钢结构厂房设计计算书

本设计工程为邯郸地区一米双跨钢结构。主要依据《钢结构设计规范选材、连接和经济性作了比较，最终选用单层门式钢架的结构形式。梁、柱节点为刚性连接的门式钢架具有结构简洁、刚度良好、受力合理、使用空间大及施工方便等特点，便于工业化，商品化的制品生产，与轻型维护材料相配套的轻型钢结构框架体系己广泛应用于建筑结构中，本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平而内外的稳定性梁柱均节点也刚性连接屋面和墙面维护采用双层彩色聚苯乙烯夹芯板另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。关键词轻型钢结构门式钢架内力分析双层彩色聚苯乙烯夹芯板节点第一章建筑设计河北工程大学土木工程学院土木工程专业建筑结构与施工管理方向该厂房主要建筑为单层两跨钢结构厂房，由于钢材包装需要运输，因此该厂房两跨均需设置吊车梁。采光要求为三级，室内通风适当组织即可，采用中央集中空调。营业区冬季温度要求不低于摄氏度。本建筑设计采用新型建筑材料，基础为钢筋混凝土独立基础。承重结构均采用钢结构。屋盖和围护结构采用保温彩板。()建筑场地地段情况：心线米，场区南北长米，东西长米，内部道路及绿化由设计确定。建筑面积约平()场地地基情况：见表。土土层杂填土，褐黄色，以粉土为主，含大量碎砖、灰渣、树根等，潮湿，粉质粘土，黄褐色，很湿，可塑状态，含云母等粉土，灰褐色，饱和，可塑至软塑（本层未被打穿）①②③γγγ———()柱距：标准。()结构系统：采用门式刚架结构.设备条件：市场内的采暖、电力、上下水道均由市内管网直接提供。、业主的设计要求、《建筑抗震设计规范》、《建筑结构荷载规范》中国建筑工业出版社、《建筑制图标准》()、《建筑设计防火规范》()柱网应根据工艺、建筑面积、结构和经济要求布置。按施工要求，厂房的横向柱距、纵向柱距应满足生产工艺、使用和发展要求。柱的位置和厂房的地上设备、起重及运输通道、地下设备和设备基础、地下管道相协调。按结构要求，柱网布置应尽量简单，避免在同一区段内设置纵横跨。按经济要求，纵向柱距常对钢材用量和造价有较大影响。增大柱距，柱和基础的材料用量减中柱处定位轴线经过柱的形心，边柱处定位轴线在柱的外边缘处。如柱网平面布置图所示。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》规定门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距），应符合下列规定：纵向温度区段不大于；横向温度区段不大于。本厂房纵向长度为，横向跨度为，固可不用设置变形缝。厂房柱高设为轨顶标高。满足《厂房建筑模数协调标准》规定的柱顶标高应轨顶标高柱顶标高式中——需跨越的最大设备高度，取为；——起吊物的自大物件高度，取为；——吊钩至轨顶面的距离，由吊车规格表查得，取为；——轨顶至小车顶面的距离，由吊车规格表查得，取为——小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离，应考虑到屋架的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为，湿陷性黄土地区一般不小于，为了检修吊车梁方便这里设计标高±,室外设计标高室内外高差为。厂房采光的效果直接关系到生产效率、产品质量以及工人的劳动卫生条件，它是衡量厂房建筑质量标准的一个重要因素。为了满足室内采光要求，采用侧面和顶部相结合的混合采光。在屋面铺设透明玻璃纤维聚酯采光板带，并在外墙设置双排式带窗，窗总高为。该厂房采用自然通风，单层厂房的自然通风利用空气的热压和风压作用进行的。在两山墙处各设置两个大门，在两边纵墙处各设置一个大门。则总共个门，来满足通风要求。本厂房为双跨四坡有檩条屋面，屋面坡度为屋面板为双层彩色压型钢板内填聚氨酯泡沫保温材，外形样式为波纹式。在屋脊两侧铺设玻璃纤维聚酯采光板带。屋面为不上人屋面，不设置女儿墙。该厂房屋面采用内排水方式，按照²的原则屋面中间设置一个内天沟并每隔设置一个雨水管汇水面积为×略大于²,共个雨水管。厂房两边的屋面也设置天沟，每隔设置一个雨水管汇水面积为ײ,每边共个。则雨水管总数量为个，采用热镀锌钢管雨水管，并将雨水管分布在柱的内侧。雨水管的布置如屋顶平面图所示。本厂房采用左右两跨对称式结构，厂房前后也对称。因为采用内排水方式，这样厂房造型统一、简介、轮廓分明、整洁大方，给人以鲜明而强烈的印象。厂房主体颜色为浅蓝色，并辅以少立面图如下图所示。()墙体及女儿墙部分（用于车间标高以上部分）：墙体部分为工字型钢柱上锚固墙梁，在墙梁上挂彩板；构造与墙体部分相同。（）彩板部分（用于车间标高以上本厂房内设梁式吊车（地面操控）两部，工作制度为。吊车梁主要由轨顶标高来确定，厂房的轨顶设计标高为，轨顶至柱顶距离为，即柱顶标高为，符合《厂房在厂房外墙周围设置散水，散水宽度为，散水坡度为，具体做法为：素土缝宽，缝内嵌防水油膏，散水与外墙交接处设置通长分格缝，分格缝宽为，用沥青麻丝嵌缝，以防止外墙下沉时将散水拉裂。室内比室外标高差为，用坡道连接室内外，坡道面为水泥锯齿状，距门边距离为,坡道宽为，长为，坡度为。锯齿坡道以方便汽车进出厂房。室内地坪标高与地圈梁顶面标高一致，可将地圈梁兼做防潮层，起防潮作用。◆大门采用金属钢门，门宽为，高为，为双扇外开门，布置位置如厂房的立面图所示。在门口顶上处设置厚的轻型钢质雨篷，雨篷挑出，长为◆所有窗采用系列铝合金窗。有两种形式的窗，分别是自动控制的中悬窗和平推◆外墙门窗玻璃均采用绿色中空镀膜玻璃。因为钢材的最大弱点就是易锈蚀、不耐火，固应对钢材做防锈防火的措施。采用在钢◆钢制构件、配件全部红丹打底，不露面部分红丹不刷油漆，露面部分构件表面采用喷丸法或喷砂法除锈，除锈等级为，焊接）在拼接点处补涂环氧富鋅二度。◆油漆颜色：钢质构件、配件均采用绿色油漆。1.7.7建筑结构预留孔洞、预埋件等，施工时应与水、电、通风等有关工种图纸密切配合施因吊车吨位较小，屋面恒载和活荷载都很小，跨度较大，故采用轻型门式刚架结构，造价较低，施工速度快，施工难度较低。刚架结构形式采用实腹式，刚架形式为双跨四坡，屋面坡度皆取为。厂房长度为，故只设一个温度区段。厂房的结构平面布置图如图所示，屋脊处设的双檩条同时兼作刚性系杆。在厂房两端第一个开间设置上柱段柱间支撑，在厂房纵向中央上下柱段都设柱间支撑。在与有柱间支撑开间相应的屋盖位置均设置横向支撑，以形成几何不变体系。在端部的第一开间与端部支撑相应位置及刚架转折处柱顶和屋脊处设置刚性系杆。柱间支撑布置如图：檩条的间距一般取，墙梁的间距根据门窗情况设定，一般也为，间隔设置隅撑，荷载取值檩条及支撑刚架斜梁自重㎡㎡㎡㎡由于刚架的受荷水平投影面积为,故按《建筑结构荷载规范》取屋面活荷载按不上人屋面考虑标准值为取屋面活荷载与雪荷载中较大值㎡。取屋面活荷载与雪荷载中较大值㎡。,地面粗糙程度为类，刚架计算宽度为。风荷载阵风系数按柱顶高处取为β风荷载高度变化系数按现行国家《建筑结构荷载规范》风压高度变化系数按,用插入法求出离地而米处μωω············••••本场地地震设防烈度为度，设计地震加速度值为，则查规范得水平地震影响系数的最大值为α。地震分为第一组，设计特征周期为建筑场地类别为Ⅲ类。采用底部剪力法，结构阻尼比取为ζ。本设计假定一榀门架在考虑地震作用时为单自由体屋盖柱纵墙一通过在柱顶施加一单位荷载求得一榀刚架的柔度δ,则刚度δ底部总地震剪力α吊车采用采用北京起重运输机研究所用资料如下所示型软钩中级工作制电动单梁吊车，吊车选起跨度工作制起起跨度工作制起(度)度()跨度。。。。。跨度。。。。。:。。。。。:。。。。恒载恒载的设计值为，取三柱的截面尺寸为斜梁截面尺寸为。计算简图见下图，内力计算采用清华大学结构力学求解器，材料性质中采用坚向可变荷载竖向可变荷载设计值为则刚架在竖向可变荷载作用卜的内力图如下图所示：风荷载计算分别考虑左半跨在左风和右风作用下刚架各截面的内力值。左风分布图及其内力图如下图所右风分布图及其内力图如下图所示地震荷载计算在柱项作用一地震水平集中作用力值。左震分布图及其内力图如下图所示：,分别考虑左震和右震作用时刚架各截面的内力)吊车荷载计算组合好所有吊车组合，求得各控制截面在吊车荷载作用下的最大和最小，选出相对应内力值。下图为吊车荷载组合的其中两种情况作为示意。max1max1max1max1max1max1max1max1max2max2max2max2max2max2max2max2max1max1max1max1max1max1max1max1max2max2max2max2max2max2max2max2从所有的吊车荷载组合中根据最大和最小将各个截面的相对应的内力值填入下列表柱在吊车荷载作用下的最大和最小选出相对应内力值最大最小柱面面柱面最大最小梁在吊车荷载作用下的最大和最小选出相对应内力值最大最最小最大最小()荷载效应组合由于本工程抗震设防烈度为度，且相应风荷载标准值为因此风荷载可不与地震作用同时组合。根据《钢结构设计规范》，本设计采用种荷载组合。①永久荷载竖向可变荷载风荷载吊车竖向可变荷载吊车水平可变荷②永久荷载风荷载；③1.2*永久荷载+1.4*0.5*竖向可变荷载+1.0*吊车自重+1.3*柱各个截面在不同荷载作用下的内力值位大小柱柱柱面牛面柱面柱柱柱面牛面柱面位大小柱面牛面柱面柱梁各个截面在不同荷载作用下的内力值左面跨面位大小右面左面跨面右面左面跨面位大小右面左面跨面右面柱各个截面荷载组合效应,⑤,⑥,⑤,⑥③④,,⑨,⑩,⑩柱面牛面柱柱面柱柱面牛面柱柱面,⑤,⑥,⑤,⑥③④,,⑨,⑩,⑩柱面柱牛面柱面梁各个截面的荷载组合效应,⑤,⑥,⑤,⑥③④,⑨,⑨,⑩,⑩左梁端截面置跨面右端截面左梁端截面跨面右端截面用④,⑥③④④左左用置,⑤,⑥,⑤,⑨,⑨,⑩,⑩③④③⑧⑦⑦⑧载活小梁端截梁面跨面右端截面左面跨面右端截面牛柱牛柱牛柱左跨右左梁梁跨右左梁梁跨右左梁梁跨右柱截面为高频焊接型钢²方向的截面惯性矩为方向的截面惯性矩为方向的截面抵抗矩和净截面抵抗矩方向的截面回转半径钢材的弹性模量。门架斜梁截面高度可取其跨度的截面宽度取截面高度的板件厚度梁截面面积和净截面面积；方向的截面惯性，方向的截面惯性矩为；方向的截面抵抗矩和净截面抵抗。方向的截面抵抗矩和净截面抵抗矩。跨梁为高频焊接型钢()×净截面抵抗矩为满足要求，即其截面强度满足要求。弯矩作用平面内的稳定验算条件ψβ(ˊ)≤平面外计算长度，柱平面外计算长度为最大侧向支撑点的间距，即对于钢梁平面外的计算长度则应根据隅撑的设置位置来确定，本设计的隅撑设置位置为两檩一个，故钢梁平面外计算长度取为倍檩条间距（最大檩距为即平面内计算长度，由于中柱为非摇摆柱，则边边单位水平荷载作用下同，通过电算得出Δ则刚架的侧移刚度为，且已知中柱轴力则计算长度系数KPihiKPihi柱平面内计算长度柱平面内计算长度边边μ柱平面内计算长度梁平面内计算长度取横梁长度柱平面内整体稳定对于轴，钢，按类截面，查《钢结构设计规范》附录表可得ψ·满足平面内整体稳定性要求。平面外整体稳定λ对于轴，钢，按类截面，查《钢结构设计规范》附录表可得ψ满足平面外整体稳定性要求。局部稳定性可不验算经验算同理可得柱和柱也满足整体稳定性，局部稳定性可不验算边柱柱脚采用刚接方式与基础相连，地脚螺栓采用锚栓，采用双螺帽，材质为钢，周边角焊缝。按边柱柱脚所承担的内力起控制作用的有以下两组：··钢筋混凝土基础为，查《混凝土结构设计规范》表9.6σσ受压区底板长度得混凝土抗压强度为9.69.6压一个锚栓的拉力为满足要求受压区最大压应力σ满足要求底板厚度底板三边支承部分因为基础所受压应力最大，边界条件较不利，因此这部分板所承受得到弯矩系数为α。钢板的设计强度设计值取，焊缝计算不考虑加劲肋等补强板件与底板连接焊缝作用，而且型截面柱与底板连接处翼缘采用周边角焊缝连接，角焊缝尺寸为(σστ柱脚水平抗剪验算由于在自重与风荷载作用下柱脚受拉力、弯矩和剪力共同作用，则柱脚需设置抗剪件，同理柱和柱也满足要求()边柱与横梁连接节点螺栓强度验算)梁柱连接节点形式。梁柱节点采用砂后生赤锈处理，查表得摩擦面抗滑移系数（级）摩擦型高强螺栓连接，接触面采用喷)连接处内力设计值。因本工程梁柱连接采用竖接方式，故连接处传递的内力设计值：轴)最外排螺栓杆轴方向受拉验算)最外排螺栓拉剪承载力验算μ满足要求则其它内排螺栓满足连接强度要求。()端板厚度验算。端板采用，厚度取为，其材料强度抗拉强度设计值为。无加劲肋端板w()梁柱节点域的剪应力验算τ()螺栓处腹板强度验算采用翼缘内第二排一个螺栓拉力设计值。σ()边柱与横梁连接节点螺栓强度验算)梁柱连接节点形式。梁柱节点采用砂后生赤锈处理，查表得摩擦面抗滑移系数μ（级）摩擦型高强螺栓连接，接触面采用喷,每个高强螺栓的预拉力)连接处内力设计值。连接处传递的内力设计值：轴力（压力）弯矩,剪力。)最外排螺栓杆轴方向受拉验算满足连接强度要求)最外排螺栓拉剪承载力验算μ满足要求则其它内排螺栓满足连接强度要求。()端板厚度验算。端板采用，厚度取为，其材料强度抗拉强度设计值为。无加劲肋端板w()梁柱节点域的剪应力验算其它梁柱（梁梁）连接节点设计过程与上述类似，在此不再赘述。()作用于基础顶面上的荷载计算作用于基础顶面上的荷载包括柱底传给基础的以及外墙自重重力荷载，柱底传给基础的按拄底截面内力所对应的标准值求得，如下所示：外墙自重重力荷载基础梁·16.7距基础形心的偏心距为：基础顶面标高为故基础埋深拟定基础底面尺寸适当放大取()计算基本压力及验算地基承载力f·基础高度()基础底板配筋计算①底板弯矩计算M2故短边方向不需要验算抗冲切。,故长边方向不需要验算抗冲切。··M3M4②配筋计算基础底板受力钢筋采用M10.9h0fyM20.9h0fy2选用Φ6@100M级(210)。M2选用Φ6@1402()设计资料吊车采用采用北京起重运输机研究所型软钩中级工作制电动单梁吊车中级工作制。最大轮压，最小轮压,轨道高度，材料选用,吊车总宽,吊车轮距,吊车总宽min吊车采用采用北京起重运输机研究所型软钩中级工作制电动单梁吊车中级工作制。最大轮压，最小轮压，吊车总宽min()内力计算)求求)求··求截面估算)梁高-300*-6③建筑净空无要求故取。)腹板厚度lZ.fiiλ)翼缘尺寸为使截面经济合理，选用上、下翼缘不对称工字形截面，所要翼缘板面积按下列公式近似计A=--twhw取上翼缘×即初选上翼缘板×,下翼缘板×fy()验算)截面特性：IxIxy2IyIIAyλ)强度验算：①正应力<<剪应力腹板局部稳定<<整体稳定性ζ<∵ψ>,∴ψψ<<局部稳定性支座加劲肋支座加劲肋尺寸采用σ<σψ<设计资料在车间靠山墙边的刚架间设置三抗风柱，抗风柱柱高为截面初选,两抗风柱间距为，室内外荷载计算抗风柱水平方向只承受山墙的风荷载，竖直方向上，没有墙板，雨蓬等传来的竖向荷载，所风荷载计算计算单元取风荷载体型系数μ,基本风压ω,风压高度变化系数μ竖向荷载计算柱自重为竖向荷载设计值5<弯矩平面内稳定验算：条件为计算长度为长细比为λ<λλ<λ欧拉临界应力πλ,代入得：()<弯矩平面外稳定验算<,可。牛腿强度设计所承受的外力设计值牛腿根部断面尺寸为στ当柱截面点已承受较大弯矩及剪力时，由于牛