10 I500 ×
0
10 2.5 × 10 2.3 ×
5 计算参数 柱号
上柱
A， B
下柱
)
自重/ (kN/m
10 5.21 ×
6.25 5.75
10 3.141 ×
3、荷载计算 (1)恒 载计算
a、屋盖恒载标准值：
预应力大型屋面板 天沟板 天窗架 屋架自重
则作用于横向平面排架边柱柱顶屋盖结构自重为: G1=(4*6*27/2+57+109/2)=435.5KN
uh
1- 200 e
=
50 mm 作用在轴线的右侧。 计算偏心距 ＝ 500/2 － 200＝2
1M 1 A = M 1 B = G
1Ae
A =
435.5*0.05=21.775 KN.m
2 KN m
2 KN m 57 kN/ 榀
109 kN/ 榀
M 2 A = M 2 B = G 2 A e
2A =
435.5*0.25=108.875 KN.m b.柱自重标准值： 上柱 下柱
G2a=6.25*3.25=20.315KN G3a=5.75*7.75=44.563KN
2M 2 A = G 2 Ae
= 5.078 KN.m
、屋面活载（不上人屋面，取 0.70 KN m 大于屋面雪载 0.4 KN m ）故 （ 2）
Q
1A = Q1
B = 0.7*6*27/2=56.7 KN
M 1 A = Q e1
A = 2.835 KN.m
= 14.175 KN.m
2M 2 A = Q Ae A
(3)、吊车梁及轨道连接重力荷载 G 4 A = G 4 B (50+0.4*6) =52.4 KN M 4 A = M 4
4 A = 52.4*0.4=20.96 G 4 AeKN.m
4 吊车荷载
QA1 1 = B = 吊车的参数：
1 吊车有关参数表 1－吊车 起 重
吊 车 轮 距
K
B
( mm)
最 大 轮 最 小 轮 起 重 机 小 车 总 车高
压 P
max（ KN ）
压 Pmin
( KN ) 70
（ KN ）
总重
重 Q
1（ KN ）
( m ) H
量宽 Q 吨位
（ K （ mm ） N ）
30 /5t
294 / 49
15 /3t
147 / 29.4
5160
4100
6150
4800
290 118 107.8 2.734
148 33 215 66.1
可算出出吊车梁支座反力影响线中个轮压对应点的竖向坐标值，如图４所示：
图４ 吊车荷载作用下支座反力的影响线
(1)、吊车的竖向荷载
: 情况（ a）
=0.9γ
pmax ∑ y i =0.9× (0.738+0.055)] Dmax
QF
1.4×
[290×
(1+0.2)+148 ×
=585.36 KN
i= 0 .9 × 1.4× (1+0.2)+33 × (0.738+0.055)] Dm in =0.9γ
Q F min ∑ y
[70 ×
=110.17 KN
: 情况（ b）
pDm ax =0.9γ
QF max ∑ y i =0.9×
1.4×
[290×
(0.738-0.062)+148×
(1+0.317)]
=492.60 KN
1.4× (0.738-0.062)+33 × (1+0.317)] Dmin
=0.9γ
Q F min ∑ yi=
0 .9
×
[70 ×
=114.38 KN
（１）吊车的横向荷载
水平刹车力： T1=1/4α β（ 水平刹车力： T2=1/4α β（
× 0.12×
0.9×
(150+215)=9.855 KN Q2+g2）
=
1 4 × 0.12×
0.9×
(300+118)=11.286 KN Q1+g1）
=
1 4 吊车横向荷载设计值： Tmax＝ γ
Q
∑ T ∑ yi
=1.4 × [11.286 × + （ 0.738+0.055） ]
（ 1+0.2） 9.855×
=29.83 KN
风荷载 （ 6）
6KN
/ m 2 ，对于城市地区， 风压高度变化系数 μ z 阜新地区的基本风压 ω 0 = 0.按 B 类地区考虑高度取值。对 q
1,q 2 按柱顶标高 10.2 m 考虑查得 μ z = 1 。
风荷载体型系数图
风压高度变化系数参照荷载规范，并用插值法求出不同标高时的系数。 则风压高度变化系数如表
标高 （ m ）
∝ z
10.0 11.834 1.00
1.074
2 所示。
15.0 1.14
表 2 15.384 1.148
15.99 1.162
17.65 1.198
18.92 1.226
20 1.25
均布风荷载如下表：（ 序号
z ω 0 l qi
= β z μ sμ）
β
Z
μZ
μs
ω0
q(KN/m)
方向
1 2 3
1 1 1
1.074 1.148 1.162
0.8 0.8 — 0.2
0.6 0.6 0.6
3.093 3.307 0.836
→
→
←
4 1 1.198 0.6 0.6 2.588
→
5 1 1.226 — 0.7 — 0.7 — 0.6 — 0.6 — 0.5 — 0.5
0.6 3.090
←
6 7 8
1 1 1
1.226 1.198 1.162
0.6 0.6 0.6
3.090 2.588 2.509
←
→
→
9 10
1 1
1.148 1.074
0.6 0.6
2.067 1.933
→
→
排架荷载总图如图
3.内 力计算
恒载作用下的内力 （ 1）由于单层厂房多属于装配式结构，柱，吊车，梁及轨道的自重，是在预制柱吊装 就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，
此时尚未构成排架结构。 但在设计
中，为了与其他荷载项计算方法一致， 并考虑到使用过程的实际受力情况， 在柱， 吊车梁及轨道的自重作用下，仍按排架结构进行内力计算。 1 ）在 G1 （屋架）作用下
A M 1 A = M 1 B = G1
Ae435.5*0.05=21.775 KN.m
= A M 2 A = M 2 B = G 2 A
0.244；
0.166
λ＝
已知 n＝，
1 e 2
= 435.5*0.25=108.875 KN.m
则有：
λ 1 1? ? ? λ ? ? ? ? ? ? 1
=1.8164
） 2） 活载作用下 1 ）屋面活荷载作用下的内力
Q1 与 G1 作用位置相同，即成比例。则有： Q1 =56.7KN
R = R1
× Q1
G1= 2.678 KN
(→
) M 1 = M 11 × Q1
G= 3.969 KN.m 1
M=Q1
2M 12 × G= 119.845K N.m
N1 =
Q1
= 56.7k N
屋面活载作用下的计算简图和内力图分别示于图 9 和图13
（ 10
2 ）吊车竖向活载作用下的内力 ①最大轮压作用于 A 柱时 A 柱 B柱
M A
= D maxe
/ m
4 = 585.36×
0.4= 234.144kN
0.4 = 44.068M B
= D min e
4 = 110.17 ×kN
/ m
计算简图如图 11 所示：
图 11 吊车竖向荷载作用下的计算简图
与恒载计算方法相同，可得 A 柱 B柱
C3＝
C2＝
1.31467
M 4 A
RA
= C 3 = — 24.756 (←
)
H M 4 B
RB
= C 3 = 4.659 (→
)
H
A 柱与 B 柱相同，剪力分配系数 ?A = ?B = 0.5，
则 A 柱与 B 柱柱顶的剪力分别为
A 柱 VA = RA14.708kN
( ← ) B 柱 VB = RB2 .1
+ λ 3 0.
n
5 C = =0.703
2 + λ. ? ? ? 0? ? ? 1
2 1 + λ 3μ Am(RA + RB )
= 3.087k N ( ← ) VB = RB1)
3 n C = = 0.3557
1 8
λ 1 + 3C11q1H = 0.3557*3.09*12.434 =C11q2 H =0.3557?1.93?12.434=- 2 7.361 (←
)
图 14
排架单元结构对称，柱中的轴力为零，计算简图如图 15 所示
μ = 0.5 ，则有： VA = R1 + ?(- R1R2 + W ) = 10.839 ΚΝ
根据计算左来风情况下的 M 图如图 16 的实线所示
四、荷载组合与内力组合
排架单元结构对称，可仅考虑 组合。
A 柱的截面。具体情况见表
3 的汇总和表 4 的
表 3 —荷载汇总表
荷载汇总表
竖向吊车荷载 水平吊车荷载 最大轮压作用于 水平力作用方向
A B 向左 向右 3 4 5 6
-44.62
-44.64
± 6.90
± 6.90
风
左来风
64.36 截面 内力
恒载 1
活载 2
2.965
右来风
-41.78
M
ⅠⅡ
N
-75.28 -11.2 189.52 0.56 ± 14.50 ± 14.50 64.36 -41.78
508.21 56.7 585.36 110.17 0 0 0 0
M 47.05 6.78 5.26 -138.8 -265.9 265.88 320.679 -284.2
Ⅲ0.5h
+ aˊ
s = ( mm ) As
= A
ˊ
) fˊ
y ( h0
- aˊ
、x
f 时， 当 x > 2 aˊ
s = As
= A
εe
N (
- 0.5h
+ 0.5 x ) 2
( mm )
ˊ
y ( h0ˊ
) f
- a
i
1920.4
842.4
ρ min Ac
( mm )( 一侧纵向钢筋 )
500
3Φ
3Φ
2
2 (2081 )
460
2 Φ 16 2 Φ 18 (911 ) 一侧被选受拉钢筋及其面积（
mm ）
A 柱的上柱和下柱截面的配筋图见下图 4－
具体钢筋的型号见施工图 23
a / h0
可以不设弯起筋
@
按构造要求布置水平箍 筋，取 φ12，上部 2 / 3h 100
0
2 3
? ? ? × 585 = 390mm 范围内水平箍筋
? ? ? 总面积为：
100 2 a / h0
= 160 / 575 = 0 .278
可不设弯筋 满足要求。 A = 113.1×
390
> = 441.1 mm
As
763 = 381., 满足要求 = 0 .
5× 5 mm
牛腿配筋图见下图。
4、柱的吊装验算
24
柱子吊装阶段验算
荷载：包括上柱，牛腿和下柱的载荷。 （ 1）上柱： 牛腿：
2 5×
10 ÷ 10 × 25 = 6.
25(
KN / m)
(22 ) ×062 + 0 .22 )-(1
.0 + 0 .
.
0.0 .22 ×
22
? ?? ? ??
5 ×
62 = 20 .17
KN / m × 0.25 ÷ 0.
5 6
..2
下柱：
2 3 × 10 ÷ 10 × 25 = 5 .75 KN / m
5 6
自重：包括上柱，牛腿和下柱的自重。 （ 2）
1 .5 6.
× 25
= 11 .25 KN ? m 上柱自重： g 1 = 1 .2 ×
1.20 .17 = 36
5 ×.30 KN ? m 牛腿自重： g 2 = 1 .2 ×
KN ? m
1.× 5
×
5 .75
= 10.35
下柱自重： g 3 = 1 .2 弯矩： （ 3）M 1 = q1
×
Hu
2 2
= 11 .25
×
3 .034
= 51 .78 KN / m
28
= [(5.5/ 2)- (1/ 2)- 1.205]×4- [(4/ 2)- (0.5/ 2)- 1.205]2 = 3.88m2
A2 = (bc + h0 )h0 = (0.5+1.205)×1.205 = 2.05m2 Fl = pn,max A1 =105.34×3.88 = 408.12KN
0.6 f1 A2 = 0.6×1.27 ×2.05×103 =1562.1 >Fl （满足要求）
（2）验算变阶处冲切
bc =1.25m,ac =1.75m,h0 =0.905m
A1 = [(5.5/ 2)- (1.75/ 2)- 0.905]×4ac )2 (2b+ bc )=1/ 48×(105.34 +84.32)(5.5- 1)2 (2×4 +0.5)= 680.11KN / m ASΙ = (MΙ / 0.9h0 f y )= (680.11×10)/(0.9×1205×360)=1741.99
[]
mm2
（2） 截面Ι′— Ι′ p′nΙ =88.21KN
MΙ′=1/ 48×(105.34 +88.21)(5.50.5)(2×5.5 +1)= 491.29
mm2
29
10 / ( (0
(h
×0
×120512
= M ΙΙ / [ .
= 1271 .02 mm
0 )×
360 ] = 1113 .77 .
故配置 φ12@160
(
mm ) A
= 1357 .2 S
30
参考文献
⑴ 建筑结构制图标准 (G B/T 50105-2001) .北京 : 中国建筑工业出版社 ,2001 ⑵ 钢筋混凝土结构设计规范（ GB50010-2002
.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002 ）⑶ 建筑荷载设计规范（ GB50009-2001
.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002 ）⑷ 建筑地基基础设计规范（ GB50007-2002
.北京 : 中国建筑工业出版社 ,2002 ）⑸ 徐占发主编 .建筑结构与构件设计 .北京 : 中国建材工业出版社 ,1996 ⑹ 苏小卒主编 .砌体结构设计 .上海同济大学出版社 ,2002
⑺ 沈蒲生主编 .混凝土结构设计原理 .北京 : 高等教育出版社 ,2002
