单层轻钢结构工业厂房设计

1、中文题目：单层轻钢结构工业厂房设计外文题目：DESIGN OF LIGHT STEEL CONSTRUCTION WITH SINGLE PAIR INTER-INDUSTRIAL BUILDING 毕业设计（论文）共 89 页（其中：外文文献及译文 25 页） 图纸共 4 张 完成日期 2011 年 6 月 答辩日期 2011 年 6 月I摘要本设计结构形式为门式钢架的单层双跨厂房。设计中通过对厂房整体结构、建筑使用功能、防火等级要求、抗震等级要求及耐久年限要求的综合分析，本次毕业设计的最终的方案采用装配式预应力排架结构形式。根据建筑设计用途和设计依据，使构配件标准化、系列化、通用化的原则，

2、设计时力求技术先进、经济合理、安全使用、施工方便。确定建筑设计方案设计的主要内容有：构件选型；柱子尺寸初定、结构平面布置和剖面设计；单项荷载作用下的结构内力计算；最不利内力组合；构件截面设计，主要包括最不利内力作用下上柱、下柱的配筋计算；柱下独立基础设计；完成用顶点位移法计算结构自振周期，完成用底部剪力法计算水平地震作用；施工阶段验算及施工图绘制。关键词：门式钢架；单层双跨厂房；内力计算；配筋计算IIABSTRACTThe course design was completed for the Single double cross workshop of gabled frame , The

3、 design of comprehensive consideration of overall structure、the functional requirements of building 、the fire code requirements、 safety regulatory requirements and durability code. The final design used fabricated concrete simply supported. According to the purpose and basis for building design。The

4、components and parts standardization, serialization, universal principles of design and strive to advanced technology, economical, safe, easy construction. Determine the architectural design of the main content：component selection; initially for column size, structure, layout and profile design; sin

5、gle loads Structures; complete with top displacement method to calculate natural period to complete the level with the bottom of the seismic shear method; the most unfavorable combination of internal forces; component cross-section design, including the most adverse effect of internal forces, the co

6、lumn, the next column and corbel of Reinforcement calculation; Checking the construction phase; he construction drawing.Keywords：gabled frame；Single double cross workshop；internal force calculation；reinforcement calculation目录前 言 .11 绪论 .21.1 轻型门式刚架结构体系在国内的发展概况 .21.2 轻型门式刚架结构的研究现状 .31.3 设计的理论知识 .51.3

7、.1 单层厂房结构组成.51.3.2 荷载取值.62 单层轻型钢结构厂房设计 .102.1 设计资料 .102.1.1 生产工艺要求.102.1.2 工程气象条件.102.1.3 工程地质条件.102.1.4 建筑构造.102.2 结构构件选型及柱的尺寸确定 .112.2.1 结构构件的选型.112.2.2 柱截面尺寸确定.123.排架内力计算 .143.1 荷载计算.143.1.1 恒载计算.143.1.2 屋面活荷载.153.1.3 吊车荷载.153.1.4 风荷载.163.2 内力计算.173.2.1 剪力分配系数的计算.173.2.2 恒载作用下的排架内力分析 .183.2.3 屋面活

8、荷载作用下排架内力分析 .203.2.4 吊车荷载作用下排架内力分析（不考虑厂房整体空间）.223.2.5 风荷载作用.274.柱的设计 .294.1 最不利内力组合 .294.2 柱的设计 .324.2.1 上柱配筋计算.324.2.2 下柱配筋计算.354.2.3 箍筋的配置.384.2.4 柱的裂缝宽度验算.384.2.5 柱的吊装验算.404.3 牛腿设计 .414.4 A 柱施工图 .435. 抗震计算 .445.1 荷载抗震计算 .445.1.1 横向计算所需载荷.445.1.2 纵向计算所需荷载.455.1.3 横向抗震计算.465.1.4 纵向抗震计算.486 围护墙刚度计算.

9、526.1 围护砖墙侧移刚度计算 .526.2 砖围护墙的抗震验算 .537 基础设计 .558.结论 .62致 谢 .63参考文献 .64附录 A .65附录 B .76（论文）1前 言相对与其他结构，钢结构具有轻质高强、塑性韧性好、安全可靠、工业化程度高、施工速度快等优点。更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优质。钢结构以其自身的优越性引起业内关注，已经在工程中得到合理的、迅速的应用1。单层工业厂房比较容易组织生产工艺流程和车间内部运输，地面上能够放置较重的机器设备和产品，所以其在工业建筑设计中得到广泛的应用2。目前，我国钢产量超过 1 亿吨，钢结构在我国的应用与发展已与国际接轨，有着

10、广阔的发展前景。 随着我国市场经济发展的需要，外国公司的涌入和技术设备引进，大大加速了我国轻钢结构建筑体系的发展步伐。但是由于轻钢结构的科研、设计、施工管理相对滞后，所以在发展的过程还存在不少问题，和国外轻钢结构房屋公司的技术水平相比还存在较大的差距，产品质量管理好没有走上正轨，市场还不规范。 今后 10 年钢结构的发展将会更快，为了使我国轻钢结构在新世纪经济领域中发挥更大作用，缩小和国外同行的差距，除了政府部门加强管理以外，科研、设计、施工单位和轻钢结构厂家要团结合作，共同促进我国轻钢结构事业的发展。通过本毕业设计总结在校期间的学习成果，从中学习、掌握和提高综合应用所学的理论知识进行分析问题

11、和解决工程实际问题的能力；深入掌握房屋建筑钢结构设计规范的设计原理和方法；可以进行专业外文资料的翻译，并能熟练运用 Auto-cad 制图软件，达到能够独立依照国家相关规范设计的目的。最后进行工程实例设计，分别从荷载选取、建立计算模型、内力分析、截面验算等方面进行分析，进而得出最终符合力学要求的设计信息，完成本双跨轻钢门式钢架的设计。：单层轻钢结构工业厂房设计21 绪论1.1 轻型门式刚架结构体系在国内的发展概况由于科技的飞速发展以及钢材品质的进步，钢结构的重要性己经被先进国家所肯定，随着我国国民经济的快速发展，我国钢铁工业与建筑钢结构的应用也取得了长足的发展。中国钢产量自 1996 年突破

12、l 亿吨后，至今已实现”七连冠”。2000 年中国钢产量占到世界钢产量份额的巧 .23%，钢材消费量也一跃成为世界大国。到了 2004 年，我国的钢产量已达到 2.6 亿吨，中国钢产量占到世界钢产量份额的 25%。随着中国钢材实现了从短缺到充裕的大跨度飞跃，国家相继出台了”发展钢结构、开发钢结构造和安装施工新技术等产业技术政策。至此，中国的钢结构产业摆脱了由于钢材数量不足对钢结构应用的束缚，驶上积极发展的快车道。由从前的限制使用钢结构到现在鼓励建筑钢结构的发展。由于国家政策、钢材生产、设计研发等诸多方面的有利因素，近几年我国的建筑钢结构处于建国以来最好的发展时期，而且还会在相当长时期内得到长足

13、的发展。建设部、原国家冶金工业局成立的建筑用钢技术协调小组制定的建筑用钢发展计划指出：争取到2010 年我国建筑钢结构用钢达到钢材总产量的 5%，而发达国家建筑用钢占钢产量的比例目前都在 10%以上。建设部 1997 年 H 月发布了新的中国建筑技术政策(1996、2010)，具体提出了发展钢结构的要求，这是几十年来的第一次。近几年来采用钢结构的工业与民用建筑年平均用量呈迅猛发展的态势，其中轻型钢结构房屋所占比重在迅速增加，并且由于其突出的特点及适应我国现阶段国民经济发展的需要而得到飞速发展。据有关部门统计，1999 年中国建筑用钢约 2500 多万吨，占全部钢材产量的 20%一25%。其中钢

14、筋混凝土用钢筋、钢丝、钢绞线约 2000 万吨，钢结构约 200 万吨，金属门窗及设备支架约 300 万吨。包括桥梁、石油管线及各专业工业部门使用钢材，其总量约为 4000 万一 5000 万吨，占全国钢材产量 45%左右。据统计，2000 年中国每年大约有300 多万平方米轻钢结构建筑竣工(包括门式钢架、轻钢房屋和压型钢板、拱壳屋盖)。轻型钢结构所用钢板大量为涂层钢板。2000 年，我国涂层钢板表现消费量达 86.4 万吨，而当年涂层板产量只有 35.4 万吨，市场满足率只有 41%。而到了 2004 年，我国仅新（论文）3增彩色涂层板生产能力 143 万吨/年。轻型钢结构体系中擦条和墙梁一

15、般采用“Z”型或“C”形冷弯薄壁型钢【4】。目前，我国冷弯型钢年产量在 30 万吨左右。钢结构新兴产业方兴未艾，国产钢结构用钢发展迅速。这几年，为适应钢结构产业对钢材的需求，一大批新型钢结构用种相继问世，产量在不断扩大。宝钢开发出新型的耐火耐候钢，初步形成了具有国际先进水平的和中国特点的系列产品 B27O 一 B57ONQ，并在国内的大型厂房、民居、商务楼等应用，受到钢结构加工、施工单位好评；马钢也研制出耐火热轧 H 型钢，能耐 600高温，并在上海一幢高层建筑上应用；上海大通钢结构有限公司采用宝钢的材料开发出耐火耐候高频焊接 H 型钢。我国的热轧 H 型钢从零开始发展到 2002 年的 10

16、0 多万吨，其他钢结构用的中厚板、型钢、钢管、冷弯型钢、涂镀层钢板等产品，都有明显的增长，基本满足国内钢结构行业的需求，为其不断发展做出了贡献。然而，应该看到，尽管国产的钢结构用钢在研制、开发和产能上有了长足进展，但与钢结构产业未来发展趋势和要求还存在一定的差距，目前国产的轻型薄壁型钢材与我国钢结构建筑业的发展还不能完全相适应。比如，板材的焊接能力差，16Mn 板材在焊接时往往出现层状撕裂；高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决，不能满足轻型房屋钢结构的需要；我国生产的大多为镀锌薄板，而镀铝锌薄板几乎没有，在轻钢房屋中，用户多选用抗蚀性能更好的镀铝锌薄板；我国的型材品种规格还不能满足

17、建筑需要，H 型钢的规格不多，对其推广应用带来一定影响；近年来，方钢管在建筑建筑工程应用增多，但这种型材的规格不够齐全，尤其是大规格的很少，对推广应用有一定影响；目前国产钢结构用钢主要是 Q235，建筑用高强度低合金钢品种还太少，Q39O 钢材在实际工程中尚未见采用；耐火耐候钢等钢材的新品种还需进一步开发；等等。这些问题有待研究，它为钢铁企业提出了新的攻关课题。对于轻型钢结构，我国目前主要还是接受轻型门式刚架钢结构体系，我国现阶段的设计规程也是针对这一结构形式。中国工程建设标准化协会标准门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECSI()2：2002)就是针对这一结构形式制定的3。1.2 轻型门式刚

18、架结构的研究现状与传统结构体系相比，轻型门式刚架房屋钢结构体系在理论还很不完善，存在着很大的理论探索空间。有鉴于此，围绕轻型门式刚架钢结构体系应用过程中各环节的工作：单层轻钢结构工业厂房设计4均不是简单的成果应用。另外，轻型门式刚架房屋钢结构体系在各个领域的技术进步和应用发展，除必要的技术导入之外，应根据自身能力，追逐理论热点，以科技为先导，开展必要的科研工作，以最大限度地挖掘利润空间，追求更大的经济效益和社会效益，满足生产和市场需要。就目前的热点问题有以下几个方面：(1)理论研究方面：应力蒙皮效应与结构共同工作的空间作用；I 型变截面梁柱，在腹板局部屈曲后刚架结构体系的稳定极限承载力；以用钢

19、量为目标函数，以极限承载力或不适合变形为控制参数的计算机分析、优化设计和评估软件系统的开发等。(2)实验验证方面：节点、基本构件和整体刚架结构，在静力和动力荷载作用下的受力性能、破坏机理和对稳定极限承载力的影响；刚架结构体系，在动力和地震荷载作用下的工作性能和破坏机理等。(3)设计与生产领域技术方面轻型门式刚架房屋钢结构体系的进一步简化；构件节点(包括刚架和彩板节点)设计的可靠性和方便适用；焊接 I 型钢生产线的加工工艺的连续性和高效性，各环节效率如何协调同步，以及具体环节内的专项技术。如切割、组立(或拼装)、焊接、校正以及除锈和防腐处理技术等。另外，轻型门式刚架的安装技术有别与传统钢结构。刚

20、架的安装要区别具体情况和自身安装能力，选择整体或组合吊装方案。整体吊装的主要优点是速度快，但机械和机具需用量大，并应注意吊装过程中的稳定和作业安全等问题；组合吊装机械和机具需用量少，但工作量相对较大，用时较长。并且由于作业量大，空中作业的安全性等问题显得十分突出。同时两者均须强调安装精度对结构受力的影响。压型板以及配套附件安装则应着重于根据不同板型的需要，选择不同的安装工艺，并且更强调板型连接和节点处理质量，达到外形美观和符合功能性要求等4。（论文）51.3 设计的理论知识1.3.1 单层厂房结构组成单层厂房结构组成 图 1-2 单层厂房结构组成Figure 1-2 Single-layer

21、workshop structures1）屋盖结构：位于厂房顶部，主要承受屋面上的竖向荷载，并与厂房柱组成排架承受结构上各种荷载的作用。屋盖结构分为有檩体系和无檩体系两种。有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑组成如图 1-3（a） ，这种屋盖的结构和荷载传递均比较复杂，整体性和空间刚度较差，但对一般中小型厂房能满足使用要求，且构件小而轻，便于运输和吊装。无檩体系由大型屋面板（包括天沟板） 、屋架及屋盖支撑组成如图 1-3（b） ，有时还包括有天窗架和托架等构件，这种屋盖的屋面刚度大、整体性好，构件数量和种类较少，施工速度快，适用范围广，是单层厂房中最常用的一种屋面形式，适用于具有较大吨位

22、吊车或有较大振动的大、中型或重型工业厂房。：单层轻钢结构工业厂房设计6 （a） （b）图 1-3 房盖结构Figure 1-3Housing cover structure2）排架柱：柱顶与屋架铰接，柱底与基础顶面刚接，承受屋架、吊车梁及外墙等构件传来的竖向荷载、吊车荷载、风荷载及地震作用等，并将它们传至基础，是厂房中的主要承重构件。3）吊车梁：两端焊接（简支）在柱的牛腿顶面，主要承受吊车传来的竖向荷载及横向或纵向水平荷载，并将它们及其自重传递给排架柱。4）支撑：包括屋盖支撑和柱间支撑两大类。其主要作用是加强厂房的空间刚度和整体性，保证结构构件在安装和使用时的稳定性和安全性，同时传递山墙风荷载

23、、吊车水平荷载和地震作用等。5）基础：承受住和基础梁传来的荷载，并将它们传至地基。6）围护结构：包括纵墙、横墙（或称山墙） 。抗风柱、连系梁等构件。主要承受墙体和构件自重及墙面上的风荷载，并将它们传递至柱和基础，抗风柱还将部分风荷载传至屋盖结构5。1.3.2 荷载取值一个建筑对外界防御的第一道防线由墙面和屋面组成的外维护体系。它们同时承受风载，雪载等荷载的作用，并将这些荷载传到次要支承结构上。次结构即墙面墙梁及屋面檩条，将由墙面及屋面传递来的荷载均匀地传到主结构上去，同时对主结构提供良好的侧向约束。对于门式刚架轻钢结构，其主结构由柱及横梁构成，承受荷风载、雪载及其它的荷载，并将其传递到基础。作

24、用在横向排架上的荷载有恒载、屋面活载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷（论文）7载等，除吊车荷载外，其他荷载均取自计算单元范围内6。1）恒载恒载包括屋盖、柱、吊车梁及轨道连接件、围护墙体自重，其值可根据构件的设计尺寸和材料容重计算。若选用标准构件，其值也可直接由标准图查得。a）屋盖自重1G屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、屋面构造层（找平层、保温层、防水层） 、天窗架和屋盖支撑等重量。计算单元范围内屋盖的总重是通过屋架或屋面梁的端部以竖向集中力传至柱顶，其作用点位置视实际连接情况而定。1Gb）悬墙自重2G当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等自重，它以

25、竖向集中力的方式作用在支承连系梁的柱牛腿顶面，作用点通过连系梁或2G墙体截面的形心轴。c）吊车梁自重3G吊车梁和轨道及连接件自重按照吊车梁及轨道连接构造标准图取用，它以竖向集中力的方式沿吊车梁截面中心线作用在柱牛腿顶面，作用点距柱纵向定位轴线之间的距3G离，一般为 750mm。d）柱自重，4G5G上、下柱自重及分别作用于各柱截面的几何中心线上，且上柱自重对下柱几何4G5G中心线有一偏心距。2）屋面活荷载a）屋面均布活荷载荷载规范规定屋面水平投影面上的均布活荷载标准值：石棉瓦、瓦楞铁等轻屋面和瓦屋面为 0.3，钢丝网水泥及其他水泥制品轻屋面为 0.5；钢筋混凝2/mKN2/mKN土12屋面为 0

26、.7；当检修施工荷载较大时，按实际情况采用。2/mKNb）屋面雪荷载荷载规范规定屋面雪荷载标准值按下式计算: (1-1)0SSrk：单层轻钢结构工业厂房设计8式中基本雪压值，由荷载规范中“全国基本雪压分布图”查得；0S 屋面积雪分布系数，可由荷载规范查得。rc）屋面积灰荷载按照厂方使用性质及屋面形式的不同，标准值可由荷载规范查得3）吊车荷载a）吊车竖向荷载对于四轮桥式吊车，可按下式进行计算: (1-2)maxmin)(21PQgGP式中 G吊车桥架（大车）的总重；g小车的重量；Q吊车的额定最大起重量。b）吊车横向水平荷载对于各类四轮桥式吊车，当小车满载时，大车每一个轮子传递给吊车梁的横向水平制

27、动力为 (1-3)(41gQT式中为水平制动力系数，对软钩吊车:当t 时，取10Q12. 0当t 时，取5015Q10. 0当t 时，取75Q20. 0c）吊车纵向水平荷载作用在吊车梁上的纵向水平荷载标准值为 （1-max010PnT 4）式中 吊车每端制动轮数，对一般四轮桥式吊车，=1；nn 制动轮在轮压下与钢轨间的滑动摩擦系数。1014）风荷载（论文）9风荷载崔志作用于厂房外墙面、天窗侧面和屋面，在迎风墙面产生风压力，在背风墙面产生风吸力。风荷载的大小与建筑场地的基本风压、建筑体型、高度及建筑地面粗糙度等因素有关。 荷载规范规定：垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值按下式计算 (1-5)0z

28、szk式中 基本风压值，由荷载规范中“全国基本风压分布图”查得；0 某高度 Z 处的风振系数，对于高度小于 30m 的单层厂房，取=1.0； zz 风压高度变化系数，离地面越高，风压值越大，为各厂房标高处的风压与zz其 10m 高度处的基本风压的比值；它还与地面粗糙度有关，其值可由0荷载规范查得； 风荷载体型系数，可根据建筑体型由荷载规范查得。s横向排架上的风荷载标准值按下述有关公式计算: (1-6)BBqzsk0111 (1-7)BBqzsk0222 (1-8)nikiwBlF1sinBhhzssss0243121)()(式中 B 为计算单元宽度。：单层轻钢结构工业厂房设计102 单层轻型钢

29、结构厂房设计2.1 设计资料2.1.1 生产工艺要求某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为 24m，柱距均为 6m，车间总长度 66m。总建筑面积 3168。每跨设有 10t 吊车各一台，吊车工作级别为中制 A5，轨顶标高为 5.8m，2mm厂房无天窗，建筑剖面简图如图 2-1 所示。耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级。2.1.2 工程气象条件厂房所在地点的基本风压为 0.40 /，基本雪压为 0.35K /，恒荷载为KN2mKN2m0.30 /。KN2m2.1.3 工程地质条件 根据对建筑基地的勘察结果，地质情况见下表 2-1表 2-1 建筑地层一览表（标准值）Table 2-1

30、 List of building ground (standard value)序号岩 土分 类土层深度（M）厚度范围（M）地基承载力fk（KPa）桩端阻力（KPa）桩周摩擦力（KPa）1杂填土0.0-0.80.82粉土0.8-1.81.0110103中砂1.8-2.81.0200254砾砂2.8-6.54.03002400305圆砾6.5-12.56.0500350060注：）地下稳定水位距地坪6 M 以下； ）表中给定土层深度由自然地坪算起；建筑场地类别为类场地土。2.1.4 建筑构造屋面采用卷材保温屋面做法，围护墙为 240mm 厚双面清水砖墙，采用钢门窗，窗宽（论文）11为 3600

31、mm，室内外高差为 150mm，素混凝土地面。图 2-1 厂房剖面示意图Figure 2-1 diagrammatic cross-section of factory2.2 结构构件选型及柱的尺寸确定2.2.1 结构构件的选型钢筋混凝土单层厂房多采用排架结构，为了保证屋盖的整体性和刚度，屋盖采用无檩体系。该车间厂房为卷材防水屋面，因而采用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力折线形屋架。普通钢筋混凝土吊车梁制作方便，当吊车吨位不大时，有较好的经济指标，故选用普通混凝土吊车梁。该厂房各主要承重构件选型7见表 2-2。由工艺要求，吊车轨顶标高为 5.80m，吊车为 10t，A5 中级工作制，m，查电

32、动桥式起重机基本参数和尺寸系列（ZQ1-62）得轨顶至吊车5 .225 . 124kL顶的高度为 2.30m。吊车梁的高度为 1.20m，轨道高度可取 0.20m，则牛腿顶面标高=轨顶标高吊车梁高度轨道高度 =5.801.200.20=4.40m，由建筑模数的要求，故牛腿顶面标高取为 4.60m；柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高度+轨道高度+吊车高度+吊车顶至屋架下弦底面的尺寸 =4.60+1.20+0.20+2.30+0.22= 8.52m，：单层轻钢结构工业厂房设计12故柱顶（或屋架下弦底面）标高取为 8.50m，假定室内地面至基础顶面的深度为 0.50m，则m8.50.509.0H m4

33、.60.505.1lH m9.05.13.9uH 表 2-2 主要承重构件选型Table 2-2 Main bearing component selection构件名称标准图集选用型号重力载荷标准值屋面板G410（一）1.56m 预应力混凝土屋面板 YWB-2II（中间跨）YWB-2IIs (端跨)1.4KN/2m(包括灌缝重)天沟板G410(三)1.5m6m 预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-11.91 KN/2m屋架G410（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度 24m）YWJA-24-1Aa106 KN/榀0.05 KN/2m（屋盖钢支撑）吊车梁G323(二)钢筋混凝土吊车梁

34、（中、轻级工作制）DL-9Z(中间跨)DL-9B(边跨)39.5/根40.8/根轨道连接G325吊车轨道联结详图0.80 KN/m基础梁G320JL-316.7KN/根注：本表图集均按钢筋混凝土结构设计规范设计，重力载荷已换算为法定计量单位2.2.2 柱截面尺寸确定1）柱截面尺寸为A,C 轴 上柱 矩=400mm 400mmbh 下柱 I =400mm 800mm 100mm 150mmffbhbh B 轴 上柱 矩=400mm 600mmbh 下柱 I =400mm 800mm 100mm 150mmffbhbh 2）计算简图及柱的计算参数本厂房为金工车间，工艺无特殊要求，结构布置及载荷分布

35、（除吊车载荷外）均匀（论文）13，故可由厂房相邻柱距的中线截取图 2-2 所示为计算单元，计算单元宽度 B=6.0m。根8据柱的截面尺寸，其计算参数表 2-3。表 2-3 柱的计算参数Table 2-3 Column calculating parameters计 算 参 数柱 号截面尺寸（mm）面积（）2mm惯性矩（）4mm自重（KN/m）上柱矩 4004001.651021.38104.0A,C下柱I4008001001501.775510143.808104.44上柱矩 4006002.4510728106.0B下柱I4008001001501.775510143.808104.44图

36、2-2 计算单元和计算简图Figure 2-2 calculating unit and Calculation diagram：单层轻钢结构工业厂房设计143.排架内力计算3.1 荷载计算3.1.1 恒载计算（1）屋盖自重三毡四油防水层撒绿豆砂保护层 0.4/KN2m20mm 厚水泥砂浆找平层 20 0.02=0.4/KN2m150mm 厚加气混凝土保温层 7.5 0.15=1.1/KN2m20mm 厚底板混合砂浆抹灰 17 0.02=0.34/KN2m预应力大型屋面板（包括灌缝） 1.4/KN2m屋盖钢支撑 0.05/KN2m屋面恒载合计 3.69/KN2m为了简化计算，天沟板及相应构造层

37、的恒载，取与一般屋面恒载相同。屋架自重为106 KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构自重设计值为=1.2 （3.69 6+106）=382.421G 24212KN（2）吊车梁及轨道自重设计值为=1.2 (39.5+0.8 6)=53.163GKN（3）柱自重设计值为A,C 轴 上柱 441.243.918.72ACGG KN下柱 KNGGCA17.271 . 544. 42 . 155B 轴 上柱 41.26.03.928.08BGKN 下柱 5BG1.24.445.127.17KN各项恒载及其作用位置如图 3-1 所示。（论文）153.1.2 屋面活荷载由载荷规范差得，屋面均布活荷载标准值为

38、0.50/，雪荷载标注值为KN2m0.35 KN/，小于屋面活荷载，故仅按活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为 2m=50.4 1241.40.5062Q KN活荷载的作用位置与屋盖自重作用位置相同，如图 3-1 所示。1Q图 3-1 荷载作用位置图Figure 3-1 loads position diagram3.1.3 吊车荷载对于 10t 的中级工作制吊车，查电动桥式起重机基本参数和尺寸系列（ZQ1-62）将吊车的吨位换算为 KN，得=125，=47，maxPKNminPKNB=5.55m，K=4.40m，g=38KN：单层轻钢结构工业厂房设计16图 3-2 吊车荷载作用下支座反

39、力影响线Figure 3-2 Crane load counteracting force influence lines根据 B 与 K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的坐标值，如图 3-2 所示，依据该图可求得作用柱上的吊车荷载。1）吊车竖向荷载 KN maxmax1.4 125(10.267)221.73QiDPyKN minmin1.447(10.267)83.37QiDPy2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为11()0.1 (10038)4.1444TQgKN则作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为 max1.44.14(10.267)7.34QiTTy

40、KN3.1.4 风荷载基本风压=0.4/，按 B 类地面粗糙度，由荷载规范差得风压高度变化系数0KN2m为 柱顶（按 H=9.0m） =1.0Z 檐口（按 H=10.8m） =1.0Z 屋顶（按 H=12.0m） =1.14Z风荷载体型系数如图 3-3 所示，则风荷载标准值为1011zszk32. 04 . 018 . 02/mKN（论文）172012/16. 04 . 014 . 01mKNzszk则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为 35. 1616. 04 . 169. 2632. 04 . 12211BqBqkQkQBhhFzzzsszssQw043121)()( KN74. 864

41、 . 014 . 114. 1)5 . 06 . 0(3 . 21)4 . 08 . 0(4 . 1 （a）风荷载体型系数 （b）风荷载时排架计算简图图 3-3 风荷载体型系数及排架计算简图Figure 3-3 Wind load shape coefficient and bent calculation diagram3.2 内力计算该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配发进行计算。3.2.1 剪力分配系数的计算对 A，C 轴柱148. 0108 .143103 .2188luIIn433. 00 . 99 . 3HHu由单阶变截面柱的柱顶位移系数和反力系数（）8可得0C1C11C=0C) 1

42、1(133n045. 2) 1148. 01(433. 0133：单层轻钢结构工业厂房设计1810031034. 0lBAEIcHEH3对于 B 柱50. 0108 .143107288luIIn433. 00 . 99 . 3HHu由单阶变截面柱的柱顶位移系数和反力系数（）可得0C1C11C) 11(1330nc775. 2) 15 . 01(433. 0133EHEIcHlB3100310251. 0各柱的剪力分配系数298. 010251. 011034. 0121034. 0111310310310HEHEHEiACA=BiB11404. 010251. 011034. 0121025

43、1. 01310310310HEHEHE则0 . 1404. 02298. 0CBA3.2.2 恒载作用下的排架内力分析将图 3-1 中的恒载简化为图 3-4 所示的计算简图，图中mKNeGeGGMmKNeGMKNGGKNGGGKNGGKNGGKNGGGKNGGABBAA62.6135. 016.532 . 0)72.1842.382()(12.1905. 042.38217.274 .13416.53208.28284.76442.3822217.2788.7172.1816.5342.38233241211156345145343211（论文）19由于图 3-4（a）中的排架为对称结构，故

44、在对称荷载作用下排架无侧移，各柱可按柱顶为不动铰支座计算，且中柱弯矩为零。图 3-4 恒载作用下排架内力图Figure 3-4 under constant load bent to inside diagram对 A,C 轴柱，由单阶变截面柱的柱顶位移系数 c。和反力系数433. 0,148. 0n（C1C11）得126. 2) 1148. 01(433. 01)148. 011 (433. 0123) 11(1)11 (12332321nnc831. 0) 1148. 01(433. 01433. 0123) 11(112332323nc)(69. 5831. 0962.61)(52. 4

45、126. 2912.19322111KNcHMRKNcHMR则 )(21.1021KNRRRA)(21.10KNRC：单层轻钢结构工业厂房设计203.2.3 屋面活荷载作用下排架内力分析1）AB 跨作用有屋面活荷载 由屋架传至柱顶的集中荷载,由它在 A，B 柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别KNQ4 .501为。mKNMmKNeQMmKNeQMBAA56. 715. 04 .5008.102 . 04 .5052. 205. 04 .501212111计算简图如图 3-5（a）所示。图 3-5 AB 跨作用屋面活荷载时排架内力分析Figure 3-5 AB when live load across

46、 function roofing bent internal force analysis计算不动铰支座反力A 柱 由前知，126. 21c831. 03c)(60. 0126. 2952. 2111KNcHMRAA)(60. 0126. 2952. 2111KNcHMRAA)(60. 0126. 2952. 2111KNcHMRAAB 柱 ，由单阶变截面柱的柱顶位移系数 c。和反力系数（C1C11）得433. 05 . 0，n（论文）21647. 1) 15 . 01(433. 01)5 . 011 (433. 0123) 11(1)11 (12332321nncKNcHMRBB38. 1

47、647. 1956. 711则排架柱顶不动铰支座总反力为 )(91. 238. 153. 1KNRRRBA 将 R 反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架各柱柱顶剪力)(87. 091. 2298. 0)(21. 091. 2404. 038. 1)(66. 091. 2298. 053. 1KNRVKNRRVKNRRVCCBBBAAA排架各柱的弯矩图、轴力图及柱低剪力如图 3-5（b） （c）所示。2）BC 跨作用有屋面活荷载 由于结构对称，故只需要将 AB 跨作用有屋面活荷载情况的 A 柱与 C 柱内力对换，并注意内力变号，如图 3-6 所示。图 3-6 BC 跨作用屋面活荷载时排架内

48、力图Figure 3-6 AB when live load across function roofing bent internal force analysis：单层轻钢结构工业厂房设计223.2.4 吊车荷载作用下排架内力分析（不考虑厂房整体空间）1）作用于 A 柱maxD由吊车竖向荷载，在柱中引起的弯矩为，计算简图如图 3-7（a）所示。maxDminDmKNeDMmKNeDMBA53.6275. 037.8361.7735. 073.2213min3max图 3-7 作用在 A 柱时排架内力图maxDFigure 3-7 When role in A column bent to

49、insidemaxD计算不动铰支座反力A 柱 831. 03c)(17. 7831. 0961.773KNcHMRAAB 柱 由单阶变截面柱的柱顶位移系数 c。和反力系数（C1C11）得,433. 05 . 0，n127. 1) 15 . 01(433. 01433. 0123) 11(112332323nc)(83. 7127. 1953.623KNcHMRBB则 )(66. 083. 717. 7KNRRRBA将 R 反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架柱各柱顶剪力为（论文）23)(19. 066. 0298. 0)(56. 766. 0404. 083. 7)(37. 766. 0

50、298. 017. 7KNRVKNRRVKNRRVCCBBBAAA排架各柱的弯矩图、轴力图和柱底剪力值如图 3-7（b） ， （c）所示。2）作用于 B 柱左maxD由吊车竖向荷载，在柱中引起的弯矩为maxDminDmKNeDMmKNeDMAB18.2935. 037.8330.16675. 073.2213min3max计算简图如图 3-8（a）所示。图 3-8 作用在 B 柱左时排架内力图maxDFigure 3-8 when role in B column bent to left withinmaxDA 柱 )(69. 2831. 0918.293KNcHMRAAB 柱 )(82.2

51、0127. 1930.1663KNcHMRBB则 )(13.1882.2069. 2KNRRRBA将 R 反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架柱各柱顶剪力为：单层轻钢结构工业厂房设计24)(41. 513.18298. 0)(50.1313.18404. 082.20)(09. 813.18298. 069. 2KNRVKNRRVKNRRVCCBBBAAA排架各柱的弯矩图、轴力图和柱底剪力值如图 3-8（b） ， （c）所示。3）作用于 B 柱右maxD 根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与“作用于 B 柱左”的情况maxD相同，只需将 A，C 柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符

52、号，如图 3-9 所示。图 3-9作用在 B 柱右时排架内力图maxDFigure 3-9 when role in B column bent to right within4）作用于 C 柱maxD同理，将“作用于 A 柱”情况的 A，C 柱内力对换，如图 3-10 所示。maxD（论文）25图 3-10 作用于 C 柱时排架内力图maxDFigure 3-10 When role in C column bent to inside5）作用于 A，B 柱maxT当 AB 跨作用有吊车横向水平荷载时，计算简图如图 3-11（a）所示。图 3-11 作用于 A、B 柱时排架内力图maxT F

53、igure 3-11 in the role of A and B column bent to when within边柱 A 由单阶变截面柱的柱顶位移系数 c。和反力系数（C1C11）得,692. 09 . 32 . 19 . 3a433. 0109. 0n：单层轻钢结构工业厂房设计26)11(1 2)32()1)(2(323235nanaaac425. 0)1148. 01(433. 01 2)692. 032(148. 0)692. 01)(692. 02(433. 0433. 0692. 032323)(12. 3425. 034. 75maxKNcTRA中柱 B ,由单阶变截面柱的

54、柱顶位移系数 c。和反692. 09 . 32 . 19 . 3a433. 05 . 0n力系数（C1C11）得531. 0)15 . 01(433. 01 2)692. 032(5 . 0)692. 01)(692. 02(433. 0433. 0692. 032)11(1 2)32()1)(2(323233235nanaaac)(90. 3531. 034. 75maxKNcTRB则 )(02. 790. 312. 3KNRRRBA将 R 反向作用于柱顶，求得各柱顶剪力为)(09. 202. 7298. 0)(06. 102. 7404. 090. 3)(03. 102. 7298. 01

55、2. 3KNRVKNRRVKNRRVCCBBBAAA排架各柱的内力图如图 3-11（b）所示。当横向水平荷载方向相反时。则弯矩图和剪力只改变符号，大小不变。6）作用于 B，C 柱maxT因为结构对称及吊车吨位相等，故排架内力与“作用于 A，B 柱”的情况相同，maxT仅需将 A 柱和 C 柱内力对换，如图 3-12 所示。当横向水平荷载反向相反时，则各柱弯矩图反向。（论文）27图 3-12 作用于 B，C 柱时排架内力图maxTFigure 3-12 In the role of B and column bent to when within3.2.5 风荷载作用1）左吹风时计算简图如 3-

56、13（a）所示。边柱 A，C ,由单阶变截面柱的柱顶位移系数 c。和反力系数433. 0148. 0n（C1C11）得456. 0)1148. 01(433. 01 8)1148. 01(433. 01 3)11(1 8)11(1 3343411nnc)(54. 5456. 0935. 1)(04.11456. 0969. 2112111KNHcqRKNHcqRCA则 )(32.2574. 854. 504.11KNFRRRWCA将 R 反向作用于柱顶，可求得各柱顶的剪力为)(01. 232.25298. 054. 5)(23.1032.25404. 0)(49. 332.25298. 004

57、.11KNRRVKNRVKNRRVCCCBBAAA排架各柱内力如图 3-13（b）所示。：单层轻钢结构工业厂房设计28图 3-13 左吹风时排架内力图Figure 3-13 left when internal blowback bent2）右吹风时 此种情况排架内力与“左吹风”时相同，仅须将 A，C 柱内力对换，并改变柱内符号即可，如图 3-14 所示。图 3-14 右吹风时排架内力图Figure 3-14 right when internal blowback bent（论文）294.柱的设计4.1 最不利内力组合 首先选取控制截面，对单阶柱，上柱为 I-I 截面，下柱-及-截面。考虑各

58、种荷载同时作用时，会出现最不利内力的可能性，进行荷载组合。本设计中，取下面三种荷载组合，即恒载+0.85 （可变荷载+风荷载）恒载+可变荷载恒载+风荷载在每种荷载组合中，对矩形和形截面柱应考虑以下四种内力组合，即。，及相应的；，及相应的；，及相应的；，及相应的VMNVMNVNMVNMmaxminmaxmax在四种内力组合中，前三种组合主要是考虑柱可能出现大偏心受压破坏的情况，第四种组合考虑柱可能出现小偏心受压破坏的情况。在各种荷载作用下，仅以边柱 A 为例，其内力设计值及标准值组合见表 4-1.：单层轻钢结构工业厂房设计30表 4-1 A 柱的内力Table 4-1Internal force

59、 of column 在各种荷载作用下,以 A 柱为例进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A 柱的内力组合结果见表 4-2，4-3，4-4。（论文）31表 4-2 恒载+0.85（风载+其它活荷载）Table 4-2 permanent load+0.85（wind load +others live load）恒载+0.85（风载+其它活荷载）内力组合maxMmaxMmaxNminNM51.77-24.5051.7751.75N443.98401.14443.98401.14Ms39.82-18.8539.8239.81I-INs1+0.852+3+0.9(6+9)+1034

60、1.521+0.850.9(5+7+9)+11308.571+0.852+3+0.9(6+9)+10341.521+0.853+0.9(6+9)+10308.57M-43.89-72.35-66.42-61.98N623.92560.92666.76454.3Ms33.76-55.65-51.09-47.68II-IINs1+0.853+0.9(4+6+9)+10479.941+0.852+0.9(5+7+9)+11431.481+0.852+3+0.9(4+8)+10512.891+0.850.9(7+9)+11349.46M148.63-116.88114.98126.11N651.095