單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計（word40頁）

1、宋宏旭：單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計PAGE 2中文題目：單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計外文題目：Design of light steel construction with single pair inter-industrial building 畢業(yè)設計（論文）共 89 頁（其中：外文文獻及譯文25頁） 圖紙共4張 完成日期 2011年6月 答辯日期 2011年6月 PAGE I摘要本設計結(jié)構(gòu)形式為門式鋼架的單層雙跨廠房。設計中通過對廠房整體結(jié)構(gòu)、建筑使用功能、防火等級要求、抗震等級要求及耐久年限要求的綜合分析，本次畢業(yè)設計的最終的方案采用裝配式預應力排架結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑設計用途和設計依據(jù)，使

2、構(gòu)配件標準化、系列化、通用化的原則，設計時力求技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全使用、施工方便。確定建筑設計方案設計的主要內(nèi)容有：構(gòu)件選型；柱子尺寸初定、結(jié)構(gòu)平面布置和剖面設計；單項荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算；最不利內(nèi)力組合；構(gòu)件截面設計，主要包括最不利內(nèi)力作用下上柱、下柱的配筋計算；柱下獨立基礎設計；完成用頂點位移法計算結(jié)構(gòu)自振周期，完成用底部剪力法計算水平地震作用；施工階段驗算及施工圖繪制。關鍵詞：門式鋼架；單層雙跨廠房；內(nèi)力計算；配筋計算 PAGE IIABSTRACTThe course design was completed for the Single double cross worksh

3、op of gabled frame , The 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

4、for building design。The 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

5、 and profile design; single 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

6、 internal forces, the column, 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目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296193562 前 言 PAGE

7、REF _Toc296193562 h 1 HYPERLINK l _Toc296193563 1 緒論 PAGEREF _Toc296193563 h 2 HYPERLINK l _Toc296193564 1.1輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)的發(fā)展概況 PAGEREF _Toc296193564 h 2 HYPERLINK l _Toc296193565 1.2輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296193565 h 3 HYPERLINK l _Toc296193566 1.3設計的理論知識 PAGEREF _Toc296193566 h 5 HYPERLINK l _To

8、c296193567 1.3.1 單層廠房結(jié)構(gòu)組成 PAGEREF _Toc296193567 h 5 HYPERLINK l _Toc296193568 1.3.2 荷載取值 PAGEREF _Toc296193568 h 6 HYPERLINK l _Toc296193569 2 單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設計 PAGEREF _Toc296193569 h 10 HYPERLINK l _Toc296193570 2.1 設計資料 PAGEREF _Toc296193570 h 10 HYPERLINK l _Toc296193571 2.1.1 生產(chǎn)工藝要求 PAGEREF _Toc29619

9、3571 h 10 HYPERLINK l _Toc296193572 2.1.2 工程氣象條件 PAGEREF _Toc296193572 h 10 HYPERLINK l _Toc296193573 2.1.3 工程地質(zhì)條件 PAGEREF _Toc296193573 h 10 HYPERLINK l _Toc296193574 2.1.4 建筑構(gòu)造 PAGEREF _Toc296193574 h 10 HYPERLINK l _Toc296193575 2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱的尺寸確定 PAGEREF _Toc296193575 h 11 HYPERLINK l _Toc2961935

10、76 2.2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型 PAGEREF _Toc296193576 h 11 HYPERLINK l _Toc296193577 2.2.2 柱截面尺寸確定 PAGEREF _Toc296193577 h 12 HYPERLINK l _Toc296193578 3.排架內(nèi)力計算 PAGEREF _Toc296193578 h 14 HYPERLINK l _Toc296193579 3.1荷載計算 PAGEREF _Toc296193579 h 14 HYPERLINK l _Toc296193580 3.1.1 恒載計算 PAGEREF _Toc296193580 h 14 HY

11、PERLINK l _Toc296193581 3.1.2 屋面活荷載 PAGEREF _Toc296193581 h 15 HYPERLINK l _Toc296193582 3.1.3 吊車荷載 PAGEREF _Toc296193582 h 15 HYPERLINK l _Toc296193583 3.1.4 風荷載 PAGEREF _Toc296193583 h 16 HYPERLINK l _Toc296193584 3.2內(nèi)力計算 PAGEREF _Toc296193584 h 17 HYPERLINK l _Toc296193585 3.2.1剪力分配系數(shù)的計算 PAGEREF

12、_Toc296193585 h 17 HYPERLINK l _Toc296193586 3.2.2 恒載作用下的排架內(nèi)力分析 PAGEREF _Toc296193586 h 18 HYPERLINK l _Toc296193587 3.2.3 屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析 PAGEREF _Toc296193587 h 20 HYPERLINK l _Toc296193588 3.2.4 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析（不考慮廠房整體空間） PAGEREF _Toc296193588 h 22 HYPERLINK l _Toc296193589 3.2.5風荷載作用 PAGEREF _Toc29

13、6193589 h 27 HYPERLINK l _Toc296193590 4.柱的設計 PAGEREF _Toc296193590 h 29 HYPERLINK l _Toc296193591 4.1 最不利內(nèi)力組合 PAGEREF _Toc296193591 h 29 HYPERLINK l _Toc296193592 4.2 柱的設計 PAGEREF _Toc296193592 h 32 HYPERLINK l _Toc296193593 4.2.1 上柱配筋計算 PAGEREF _Toc296193593 h 32 HYPERLINK l _Toc296193594 4.2.2下柱配

14、筋計算 PAGEREF _Toc296193594 h 35 HYPERLINK l _Toc296193595 4.2.3箍筋的配置 PAGEREF _Toc296193595 h 38 HYPERLINK l _Toc296193596 4.2.4柱的裂縫寬度驗算 PAGEREF _Toc296193596 h 38 HYPERLINK l _Toc296193597 4.2.5柱的吊裝驗算 PAGEREF _Toc296193597 h 40 HYPERLINK l _Toc296193598 4.3 牛腿設計 PAGEREF _Toc296193598 h 41 HYPERLINK l

15、 _Toc296193599 4.4 A柱施工圖 PAGEREF _Toc296193599 h 43 HYPERLINK l _Toc296193600 5. 抗震計算 PAGEREF _Toc296193600 h 44 HYPERLINK l _Toc296193601 5.1 荷載抗震計算 PAGEREF _Toc296193601 h 44 HYPERLINK l _Toc296193602 5.1.1 橫向計算所需載荷 PAGEREF _Toc296193602 h 44 HYPERLINK l _Toc296193603 5.1.2 縱向計算所需荷載 PAGEREF _Toc29

16、6193603 h 45 HYPERLINK l _Toc296193604 5.1.3 橫向抗震計算 PAGEREF _Toc296193604 h 46 HYPERLINK l _Toc296193605 5.1.4縱向抗震計算 PAGEREF _Toc296193605 h 48 HYPERLINK l _Toc296193611 6圍護墻剛度計算 PAGEREF _Toc296193611 h 52 HYPERLINK l _Toc296193612 6.1 圍護磚墻側(cè)移剛度計算 PAGEREF _Toc296193612 h 52 HYPERLINK l _Toc296193613

17、6.2 磚圍護墻的抗震驗算 PAGEREF _Toc296193613 h 53 HYPERLINK l _Toc296193614 7 基礎設計 PAGEREF _Toc296193614 h 55 HYPERLINK l _Toc296193622 8.結(jié)論 PAGEREF _Toc296193622 h 62 HYPERLINK l _Toc296193623 致 謝 PAGEREF _Toc296193623 h 63 HYPERLINK l _Toc296193624 參考文獻 PAGEREF _Toc296193624 h 64 HYPERLINK l _Toc296193625

18、附錄 A PAGEREF _Toc296193625 h 65 HYPERLINK l _Toc296193638 附錄 B PAGEREF _Toc296193638 h 76：單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計（論文） PAGE 90 PAGE 89前 言相對與其他結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強、塑性韌性好、安全可靠、工業(yè)化程度高、施工速度快等優(yōu)點。更具有在“高、大、輕”三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)越性引起業(yè)內(nèi)關注，已經(jīng)在工程中得到合理的、迅速的應用1。單層工業(yè)廠房比較容易組織生產(chǎn)工藝流程和車間內(nèi)部運輸，地面上能夠放置較重的機器設備和產(chǎn)品，所以其在工業(yè)建筑設計中得到廣泛的應用2。目前，我國鋼

19、產(chǎn)量超過1億噸，鋼結(jié)構(gòu)在我國的應用與發(fā)展已與國際接軌，有著廣闊的發(fā)展前景。隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，外國公司的涌入和技術(shù)設備引進，大大加速了我國輕鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的發(fā)展步伐。但是由于輕鋼結(jié)構(gòu)的科研、設計、施工管理相對滯后，所以在發(fā)展的過程還存在不少問題，和國外輕鋼結(jié)構(gòu)房屋公司的技術(shù)水平相比還存在較大的差距，產(chǎn)品質(zhì)量管理好沒有走上正軌，市場還不規(guī)范。今后10年鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展將會更快，為了使我國輕鋼結(jié)構(gòu)在新世紀經(jīng)濟領域中發(fā)揮更大作用，縮小和國外同行的差距，除了政府部門加強管理以外，科研、設計、施工單位和輕鋼結(jié)構(gòu)廠家要團結(jié)合作，共同促進我國輕鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)的發(fā)展。通過本畢業(yè)設計總結(jié)在校期間的學習成果，從中

20、學習、掌握和提高綜合應用所學的理論知識進行分析問題和解決工程實際問題的能力；深入掌握房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的設計原理和方法；可以進行專業(yè)外文資料的翻譯，并能熟練運用Auto-cad制圖軟件，達到能夠獨立依照國家相關規(guī)范設計的目的。最后進行工程實例設計，分別從荷載選取、建立計算模型、內(nèi)力分析、截面驗算等方面進行分析，進而得出最終符合力學要求的設計信息，完成本雙跨輕鋼門式鋼架的設計。1 緒論1.1輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系在國內(nèi)的發(fā)展概況由于科技的飛速發(fā)展以及鋼材品質(zhì)的進步，鋼結(jié)構(gòu)的重要性己經(jīng)被先進國家所肯定，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國鋼鐵工業(yè)與建筑鋼結(jié)構(gòu)的應用也取得了長足的發(fā)展。中國鋼產(chǎn)量自19

21、96年突破l億噸后，至今已實現(xiàn)”七連冠”。2000年中國鋼產(chǎn)量占到世界鋼產(chǎn)量份額的巧 .23%，鋼材消費量也一躍成為世界大國。到了2004年，我國的鋼產(chǎn)量已達到2.6億噸，中國鋼產(chǎn)量占到世界鋼產(chǎn)量份額的25%。隨著中國鋼材實現(xiàn)了從短缺到充裕的大跨度飛躍，國家相繼出臺了”發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)造和安裝施工新技術(shù)等產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策。至此，中國的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)擺脫了由于鋼材數(shù)量不足對鋼結(jié)構(gòu)應用的束縛，駛上積極發(fā)展的快車道。由從前的限制使用鋼結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在鼓勵建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由于國家政策、鋼材生產(chǎn)、設計研發(fā)等諸多方面的有利因素，近幾年我國的建筑鋼結(jié)構(gòu)處于建國以來最好的發(fā)展時期，而且還會在相當長時期內(nèi)得到長足的發(fā)

22、展。建設部、原國家冶金工業(yè)局成立的建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)小組制定的建筑用鋼發(fā)展計劃指出：爭取到2010年我國建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達到鋼材總產(chǎn)量的5%，而發(fā)達國家建筑用鋼占鋼產(chǎn)量的比例目前都在10%以上。建設部1997年H月發(fā)布了新的中國建筑技術(shù)政策(1996、2010)，具體提出了發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的要求，這是幾十年來的第一次。近幾年來采用鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑年平均用量呈迅猛發(fā)展的態(tài)勢，其中輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋所占比重在迅速增加，并且由于其突出的特點及適應我國現(xiàn)階段國民經(jīng)濟發(fā)展的需要而得到飛速發(fā)展。據(jù)有關部門統(tǒng)計，1999年中國建筑用鋼約2500多萬噸，占全部鋼材產(chǎn)量的20%一25%。其中鋼筋混凝土用鋼筋、鋼絲、鋼絞

23、線約2000萬噸，鋼結(jié)構(gòu)約200萬噸，金屬門窗及設備支架約300萬噸。包括橋梁、石油管線及各專業(yè)工業(yè)部門使用鋼材，其總量約為4000萬一5000萬噸，占全國鋼材產(chǎn)量45%左右。據(jù)統(tǒng)計，2000年中國每年大約有300多萬平方米輕鋼結(jié)構(gòu)建筑竣工(包括門式鋼架、輕鋼房屋和壓型鋼板、拱殼屋蓋)。輕型鋼結(jié)構(gòu)所用鋼板大量為涂層鋼板。2000年，我國涂層鋼板表現(xiàn)消費量達86.4萬噸，而當年涂層板產(chǎn)量只有35.4萬噸，市場滿足率只有41%。而到了2004年，我國僅新增彩色涂層板生產(chǎn)能力143萬噸/年。輕型鋼結(jié)構(gòu)體系中擦條和墻梁一般采用“Z”型或“C”形冷彎薄壁型鋼【4】。目前，我國冷彎型鋼年產(chǎn)量在30萬噸左右

24、。鋼結(jié)構(gòu)新興產(chǎn)業(yè)方興未艾，國產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)用鋼發(fā)展迅速。這幾年，為適應鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)對鋼材的需求，一大批新型鋼結(jié)構(gòu)用種相繼問世，產(chǎn)量在不斷擴大。寶鋼開發(fā)出新型的耐火耐候鋼，初步形成了具有國際先進水平的和中國特點的系列產(chǎn)品B27O一B57ONQ，并在國內(nèi)的大型廠房、民居、商務樓等應用，受到鋼結(jié)構(gòu)加工、施工單位好評；馬鋼也研制出耐火熱軋H型鋼，能耐600高溫，并在上海一幢高層建筑上應用；上海大通鋼結(jié)構(gòu)有限公司采用寶鋼的材料開發(fā)出耐火耐候高頻焊接H型鋼。我國的熱軋H型鋼從零開始發(fā)展到2002年的100多萬噸，其他鋼結(jié)構(gòu)用的中厚板、型鋼、鋼管、冷彎型鋼、涂鍍層鋼板等產(chǎn)品，都有明顯的增長，基本滿足國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的

25、需求，為其不斷發(fā)展做出了貢獻。然而，應該看到，盡管國產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)用鋼在研制、開發(fā)和產(chǎn)能上有了長足進展，但與鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢和要求還存在一定的差距，目前國產(chǎn)的輕型薄壁型鋼材與我國鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的發(fā)展還不能完全相適應。比如，板材的焊接能力差，16Mn板材在焊接時往往出現(xiàn)層狀撕裂；高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼在冷彎薄壁型鋼中的應用尚未解決，不能滿足輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的需要；我國生產(chǎn)的大多為鍍鋅薄板，而鍍鋁鋅薄板幾乎沒有，在輕鋼房屋中，用戶多選用抗蝕性能更好的鍍鋁鋅薄板；我國的型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要，H型鋼的規(guī)格不多，對其推廣應用帶來一定影響；近年來，方鋼管在建筑建筑工程應用增多，但這種型材的規(guī)格不夠齊全

26、，尤其是大規(guī)格的很少，對推廣應用有一定影響；目前國產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是Q235，建筑用高強度低合金鋼品種還太少，Q39O鋼材在實際工程中尚未見采用；耐火耐候鋼等鋼材的新品種還需進一步開發(fā)；等等。這些問題有待研究，它為鋼鐵企業(yè)提出了新的攻關課題。對于輕型鋼結(jié)構(gòu)，我國目前主要還是接受輕型門式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系，我國現(xiàn)階段的設計規(guī)程也是針對這一結(jié)構(gòu)形式。中國工程建設標準化協(xié)會標準門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECSI()2：2002)就是針對這一結(jié)構(gòu)形式制定的3。1.2輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系相比，輕型門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系在理論還很不完善，存在著很大的理論探索空間。有鑒于此，圍繞輕型

27、門式剛架鋼結(jié)構(gòu)體系應用過程中各環(huán)節(jié)的工作均不是簡單的成果應用。另外，輕型門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系在各個領域的技術(shù)進步和應用發(fā)展，除必要的技術(shù)導入之外，應根據(jù)自身能力，追逐理論熱點，以科技為先導，開展必要的科研工作，以最大限度地挖掘利潤空間，追求更大的經(jīng)濟效益和社會效益，滿足生產(chǎn)和市場需要。就目前的熱點問題有以下幾個方面：(1)理論研究方面：應力蒙皮效應與結(jié)構(gòu)共同工作的空間作用；I型變截面梁柱，在腹板局部屈曲后剛架結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定極限承載力；以用鋼量為目標函數(shù)，以極限承載力或不適合變形為控制參數(shù)的計算機分析、優(yōu)化設計和評估軟件系統(tǒng)的開發(fā)等。(2)實驗驗證方面：節(jié)點、基本構(gòu)件和整體剛架結(jié)構(gòu)，在靜力和動

28、力荷載作用下的受力性能、破壞機理和對穩(wěn)定極限承載力的影響；剛架結(jié)構(gòu)體系，在動力和地震荷載作用下的工作性能和破壞機理等。(3)設計與生產(chǎn)領域技術(shù)方面輕型門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)體系的進一步簡化；構(gòu)件節(jié)點(包括剛架和彩板節(jié)點)設計的可靠性和方便適用；焊接I型鋼生產(chǎn)線的加工工藝的連續(xù)性和高效性，各環(huán)節(jié)效率如何協(xié)調(diào)同步，以及具體環(huán)節(jié)內(nèi)的專項技術(shù)。如切割、組立(或拼裝)、焊接、校正以及除銹和防腐處理技術(shù)等。另外，輕型門式剛架的安裝技術(shù)有別與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)。剛架的安裝要區(qū)別具體情況和自身安裝能力，選擇整體或組合吊裝方案。整體吊裝的主要優(yōu)點是速度快，但機械和機具需用量大，并應注意吊裝過程中的穩(wěn)定和作業(yè)安全等問題；組合

29、吊裝機械和機具需用量少，但工作量相對較大，用時較長。并且由于作業(yè)量大，空中作業(yè)的安全性等問題顯得十分突出。同時兩者均須強調(diào)安裝精度對結(jié)構(gòu)受力的影響。壓型板以及配套附件安裝則應著重于根據(jù)不同板型的需要，選擇不同的安裝工藝，并且更強調(diào)板型連接和節(jié)點處理質(zhì)量，達到外形美觀和符合功能性要求等4。1.3設計的理論知識1.3.1 單層廠房結(jié)構(gòu)組成 圖 1-2單層廠房結(jié)構(gòu)組成Figure 1-2 Single-layer workshop structures1）屋蓋結(jié)構(gòu)：位于廠房頂部，主要承受屋面上的豎向荷載，并與廠房柱組成排架承受結(jié)構(gòu)上各種荷載的作用。屋蓋結(jié)構(gòu)分為有檁體系和無檁體系兩種。有檁體系由小型屋

30、面板、檁條、屋架及屋蓋支撐組成如圖1-3（a），這種屋蓋的結(jié)構(gòu)和荷載傳遞均比較復雜，整體性和空間剛度較差，但對一般中小型廠房能滿足使用要求，且構(gòu)件小而輕，便于運輸和吊裝。無檁體系由大型屋面板（包括天溝板）、屋架及屋蓋支撐組成如圖1-3（b），有時還包括有天窗架和托架等構(gòu)件，這種屋蓋的屋面剛度大、整體性好，構(gòu)件數(shù)量和種類較少，施工速度快，適用范圍廣，是單層廠房中最常用的一種屋面形式，適用于具有較大噸位吊車或有較大振動的大、中型或重型工業(yè)廠房。 （a） （b）圖1-3 房蓋結(jié)構(gòu)Figure 1-3Housing cover structure2）排架柱：柱頂與屋架鉸接，柱底與基礎頂面剛接，承受屋架

31、、吊車梁及外墻等構(gòu)件傳來的豎向荷載、吊車荷載、風荷載及地震作用等，并將它們傳至基礎，是廠房中的主要承重構(gòu)件。3）吊車梁：兩端焊接（簡支）在柱的牛腿頂面，主要承受吊車傳來的豎向荷載及橫向或縱向水平荷載，并將它們及其自重傳遞給排架柱。4）支撐：包括屋蓋支撐和柱間支撐兩大類。其主要作用是加強廠房的空間剛度和整體性，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用時的穩(wěn)定性和安全性，同時傳遞山墻風荷載、吊車水平荷載和地震作用等。5）基礎：承受住和基礎梁傳來的荷載，并將它們傳至地基。6）圍護結(jié)構(gòu)：包括縱墻、橫墻（或稱山墻）?？癸L柱、連系梁等構(gòu)件。主要承受墻體和構(gòu)件自重及墻面上的風荷載，并將它們傳遞至柱和基礎，抗風柱還將部分風荷

32、載傳至屋蓋結(jié)構(gòu)5。1.3.2 荷載取值一個建筑對外界防御的第一道防線由墻面和屋面組成的外維護體系。它們同時承受風載，雪載等荷載的作用，并將這些荷載傳到次要支承結(jié)構(gòu)上。次結(jié)構(gòu)即墻面墻梁及屋面檁條，將由墻面及屋面?zhèn)鬟f來的荷載均勻地傳到主結(jié)構(gòu)上去，同時對主結(jié)構(gòu)提供良好的側(cè)向約束。對于門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)，其主結(jié)構(gòu)由柱及橫梁構(gòu)成，承受荷風載、雪載及其它的荷載，并將其傳遞到基礎。作用在橫向排架上的荷載有恒載、屋面活載、雪荷載、積灰荷載、吊車荷載、風荷載等，除吊車荷載外，其他荷載均取自計算單元范圍內(nèi)6。1）恒載恒載包括屋蓋、柱、吊車梁及軌道連接件、圍護墻體自重，其值可根據(jù)構(gòu)件的設計尺寸和材料容重計算。若選用標

33、準構(gòu)件，其值也可直接由標準圖查得。a）屋蓋自重屋蓋自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天溝板、屋面構(gòu)造層（找平層、保溫層、防水層）、天窗架和屋蓋支撐等重量。計算單元范圍內(nèi)屋蓋的總重是通過屋架或屋面梁的端部以豎向集中力傳至柱頂，其作用點位置視實際連接情況而定。b）懸墻自重當設有連系梁支承圍護墻體時，排架柱承受著計算單元范圍內(nèi)連系梁、墻體和窗等自重，它以豎向集中力的方式作用在支承連系梁的柱牛腿頂面，作用點通過連系梁或墻體截面的形心軸。c）吊車梁自重吊車梁和軌道及連接件自重按照吊車梁及軌道連接構(gòu)造標準圖取用，它以豎向集中力的方式沿吊車梁截面中心線作用在柱牛腿頂面，作用點距柱縱向定位軸線之間的距離，一般為7

34、50mm。d）柱自重，上、下柱自重及分別作用于各柱截面的幾何中心線上，且上柱自重對下柱幾何中心線有一偏心距。2）屋面活荷載a）屋面均布活荷載荷載規(guī)范規(guī)定屋面水平投影面上的均布活荷載標準值：石棉瓦、瓦楞鐵等輕屋面和瓦屋面為0.3，鋼絲網(wǎng)水泥及其他水泥制品輕屋面為0.5；鋼筋混凝土12屋面為0.7；當檢修施工荷載較大時，按實際情況采用。b）屋面雪荷載荷載規(guī)范規(guī)定屋面雪荷載標準值按下式計算: (1-1)式中基本雪壓值，由荷載規(guī)范中“全國基本雪壓分布圖”查得； 屋面積雪分布系數(shù)，可由荷載規(guī)范查得。c）屋面積灰荷載按照廠方使用性質(zhì)及屋面形式的不同，標準值可由荷載規(guī)范查得3）吊車荷載a）吊車豎向荷載對于四

35、輪橋式吊車，可按下式進行計算: (1-2)式中 G吊車橋架（大車）的總重；g小車的重量；Q吊車的額定最大起重量。b）吊車橫向水平荷載對于各類四輪橋式吊車，當小車滿載時，大車每一個輪子傳遞給吊車梁的橫向水平制動力為 (1-3)式中為水平制動力系數(shù)，對軟鉤吊車:當t時，取當t時，取當t時，取c）吊車縱向水平荷載作用在吊車梁上的縱向水平荷載標準值為 （1-4）式中 吊車每端制動輪數(shù)，對一般四輪橋式吊車，=1； 制動輪在輪壓下與鋼軌間的滑動摩擦系數(shù)。4）風荷載風荷載崔志作用于廠房外墻面、天窗側(cè)面和屋面，在迎風墻面產(chǎn)生風壓力，在背風墻面產(chǎn)生風吸力。風荷載的大小與建筑場地的基本風壓、建筑體型、高度及建筑地

36、面粗糙度等因素有關。荷載規(guī)范規(guī)定：垂直于廠房各部分表面的風荷載標準值按下式計算 (1-5)式中 基本風壓值，由荷載規(guī)范中“全國基本風壓分布圖”查得； 某高度Z處的風振系數(shù)，對于高度小于30m的單層廠房，取=1.0； 風壓高度變化系數(shù)，離地面越高，風壓值越大，為各廠房標高處的風壓與其10m高度處的基本風壓的比值；它還與地面粗糙度有關，其值可由荷載規(guī)范查得； 風荷載體型系數(shù)，可根據(jù)建筑體型由荷載規(guī)范查得。橫向排架上的風荷載標準值按下述有關公式計算: (1-6) (1-7) (1-8)式中B為計算單元寬度。2 單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房設計2.1 設計資料2.1.1 生產(chǎn)工藝要求某金工車間為兩跨等高廠房，跨

37、度均為24m，柱距均為6m，車間總長度66m。總建筑面積3168。每跨設有10t吊車各一臺，吊車工作級別為中制A5，軌頂標高為5.8m，廠房無天窗，建筑剖面簡圖如圖2-1所示。耐火等級為二級，屋面防水等級三級，建筑耐久年限二級。2.1.2 工程氣象條件廠房所在地點的基本風壓為0.40 /，基本雪壓為0.35K /，恒荷載為0.30 /。2.1.3 工程地質(zhì)條件 根據(jù)對建筑基地的勘察結(jié)果，地質(zhì)情況見下表2-1表 2-1建筑地層一覽表（標準值）Table 2-1 List of building ground (standard value)序號巖 土分 類土層深度（M）厚度范圍（M）地基承載力f

38、k（KPa）樁端阻力（KPa）樁周摩擦力（KPa）1雜填土0.0-0.80.82粉土0.8-1.81.0110103中砂1.8-2.81.0200254礫砂2.8-6.54.03002400305圓礫6.5-12.56.0500350060注：）地下穩(wěn)定水位距地坪6 M以下； ）表中給定土層深度由自然地坪算起；建筑場地類別為類場地土。2.1.4 建筑構(gòu)造屋面采用卷材保溫屋面做法，圍護墻為240mm厚雙面清水磚墻，采用鋼門窗，窗寬為3600mm，室內(nèi)外高差為150mm，素混凝土地面。圖2-1 廠房剖面示意圖Figure 2-1 diagrammatic cross-section of fact

39、ory2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱的尺寸確定2.2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型鋼筋混凝土單層廠房多采用排架結(jié)構(gòu)，為了保證屋蓋的整體性和剛度，屋蓋采用無檁體系。該車間廠房為卷材防水屋面，因而采用屋面坡度較小而經(jīng)濟指標較好的預應力折線形屋架。普通鋼筋混凝土吊車梁制作方便，當?shù)踯噰嵨徊淮髸r，有較好的經(jīng)濟指標，故選用普通混凝土吊車梁。該廠房各主要承重構(gòu)件選型7見表2-2。由工藝要求，吊車軌頂標高為5.80m，吊車為10t，A5中級工作制，m，查電動橋式起重機基本參數(shù)和尺寸系列（ZQ1-62）得軌頂至吊車頂?shù)母叨葹?.30m。吊車梁的高度為1.20m，軌道高度可取0.20m，則牛腿頂面標高=軌頂標高吊車梁高度軌道高

40、度 =5.801.200.20=4.40m，由建筑模數(shù)的要求，故牛腿頂面標高取為4.60m；柱頂標高=牛腿頂面標高+吊車梁高度+軌道高度+吊車高度+吊車頂至屋架下弦底面的尺寸 =4.60+1.20+0.20+2.30+0.22= 8.52m，故柱頂（或屋架下弦底面）標高取為8.50m，假定室內(nèi)地面至基礎頂面的深度為0.50m，則mmm表2-2主要承重構(gòu)件選型Table 2-2 Main bearing component selection構(gòu)件名稱標準圖集選用型號重力載荷標準值屋面板G410（一）1.56m預應力混凝土屋面板 YWB-2 = 2 * ROMAN II（中間跨）YWB-2 = 2

41、 * ROMAN IIs (端跨)1.4KN/(包括灌縫重)天溝板G410(三)1.5m6m預應力混凝土屋面板（卷材防水天溝板）TGB68-11.91 KN/屋架G410（三）預應力混凝土折線形屋架（跨度24m）YWJA-24-1Aa106 KN/榀0.05 KN/（屋蓋鋼支撐）吊車梁G323(二)鋼筋混凝土吊車梁（中、輕級工作制）DL-9Z(中間跨)DL-9B(邊跨)39.5/根40.8/根軌道連接G325吊車軌道聯(lián)結(jié)詳圖0.80 KN/m基礎梁G320JL-316.7KN/根注：本表圖集均按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范設計，重力載荷已換算為法定計量單位2.2.2 柱截面尺寸確定1）柱截面尺寸為A

42、,C軸 上柱 矩=400mm400mm 下柱 = 1 * ROMAN I =400mm800mm100mm150mmB軸 上柱 矩=400mm600mm 下柱 = 1 * ROMAN I =400mm800mm100mm150mm2）計算簡圖及柱的計算參數(shù)本廠房為金工車間，工藝無特殊要求，結(jié)構(gòu)布置及載荷分布（除吊車載荷外）均勻，故可由廠房相鄰柱距的中線截取圖2-2所示為計算單元，計算單元寬度B=6.0m。根據(jù)柱的截面尺寸，其計算參數(shù)表2-3。表2-3柱的計算參數(shù)Table 2-3 Column calculating parameters計 算 參 數(shù)柱 號截面尺寸（mm）面積（）慣性矩（）自

43、重（KN/m）A,C上柱矩4004001.621.34.0下柱I4008001001501.775143.804.44B上柱矩 4006002.4726.0下柱I4008001001501.775143.804.44圖2-2計算單元和計算簡圖Figure 2-2 calculating unit and Calculation diagram3.排架內(nèi)力計算3.1荷載計算3.1.1 恒載計算（1）屋蓋自重三氈四油防水層撒綠豆砂保護層 0.4/20mm厚水泥砂漿找平層 200.02=0.4/150mm厚加氣混凝土保溫層 7.50.15=1.1/20mm厚底板混合砂漿抹灰 170.02=0.34/

44、預應力大型屋面板（包括灌縫） 1.4/屋蓋鋼支撐 0.05/屋面恒載合計 3.69/為了簡化計算，天溝板及相應構(gòu)造層的恒載，取與一般屋面恒載相同。屋架自重為106 KN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)自重設計值為=1.2（3.696+106）=382.42（2）吊車梁及軌道自重設計值為=1.2(39.5+0.86)=53.16（3）柱自重設計值為A,C 軸 上柱 下柱 B軸 上柱 下柱 各項恒載及其作用位置如圖3-1所示。3.1.2 屋面活荷載由載荷規(guī)范差得，屋面均布活荷載標準值為0.50/，雪荷載標注值為0.35 KN/，小于屋面活荷載，故僅按活荷載計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設計值為 =50.

45、4 活荷載的作用位置與屋蓋自重作用位置相同，如圖3-1所示。圖3-1荷載作用位置圖Figure 3-1 loads position diagram3.1.3 吊車荷載對于10t的中級工作制吊車，查電動橋式起重機基本參數(shù)和尺寸系列（ZQ1-62）將吊車的噸位換算為KN，得=125，=47，B=5.55m，K=4.40m，g=38圖3-2 吊車荷載作用下支座反力影響線Figure 3-2 Crane load counteracting force influence lines根據(jù)B與K，可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的坐標值，如圖3-2所示，依據(jù)該圖可求得作用柱上的吊車荷載。1）吊

46、車豎向荷載 KN KN 2）吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力為則作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載為 3.1.4 風荷載基本風壓=0.4/，按B類地面粗糙度，由荷載規(guī)范差得風壓高度變化系數(shù)為 柱頂（按H=9.0m） =1.0 檐口（按H=10.8m） =1.0 屋頂（按H=12.0m） =1.14風荷載體型系數(shù)如圖3-3所示，則風荷載標準值為則作用于排架計算簡圖上的風荷載設計值為 （a）風荷載體型系數(shù) （b）風荷載時排架計算簡圖圖3-3風荷載體型系數(shù)及排架計算簡圖Figure 3-3 Wind load shape coefficient and bent calculat

47、ion diagram3.2內(nèi)力計算該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配發(fā)進行計算。3.2.1剪力分配系數(shù)的計算對A，C軸柱由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)和反力系數(shù)（）8可得=對于B柱由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)和反力系數(shù)（）可得各柱的剪力分配系數(shù)=則3.2.2 恒載作用下的排架內(nèi)力分析將圖3-1中的恒載簡化為圖3-4所示的計算簡圖，圖中由于圖3-4（a）中的排架為對稱結(jié)構(gòu)，故在對稱荷載作用下排架無側(cè)移，各柱可按柱頂為不動鉸支座計算，且中柱彎矩為零。圖 3-4恒載作用下排架內(nèi)力圖Figure 3-4 under constant load bent to inside diagram對A,C軸柱，

48、由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得則 3.2.3 屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析1）AB跨作用有屋面活荷載 由屋架傳至柱頂?shù)募泻奢d,由它在A，B柱柱頂及變階處引起的彎矩分別為。計算簡圖如圖3-5（a）所示。圖3-5 AB跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力分析Figure 3-5 AB when live load across function roofing bent internal force analysis計算不動鉸支座反力A柱 由前知，B柱 ，由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得則排架柱頂不動鉸支座總反力為 將R反向作用于排架柱頂，由剪力分配法

49、可求得排架各柱柱頂剪力排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱低剪力如圖3-5（b）（c）所示。2）BC跨作用有屋面活荷載 由于結(jié)構(gòu)對稱，故只需要將AB跨作用有屋面活荷載情況的A柱與C柱內(nèi)力對換，并注意內(nèi)力變號，如圖3-6所示。圖 3-6 BC跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖Figure 3-6 AB when live load across function roofing bent internal force analysis3.2.4 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析（不考慮廠房整體空間）1）作用于A柱由吊車豎向荷載，在柱中引起的彎矩為，計算簡圖如圖3-7（a）所示。圖3-7 作用在A柱時排架內(nèi)力圖Fig

50、ure 3-7 When role in A column bent to inside計算不動鉸支座反力A柱 B柱 由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得則 將R反向作用于排架柱頂，由剪力分配法可求得排架柱各柱頂剪力為排架各柱的彎矩圖、軸力圖和柱底剪力值如圖3-7（b），（c）所示。2）作用于B柱左由吊車豎向荷載，在柱中引起的彎矩為計算簡圖如圖3-8（a）所示。圖3-8 作用在B柱左時排架內(nèi)力圖Figure 3-8 when role in B column bent to left withinA柱 B柱 則 將R反向作用于排架柱頂，由剪力分配法可求得排架柱各柱頂剪力為

51、排架各柱的彎矩圖、軸力圖和柱底剪力值如圖3-8（b），（c）所示。3）作用于B柱右 根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性及吊車噸位相等的條件，內(nèi)力計算與“作用于B柱左”的情況相同，只需將A，C柱內(nèi)力對換并改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?，如圖3-9所示。圖3-9作用在B柱右時排架內(nèi)力圖Figure 3-9 when role in B column bent to right within4）作用于C柱同理，將“作用于A柱”情況的A，C柱內(nèi)力對換，如圖3-10所示。圖 3-10 作用于C柱時排架內(nèi)力圖Figure 3-10 When role in C column bent to inside5）作用于A，B柱當AB跨作用

52、有吊車橫向水平荷載時，計算簡圖如圖3-11（a）所示。圖3-11 作用于A、B柱時排架內(nèi)力圖 Figure 3-11 in the role of A and B column bent to when within邊柱A 由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得,中柱B ,由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得則 將R反向作用于柱頂，求得各柱頂剪力為排架各柱的內(nèi)力圖如圖3-11（b）所示。當橫向水平荷載方向相反時。則彎矩圖和剪力只改變符號，大小不變。6）作用于B，C柱因為結(jié)構(gòu)對稱及吊車噸位相等，故排架內(nèi)力與“作用于A，B柱”的情況相同，僅需將A柱和C柱內(nèi)

53、力對換，如圖3-12所示。當橫向水平荷載反向相反時，則各柱彎矩圖反向。圖3-12 作用于B，C柱時排架內(nèi)力圖Figure 3-12 In the role of B and column bent to when within3.2.5風荷載作用1）左吹風時計算簡圖如3-13（a）所示。邊柱A，C ,由單階變截面柱的柱頂位移系數(shù)c。和反力系數(shù)（C1C11）得則 將R反向作用于柱頂，可求得各柱頂?shù)募袅榕偶芨髦鶅?nèi)力如圖3-13（b）所示。圖3-13 左吹風時排架內(nèi)力圖Figure 3-13 left when internal blowback bent2）右吹風時 此種情況排架內(nèi)力與“左吹風”

54、時相同，僅須將A，C柱內(nèi)力對換，并改變柱內(nèi)符號即可，如圖3-14所示。圖3-14 右吹風時排架內(nèi)力圖Figure 3-14 right when internal blowback bent4.柱的設計4.1 最不利內(nèi)力組合 首先選取控制截面，對單階柱，上柱為I-I截面，下柱-及-截面?？紤]各種荷載同時作用時，會出現(xiàn)最不利內(nèi)力的可能性，進行荷載組合。本設計中，取下面三種荷載組合，即恒載+0.85（可變荷載+風荷載）恒載+可變荷載恒載+風荷載在每種荷載組合中，對矩形和形截面柱應考慮以下四種內(nèi)力組合，即在四種內(nèi)力組合中，前三種組合主要是考慮柱可能出現(xiàn)大偏心受壓破壞的情況，第四種組合考慮柱可能出現(xiàn)小

55、偏心受壓破壞的情況。在各種荷載作用下，僅以邊柱A為例，其內(nèi)力設計值及標準值組合見表4-1.表 4-1 A柱的內(nèi)力Table 4-1Internal force of column 在各種荷載作用下,以A柱為例進行最不利內(nèi)力組合.其中未考慮廠房的整體空間的作用.A柱的內(nèi)力組合結(jié)果見表4-2，4-3，4-4。表4-2 恒載+0.85（風載+其它活荷載）Table 4-2 permanent load+0.85（wind load +others live load）內(nèi)力組合恒載+0.85（風載+其它活荷載）I-IM1+0.852+3+0.9(6+9)+1051.771+0.850.9(5+7+9)

56、+11-24.501+0.852+3+0.9(6+9)+1051.771+0.853+0.9(6+9)+1051.75N443.98401.14443.98401.14Ms39.82-18.8539.8239.81Ns341.52308.57341.52308.57II-IIM1+0.853+0.9(4+6+9)+10-43.891+0.852+0.9(5+7+9)+11-72.351+0.852+3+0.9(4+8)+10-66.421+0.850.9(7+9)+11-61.98N623.92560.92666.76454.3Ms33.76-55.65-51.09-47.68Ns479.94

57、431.48512.89349.46III-IIIM1+0.853+0.9(4+6+8)+10148.631+0.852+0.9(5+7+8)+11-116.881+0.852+3+0.9(4+8)+10114.981+0.853+0.9(6+9)+10126.11N651.09588.09693.93481.47V63.61-12.4340.8246.38Ms114.33-89.9188.4597.00Ns500.84452.38533.79370.36Vs48.93-9.5631.435.68表4-3 恒載+可變荷載Table 4-3 permanent load+ variable lo

58、ad內(nèi)力組合恒載+可變荷載I-IM1+2+3+0.9(6+9)50.401+0.9(5+7+9)-14.361+2+3+0.9(6+9)50.401+3+0.9(6+9)50.38N451.54401.14451.54401.14Ms38.77-11.0538.7738.75Ns347.34309.57347.34309.57II-IIM1+3+0.9(4+6+9)51.781+2+0.9(5+7+9)-60.111+2+0.9(4+8)-81.161+0.9(7+9)47.91N653.86579.73704.26454.3Ms39.83-46.2462.4336.85Ns502.97445

59、.95541.74349.46III-IIIM1+3+0.9(4+6+8)89.971+2+0.9(5+7+8)-66.741+2+0.9(4+8)50.391+3+0.9(6+9)70.86N681.03606.90731.43481.47V13.87-8.729.9220.69續(xù)表 4-3恒載+可變荷載Table 4-3 permanent load+ variable load力組合恒載+可變荷載III-IIIMs1+3+0.9(4+6+8)69.211+2+0.9(5+7+8)-51.341+2+0.9(4+8)38.861+3+0.9(6+9)54.51Ns523.87466.855

60、62.64370.36Vs10.67-6.717.6316.094-4 恒載+風載Table 4-4 permanent load +wind load內(nèi)力組合恒載+風載I-IM1+1027.551+112.591+1027.551+1027.55N401.14401.14401.14401.14Ms21.192.2721.1921.19Ns309.57309.57309.57309.57II-IIM1+10-34.071+11-59.031+11-59.031+11-59.03N454.3454.3454.3454.3Ms-26.21-45.41-45.41-45.41Ns349.49349