轻型门式钢架钢结构设计

前 言伴随着我国经济与科学技术的快速发展，钢结构已逐步在工业厂房，商业大楼，民用住宅，大型场馆等公共建筑中被广泛采用。钢材的强度高，故在结构中占体积小，因而建筑的实用空间就较大；钢结构可以成套预制装配，故施工方便；钢材可以回炉重新利用，故钢结构的再生性好。钢结构有着非常多的优点，我国的钢结构事业也正处在蓬勃发展中。轻型钢结构除具有普通钢结构的材质均匀，可靠性高；强度高，重量轻；塑性韧性，抗震性能好；便于机械化制造，施工期短；可回收，建筑造型美观等特点以外，一般还具有取材方便，用料较省，自重更轻等特点。它对加快基本建设速度，特别对中小型企业的建设，以及对现有企业的挖潜、革新、改造等工作能够起到显著的作用，因而受到建设单位，尤其是在工业建筑中的普遍欢迎。由于轻型钢结构的经济指标很好，总造价较低，再加上结构自重轻为改革重型结构体系创造了条件。因此，轻型钢结构是很有发展前途的一种结构形势。基于以上对轻型钢结构的认识，我在毕业设计课题中选择了轻型钢结构设计。本次设计的是万利集团民用工业园的轻钢结构房屋工程。通过这次设计，我希望能对钢结构的计算原理、轻型钢结构的特点和构造要求有一个较系统的认识。同时，通过这次设计，培养自己理论结合实践的能力，积累工程经验，从而为将来走向工作岗位打下坚实的基础。摘 要近年来，轻钢结构因其取材方便、用料省、自重轻、构件批量生产、现场施工速度快、周期短等诸多特点，在我国取得了长足的发展。其中，门式刚架造型由于其简洁美观、平面布置灵活、安装便利及可以满足多种生产工艺和使用功能的要求等特点，目前正被运用于越来越多的钢结构房屋建筑中。本工程是以轻型门式钢架作为结构形式的单层工业厂房。厂房共有两跨，每跨设有两台桥式软钩吊车。厂房为双坡屋面，除基础和地基梁使用混凝土、外墙标高1.2m以下为240厚砖墙外，其他所有主次要构件均为钢结构。首先根据现有资料进行建筑方案的比选及建筑的平、立、剖面的设计；然后建筑设计基础之上的结构布置、静力计算、框架设计、节点设计、柱脚设计、檩条设计、柱间支撑设计、吊车梁设计及基础设计等。建筑设计给结构设计提供初步的计算资料，结构设计又把更新的数据反馈给建筑设计，如此循环以得到最终设计结果。在结构设计中，对各种构件的基本的设计思路如下：(1)建立合理的力学模型，确定计算简图；(2) 计算各种工况下构件危险截面的内力；(3) 进行荷载效应组合，得到可能的最不利内力；(4)对构件危险截面进行内力验算，继而确定其具体尺寸(包括截面尺寸、板件厚度、螺栓直径及间距、焊脚尺寸及长度、疲劳验算等)。构件的尺寸选择一般是通过经验公式进行初选，然后进行验算调整直至其符合要求。在人工设计结束以后，利用3D3S钢结构设计软件建模设计。首先对手算设计的主体构件进行验算和校核，然后利用软件中围护结构设计模块对厂房总体设计进行完善，主要包括隅撑、女儿墙小立柱等构件。最终利用软件自动生成施工图并加以必要修改，以建施和结施图纸集的形式将总体设计表达出来。关键词：轻型门式刚架；荷载组合；内力分析；结构设计与验算；3D3S建模目 录第1章 引言11.1目前轻钢结构的特点及发展现状11.2毕业设计的内容与方法2第2章 建筑设计22.1工程概况22.2设计条件22.2.1.自然条件22.2.2.荷载条件22.2.3.材料规格32.2.4.施工与安装条件32.3建筑设计32.3.1.设计依据及设计指导思想32.3.2.设计特点及方案42.3.3.构造说明5第3章 内力计算63.1结构设计资料63.2结构布置73.2.1.柱网布置及抗风柱布置73.2.2.横向框架结构主要尺寸73.2.3.柱间支撑布置73.2.4.墙架布置83.2.5.屋面支撑93.2.6.支撑的布置93.3静力计算113.3.1.计算简图113.3.2.荷载计算123.3.3.梁柱截面估选143.3.4.内力分析14第4章 框架设计234.1柱的设计234.1.1.边柱截面设计234.1.2.中柱截面设计274.1.3.柱截面设计更改294.2横梁的设计344.2.1.内力组合344.2.2.跨中截面选择354.2.3.梁端截面选择364.2.4.梁翼缘和腹板的连接焊缝374.2.5.梁变截面设计374.2.6.加劲肋的设计384.3主要节点设计394.3.1.横梁和柱连接及横梁拼接形式和要求394.3.2.横梁和柱的连接404.3.4.牛腿的设计与验算454.4柱脚设计474.4.1.底板尺寸474.4.2.肋板计算484.4.3.靴梁计算484.4.4.锚栓计算504.4.5.厂房侧移计算51第5章 墙架及抗风柱设计515.1山墙墙梁设计515.1.1.荷载及墙板设计515.1.2.墙梁设计525.2纵向墙梁的设计525.2.1.荷载及墙板设计525.2.2.墙梁设计535.3抗风柱的设计535.3.1.截面选择545.3.2.截面验算54第6章 檩条设计556.1荷载计算556.2内力计算556.2.1.永久荷载与屋面活载组合556.2.2.考虑风荷载吸力的组合566.3截面选择566.4确定有效截面并验算强度566.5风吸力组合下稳定计算586.6绕度计算586.7长细比计算58第7章 柱间支撑设计597.1柱间支撑的形式597.2柱间支撑的设计597.2.1.荷载计算597.2.2.支撑构件内力计算（设计值）607.2.3.截面选择和验算607.2.4.厂房纵向刚度计算61第8章 吊车梁与地基梁设计618.1吊车梁设计618.1.1.吊车梁资料618.1.2.吊车荷载计算618.1.3.内力计算618.1.4.截面选择628.1.5.强度计算648.1.6.稳定性计算658.1.7.挠度计算678.1.8.支座加劲肋计算678.1.9.焊缝计算688.1.10.疲劳验算688.2地基梁设计698.2.1.纵向地基梁698.2.2.山墙地基梁70第9章 基础设计719.1地质条件719.2基础设计719.2.1.边柱基础设计719.2.2.中柱基础设计77第10章 3D3S软件计算过程82第11章 回顾与展望9511.1轻型门式刚架结构设计9511.2对轻钢结构发展的建议96参考资料96附表一98附表二99第1章 引言1.1 目前轻钢结构的特点及发展现状轻型钢结构建筑体系是指以单层非住宅的中小型工厂、仓库、商品、大型超市为主要对象的建筑1，这种建筑体系是采用轻型H型钢（焊接或轧制；变截面或等截面）做成门型刚架、C型、Z型冷弯薄壁型钢作檩条墙梁，压型钢板或轻质夹芯板作屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓、普通螺栓及自攻螺丝等连接件和密封材料将承重结构、围护结构构件在现场组装起来的预制装配式钢结构房屋体系。这种轻钢结构建筑具有以下特点：（1）构造简单，材料单一。容易做到设计标准化定型化，构件加工制作工业化所以现场安装预制装配化程度高。销售、设计、生产可以全部采用计算机控制，产品质量好，生产效率高。（2）自重轻，降轻了基础材料用量；减少构件运输、安装工作量；并且有利于结构抗震。（3）工期短。构件标准定型装配化程度高，所以现场安装简单快速，一般厂房仓库签订合同后23个月内可以交付使用。因为没有湿作业，现场安装不受气候影响。（4）可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。轻钢结构建筑体系在建筑造型、色彩以及结构跨度、柱距等方面的选择上灵活多样，给设计者提供充分展示才能的条件。（5）轻钢结构建筑属于环保性、节能性产品，厂房可以搬迁，材料可以回收。（6）价格便宜。随着我国钢产量的提高，钢材价格的下调，竞争的激烈，轻钢结构建筑与其他同类砖混结构建筑相比，造价持平或偏低。轻钢结构系统代替传统的混凝土和热轧型钢制作的屋面板、檩条等，不仅可减少梁、柱和基础截面尺寸，使整体结构质量减轻，而且式样美观，工业化程度高，施工速度快，经济效益显著2。由于轻钢结构突出的优点，它已被广泛应用于工农业建筑、商业、服务性建筑、标准办公楼、学校、医院建筑、别墅、旅游建筑、各类仓库性建筑、娱乐、体育场馆、地震区建筑、活动式可拆迁建筑、建材缺乏地区的建筑、工期紧的建筑、旧房改造、翻修等建筑领域。门式刚架的特点与发展在这次毕业设计的过程中，我主要进行了门式轻钢结构厂房的设计和计算工作。门式刚架轻钢结构是一种常用的结构形式，用途十分广泛。自H型钢问世后，门式刚架已成为一种固定的结构形式，即形成在角隅处带有变截面加腋的刚架，以加大它的跨度。不少西方先进国家已把它作为一种经济的建筑体系，已商品化形式出售，有单跨、多跨、有无悬挂吊车等多种类型。刚架的用量与刚架的跨度、柱高以及屋面荷载大小有很大关系，特别是跨度加大，用钢量显著增加。所以，轻型门式刚架的适宜跨度在30m以下，屋面应于各种彩色压型钢板或压型铝板配套使用，墙体也应采用轻质维护材料，使结构具有美观轻巧的特点。门式刚架就其截面形式来分，有实腹式和格构式等。实腹式刚架虽然用钢量稍高，但它的构件整齐，每榀刚架由4件梁柱构件用螺栓连接而成，构件的刚度较大，适用于长途运输和多次拆装搬运，制造省工，工地安装方便。在门式刚架结构系统中所占比重最大。门式刚架的形式由三块钢板焊成的工字型截面实腹刚架，截面形式简单，受力性能好，是常用的截面形式。当采用轧制H型钢时，可以减少制造焊接工作量。Z形截面实腹刚架，截面采用钢板冷加工弯曲成型，主要优点是有利于定型化生产，焊接拼装工作量少，可以将构件叠合运输。但截面不对称，受力性能较差。格构式刚架常用于跨度较大的建筑，其材料选用和截面组成比较灵活，可采用普通角钢、槽钢、冷弯薄壁型钢等，其截面为双腹杆的矩形，以及三面腹杆的三角形。由薄壁型钢组成的格构式刚架经济，但制造费工，杆件刚度也较小。不论实腹式还是格构式刚架，其梁柱构件都可做成等截面或变截面的。当跨度和荷载较小时，一般采用等截面结构；当跨度和荷载较大时，宜采用变截面结构，使结构造型更接近于荷载作用下的弯矩图形，使材料在截面的分布更加合理，并使结构显得轻巧。对格构式刚架，一般柱为变截面，横梁可采用等截面。近二十多年来，随着我国经济建设的迅速发展，由于生产的需要，门式轻钢结构凭借其诸多优点获得了广泛的应用。但是，由于我国目前还没有相应的轻钢设计规范，大部分设计仍沿用现行的普通钢结构设计规范来进行门式刚架轻钢结构的设计和计算，使得设计用钢量指标居高不下，或在没有充分理论依据的情况下，凭经验一味地追求低用钢量而造成事故。因此，对门式刚架轻型钢结构进行系统的研究，建立和完善专门的设计规范势在必行。1.2 毕业设计的内容与方法作为大学四年学习实践的最后也是最重要的一个环节，在将近一个学期的时间里，我以及唐婷婷、吴珊同学在武汉大学钢结构研究所进行了毕业设计，指导老师为郭耀杰和陈晓燕两位老师。按照老师布置的任务，我主要完成了万利集团轻钢结构房屋设计。钢结构研究所将实际的工程作为学生毕业设计的任务，避免了单纯理论研究和假课题设计的空洞性，使得学生通过真实命题的设计，实际问题的解决，灵活全面地运用曾经学过的理论知识，初步积累实际工程设计的经验，基本掌握工程设计的方法，从而达到毕业设计大纲的要求。本设计主要包括建筑设计和结构设计两大部分。建筑设计是根据现有资料进行建筑方案的比选及建筑的平、立、剖面设计；结构设计是指在建筑设计基础之上的结构布置、静力计算、框架设计、檩条设计、柱间支撑设计、吊车梁设计及基础设计等。毕业设计应完成厂房的建筑设计和结构设计，以手算为主完成厂房的计算，同时学习力学求解器、探索者结构CAD、PKPM、3D3S等软件进行校核验算，编写计算书，绘制建筑设计图和结构施工图。第2章 建筑设计2.1 工程概况万利集团轻钢结构房屋工程从属于该集团公司民用工业园工程。该工程主要包括四个厂房的设计：轻钢结构房屋、铝窗加工厂房、机械加工厂房、喷涂厂房。毕业设计期间完成轻钢结构房屋设计。此项工程的具体要求如下：1厂房内净高6米；2厂房柱距9米；3厂区通道宽度8米；4厂房大门均采用推拉门，为满足消防等要求的辅助门采用平开门（宽度小于1.5米）；5厂房均采用内天沟有组织排水，外墙体在标高1.200米以下为240砖墙；标高1.200米以上为双层镀锌钢板。屋面板采用双层镀锌钢板锁边屋面系统；6厂房内两台10吨吊车和两台5吨吊车。所有建筑应尽量采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。本工程平面面积为15036=5400平方米。主要结构平面及剖面布置见附图。纵向共25榀，柱距为6m；横向为6跨，跨度均为6m。厂房为双跨，各跨内设两台5t吊车和两台10t吊车，总共设4台吊车。吊车梁轨顶标高4m。2.2 设计条件1.2.2.1.2.2.2.2.1. 自然条件建筑物场地地势平坦，地表高程38.5638.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性，标准冻融深度为0.81.2m。经地质勘测，地层剖面为：表层0.81.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土层可做持力层，地基承载力标准值为150kN/m2。地基土容重19kN/m3。2.2.2. 荷载条件荷载类型 A组 B组活载屋面活载0.3 kN/m20.4 kN/m2基本风压0.4 kN/m20.3 kN/m2基本雪压0.5 kN/m220.4 kN/m2恒载屋面恒载0.3 kN/m20.5 kN/m2墙面恒载0.3 kN/m20.4 kN/m2基本地震烈度7注：恒载包括结构自重，墙面恒载指压型钢板墙重。吊车荷载另给。施工荷载为0.3 kN/m2。2.2.3. 材料规格钢材：型钢，钢板，冷弯薄壁型钢均为Q235B或Q345B；螺栓：摩擦型高强度螺栓8.8级和普通螺栓；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保焊；基础混凝土C30，垫层混凝土C15；钢筋：直径12mm为级钢筋，直径10mm为级钢筋。2.2.4. 施工与安装条件(1) 各种材料保证供应，品种齐全；(2) 施工技术力量雄厚，有足够的运输、吊装设备；(3) 构件加工和预制设施配套，保证工期。2.3 建筑设计2.3.2.3.1. 设计依据及设计指导思想1. 设计依据建筑结构荷载规范（GB50009-2001）建筑制图标准（GB/T50104-2001）钢结构设计规范（GB50017-2003）冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）轻型钢结构设计手册冷弯薄壁型钢结构设计手册建筑结构构造资料集（上、下册）建筑钢结构设计手册（上、下册）钢结构连接节点设计手册钢结构设计与计算王国周、瞿履谦著钢结构等其它设计手册、标准图集。2. 设计指导思想(1) 设计满足生产工艺的要求，这是对设计工作的基本要求；(2) 应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率；3. 应满足有关技术要求：1) 厂房应具有毕业的坚固耐久性能，使在外力、温度、湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以保证安全；2) 厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到今后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件；3) 设计厂房时应遵守国家颁发的有关技术规范和规程。4. 工艺建筑设计中要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者之间不能偏移太多。经济上，既要注意节约建筑用地和建筑造价，降低材料消耗和能源消耗，缩短建设周期，又要有利于降低经常维修，管理费用。在社会效益方面，应试工业建筑投产以后，在它所影响范围内的社会生活素质发生有利的变化。在环境效益方面，应使工业建筑投产以后，在它所影响范围内的环境质量符合国家有关部门规定的质量标准；5. 工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。2.3.2. 设计特点及方案1. 结合地区地质、气象条件及车间特征进行建筑平剖面设计(1) 设计条件1) 自然条件：地表高程38.5638.72m，地下水位标高33.4m，无腐蚀性，标准冻融深度为0.81.2m。经地质勘测，地层剖面为：表层0.81.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层；亚粘土层可做持力层，地基承载力标准值为150kN/m2。地基土容重19kN/m3。2) 气象条件：雪荷载取.5kN/m2；风荷载取0.4kN/m2；屋面活荷载取0.3kN/m2.3) 车间特征：车间长150米，宽36米，纵面25榀，有两台5t的吊车和两台10t的吊车，净高6米，为体型细长的大跨工业厂房。(2) 根据上述特点，并结合当地资源状态及生产条件，确定设计方案为轻型钢结构厂房。1) 屋面采用Y130-300-600型压型钢板。2) 主体结构采用双跨双坡式实腹式变截面门式刚架承重。3) 外墙体在标高1.200米以下为240砖墙，外贴瓷砖，颜色由业主确定；标高在1.200米以上为双层墙面彩色钢板，钢板间夹一层保温隔热材料；采用双层玻璃窗，中间设保温层。4) 采用内天沟有组织排水。2. 平面形式、柱网布置及变形缝设置(1) 平面形式厂房平面形式与生产工艺流程、生产特征有直接关系。在建筑实践中采用的厂房平面形式有矩形、方形、L形和形等。矩形平面是构成其他平面形式的基本单位。有的将跨度平行布置，有的将跨度相垂直布置。当生产规模较大，要求厂房面积较多时，常采用多跨组合的平面。平行跨布置适用于直线式的生产工艺流程，即原料由厂房一端进入，产品由另一端运出。这种平面形式较其他形式平面各工段之间靠得较紧。运输路线短捷，工艺联系紧密，工程管线较短；形式规整，占地面积少；整个厂房柱顶及吊车轨道顶标高相同，结构、构造简单，造价省，施工快；在宽度不大的情况下室内采光通风都较容易解决。根据本设计厂房适用条件，选用两跨平行跨布置。(2) 柱网布置进行柱网布置时，考虑以下几个方面的问题：1) 满足生产工艺的要求。柱的位置应与地上、地下的生产设备和工艺流程相配合，还应考虑生产发展和工艺设备更新问题。2) 满足结构的要求。为了保证车间的正常使用，有利于吊车运行，使厂房具有必要的横向刚度，应尽可能将柱布置在同一横向轴线上，以便与横梁组成刚强的横向框架。3) 符合经济合理的要求。柱的纵向间距同时也是纵向构件（吊车梁、托架等）的跨度，它的大小对结构重量影响很大，厂房的柱距增大，可使柱的数量减少，总重量随之减小，同时也可减少柱基础的工程量，但会使吊车梁及托架的重量增加，最适宜的柱距与柱上的荷载及柱高度有密切关系。在实际设计中结合工程的具体情况进行综合方案比较确定。4) 符合柱距规定的要求。近年来，随着压型钢板等轻型材料的采用，厂房的跨度和柱距都有逐渐增大的趋势，按厂房建筑统一化基本规则和建筑统一模数制的规定：结构构件的统一化和标准化可降低制作和安装的工作量。对厂房横向，当厂房跨度L18m时，其跨度应采用3m的倍数；当厂房跨度L18m时，其跨度应采用6m的倍数。只有在生产工艺有特殊要求时，跨度才采用21m、27m、33m等。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用6m或12m；现在采用压型钢板作为屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以18m甚至24m作为基本柱距。综合上述几个方面和考虑工艺、结构，厂房柱网布置为：纵向为25榀，柱距为6m；横向为6跨，跨度均为6m；厂房为三柱双跨。柱网具体布置如图2.1所示：图2.1 柱网布置图(3) 温度伸缩缝问题温度变化将引起结构变形，使厂房结构产生温度应力。当厂房平面尺寸较大时，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的布置决定于厂房的纵向和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构的变形，使结构内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常采用横向温度伸缩缝将厂房分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范规定，对于热车间和采暖地区的非采暖房屋，纵向温度区段不超过180m，横向区段不超过100m时，不用设置温度伸缩缝。本厂房纵向尺寸为150m，横向尺寸为36m，所以不用设置伸缩缝。3. 厂房内外建筑艺术处理本厂房采用水平划分的手段进行立面处理。水平划分通常的手法是在水平方向设整排的带形窗，用通长的窗楣线或窗台线将窗连成水平色带；或利用檐口、勒脚等水平构件，造成水平条带；在开敞式墙的厂房中，挑出墙面的多层挡面板，由于阴影的作用使水平线条更加突出；大型墙板厂房，常以与墙板相同大小的窗代替墙板构成水平带形窗。也有用涂层钢板和淡色透明塑料制成的波纹板作为厂房外墙材料，它们与其他颜色墙面相间布置构成不同色带的水平划分，自然形成水平线条，即可简化围护结构，又利于建筑工业化。结合本工程实际，在水平方向设整排带行窗，用通长的窗台线将窗连成水平条带，与1.200米240砖墙。1.200米以上涂色的钢板墙构成不同色带的水平划分，自然形成水平线条。厂房室内设计时工业建筑的重要内容之一。厂房的承重结构、外墙、屋顶、地面和隔墙等构成了厂房内部空间形式，是内部设计的重要内容；生产设备及其布置、管道组织、艺术装修及建筑（小品）设计、室内栽花种草、色彩处理等也都直接影响厂房内部的面貌及其使用效果，也是车间内部设计的有机组成部分。本厂房内部空间采用目前最常用的跨间式，各跨并列组成了厂房的平剖面形式。为采光和通风，屋顶上部可以设各种形式的天窗，其特点是跨间纵向空间畅通，比较宽敞，不敢封闭和压抑感，还具有明显的透视感和深远感；将车间通道在车间内均匀布置，突出和发挥通道在室内构图中的作用，相对的可改善设备布置无规律的感觉；在操作地点附近布置一些生产操作规程、劳动保护条例，形式应美观，字迹应工整、艺术，室内环境色采用冷色，浅蓝色，可使室内趋于安静，使人有如置身于自然环境中。2.3.3. 构造说明1. 屋面、墙体、地面构造说明(1) 屋面构造屋面板采用波高为130mm，波与波之间距离为300mm，单块压型板有效宽度为600mm的压型钢板Y130-300-600，即W600型。压型钢板间的搭接所用紧固件设于波峰之上，横向搭接与主导风向一致，且采用错缝铺法，一般错开12波即可，以免重叠搭接。屋面的坡度为5%，双坡屋面，采用内天沟有组织排水。(2) 墙体构造标高1.200m以下为240贴青灰色文化砖墙，MU10灰砂砖墙体，M5混合砂浆砌筑，作为窗户下窗台和上部墙板的支撑段，同时对地下潮气的上升起到一定的阻止作用，使墙板和柱免受腐蚀。标高1.200m以上为双层镀锌钢板，钢板间夹有离心超细玻璃丝棉卷毡作为保温材料。根据门窗尺寸和墙架间距选用合适的压型刚板来满足轻质、美观、耐用、保温、施工简便、抗震、防火等方面的要求。(3) 地面构造厂房的地面用素土夯实后铺100厚的C15混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面，室内地坪标高为0.000，室外地坪为-0.300。具体作法见建筑图集。2. 门窗型号及数量门窗编号洞口尺寸选用图集及规格数 量附 注宽高M148003200厂家提供10铝合金推拉门M28002400厂家提供4铝合金平开门C136001800厂家提供42铝合金推拉窗C214460900厂家提供2条形塑钢窗C312001800厂家提供4铝合金推拉窗3. 室内、室外装修及防锈要求(1) 室内墙面涂浅蓝色涂料，地面除安全通道用翠绿色外，其余均用蓝色，在操作地点附近布置一些生产操作规程，劳动保护条例，形式美观，字迹工整的艺术作品。(2) 室外1.200m以下的240砖墙表面贴瓷砖，颜色由业主自定，标高1.200m以上的墙面均涂刷成蓝色，沿纵向的墙面沿女儿墙布置1m宽浅蓝色压型钢板。(3) 用各色硼钡酚醛防锈漆F539打底，再选用各色醇酸磁漆C0442作为面漆。4. 一般说明(1) 本工程所有外露金属构件均采用防锈油漆打底，主体刚架表面涂刷防火涂料，以满足二级耐火等级的要求，涂料厚度应满足柱耐火极限为2.5小时，钢梁为1.5小时。(2) 所有悬挑构件均设置滴水线，所有室外外漏构件，均红丹打底,二底二度银粉漆。(3) 本工程施工过程中须同结构、水电工种密切配合，所有管道预留必须先留，不得后凿，如遇有问题及时与设计人员协调。(4) 凡说明未详尽之处，请参照现行有关施工规范执行。第3章 内力计算3.1 结构设计资料结构设计部分主要包括结构布置、结构及构件的设计，最后绘制技术施工图。各部分设计应与建筑设计密切配合，并注意施工方面的问题。1. 厂房跨度：2. 厂房长度：3. 柱子间距：纵向25跨，跨度均为6m；横向6跨，跨度均为6m。刚架结构示意图见图3.1。图3.1 刚架结构示意图4. 屋面结构：屋面板采用波高为130mm，波与波之间距离为300mm，单块压型板有效宽度为600mm的压型钢板Y130-300-600，即W600型，采用双跨双坡式实腹式门式刚架作为主体承重结构，刚架斜梁坡度为1：20，屋面同其坡度，采用内天沟有组织排水。5. 墙体构造：外墙在标高1.200m以下为240砖墙，作为窗户下窗台和上部墙板的支撑段，同时也对地下潮气的上升起到一定的阻止作用，使墙板和柱免受腐蚀。标高1.200m以上为双层镀锌钢板，钢板间夹有离心超细玻璃丝棉卷毡作为保温材料。根据门窗尺寸和墙架间距选用合适的压型刚板来满足轻质、美观、耐用、保温、施工简便、抗震、防火等方面的要求。6. 吊车资料：厂房为双跨，各跨内设有1台5t吊车和1台10t吊车，各跨内总共设有2台吊车，双跨共计4台吊车，吊车梁轨顶标高为4m。7. 使用钢材：钢材：型钢，钢板，冷弯薄壁型钢均为Q235B或Q345B；螺栓：摩擦型高强度螺栓8.8级和普通螺栓；焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气保焊；钢筋：直径12mm为级钢筋，直径10mm为级钢筋。8. 荷载条件：荷载类型 A组 B组活载屋面活载0.3 kN/m20.4 kN/m2基本风压0.4 kN/m20.3 kN/m2基本雪压0.5 kN/m20.4 kN/m2恒载屋面恒载0.3 kN/m20.5 kN/m2墙面恒载0.3 kN/m20.4 kN/m2基本地震烈度7注：恒载包括结构自重，墙面恒载指压型钢板墙重。吊车荷载另给。施工荷载为0.3 kN/m2。9. 厂房内净高：6m10. 厂区通道：宽度为8m11. 混凝土材料规格：基础混凝土C30，垫层混凝土C15。3.2 结构布置1.2.3.3.1.3.2.3.2.1. 柱网布置及抗风柱布置1. 柱网布置综合考虑工艺、结构和经济三个方面的要求，厂房柱网布置为：纵向为25榀，柱距为6m；横向为6跨，跨度均为6m；厂房为三柱双跨。2. 抗风柱布置按传统抗风柱布置。即抗风柱柱脚与基础铰接，柱顶与屋架通过弹簧片连接。按这种布置方法，屋面荷载全部由刚架承受,抗风柱不承受上部刚架传递的竖向荷载，只承受墙体和自身的重量和风荷载,抗风柱布置与东西边跨除中间柱的柱网节点上，抗风柱布置图见图3.2阴影柱子，东西共八根。图3.2 刚架山墙简图3.2.2. 横向框架结构主要尺寸1. 横向框架的结构尺寸采用双跨双坡实腹式门式刚架，刚架横梁与两边柱和中间柱均刚接，两边柱柱脚与基础刚接，中间柱柱脚与基础也采用刚接。此门式刚架主要尺寸为：(1) 跨度：218=36m(2) 柱高：边柱：6.6m 中柱7.5m(3) 柱距：6m2. 门式刚架柱及横梁柱拟采用等截面实腹式柱。柱截面拟采用H型钢或焊接型钢，钢材拟采用Q235B。横梁拟采用变截面工字形钢，钢材拟采用Q235B。为了设计上的方便，进行内力计算时，将整个刚架看作等截面来进行内力计算，选取截面。再利用选取的截面进行验算。3.2.3. 柱间支撑布置1. 柱间支撑的作用和布置柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为:组成坚强的纵向构件，保证厂房的纵向刚度；承受厂房端部山墙的风荷载，吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础；可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑，下层之间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架，显然，将下层支撑布置在温度区段的端部，在温度变化的影响方面将是很不利的。因此，为了使纵向构件在温度发生变化时能较自由的伸缩，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很短时，下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提高很多，这时放在两端才是合理的。当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑；如果温度区段长度超过90m时，则在它的三分之一和三分之二点处各设一道支撑，以免传力路程太长。2. 柱间支撑的形式和计算柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式，八字式，门架式等。十字交叉支撑的构造简单，传力直接，用料节省，使用最为普遍，其斜杆倾角宜为45左右，上层支撑在柱间距大时可改用斜撑杆；下层大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架式支撑。上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下层柱间支撑除承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载，在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支撑时，则全部纵向水平荷载（包括风力）由该柱列所有支撑共同承受。当在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力，靠墙的外肢平面内设置的下层支撑，只承受端墙传来的风力与吊车肢下层支撑按轴线距离分配受力。柱间支撑的交叉杆，上层斜撑杆和门形下层支撑的主要杆件一般按柔性杆件设计，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。端部支撑宜设在温度区段端部的第二个开间，这种情况下，在第一开间的相应位置宜设置刚性系杆，刚架柱转折处（如柱顶和屋脊）也宜设置刚性系杆。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；若刚度或承载力不足，可在刚架斜梁间设置钢管，H型钢或其他截面形式的杆件，门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的连接件与梁柱腹板相连，连接件应能适应不同的夹角，圆钢端部都应有丝扣，校正定位后将拉条张紧固定。综合以上的考虑，本工程沿纵向设置四道支撑，分别设在轴间，轴间、轴间和轴间。其中轴及轴为了防止纵向刚度过大，在温度变化时不能自由的伸缩，只设置上层支撑，轴间及轴间既设置上层支撑，也设置下层支撑。门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，宜采用张紧的十字交叉圆钢支撑，用特别的连接件与梁柱腹板连接，连接件能适应不同的夹角。圆钢支撑端部都有丝，校正定位后将拉张条张紧固定。其布置图见图3.3所示。图3.3 纵向柱间支撑布置图3.2.4. 墙架布置墙架一般由墙架梁河墙架组成。在非承重墙中，墙架构件除了传递作用在墙面上的风力外，尚需承受墙身的自重，并传递至墙架柱及主要横向框架柱中，然后再传递至基础。当柱的间距在8m（采用预应力钢筋混凝土大型墙板时可放宽至12m）以内时，纵墙可不设置墙架柱；否则需设置墙架柱以减少墙板的跨度。在高厂房中，为了减少墙架柱的跨度，常在墙梁柱中部设置一些水平方向的抗风桁架。墙架梁的间距应与窗孔位置和尺寸相适应。墙架构件间墙面的面积不应过大，以保证墙面有足够的强度和刚度。一般在半砖墙中，不应超过12m2；如在厂房中有动力设备，特别是有硬钩吊车时，则不应超过9m2。1. 墙架布置(1) 门式刚架轻型房屋钢结构侧墙墙梁的布置，应考虑设置门窗，挑檐，雨篷等构件和围护材料的要求。(2) 门式刚架轻型房屋钢结构，当采用压型钢板做围护结构时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距随墙板板型和规格而异，且不应大于计算确定的值。(3) 山墙可设置由斜梁，抗风柱和墙梁组成的山墙墙架或采用门式刚架。(4) 为减少横梁竖向计算跨度和增强其稳定性，宜在横梁间设置拉条。(5) 山墙墙架中，一般在墙角另设墙架角柱，当山墙紧靠房屋端柱时，也可不设墙架角柱，而直接将山墙墙梁支承于纵墙的墙梁上。(6) 墙架柱与屋架的连接对一般墙架柱。为使其上部连接不至于承受屋架或刚架的竖向荷载，常采用弹簧板与屋架或刚架的弦杆连接，以便将墙架柱的水平荷载传到支撑节点上。2. 墙架构件设计(1) 轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边形成的Z形的冷弯薄壁型钢。(2) 墙梁可设计成简支或连续构件，两端支承在刚架柱上。当墙梁有一定竖向承载力且墙板落地及墙板间有可靠连接时，可不设中间柱，并可不考虑自重引起的弯矩和剪力。若有条形窗或房屋较高且墙梁跨度较大时，墙架柱的数量应计算确定，当墙梁需要承受墙板及自重时，应考虑双向弯曲。(3) 当墙梁跨度L为46m时，宜在跨中设置一拉条，当跨度L大于6m时，宜在跨间三分点处各设一道拉条。在最上层墙梁处宜设斜拉条将拉力传至承重柱或墙架柱。(4) 纵向墙架系由横梁（墙梁）及拉条，窗镶边构件，墙架柱，抗风桁架等构件组成。其作用是支撑墙体，保证墙体的稳定，并将墙体承受的风荷载传递到厂房骨架和基础上。根据以上内容，纵向墙架见图3.4。3.4 纵向墙架布置图3.2.5. 屋面支撑轻钢结构中屋面支撑的作用主要是：保证结构的空间整体稳定；承担和传递水平风荷载；避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动，支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定；保证结构安装时的稳定与方便，屋面的安装工作一般是从房屋温度区段的一端开始的，首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。不合理的支撑体系影响其作用的正常发挥，不能有效保证结构的安全。3.2.6. 支撑的布置1. 屋面支撑的作用屋面支撑的内力计算简图如图3.5所示，支撑的斜杆大多设计为张紧的圆钢，压杆多设计为钢管，节点荷载由抗风柱传递。由于斜杆为张紧的圆钢，而圆钢只能承受拉力而不能承受压力。因此，计算支撑内力时不考虑虚线所示的受压斜杆，只考虑压杆和受拉斜杆的作用。屋面支撑中的压杆可单独设计，也可由檩条代替，当用檩条代替压杆时，檩条应满足压弯杆件的要求，而且应调整檩条间距使其设在支撑节点处。在第一开间设置压杆且支撑节点与抗风柱节点相对应，风荷载通过第一开间设置的压杆传至第二开间支撑的节点处，这样支撑才能起作用。拉条主要承受檩条弱轴方向的侧向拉力，并且可作为该方向檩条的支撑点，减小其弱轴方向的计算长度 ，当檩条兼作屋盖支撑压杆时，如果设置拉条，则檩条弱轴方向的长细比较容易满足压杆长细比的要求。根据轻钢规程要求，在屋脊的檐口处应设置斜拉条和撑杆。部分设计者没有充分分析撑杆的受力状况，将撑杆按拉条设计成圆钢，使撑杆起不到压杆作用。由图3.6可知在斜拉条拉力作用下撑杆将受到压力作用，而圆钢不能承受压力，因此，撑杆应按压杆设计，一般设计为圆钢外套钢管，这样撑杆既能承受拉力作用也能承受压力作用。图3.5 屋盖支撑内力计算简图 图3.6 屋盖支撑受力分析简图2. 支撑的布置(1) 横向水平支撑：对于上弦横向水平支撑，由于本工程拟采用有檩体系，故上弦水平支撑的横杆可用檩条代替。对于下弦横向水平支撑一般和柱间支撑设置在同一开间内。当房屋纵向温度伸缩缝区段较短时，可设置在房间两端的端部开间。屋面支撑布置图如图3.7所示。图3.7 屋面支撑布置图(2) 纵向水平支撑：当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支撑中间屋架的托架为保证托架的侧向稳定时，或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭体系将大大提高房屋的纵向刚度。当屋架间距12m时，纵向水平支撑常布置在屋架下弦平面。(3) 系杆：系杆有刚性系杆和柔性系杆两种，当横向水平支撑设置在房屋温度区段端部第二个柱间时，第一个柱间的所有系杆均为刚性系杆，其他情况的系杆可用柔性系杆。檩条要设拉条，以保证檩条的平面外刚度，在刚架的构件转折处，即柱顶转角处和横梁中央弯折处的受压肢或受压翼缘，应设置侧向支撑，当横梁与柱内肢需设置侧向支撑点时，可利用连接于外肢的檩条或墙梁设置角隅撑。此屋面支撑的檩条和拉条的布置如图3.8所示。3.8 檩条布置图(4) 檩条要设拉条，以保证檩条的平面外刚度。(5) 在刚架的构件转折处，即柱顶转角处和横梁中央弯折处的受压肢或受压翼缘，应设置侧向支撑。当横梁与柱内肢需设置侧向支撑点时，可利用连接于外肢的檩条或墙梁设置角隅撑。隅撑布置如图3.9所示。图3.9 隅撑布置图3.3 静力计算3.3.3.3.1. 计算简图单层厂房是由柱和屋架（横梁）所组成，各个框架之间有屋面板或檩条，托架，屋盖支撑等纵向构件相互连接在一起，故框架实际上是空间工作的结构，应按空间工作计算才比较合理和经济，但由于计算较繁，工作量大，所以通常均简化为单个的平面框架来计算。框架计算单元的划分应根据柱网的布置确定，使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。此厂房的计算简图见图3.10阴影部分。图3.10 框架计算简图3.3.2. 荷载计算1. 荷载取值计算屋盖自重（标准值、坡向）屋面恒载0.30 kN/m2刚架斜梁自重0.15 kN/m2 = 0.45 kN/m2屋面活载0.30 kN/m2基本雪压（屋面活载不与雪荷载同时考虑）0.50 kN/m20. 50 kN/m2墙面恒载0.30 kN/m2柱自重2.00 kN/m风荷载0.40 kN/m22. 各部分作用荷载(1) 屋面恒载：标注值0.456 = 2.70 kN/m设计值2.701.2 = 3.24 kN/m活载：标注值0.86.0 = 4.80 kN/m设计值4.801.4 = 6.72 kN/m(2) 墙面恒载：标注值0.36.0 = 1.8 kN/m设计值1.81.2 = 2.16 kN/m(3) 柱恒载：边柱标注值2.0 kN/m设计值2.01.2 = 2.4 kN/m中柱标注值2.0 kN/m设计值2.01.2 = 2.4 kN/m(4) 风荷载向风面柱上标注值= 0.81.00.46 = 1.92 kN/m设计值1.921.4 = 2.69 kN/m向风面横梁上标注值qk = -0.60.46 = -1.44 kN/m设计值-1.441.4 = -2.02 kN/m背风面柱上标注值qk = -0.50.40.6 = -1.20 kN/m设计值-1.201.2 = -1.68 kN/m背风面横梁上标注值qk = -0.50.40.6 = -1.20 kN/m设计值-1.201.2 = -1.68 kN/m(5) 吊车梁（估取吊车梁自重2.0 kN/m）恒载标注值2.06.0 = 12.0 kN设计值12.01.2 = 14.4 kN(6) 吊车根据吊车荷载达到其额定值的频繁程度，取本工程中5t、10t吊车为中级。吊车荷载计算资料（取自大连重工技术规格）：5吨吊车吊车跨度16.5m，吊车宽度B = 5.05m，轮距BQ = 3.4m，吊车总重16.061t（即Qk = 160.61kN），小车重2.126t（即Q2,k = 21.26t）。最大轮压85kN，最小轮压34.8kN. 轮压标注值考虑动力系数1.05，增大系数1.07，且考虑双吊车相互影响系数0.9，考虑后得到Pmax,k = 85.95kN， Pmin,k = 35.12kN.10吨吊车吊车跨度16.5m，吊车宽度B = 5.7m