钢结构毕业设计计算书—cl.doc

装订线安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）报告纸摘 要本设计是单层双跨轻钢结构工业厂房，采用门式刚架结构：每跨27米，每跨中都设有一台20吨、A3级桥式吊车。设计主要依据钢结构设计规范（GB500172003）和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）等国家规范。确定刚架平面布置后，先进行各种的荷载标准值计算，利用PKPM软件估算选梁、柱截面进行内力分析及组合，忽略地震荷载等因素的影响。在此基础上确定梁、柱的截面，并且利用位移法求出在荷载组合作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力），验算了其平面内外的稳定性。梁柱均采用Q235-B钢和10.9级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用E43型焊条。在计算内力组合中，只选用了一种最不利的组合，最安全的结果计算。此外还进行了地基基础的计算，由于厂房处的地质条件较好，故采用了安全的柱下独立基础的设计方案。完成了梁、柱和房屋墙面檩条等构件的内力和截面的计算，及绘制了建筑和结构施工图纸。关键词：轻型钢结构、门式刚架、桥式吊车、内力分析、位移法 、独立基础AbstractThe industrial factory building of steel construction is adopted to the portal frame structure: Each span is 27 m and consists of 20 tons, bridge type crane of A3 grade. The design is mainly based on the criterion of “CODE ROR DESIGN OF STEEL STRUCTURES”（GB500172003）and “TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT-WEIGHT BUILDINGS WITH GABLE FRAMES”（CECS102：2002）etc. After decided the plane arrangement of frame, representative value of load is first caculated. The internal force is analyzed and combined in PKPM so as to choose the section of beam and column and neglectes the factor that earthquake is on the influence of loading etc. Based on these analysis, the section of beam and columniation is decided. Then the vibrate cycle is calculated by the peak-displacement method for structural internal force (bending moment,shearing force and axial force). Next, checking stability of the plane structure. The steel beam and column employs Q235-B carbon structural steel. Connection bolts are high strength of friction type with behavioral grade 10.9. Rod for manual welding usually adopts E43. And during calculate the internal force, a kind of most unfavorable association have been only selected, fetch the safest result to calculate. In addition, foundation of the ground has been caculated. Because the geological condition of the place of factory building is better, the design plan is adopted on the individual footing under the post. Having finished the roof beam, internal force and the section of members have been caculated. Finally draw the building and structure.Key Words：Light-weight steel structures portal frame bridge type crane the internal force analyzes utilizing the peak-displacement method individual footing 目 录文献综述1第一部分 建筑方案设计91.厂房的平面设计92.厂房的立面设计103.厂房的剖面设计104.厂房的构造设计12第二部分 结构设计131.屋面檩条计算132.(轴线19)墙梁计算173.(轴线AC)墙梁计算214.抗风柱的计算255.（A 、C）柱间支撑296.柱（B）间支撑327.屋面横向水平支撑358.吊车梁计算379.门式刚架计算459.1 荷载标准值459.2 初选截面469.3 截面特性469.4 刚架内力计算489.5 钢架截面验算8010.节点计算9310.1 柱脚计算9310.2 牛腿计算10510.3 梁柱连接设计计算10910.4抗风柱柱脚计算11511.基础梁及地基基础计算11711.1 基础梁计算11711.2 边柱基础计算12011.3 中柱基础计算12611.4 抗风柱基础计算133致谢139参考文献140外文翻译141附录A 毕业设计指导书附录B 内力组合表附录C 外文翻译原件安徽工业大学工商学院 毕业设计（论文）报告纸 文献综述浅谈钢式钢架设计1. 单层轻型门式刚架结构的特点和设计中的注意事项1) 单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点 质量轻围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为1030kg/m2 ，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/201/30。由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。 工业化程度高，施工周期短门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。 综合经济效益高门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。 柱网布置比较灵活传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。2) 设计中的注意事项 由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。 要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作。 组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。 设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。 门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。 设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。2. 结构形式和结构布置1) 结构形式门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/201/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于3t的悬挂吊车和起重量不大于20t的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。2) 结构布置门式刚架的跨度宜为936m，当柱宽度不等时，其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取4.59m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。纵向温度区段小于300m，横向温度区段小于150m（当有计算依据时，温度区段可适当放大）。 檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。 在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。 在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。 端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取3045m，有吊车时不宜大于60m。 当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。 当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。 在刚架的转折处（边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆。 由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。 刚性系杆可由檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。 当房屋内设有不小于5t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。3. 刚架设计1) 荷载组合荷载组合一般应遵从建筑结构荷载设计规范GB50009-2002的规定，针对门式刚架的特点，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:98给出下列组合原则： 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。 多台吊车的组合应符合建筑结构荷载设计规范的规定。 当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。2) 刚架内力和侧移计算 对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有1 最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。3) 铰接连接：从理论上讲，是指在外力作用下，可自由转动的连接。又称为柔性连接或简支连接。该类型连接只承受剪力，而不考虑承受弯矩。上述三种连接中，半刚性连接及铰接连接，又统称为部分约束连接。然而，事实上对于一个连接节点而言影响其转动刚度的因素较多，难以一概而论，工程上理想的柔性连接是很少的，为此，只能近似地划分。一般工程上所说的柔性连接，是指连接在外力作用下，梁玉柱轴线夹角的改变量达到理想铰接（自由转动）转角的80%以上。要做到这一点，在连接中允许非弹性变形时必要的。而刚性连接是指节点在外力作用下，对转动约束能达到理想刚接（若以梁与柱连接为例，即为梁与柱轴线夹角保持不变的连接）的90%以上，而半刚性连接是指其转动约束性能介于刚性连接与柔性连接之间的连接。34. 梁与梁的刚性拼接连接应注意的问题1) 相对弯矩和剪力而言，通常梁轴向力较小，故梁通常按受弯、受剪进行连接设计。2) 柱外悬臂梁段与梁的刚性拼接接头，应在节点塑性区段以外及内力较小位置处，又为便于施工安装，常设在距梁端一米左右，当采用带悬臂梁端的柱单元时，悬臂梁段的长度一般距柱轴线不超过1.6m。3) 如果将梁翼缘的连接按实际内力进行设计，则有损梁的连续性，可能造成建筑物实际情况与设计时内力分析模型不相协调，并降低结构的延性。因此，对要求结构有较好延性的抗震设计和按弹塑性设计的结构，其连接节点应按板件截面面积的等强度条件进行设计。4) 梁腹板按实际内力拼接连接时，其连接承载力不应小于按腹板截面面积等强度条件所确定的腹板承载力之一半 。5. 梁与梁的铰接连接梁与梁的铰接连接，通常指次梁与主梁的简支连接。铰接连接节点构造简单，便于制作安装，在工程中被广泛采用，国内外工程中常见的连接类型主要有：1) 双角钢连接：双角钢连接广泛应用于主、次梁的连接，也可用于梁与其他支承构件的连接，这种连接具有很多优点，如适宜用于端反力较大的情况，呈现出优良的抵抗梁中轴向压力的能力，有适当的抗轴向拉力的能力，构件受扭时，有较好的抗扭能力。为此对双角钢连接提出以下要求，连接角钢长度至少为T/2，以提供安装过程中的稳定。T为上、下翼缘与腹板相交处内圆弧根部之间的距离。若以h表示梁截面高度，k表示外翼缘至圆弧根部的距离，则T=h-2k。另外，还必须提供一个安装用净空。若连接角钢为不等肢角钢，则通常为次梁的腹板与角钢的长肢连接。连接的相对刚度与角钢长度、固定件尺寸及位置有关。设计时，通常略去主梁的扭转影响，而只考虑次梁端部与主梁连接之间的剪力作用，以及由此产生的附加弯矩影响来进行螺栓（焊缝）连接的计算。2) 单板连接：单板连接，对工厂加工而言是较经济的，安装也较方便，被大量用于简支结构。单板连接基本上用来支承重力剪切荷载，它可抵抗梁中的轴压力，但不大适于抗扭；如果梁受压翼缘缺乏侧向支承，则应慎用。它有适度的刚接，这个刚度与连接高度也就是螺栓数及其尺寸有关。这种连接也常用于梁与柱翼缘的连接，但因置入螺栓、扩孔、铰孔或施加预拉力较困难，一般不用于梁与柱腹板的连接。因为是单剪，比起双角钢连接，螺栓数要求较多。3) 单角钢连接：与单板连接类似，比双角钢连接提供了明显的安装优势。它基本上用于抵抗重力荷载，但它是所有简支连接中最柔的连接。抗扭能力较差，要承受扭矩时将不采用，也不适于抵抗梁中轴向拉力。这种连接通常只在使用双角钢有妨碍时使用。当角钢一肢在车间焊到支承构件上，而另一肢在现场栓接到被支承构件上时，为保证连接的柔性，必须避免焊接肢整个施焊。4) 剪切端板连接：这种连接基本上用于抵抗重力荷载，为保证连接中转动的柔性，端板厚度可用于6.510mm范围内，有良好的抵抗梁中轴向压力的能力，但在这厚度范围内通常不满足抵抗轴向拉力的要求。它提供的抗扭转荷载的能力与板的长度有关。通常用角焊缝将端板焊接到次梁端，但端板与支承构件（主梁）的连接可用现场栓接或现场焊接。如果选择在现场焊接，则应提供安装螺栓。该连接要求将梁端精确地切割成矩形，长度的确定精确度要求高。所以有的加工安装单位，为了安装方便，将梁尺寸加工得稍微短些，安装就位后再加塞薄钢片使连接紧密。端板连接主要用于塞梁（filler beam），也可用于梁柱连接，且对于连接斜交构件是方便的，端板可冲切成标准孔或水平椭圆孔。除上述四种情况外，还有其他的连接方法，如通过支承构件上的承托，以及用T形连接板等来实现梁与梁铰接等。6. 梁柱刚性连接构造要求1) 梁与柱的连接宜采用柱贯通型。2) 柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱型截面；柱与在梁翼缘连接处设置隔板。隔板采用电渣焊时，壁板厚度不应小于16mm，小于此限时可改用工字形柱或采用贯通式隔板。当柱仅在一个方向与梁刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。3) 工字形柱（绕强轴）和箱型柱与梁刚接时，应符合下列要求： 梁翼缘与柱翼缘焊接时，应全部采用全熔透坡口焊缝，并按规定设置衬板，翼缘坡口两侧设置引弧板。 柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋（隔板），加劲肋（隔板）厚度不应小于梁翼缘厚度，强度与梁翼缘相同。 梁腹板与柱宜采用高强度螺栓摩擦型连接(经工艺试验合格能确保现场焊接质量时，可用气体保护焊进行焊接)；腹板角部应设置焊接孔，孔形应使其端部与梁翼缘全熔透焊缝完全隔开。当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%时梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列；计算仅需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数不得小于计算值的1.5倍。 腹板连接板与柱的焊接，当板厚小于16mm时，应采用双面角焊缝，焊缝有效厚度应满足等强要求，且不小于5mm；板厚大于16mm时，采用K形坡口对接焊缝。该焊缝应采用气体保护焊焊接，且板端应绕焊。 抗震等级为一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大形连接、梁端加盖板或股型连接。日本普遍采用端部扩大形连接，美国主要采用骨形连接（RBS），但需在关键截面削弱部分钢材，且RBS形加工要求较高。7. 梁柱节点板域的具体补强措施1) 对于焊接工字形截面组合柱，宜将柱腹板在节点域局部加厚（更换成厚钢板），加厚的钢板应伸出柱上、下水平加劲肋之外各150mm，并用对接焊缝将其与上、下柱腹板拼接。2) 对轧制H型钢柱，可通过在节点域焊贴补强板或设置斜向加劲肋等办法加以解决。当采用铁板时，若节点域板厚不足部分小于腹板厚度时，可采用单面补强板，反之，则应采用双面补强板，且每块补强板（贴板）厚不宜小于6mm。通常补强板的上、下边缘也应分别伸出柱上、下水平加劲肋以外不小于150mm处，并用焊脚尺寸不小于5mm的角焊缝与柱腹板连接，而侧边与柱翼缘可用角焊缝或填充对接焊缝连接。若补强板无法外伸时，补强板的周边则应采用填充对接焊缝或角焊缝，与柱翼缘和水平加劲肋实现围焊连接。当节点域板面垂直方向有竖向连接板时，则应再采用塞焊缝将补强板与柱节点域处腹板焊牢，塞焊孔径一般不小于16mm，塞焊孔之间的水平及竖向间距，均不应大于相连板件中较薄板件厚度的倍，也不应大于200mm。采用斜向加劲肋加强节点域时，斜向加劲肋及其连接，应能传递柱腹板所能承担的剪力之外的剪力。38. 无加劲肋柱节点的计算 设计梁和柱的刚性和半刚性连接时，需要解决柱是否应设加劲肋及如何设置的问题。分三种情况：不设加劲肋，在腹板全宽上设加劲肋和腹板部分宽度上设置加劲肋。后一种加劲肋只适用于单侧有梁相连的柱。 不设加劲肋的柱在达到极限状态时，可能出现的破坏形式是腹板在梁翼缘传来的压力作用下屈服或屈曲，以及翼缘在梁翼缘传来的拉力的作用下弯曲而出现塑性铰或链接焊缝被拉开。此外，梁翼缘传来的力还使腹板受剪，这些都需要验算。 梁受压翼缘传来的力是否足以使柱腹板屈曲，要在柱腹板与翼缘连接焊缝（或轧制H型钢圆角）的边缘处计算。当梁翼缘与柱翼缘采用坡口对接时，柱腹板承压的有效宽度是：。如果只考虑C力的作用，按照等强条件，可以得出柱腹板的厚度为：。当柱宽度较大时，柱腹板受压区可能在边缘未屈服前屈曲，此时临界应力可按单向受压四边简支板计算。计算时偏于安全地取板长度，则临界应力为：。令等于Q235钢的屈服点，可得出不至于屈服前屈曲的宽厚比。GB50017规范规定采用下列公式计算：。如果柱腹板受压区的计算结果不会出现屈服，那么受拉区自然也不会屈服。因此，柱受拉区只需验算翼缘及其焊缝。柱翼缘在梁翼缘传来的拉力作用下有如两块承受线荷载的三边嵌固板，其纵向嵌固边位于角焊缝（或圆角）边缘。单块板ABCD所能承受的拉力近似地取为3.5，两嵌固边之间的部分可以认为受拉屈服，即承受拉力。引进抗力分项系数并考虑翼缘板中间和两侧部分抗拉刚度不同，难以充分发挥共同工作，再引进折减系数0.8，则梁翼缘传来的拉力应满足下式，经简化得出。若采用等强原则，则得。如果以上关于压力或拉力作用的计算不能满足，就需要对柱腹板设置横向加劲肋。加劲肋既加强腹板也加强翼缘。柱翼缘在梁受拉翼缘的拉力作用下会产生弯曲变形，在和腹板相连接处没有变形，而在翼缘两边变形最大。这样，连接柱翼缘和梁受拉翼缘的焊缝就沿其长度受力不均匀，中间部分应力最大，越靠近边缘应力越小。拉力T增大到一定程度时焊缝中间部分会被拉裂。考虑应力的不均匀性，计算焊缝时应该用下列有效长度代替实际长度：。柱翼缘和梁受压翼缘的连接焊缝也同样受力不均匀，不过不会在压力作用下断裂。计算这类焊缝也可用上式确定其有效长度，只是系数要比受拉焊缝大，对Q235钢和Q345钢分别取10和7。49. 有加劲肋柱节点域的计算以柱翼缘和横向加劲肋为边界的节点腹板域所受水平剪力为：剪应力应满足： 工程设计中为简化计算可略去式中第二项，同时将节点域的抗剪强度提高到，这样节点域抗剪强度计算公式可写成。上述分析中没有考虑节点腹板域的周边柱翼缘和加劲肋提供约束的有利影响，也没有考虑柱腹板轴压力的不利影响。当柱腹板节点域不满足时，则需要局部加厚腹板或采用另外的措施来加强它。其一，加设斜向加劲肋，其二，在腹板两侧或一侧焊上补强板来加厚。节点腹板域除应按上式验算剪切强度外，还应按下式验算局部稳定：。10. 国外改进后的节点形式国内外大量研究和实践证明,在轻型钢结构的抗弯连接中,端板连接最为经济,它比通常的腹板、翼缘连接节省材料和紧固件,而且避免现场焊接,所以目前它己成为抗弯连接的主要形式。端板连接节点是轻型钢结构中普遍采用的连接形式,它可分为刚性节点、半刚性节点和铰接节点三类,半刚性节点需要通过实验来取得较准确的设计数据,国内设计一般不采用。同时,一些其他新型的节点连接形式也相应出现;比如带有加劲肋的刚性节点法兰连接和无加劲肋的半刚性节点法兰连接等。钢框架结构的梁柱连接多按刚性连接设计,主梁与柱的连接具有足够刚度。在钢结构设计中经常会遇到节点不满足要求的,例如:箱形柱与工字钢梁刚接时,对于箱形柱,最常见的是该柱强轴方向节点域屈服承载力不满足要求, (Mpb1+Mpb2) /Vp/(4/3) fv1,需加厚腹板厚度;对于工字钢梁,按抗震规范8.2.8条进行梁柱连接的极限承载力验算,Mu= 柱翼缘厚，但无法加强。像这种情况整体加厚柱子腹板厚度,会导致过大的浪费。于是我们经常采用节点处换板来加以改进。对于梁柱节点,可以选用楔形盖板加强框架梁梁端与柱的刚性连接、在梁端下部加腋板加强框架梁梁端与柱的刚性连接、“犬骨式”的连接构造等等。在设计中遇到节点连接不满足的情况,我们要仔细分析原因,然后选择合理的节点形式。【5】11. 节点设计的细节考虑在钢结构建筑的设计过程中，除了“大处着眼”满足结构整体计算要求、保证结构整体受力合理外，亦应“细处着手”不忽视数量巨大的细小节点的设计，利用钢结构自身的诸多优点达到节约材料、轻巧耐用等目的。例如，某门式钢架厂房屋面平面布置中，A区与B区由于风荷载体型系数取值不同，计算的风吸力大小也不同（AB）。应用“PKPMSTS门式刚架屋面、墙面设计”计算檩条时，在“檩条设计”对话框中若不框选“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”，则计算出来的A区所需檩条界面大于B区檩条截面，为保证屋面的整体连贯性，这样B区檩条也需选择同A区檩条一样大的截面，就造成了浪费。若框选“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”，则计算所得A区、B区所需檩条截面大小一致。由此可见，采用后者方案，A区、B区选用同等截面的檩条，构造保证A区檩条的下翼缘稳定性，是更加经济有效的做法。常见的构造措施是在檩条的下翼缘增加一道拉条。【1】1定静. 浅析钢结构节点设计(J). 建筑与结构设计学报. 2008, 1007-9467（2009）04-0033-03.2黄双凤，王明. 浅谈钢结构节点设计(J). 陕西建筑学报.2009, 9:171.3谢国昂, 王松涛. 钢结构设计深化及详图表达. 中国建筑工业出版社. 2010.4陈绍蕃, 顾强. 钢结构. 第二版. 中国建筑工业出版社.5资料北岭地震和阪神地震后美日钢框架节点设计的改进.第一部分 建筑方案设计1.厂房的平面设计根据生产工艺的要求，厂房平面为双等跨矩形平面。其横向定位轴线均与柱中心线重合；两边纵向定位轴线、中间定位轴线与柱中心线重合。厂房内通道根据工艺需要及人员安全疏散要求，宽度取为4.5m。厂房前后出入洞口尺寸为，窗户大小取。厂房平面图详见建筑绘图部分。1.1 厂房定位轴线的确定厂房跨度均为27m，轨顶标高为8.400m，每跨各设有一台起重量为20t，A3工作制的桥式吊车，吊车数据如下：吊车跨度S=25.5m，h1500mm（小车顶面到轨顶的距离），b205mm（轨道中心到吊车边缘的距离）。边柱和中柱皆选用焊接工字钢，边柱截面尺寸为5503001014，中柱截面尺寸为5003001014；梁选用焊接工字钢，截面尺寸为7003001014。由于吊车的设计生产制作都是标准化的，建筑设计应满足下述关系式：已查得，求得1.2 柱网布置 根据毕业设计（论文）指导书的要求，厂房的跨度均为27m，柱距为6.6m。如图1.1所示。图1.1 柱网布置1.3 变形缝由于该厂房纵向长度为72.6m，所以不需设置伸缩缝；土壤地质条件较好，不需设置沉降缝；根据地震设防烈度为7度，也不需设置防震缝。2.厂房的立面设计采用竖向波形压型钢板外墙及彩板钢窗，形成竖向线条的立面效果，以改变厂房长度和高度尺高的扁平视觉效果，使厂房显得庄重、挺拔。2.1 屋面排水设计：屋面排水方式采用有组织排水，屋面排水坡度1/20，内天沟纵向坡度50/00，雨水管每侧5根，中间9根，用直径150的PVC雨水管。根据资料，按200m2的建筑面积汇水1m3的建筑排水计算天沟截面，故边柱位置内天沟截面尺寸取高度为450mm，宽度为436mm ；中柱位置内天沟截面尺寸取高度为210mm，宽度为1150mm。均能满足排水要求。2.2 屋面板及墙面板的选择：由毕业设计（论文）指导书知，本厂房地处天津。该地区基本风压为0.50kN/m，基本雪压为0.40kN/m。根据以上的基本气象，荷载条件及屋面坡度为1/20，屋面坡度较小。屋面板型为：型，其屋面水平檩距取1.50m，墙面板型为：型，其墙梁间距取1.2m。3.厂房的剖面设计3.1 轨顶及牛腿标高的确定：轨顶标高7.78：轨顶到柱顶的高度； 如图1.2所示。 图1.2 厂房的剖面 3.2 内外高差的确定厂房建筑室内外高差，考虑运输工具进出厂房的便利及防止雨水侵入室内，选取了150mm。3.3 采光及通风设计根据厂房生产状况，查表知厂房的采光等级为III级，且双跨厂房采用单侧采光，其窗地比取1/6。由于厂房中设有桥式吊车，光线受吊车梁的遮挡，不能有效地进入厂房。在吊车梁处将侧窗分为上下两段布置，上段为高侧窗、下段为低侧窗，如图1.2所示。鉴于厂房为双跨跨度均为24m，故此其通风问题主要是合理的组合气流的路径，利用穿堂风即可有效的解决其通风问题，具体设计中是将两侧窗对齐，低侧窗下部为平开窗，方便开启和组织气流，形成穿堂风，上部可为固定窗，即高侧窗为固定窗。4.厂房的构造设计(1) 外墙构造外墙底部窗台以下部分采用240厚的空心砖墙，高度为0.9米，墙下设基础梁支撑在柱基础上，窗台以上部分采用28厚夹芯墙板（）外墙，墙板采用C型墙梁与刚架柱连接。(2) 屋面构造 屋顶采用35压型屋面板（），利用H型檩条与刚架梁连接。(3) 地面构造因厂房内生产对地面没有特殊要求，故采用水泥砂浆地面，其构造厚度可查阅工业建筑地面设计规范附录（一）得以确定。第二部分 结构设计1.屋面檩条计算1.1设计资料檩条选用高频焊H型钢，屋面坡度为1/20 （=2.86），屋面材料为压型钢板。檩条跨度7.5m6m ，故在跨中三分点处各设一道拉条。在屋脊处和屋檐处设置斜拉条，水平檩距1.5m（坡度较小，沿坡向斜距约等于1.5m）。檩条采用Q235。1.2 荷载标准值（对水平投影面）(1) 永久荷载： 屋面压型钢板自重0.10 , 檩条（包括拉条、支撑）自重设为0.12(2) 可变荷载：屋面均布活荷载为0.50，雪荷载为0.1，计算时取两者中较大值，即只考虑屋面均布活荷载0.50，不计雪荷载。由于检修集中荷载1.0的等效均布荷载为 ,小于屋面均布活荷载，故可变荷载采用。（施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑）风荷载：图2.1 檩条计算简图 (3) 风荷载：基本风压：0=0.30 按建筑结构荷载规范（GB50009-2001），利地面高度11.125m，地面粗糙度类别为B类，查荷载规范知风荷载高度变化系数=1.03（线性内插求得）。风荷载体型系数取边缘带=-1.4（吸力）；基本风压，按现行国家标准建筑结构荷载规范的规定值乘以1.05采用（CECS规范）。垂直屋面的风荷载标准值： 1.3 内力计算（1）恒载和屋面均布活荷载组合：（1.2永久荷载+1.4可变荷载）檩条线荷载： 弯矩设计值： 在刚度最大主平面（X轴）由引起的弯矩，弯矩设计值： 在刚度最小主平面（y轴）由引起的弯矩，跨中正弯矩： 1/3处负弯矩： (2) 恒载与风吸力组合（1.0永久荷载+1.4风吸力荷载）檩条线荷载： 弯矩设计值： 跨中正弯矩： 1/3处负弯矩： 1.3 截面选择及截面特性选用普通高频焊接薄壁H型钢H1501003.24.5截面特性： 计算截面无孔洞削弱，净截面模量为： 1.4 强度验算假设屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，则不考虑截面塑性发展根据公式，验算檩条在第一种荷载组合作用下的强度（取跨中弯矩组合）为：强度满足要求。1.5 稳定性验算（1）有效截面模量 永久荷载与风吸力组合下的弯矩较永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩小的很多，按上述方法计算的截面模量全部有效，同时不计孔洞削弱，则： 假设屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转，在风吸力作用下，按公式验算在风荷载与屋面永久荷载组合作用下檩条（下翼缘）的稳定性。（2）受弯构件的整体稳定系数：（钢结构设计手册上P24）已知： 双轴对称截面截面不对称影响系数 ，则 =1.450.60,应进行修正：(3) 风吸力作用使檩条下翼缘受压，根据公式，计算的稳定性为 稳定性满足要求，计算表明由永久荷载与屋面活荷载组合控制。1.6挠度计算按公式 验算其挠度跨内最大挠度为满足要求。1.7 构造要求 ，故此檩条在平面内、外均满足要求。2.(轴线19)墙梁计算2.1设计资料房屋围护结构采用压型钢板 (YX-28-150-750)，墙梁跨度为7.5m，间距为1.2m。在墙梁三分点处各设置一道拉条（12），在屋檐处设置斜拉条。2.2 荷载标准值(1) 永久荷载： 压型钢板自重为0.10，墙面檩条自重为0.10 作用于墙梁上的竖向荷载标准值： (2) 风荷载风荷载标准值 ： 风荷载体型系数： 由于，则垂直于房屋墙面的风荷载标准值： （吸力）作用于墙梁上的水平风荷载标准值： （吸力）2.3 荷载设计值恒荷载设计值： 风荷载设计值： 2.4内力计算墙面压型钢板与檩条相连，且板与板有可靠连接，墙梁承受墙板与风荷载作用。竖向荷载在跨中产生的弯矩（对Y轴）： 水平风荷载产生的弯矩（对X轴）： 由单侧压型钢板对墙梁由于偏心产生的弯矩对墙梁产生扭矩作用，但很小，又由于压型钢板与墙梁连接很好，且主要由砖墙承受墙面压型钢板墙体自重，于是认为压型钢板由于偏心产生的弯矩可以不计入稳定计算。2.5截面选择选用卷边槽形冷弯薄壁C型钢C18070202.0截面特性： 墙梁三分点处各设置一道拉条考虑到安全性折减系数均取0.9则C型檩条有效截面模量可近似为： 2.6强度验算根据公式，验算墙梁在自重荷载与风荷载组合作用下的强度：=N/mm N/mm 强度满足要求。2.7整体稳定性验算 （1）有效截面模量 在永久荷载与风吸力组合下，按上述方法计算的截面模量全部有效，同时不计孔洞削弱，则： 墙面不能阻止檩条侧向失稳和扭转，在风吸力作用下，按公式验算在风荷载与墙面永久荷载组合作用下檩条的稳定性。（2）受弯构件的整体稳定系数跨中有2个侧向支撑，查表：， ()=0.938 (3) 在风吸力作用下，根据公式计算的稳定性为： 稳定性满足要求。 2.8 风荷载作用下的挠度计算风荷载标准值： kN/m，按公式 验算其挠度。跨内最大挠度为： mm mm3.(轴线AC)墙梁计算3.1设计资料房屋围护结构采用压型钢板 (YX-28-150-750)，墙梁跨度为6m，间距为1.2m。在墙梁间跨中位置设置一道拉条（12），在屋檐处设置斜拉条。3.2 荷载标准值(1) 永久荷载： 压型钢板自重为0.10kN/m2，墙面檩条自重为0.10kN/m 作用于墙梁上的竖向荷载标准值： kN/m (2) 风荷载风荷载标准值 ： 风荷载体型系数： 由于，则 垂直于房屋墙面的风荷载标准值：kN/m kN/m（吸力）作用于墙梁上的水平风荷载标准值： kN/m （吸力）3.3 荷载设计值恒荷载设计值： kN/m风荷载设计值： kN/m （吸力）3.4内力计算墙面压型钢板与檩条相连，且板与板有可靠连接，墙梁承受墙板与风荷载作用。竖向荷载产生的跨中弯矩： kNm水平风荷载（吸力）产生的弯矩： kNm由单侧压型钢板对墙梁由于偏心产生的弯矩对墙梁产生扭矩作用，但很小，又由于压型钢板与墙梁连接很好，且主要由砖墙承受墙面压型钢板墙体自重，于是认为压型钢板由于偏心产生的弯矩可以不计入稳定计算。3.5 截面选择选用卷边槽形冷弯薄壁C型钢C16060202.0截面特性： 墙梁间跨中位置设置一道拉条，考虑到安全性，折减系数均取0.9则C型檩条截面模量可近似为： 3.6 强度验算根据公式，验算墙梁在自重荷载与风荷载组合作用下的强度：= 强度满足要求。3.7整体稳定性验算（1）有效截面模量 在永久荷载与风吸力组合下，按上述方法计算的截面模量全部有效，同时不计孔洞削弱，则： 墙面不能阻止檩条侧向失稳和扭转，在风吸力作用下，按公式验算在风荷载与墙面永久荷载组合作用下檩条的稳定性。（2）受弯构件的整体稳定系数跨中有1个侧向支撑，查表：， () 4=0.8114 (3) 在风吸力作用下，根据公式计算的稳定性为：稳定性满足要求。 3.8 风荷载作用下的挠度验算风荷载标准值： kN/m，按公式 验算其挠度。跨内最大挠度为： mm mm挠度满足要求。4.抗风柱的计算4.1 设计资料抗风柱通过弹簧钢片与屋架铰接，底端与基础铰接，则柱的计算长度系数，檐口设计标高为10.500m(屋面坡度为1/20)，抗风柱设置如图4.1，抗风柱顶标高10.006 m，地面以下-0.600m。4.2 荷载由上述计算可知:(1)墙梁、支撑、压型钢板自重标准值：0.22kN/m则其沿高度方向线荷载标准值： 设计值：(2)垂直于房屋墙面的风荷载标准值： kN/m（吸力）作用于柱上的水平风荷载设计值为： kN/m （吸力） 图4.1 抗风柱设置4.2 截面选择及内力计算选用高频H型钢3001504.58截面特性： 忽略墙架垂直荷载的偏心，设抗风柱自重标准值为0.30 kN/m抗风柱计算长度： m抗风柱最大弯矩: kNm 抗风柱最大轴力： kN4.3强度验算 ，则塑性发展系数 ，=105.58满足要求4.4稳定性计算(1) 弯矩作用平面内稳定性计算， kN ，则塑性发展系数 由公式，验算压弯作用下，其平面内的稳定性。等效弯矩系数取1.0；对x轴按b类截面 ，由，查表得：。 N/mm N/mm平面内稳定满足要求。(2) 弯矩作用平面外的稳定性作用于柱上的水平风荷载设计值为： kN/m （吸力）水平风荷载（吸力）产生的弯矩： kNm则整体稳定系数可由近似公式计算：1,风吸力作用使檩条下翼缘受压，根据公式，计算的稳定性为N/mm N/mm 稳定性满足要求4.5挠度验算风荷载标准值： kN/m，按公式 验算其挠度。跨内最大挠度为： mm mm满足要求。5.（A 、C）柱间支撑5.1设计资料双等跨门式刚架跨度为24m，柱间距为7.5m，钢材为Q235。在厂房的两端和中间各设置一道垂直支撑以抵抗风荷载及吊车的纵向水平荷载等作用。抗震设防烈度为7度