河南工程学院《钢筋混凝土设计(Ⅱ)》

课程设计

某单层工业厂房设计

学生姓名： 柯屿 学 院： 土木工程学院 专业班级： 土木工程1241 专业课程： 钢筋混凝土结构原理 指导教师： 孙彦飞 谷定宇

2016 年 1 月 3 日

某单层工业厂房设计

一、设计题目

某单层工业厂房设计。 二、设计资料 （一）车间条件

某机械加工车间为单层单跨等高厂房，车间总长为60m，跨度尺寸见表1，柱距6米；车间内设有两台相同的软钩吊车，吊车起重量见表1，吊车工作级别为A5级，轨顶标高见表1。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,室内外高差为0.15m。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。

（二）自然条件

基本风压、基本雪压见表1；地面粗糙类别为B类；地基承载力特征值见表1。不考虑抗震设防。

（三）材料

箍筋采用HRB335，纵向钢筋采用HRB400，混凝土采用C30。

表1

组号 吊车起重量Q（t） 8

10 轨顶标高（m） 10.2 跨度 基本风压 基本雪压 地基承载力特 （m） （KN/m2） （KN/m2） 征值（KN/m2） 18 0.35 0.2 165 三、设计内容和要求 （一）结构选型

1.钢屋盖

采用图1所示的18m钢桁架，桁架端部高度为1.2m，中央高度为2.1m，屋面坡度为1/10。钢檩条长6m，屋面板采用彩色钢板，厚4mm。

图 1 18m钢桁架

2.预制钢筋混凝土吊车梁和轨道连接

采用标准图（二），中间跨DL-9Z,边跨DL-9B，梁高hb?1.2m。轨道连接采用图集G325（二）。

3.预制钢筋混凝土柱子

取轨道顶面至吊车梁顶面的距离ha?0.2m，故

牛腿顶腿顶面标高=轨顶标高?hb?ha?10.2?1.2?0.2??8.800m。 由附录12查得，吊车轨顶至吊车顶部的高度为2.14m，考虑屋架下弦至吊车梁顶部所需空隙高度为220mm，故：柱顶标高?10.2?2.14?0.22??12.56m

设基础顶面至室外地坪的距离为1.0m，则基础顶面至室内地坪的高度为

1.0?0.15?1.15m，故从基础顶面算起的柱高H?12.56?1.15?13.71m

上部柱高Hu?12.56?8.8?3.76m， 下部柱高Hl?13.71?3.76?9.95m。 参考表12-2，选择柱截面形式和尺寸：

Hl9950??398mm?400mm，取b?400mm。 25250.95Hk0.95??9950?1200???883mm，取h?900mm。下柱截面高度h：h? 1212下柱截面宽度b：b?综合考虑，上部柱采用矩形截面b?h?400mm?400mm； 下部柱采用I型截面I400mm?900mm?150mm?150mm。 4.柱下独立基础 采用锥型杯口基础

（二）计算单元及计算简图

1.定位轴线

B1：由附表12可查得轨道中心线至吊车端部的距离B1?230mm； B2：吊车桥架至上柱内边缘的距离，一般取B2?80mm；

B3：封闭的纵向定位轴线至上柱内边缘的距离，B3?400mm。 B1?B2?B3?230?80?400?710mm?750mm，可以。 故取封闭的定位轴线A、B都分别与左、右外纵墙的内皮重合。 2.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，故可取一榀框架为计算单元，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2（a）所示。

3.计算简图

排架的计算简图如图2（b）所示。

Iu?21.3?108mm4Il?197.3?108mm4n?Iu/Il?0.108,??Hu/H?0.274

（a） （b）

图2 计算单元与计算简图

（a）计算单元；（b）计算简图

（三）荷载计算 1.屋盖荷载 （1）屋盖恒荷载

近似取屋盖恒荷载标准值为1.2kN/m2，故由屋盖传给排架柱的集中荷载设计值

F1?1.2?1.2?9?6?77.76kN

作用于上部柱中心线外侧e0?50mm处。

（2）屋面活荷载《荷载规范》规定，屋面均布活荷载标准值为0.5kN/m2，比屋面雪荷载标准值0.2kN/m2大，故仅按屋面均不活荷载计算。于是由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值

F6?1.4?0.5?6?9?37.8kN

作用于柱上部中心线外侧e0?50mm处。 2.柱和吊车梁等恒荷载

上部柱自重标准值为4kN/m，故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒荷载设计值

F2?1.2?3.76?4?18.05kN

下部柱自重标准值为4.69kN/m，故作用在基础顶截面处的下部柱恒荷载设计值

F3?1.2?9.95?4.69?56.00kN

吊车梁自重标准值39.5kN/根，轨道连接自重标准值为0.80kN/m，故作用在牛腿顶截面处的吊车梁和轨道连接恒荷载设计值

F4?1.2??39.5?6?0.8??53.16kN

3.吊车荷载

吊车跨度Lk?18?2?0.75?16.5m

查附录12，得Q?15t，Lk?16.5m时的吊车最大的轮压标准值Pmax,k、最小轮压标准值Pmin,k、小车自重标准值G2,k以及与吊车额定起重量相对应的重力标准值G3,k：

Pmax,k?115kN,Pmin,k?25kN，G2,k?38kN，G3,k?100kN

并查得吊车宽度B和轮距K：

B?5.55m，K?4.40m

吊车竖向荷载设计值Dmax，Dmin 吊车梁支座反力影响线如图3所示

图3 吊车梁支座反力影响线

Dmax,k??Pmax,k?yi?0.9?115??1?0.792?0.267?0.058??219.11kN

Dmax??QDmax,k?1.4?219.11?306.754kN Dmin?DmaxPmin,kPmax,k?306.754?25?66.68kN 115（2）吊车横向水平荷载设计值Tmax

11TK???G2,k?G3,k???0.1?(38?100)?3.45kN

44Tmax?Dmax4.风荷载

Tk3.45?306.754??9.20kN Pmax,k115（1）作用在柱顶处的集中风荷载设计值W

檐口离室外地坪的高度0.15?12.56?1.2?13.91m来计算。查表10-4，得离地面10m时，风荷载高度变化系数?1?1.0；离地面15m时，?2?1.14，用插入法，知?z?1?1.14?1.0??13.91?10??1.10948

15?10风荷载的标准值为：

W?1.4???0.8?0.5??1.2??0.5?0.6??0.9??1.10948?0.35?6?4.80kN （2）沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值q1、q2

风压高度变化系数按柱顶离室外地坪的高度0.15?12.56?12.71m计算。

?z?1?1.14?1.0??12.71?10??1.07588

15?10q1?1.4?0.8?1.07588?0.35?6?2.53kN/m q2?1.4?0.5?1.07588?0.35?6?1.587kN/m （四）内力分析

内力分析时所取的荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力的设计值。 1.屋盖荷载作用下的内力分析

（1）屋盖集中恒荷载F1作用下的内力分析

M1?F1?e0?77.76?0.05?3.89kN?m

按公式计算n?Iu/Il?0.108，??Hu/H?0.274：

1??1?0.2742?1??0.108???2.08 C1?1.5??1?1?0.2743??1??0.108?柱顶不动支点反力R?M13.89C1??2.08?0.59kN H13.71（2)屋盖集中活荷载F6作用下的内力分析

M6?F6?e0?37.8?0.05?1.89kN?m，

R?M61.89C1??2.08?0.287kN； H13.71在F1、F6分别作用下的排架柱弯矩图、轴力图和柱底剪力图，分别如图4（a）、(b)所示，图中标注出的内力值是指控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ截面的内力设计值。弯矩以排架柱外侧受拉上的为正，反之为负；柱底剪力以向左为正，向右为负。

（a） （b）

图4 屋盖荷载作用下的内力图

（a）屋盖恒荷载作用下的内力图 （b）屋盖活荷载下的内力作用用图

2.柱自重、吊车梁及轨道连接等的自重作用下的内力分析。 不作排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴力如图5所示。

图5 柱自重及吊车梁等作用下的内力图

3.吊车荷载作用下的内力分析

（1）Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱时，A柱的内力分析

Mmax?Dmax?e?306.754??0.75?0.45??92.026kN?m Mmin?Dmin?e?66.68??0.75?0.45??20.004kN?m

这里的偏心距e是指吊车轨道中心线至下部柱截面形心上网水平距离。 A柱顶的不动支点反力，

1??21?0.2742C3?1.5??1.5??1.19，

11????1??3??1?1?0.2743??1??n??0.108?Mmax92.026C3??1.19?7.99kN（←） H13.71M20.004?1.19??1.74kN（→） B柱顶不动支点反力RB?minC3?H13.71 A柱顶不动支点反力RA? A柱顶水平剪力 VA?RA?1??RA?RB??7.99?1??7.99?1.74??4.865kN（←） 221??RA?RB???1.74?1??7.99?1.74???4.865kN（→） 22 B柱顶水平剪 VB?RB? 内力如图6（a）所示。

（2）Dmin作用在A柱、Dmax作用在B柱时的内力分析

此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时的相同，也是VA=6.91KN(←),故可得内力值，如图6（b）所示。

（a） （b）

图6 吊车竖向荷载作用下的内力图

（a）Dmax作用在A柱时； （b）Dmin作用在B柱时

（3) 在Tmax作用下的内力分析

Tmax至牛腿顶面的距离为10.2?8.8?0.2?1.2m； Tmax至柱底的距离为；10.2?0.15?1.0?11.35m

因A柱与B柱相同，受力也相同，故柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图7所示。

图7 Tmax作用下的内力图

4.风荷载作用下，A柱的内力分析

左风时，在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座反力，按计算：

???1???1??3?1??4??1??3?1?0.2744??1???n???0.108??C11?????0.336；

????11????8?1??3??1??8?1?0.2743??1???n???0.108????取C11=0.336，不动铰支座反力：

RA?q1HC11?2.53?13.71?0.336??11.65kN（←） RB?q2HC11?1.587?13.71?0.336??7.31kN（←） A柱顶水平剪力：

1?W?RA?RB???11.65?1?4.80?11.65?7.31??0.23kN（→） 2211VB?RB??W?RA?RB???7.31??4.80?11.65?7.31??4.57kN（→）

22VA?RA?故左风和右风时，A柱的内力分别如图8（a）、（b）所示。

（a） （b）

图8 风荷载作用下A柱的内力图 （a）左风时； （b）右风时

（五）内力组合表及其说明 1.内力组合表

A柱控制截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ的内力组合表，见表2。 （六）排架柱截面设计

采用就地预制柱，混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋为HRB400级钢筋，采用对称配筋。

1.上部柱配筋计算

由内力组合表2可知，控制截面Ⅰ-Ⅰ的内力设计值为：

M=55.28kN?m N=95.81kN

（1）考虑P-△二阶效应

e0?M/N?55.28/95.81?577mm，ea?20mm，

ei??sMN?ea?577?1.15?20?684mm；

A?bh?400?400?160000mm2；

0.5fcA0.5?14.3?160?103?c???11.9?1.0，取?c=1.0；

N95.81?103查表12-3可知，l0?2Hu?3.76?2?7.52m，

1?l0??7.52??s?1????c?1????1?1.15

ei?h?577?0.4?15001500360h01（2)截面设计 假设为大偏压，则：

22N95.81?103?=80mm； x???16.75mm<2?s?=80mm，取x?2?s??1fcbf1?14.3?400e??ei?h400?a??684-?40?524mm； s22Ne?95.81?103?524??As?As??436mm2；

fy?h0?a?360?360?40?s?选用3

16，As?As'?603mm2，故截面一侧钢筋截面面积603mm2﹥

?minbh?0.2%?400?400?320mm2，同时柱截面纵配筋2×603=1206mm2﹥

0.55%?400?400?880mm2。

（3）垂直于排架方向的截面承载力验算 由表12-3知，垂直于排架方向的上柱计算长度

l0?1.25Ha=1.25×3.76=4.7m，

l04.7 ??11.75；查上册表5-1得?=0.96，

b0.4???0.9?0.96??14.3?400?400?360?1206??2351.95kNNu?0.9??fcA?fy?As?Nmax?129.83kN,承载力满足。

2.下部柱配筋计算

按控制截面Ⅲ-Ⅲ进行计算。由内力组合表知，有二组不利内力： (a) M=351.10kN?m (b) M=256.57kN?m N=515.07kN N=204.97kN （1）按(a)组内力进行截面设计

e0?351.10=681mm ， 515.07ea?h/30=900/30=30mm，

1?l0??9.95??s?1????c?1????1.0?1.07

ei?h?711?0.9?15001500860h01 ei?22?sMN?ea?681?30?759mm

A?bh?2bf?bhf?150?900?2?400?150??150?12.5??2.163?105

0.5fcA0.5?14.3?2.163?105?c??=3.00﹥1.0，取?c?1.0；

N515.07?103??

偏设为大偏心受压，且中和轴在翼缘内：

N515.07?103=90.04mm﹥2?s??80mm x???1fcb1?14.3?400 ﹤h??162.5mm； f说明中和轴确实在翼缘内则：

e??ei?h?a?s?759?450?40?349mm， 2?x??90?3Ne???1fcb?fx??a?515.07?10?349?1?14.3?400?90??40???s22???????As?Asfy?h0?a?360?860?40?s? ?600mm2；

采用416，As?As'?804mm2。 （2)按（b）组内力组合进行截面设计

e0?256.57?1252mm，ea?30mm，

204.970.5fcA0.5?14.3?2.163?105?c???7.55?1.0,取?c?1.0；

N204.97?1032 1?9.95??s?1????1.0?1.061282?0.9?1500860?M ei?s?ea?1.06?1252?30?1355mm

NN204.97?103 x???35.8mm﹤2?s??80mm；

?1fcb?f1?14.3?400??80mm计算： 按x?2?se??ei?h?a?s?1355?450?40?945mm； 2Ne?204.97?103?945??As?As??656mm2?416,

fy?h0?a?360?860?40?s?As?As'?804mm2。

（3)垂直于排架方向的承载力验算

由表12-3知，有柱间支撑时，垂直排架方向的下柱计算长度为：

0.8Hl?0.8?9.95?7.96m；

l07.96??19.9，可得??0.75， bf0.4???0.9?0.75?14.3?2.163?105?360?2?804?2390Nu?0.9??fcA?fy?As.90kN?（a）组轴向力Nmax=515.07kN满足。

3.排架柱的裂缝宽度验算

裂缝宽度应按内力的准永久组合值进行验算。内力组合表中给出的是内力的设计值，因此要将其改为内力的准永久组合值，即把内力设计值乘以准永久组合值系数?q，再除以活荷载分项系数rQ?1.4。风荷载的?q=0，故不考考虑风荷载；不上人屋面的屋面活荷载，其?q=0，故把它改为雪荷载，即乘以系数30/50。

（1）上部柱裂缝宽度验算

按式（10-35）的荷载准永久组合，可得控制截面Ⅰ-Ⅰ的准永久组合内力值：

Mq??1.670.50.30.6?0?(???18.29??12.88)??10.83kN?m 1.21.40.51.477.7618.05Nq???79.87kN；

1.21.2??10.83?106e0???136mm, 3Nq79.87?10Mqe0136??0.38?055，不必验算。 h0360（2)下部柱裂缝宽度验算 Mq?4.2011.44?0.50.30.6??????2.05?（25.33?104.42?240.93）?172.34kN?m ?1.21.2?1.40.51.4?0.50.30.6??37.8??306.754)?344.52kN 1.40.51.4 Nq?77.76?127.21?( ?te?As804??0.007

0.5bh?(bf?b)hf0.5?150?900?(450?150)?162.5Mq172.34?106h??500.23mm ys??as=450-40=410mm；e0?32Nq344.52?10l09.95??11.056?14，故取?s?1.0 h0.9e??se0?ys?1.0?500.23?410?910.23mm；

?b??b?h??400?150??162.5r????0.30；

fffbh150?90022???h860?0????z??0.87?0.12?1?rf?????h0??0.87?0.12?（1?0.30）?????860?683.7mm?910.23???e????????；

?sq?Nq?e?z?Asz344.52?103??910.23?683.7???141.98kN/mm2；

804?683.7ftk?1.1?0.65?2.01??0.21负值，取??0.2；

0.007?141.98??1.1?0.65?te?sqWmax??cr??sq?d?141.98?18??1.9cs?0.08eq??1.9?0.2?1.9?28?0.08????0.053mm5??Es??te?2.0?10?0.01?<0.3mm，满足。

. 4.箍筋配置

非地震区的单层厂房排架柱箍筋一般按构造要求配置。上、下柱均采用

B8@200，在牛腿处箍筋加密为B8@100。

5.牛腿设计

根据吊车梁支承位置，吊车梁尺寸及构造要求，确定牛腿尺寸如图9所示。牛腿截面宽度b=400mm，截面高度

h=600mm，截面有效高度h0=560mm。

（1)按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用早牛腿顶面的竖向力标准值：

Fvk?Dmax,k?F4,k?219.11?53.16?263.41kN； 1.2牛腿顶面没有水平荷载，即Fhk?0（Tmax作用在吊车梁顶面）。

图9 牛腿尺寸及配筋

设裂缝控制系数??0.65,ftk?2.01kN/mm2,a??150?20??130mm?0，故取a=0，由式（12-18）得：

???1?0.5??FhkFvk?ftkbh02.01?400?560??0.65??585.31kN?Fvk?263.41kN，?a0.5?0.5?h0满足。

（2)牛腿配筋

由于a=-130mm，故可按构造要求配筋。水平纵向受拉钢筋截面面积

45%ft1.43??45%?0.178%?0.2%,As?pminbh?0.2%?400?600?480mm2fy360，采用4C14，As?615mm2，牛腿处水平箍筋为B8@100。

6.排架柱的吊装验算 （1)计算简图

由表12-3知，排架柱插入基础杯口内的高度h1?0.9h=810mm，取

h1?850mm，故柱总长为3.76+9.95+0.85=14.56m。

采用就地翻身起吊，吊点设在牛腿下部处，因此起吊时的支点有两个，柱底

和牛腿底，上柱和牛腿是悬臂的。计算简图如图10所示。

图10预制柱的翻身起吊验算

（2）荷载计算

吊装时，应考虑动力系数?=1.5，柱自重的重力荷载分项系数取1.35。

q1??rGq1k?1.5?1.35?4.0?8.1kN/m；

q2??rGq2k?1.5?(0.4?1.0?25)?1.35?20.25kN/m；

q3??rGq3k?1.5?3.35?4.69?9.5kN/m。

（3）弯矩计算

M1?12q1Hu?0.5?8.1?3.762?57.26kN; 2?H?12?3.76?2M2??q1Hu?u?0.6??q2?0.6???8.1?3.76???0.6??0.5?20.25?0.62?2??2?2??79.18kN?m12 由?MR?0知，RAl3?q3l3?M2=0，

2RA?1M179.18q3l3?2??9.5?9.35??35.94kN； 2l329.35dM3R35.941?3.78m，故 =0，得x?A?M3?RAx?q3x2，令

q39.5dx2M3?35.94?3.78?0.5?9.5?3.782?67.98KN?m。 （4）截面受弯承载力及裂缝宽度验算

上柱:

???Mu?fyAS(h0?aS)?360?603?（360?40)?69.47kN?m??0M1?0.9?57.26?51.3kN?m,满足。裂缝宽度验算:

Mk??sk57.26?42.41kN?m1.35Mk48.99?106???224.56Nmm20.87h0As0.87?360?603AsAs603???0.0075?0.01,取pte?0.01Ate0.5bh0.5?400?400ftkpte?sk?1.1?0.65?2.01?0.5180.01?224.56pte???1.1-0.65Wmax??cr?deq?224.56?18???1.9C?0.08?1.9?0.518?1.9?28?0.08??s5??Es?p2.0?100.01??te???0.22mm?0.3mm,满足要求。下柱：

?sq????Mu?fyAS(h0?aS)?360?804?（860?40)?237.3kN?m

??0M2?0.9?79.18?71.26kN?m,满足。Mk?79.18?58.65kN?m1.35Mk58.65?106???97.34Nmm20.87h0As0.87?860?804

?sk?te?As804??0.007?0.01,取pte?0.010.5bh?(bf?b)hf0.5?150?900?(450?150)?162.5ftkpte?sk?1.1?0.65?2.01?负值，?取0.20.01?97.34??1.1-0.65deq?97.34?18???Wmax??cr?1.9C?0.08?1.9?0.2?1.9?28?0.08???s5?Es?p2.0?100.01??te???0.036mm?0.3mm,满足要求。

裂缝宽度验算:

?sq?7.绘制排架柱的施工图

包括模版图与配筋图，见施工图。 （七）锥形杯口基础设计 1.作用在基础底面的内力 （1)基础梁和围护墙的重力荷载

每个基础承受的围护墙宽度为计算单元的宽度B=6.0m，墙高12.56+0.9(柱顶至檐口)+1.15-0.45（基础梁高）=14.16m，墙上有上、下钢框玻璃窗，窗宽3.6m,上下窗高分别为1.8m和4.8m，钢窗自重0.45kN/m2。每根基础梁自重标准为16.7kN。内外20mm厚水泥石灰砂浆粉刷2×0.36kN/m2。空心砖重度16kN/m3，故由墙体和基础梁传来的重力荷载标准值Nwk和设计值Nk：

基础梁自重 16.7kN 围护墙自重 （2×0.36+16×0.24）×「6×14.16-(1.8+4.8)×3.6」=279.07kN 钢窗自重 0.45×3.6×（4.8+1.8）=10.69kN Nwk=306.46kN

Nk=1.2Nwk=1.2×306.46=367.75kN

如图11所示，Nwk或Nk对基础的偏心距：ew=120+450=570mm； 对基础底面的偏心弯矩：

Mwk?Nwkew=306.463×0.57=174.68kN·m(↙)； Mw?Nwew=367.75×0.57=209.62kN·m(↙)；

图11基础梁和围护墙基础重力荷载

（2）柱传来的第①组内力

由排架柱内力组合表2可知，控制截面的内力组合-Mmax及相应V、N为： -Mmax=-307.39kN·m(↙)；N=264.98kN(↓)；V=35.77kN(←)。

注：内力组合表1中给出的柱底水平剪力设计值-35.77kN是基础对柱的，其方向是→，现在要的是柱对基础的水平剪力设计值，故其方向应相反←。

对基础底面产生的内力设计值为：

Mb①=-307.39-35.77×1.1=-346.74kN·m（↙）；

Nb①=264.98kN(↓)； Vb①=35.77kN(←)；

按式（10-33）这组内力的标准值为：

Mk,max?110.7(4.20?11.44)??211.80???46.70?104.42? 1.21.41.4 =-213.81kN·m(↙)

Nk?11??77.76?127.21???66.68?218.44kN(↓) 1.21.4Vk?110.7?1.01??26.33???4.865?9.20???25.00kN(←) 1.21.41.4对基础底面产生的内力标准值为：

Mbk①=-213.81-25.00×1.1=-241.31kN·m(↙)； Nbk①=218.44N(↓)； Vbk①=-25.00kN(←)；

（3）柱传来的第②组内力

?Mmax=351.10kN·m(↘)；

N=515.07kN(↓)； V=+36.17kN(→)；

柱对基础底面产生的内力设计值：

?Mb②=351.10+36.17×1.1=390.89kN·m(↘)； Nb②=515.07kN(↓)； Vb②=+36.17kN(→)；

第②组内力的标准值为：

Mk,max?110.7?2.05+25.33+104.42? ??4.20?11.44???240.93?1.21.41.4=251.03KN·m(↘)；

110.7??77.76+127.21???306.754??37.8?408.82kN(↓)； 1.21.41.4110.7?0.287－4.865+9.20???27.75kN(→)； Vk??0.59??34.92?1.21.41.4Nk?柱对基础底面产生的内力标准值：

Mbk②=251.03+27.75×1.1=281.56kN·m(↘)； Nbk②=408.82kN(↓)； Vbk②=27.75kN(→)。

2.初步确定尺寸 （1)基础高度和杯口尺寸

已知柱插入杯口深度为850mm，故杯口深度为850+50=900mm，杯口顶部尺寸：

宽为400+2×75=550mm，长为900+2×75=1050mm。杯口底部尺寸：宽为400+2×50=500mm,长为900+2×50=1000mm。

按表12-5取杯壁厚度t=300mm，杯底厚度a1=200mm。 据此，初步确定基础高度为850+50+200=1100mm。 （2）确定基础底面尺寸

基础埋深为d=0.15+1.0+1.10=2.25mm,取基础底面以上土的平均重度为

?m?20kN/m3,则深度修正后的地基承载力特征值fa为：

fa?fak??d?m?d?0.5?=165+1.0×20×（2.25-0.5）=200kN/m2； 由内力组合表2可知，按式（10-30）控制截面Ⅲ-Ⅲ的最大轴向力标准值：

Nk?110.7??77.76+127.21???306.754??37.8?408.82kN(↓)； 1.21.41.4按轴向力受压估算基础底面尺寸：

A?Nwk?Nk,maxfa??md?306.46?408.82?4.57m2；

2.25?2.1200?20?2考虑到偏心等影响，将基础再放大30%左右，取l=2.6m，b=3.4m。 基础底面面积：A?bl=2.6×3.4=8.84m2；

1基础底面弹性抵抗矩：W?lb2=1/6×2.6×3.4×3.4=5.01m2。

62.地基承载力验算

基础及基础上方土的重力标准值：Gw=3.4×2.6×（1.15+1）/2×20=190.06kN。

（1）按第①组内力标准值的验算

轴向力：Nwk?Nbk1?Gk=306.46+218.44+190.06=714.96kN； 弯矩：Nwkew?Mbk=174.68+241.31=415.99kN·m； 偏心距 e=415.99/714.96=0.58>应力。

a?b3.4?e??0.58?1.12； 22b3.4=0.567，基础底面有一部分出现拉?66?k,max?Pk?2(NWk?Nbk①?Gk）2?714.96??163.68

3al3?1.12?2.6Pk,amx?Pk,min2?163.68?0?81.84kN/m2?fa?200kN/m2，满足。 2（2）按第②组内力标准值验算

轴向力：Nwk?Nbk2?Gk=306.46+408.82+190.06=905.3kN； 弯矩 ：Mbk?Nwkew=281.56-306.46×0.57=106.88kN·m；

Pk,max905.3106.88123.74kN/m2??=?1.2fa?240kN/m2，满足。

Pk,min8.845.0181.08kN/m2Pk,max?Pk,min2?123.41?81.08?102.41kN/m2?fa?200kN/m2，满足。

24.基础受冲切承载力验算

只考虑杯口顶面由排架柱传到基础底面的内力设计值，显然这时第②组内力最不利：Nb?515.07kN，Mb?390.89kN?m，故：

Ps,max?NbMb515.07390.89????136.28kN/m2。 AA8.845.01柱边冲切承载力验算：

有效高度h0=1100-50=950mm,冲切破坏锥体最不利一侧上边长at和下边长ab

分别为

at?400mm,ab?2000mm

11am??at?ab???400?2000??1200mm22

考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面积

bh3400900Al?(??h0)l?(??1050)?2000?0.4m22222

Fl?Ps,maxAl?136.28?0.4?54.512kN

?hp?1?0.9?1.1??1000?900??0.822000?900

0.7?hpftamh0?0.7?0.82?1200?1050?723.24KN?Fl?54.512KN故此柱边满足受冲切承载力的要求。

对台阶以下进行受冲切承载力验算，这是冲切锥体的有效高度h0=700-50=650mm,冲切破坏锥体最不利一侧上边长at和下边长ab分别为

at =400+2×375=1150mm；

ab=2(200+375)+2×700=25500mm；

1?at?ab?=0.5×(1150+2550)=1850mm。 2考虑冲切荷载时取用的基础底面多边形面积，即图13中打斜线的部分的面am?积

?bh??3400900?Al???t?h0?l????650??2550?1.40m2 ；

2??22??2：

Fl?Ps,maxAl?136.28?1.4?190.79KN；

0.7?hpftamh0=0.7×0.82×1.10×1850×650=817.66kN﹥Fl=190.79kN。

图12 基础受冲切承载力验算

5.基础底板配筋计算

按地基净反力设计值进行配筋计算

（1）沿排架方向，即沿基础长边b方向的底板配筋计算

由前面的计算可知，第①组内力最不利，再考虑由基础梁和围护墙传来的内力设计值，故作用在基础底面的弯矩设计值和轴向力设计值为：

Mb?Mw?Mb①=209.62+346.74=556.36kN·m(↙)； Nb?Nw?Nb①=367.75+264.98=632.73kN；

偏心距 e?力。

Mb556.36b??0.879??0.567，基础底面有一部分出现拉应Nb632.736a?b?e=1.7-0.879=0.821m； 22Nb2?515.07Ps,max???160.86kN/m2。

3al3?0.821?2.6设应力为零的截面至Ps,max截面的距离为x，

x?2Nb2?515.07??2.463m； Ps,maxl160.86?2.6l3.4?2.463??0.763m处，柱边截面离柱中22此截面在柱中心线右侧2.406?心线左侧为0.45m，变阶截面离柱中心线为0.725m。故，

0.45?0.763?160.86?79.22kN/m2；

2.4630.725?0.763?168.86?102.02kN/m2 变阶截面处的地基净反力：Ps,??2.463柱边截面处的地基净反力：Ps,??图13所示为地基净反力设计值的图形。

图13 地基静反力设计图

沿基础长度方向，对柱边截面Ⅰ-Ⅰ处的弯矩按式（12-38）计算：

M??12a1??2l?a???Ps,max?Ps,????Ps,max?Ps,??l? 121?1.252???2?2.6?0.4??160.86?79.22???160.86?79.22??2.6? 12?220.70kN?m?变阶处截面Ⅰ′-Ⅰ′的弯矩：

M????12a1?2l?a??Ps,max?Ps,???Ps,max?Ps,??l 12????1?0.9752???2?2.6?1.15??160.86?102.02???160.86?102.02??2.6? 12=144.32kN?m﹤M?，故按M?配筋。

采用HRB335级钢筋，fy?300N/mm2，保护层厚度为40mm，故h0?=1060mm,故：

220.70?106As????771.13mm2；

0.9fyh0?0.9?300?1060采用16B12， As?1809mm2，见基础施工图。

M?（2）垂直排架方向，即沿基础短边l方向的底板配筋计算按轴心受压考虑。轴向力设计值Nb=701.95kN,计算柱边截面Ⅱ-Ⅱ的弯矩

1?l?a'?2(2b?b')(ps,max?ps,min)?1?2.6?0.4?2(2.6?3?0.9)(160.86?0) 4848?141.11KN?mM???

1?l?a''?2(2b?b'')(ps,max?ps,min)?1?2.6?1.15?2(2?3.4?1.65)(160.86?0) 4848?59.53KN?m?M?,按M??配筋M?V?

AM??141.11?106As?????497.74mm2,s???165.9mm2/m??minbh0?675mm20.9fyh0??0.9?300?10503

按构造配筋B12@200，As=505.0mm2/m。。

参考文献

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[2]GB 50068-2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S]. [3]GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S]. [4]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S]. [5]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S]. [6]国家建筑标准设计图集.

[7]程文瀼、李爱群.混凝土结构（上册）—混凝土结构设计原理（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[8]程文瀼、李爱群.混凝土结构（中册）—混凝土结构与砌体结构设计（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.

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