金刚金属加工车间单层钢结构厂房设计论文

第 1 页 题目：金刚金属加工车间单层钢结构厂房设计 一、工程概况 1. 工程名称：金刚金属加工车间。 2. 建设地点：拟建建筑物位于西安市，室外地坪设计标高为 415.35m。 3. 建设规模：总建筑面积 2880 平方米，单层工业厂房，内设中级工作制 桥式吊车一台。 二、设计原始资料 （一）气象条件 1. 冬季采暖室外计算温度5C。 2. 主导风向：东北风，基本风压 0.35kN/m2。 3. 地面粗糙度：B 类。 4. 基本雪压：0.25kN/m2。 5. 年降雨量：632mm；日最大降雨量：92mm；时最大降雨量：56mm； 雨季集中在 9、10 月份。 6. 土壤最大冻结深度 500mm。 （二）工程地质条件 1. 建筑场地地貌单元属渭河二级阶地，场地地形平坦。 2. 地下水稳定埋深 8.510.8m，属潜水类型。 3. 抗震设防烈度为 8 度，场地类别为类，设计地震分组为第一组，设计 基本地震加速度值 0.2g，设计特征周期 0.45s。 4. 根据场地岩土工程条件和建筑物荷载特点，建议本工程采用天然地基。 （三）施工条件 1. 建设场地平坦，道路通畅，水、电就近可以接通，基本具备开工建设条 件。 2. 拟参与投标的施工单位技术力量和机械化水平均较高。 第 2 页 三、建筑设计任务及要求 （一）设计任务 根据建设单位提供的设计委托书，完成建筑平面、剖面及立面设计。 （二）设计要求 1. 平面设计：根据工艺要求，合理确定平面柱网尺寸；要求满足采光、通 风要求。 2. 剖面设计：根据给定的吊车资料、工艺净空要求，确定牛腿标高和厂房 高度。 3. 立面设计：建筑风格、造型应富有创意，有时代感。 （三）设计成果 说明书 1 份，1#图纸 2 张 1. 平面图：参考比例 1：1001：200。 2. 立面图：正立面，侧立面各一个，参考比例 1：1001：200。 3. 剖面图：参考比例 1：1001：200。 4. 节点详图：不少于 5 个，其中檐口和屋脊构造详图必画，比例自定。 5. 建筑设计说明书。 建筑设计方案应达到初步设计深度，构造详图达到施工图深度。围护结构 采用双层彩色压型钢板内填保温材料，可以是工厂复合板，也可以是现场复合 板，自选。 四、结构设计任务及要求 （一）设计任务 根据建筑设计方案及设计原始资料，选择结构体系，布置结构构件，进行 结构内力分析，确定构件截面，设计连接节点，绘制结构施工图。 （二）设计要求 1. 结构选型：根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系。 要求合理选择屋面梁的类型、梁、柱连接形式、柱截面形式、屋面和柱间 支撑的布置方案。 提示：重型厂房跨度大、高度高、吊车重，多采用下段格构、上段实腹的 阶形柱。屋面梁与柱可以铰接也可以刚接（铰接框架和刚接框架） ，对刚度要 第 3 页 求高的单跨重型厂房可用刚接，其余铰接。 2. 结构布置：合理布置结构构件，正确选取计算单元，明确结构的传力途 径，初步确定钢材种类及构件截面尺寸。 3. 结构内力分析及构件设计：根据现行国家设计规范，计算结构荷载及地 震作用；进行荷载组合；手算完成结构的内力分析，进行排架柱的内力组合， 完成构件截面及连接节点设计；同时，采用工程设计软件计算结构内力及设计 结构构件，并与手算结果进行对比分析。完成标准柱距的吊车梁设计。 （三）设计成果 计算书 1 份，1#图纸 4 张 1. 计算书内容： (1) 结构设计方案论证（包括柱网布置，抗风柱、支撑设置，柱截面形式 以及材料选择等） ； (2) 主要承重结构的内力计算及设计。 (3) 吊车梁设计。 (4) 墙梁、檩条、压型钢板、抗风柱、牛腿设计。 2. 图纸内容： (1) 屋盖结构布置图（檩条、支撑和有关节点） ； (2) 墙面结构布置图（墙梁的布置及有关连接节点） ； (3) 阶型柱结构施工图； (4) 节点详图（散于各图） ； (5) 吊车梁施工图。 五、设计成果统一要求 （一）设计说明书 应完整地说明设计方案、设计依据、设计步骤及过程；论述充分，条理清 晰，叙述准确，简明扼要；书写整齐；计算过程尽可能表格化。 设计说明书应包括下列内容：封页，扉页，毕业设计任务书，中英文摘要 和关键词，目录，正文，参考文献，附录，致谢。设计说明书的字数应在 10000 字以上，建筑设计、结构设计二部分的说明书应合在一起装订成册。 （二）图纸 第 4 页 设计图纸应符合国家有关制图标准，正确体现设计意图；图面整洁，布置 匀称，尺寸标注齐全，字体端正，线型规范。 图纸绘制包括计算机绘制和手工绘制两部分，建筑设计、结构设计各阶段 至少应有 12 张手工绘制的图纸（1 号或 1 号以上） 。 六、国家标准及设计参考资料 （一）建筑设计部分 1国家标准. 房屋建筑制图统一标准（GB 500012010）. 北京： 中国计划出版社，2010 2国家标准. 建筑制图标准（GBT 501042010）.北京：中国计 划出版社，2011 3国家标准. 建筑设计防火规范 （GB50016-2006）. 北京：中国 计划出版社，2006 4教材.房屋建筑学.同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重 庆大学合编.北京：中国建筑工业出版社，2005 （二）结构设计部分 1 国家标准. 建筑结构荷载规范（GB 500092001） （06 版）. 北 京：中国建筑工业出版社，2006 2 国家标准. 建筑抗震设计规范（GB 500112010）. 北京：中国 建筑工业出版社，2010 3国家标准. 建筑抗震设防分类标准（GB 502232008）. 北京： 中国建筑工业出版社，2008 4国家标准. 钢结构设计规范（GB 500172003）. 北京：中国计 划出版社，2003 5国家行业标准. 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 （CECS102:2002）. 北京：中国计划出版社，2003 6国家标准.冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）.北京： 中国计划出版社，2002 7国家标准. 建筑结构制图标准（GB/T 501052010）. 北京： 中国计划出版社，2010 第 5 页 8国家建筑标准设计图集. 钢结构设计制图深度和表示方法 （03G102）. 北京：中国建筑标准设计研究院，2003 9龚思礼主编. 建筑抗震设计手册（第二版）. 北京：中国建筑工 业出版社，2002 10 钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册（第三版）.北 京：中国建筑工业出版社，2004 11 陈绍蕃. 钢结构（上）. 北京：中国建筑工业出版社，2003 12 陈绍蕃、顾强编著. 钢结构（下）. 北京：中国建筑工业出版社， 2003 13 丰定国、王社良主编. 抗震结构设计（第 2 版）. 武汉：武汉工 业大学出版社，2003 14 梁兴文、史庆轩主编. 土木工程专业毕业设计指导. 北京：科学 出版社，2002 （三）可参考的建筑图集 1 压型钢板、夹心钢板屋面及墙体建筑构造 01J925-1 2 压型钢板及夹心板大门 02J611-3 3 吕合金门窗 02J603-1 （四）可参考的其他结构标准图集： 1 钢吊车梁（中级工作制）SG520-12 2 柱间支撑 05G336 3 吊车梁走道板 04G337 4 吊车轨道连接及车挡 05G525 七、设计进度 三部分设计时间分别为：建筑设计 3 周、结构设计 11 周、共 14 周。各部 分设计进度如下： 第 6 页 建筑设计进度 序 号 设计内容 设计时间 （天） 1布置设计任务、方案草图3 2工具草图、构造设计5 3正式图5 4整理说明书2 合计15 结构设计进度 序号设计内容 设计时间 （天） 1结构方案选取及吊车梁计算4 2墙梁、檩条、压型钢板、抗风柱、牛腿设计6 3荷载分析及内力计算（手算）2 4荷载分析及内力计算（电算）3 5横向水平地震作用下结构内力分析及位移验 算 3 6内力组合4 7排架柱设计7 8柱脚设计5 9绘图17 第 7 页 10整理说明书4 合计55 拟建场地平面图 设计任务安排表： 柱 距吊车吊车 姓 名 厂房长 度(M) 跨 度 （M） 吊车吨 位工作制 轨顶标 高台数 9062175/20A5151 1057.52175/20A6162 13592175/20A5171 15062480/20A6182 1657.52480/20A5191 14492480/20A6202 120627100/20A5211 1207.527100/20A6152 144927100/20A5161 120621100/20A6172 1507.521100/20A5181 144921100/20A6192 12062480/20A5201 第 8 页 1507.52480/20A6212 14492480/20A5151 12062780/20A6162 1507.52780/20A5171 14492780/20A6182 12063075/20A5191 1507.53075/20A6202 14493075/20A5211 附录 吊车资料 跨度指桥式起重机运行轨道中心线之间的水平距离，单位为 m，桥式起重 机的小车运行轨道中心线之间的距离称为小车的轨距。 起重机参数及其与厂房的关系 第 9 页 起重机参数见钢结构设计手册 （上）P908910 页。 第 10 页 摘要 本设计为单层普通钢结构厂房，采用刚格构柱与钢梁组成的框架体系，钢 结构建筑质量轻、强度高、跨度大、工程施工周期短、施工灵活，相对成本低 造价较为经济。屋面采用轻型屋面板，从而使得支撑屋面的杆件截面较小、较 薄，它具有自重轻、材质均匀、应力计算准确、加工制造高度工业化、运输安 装方便等特点。 本设计说明说包括：建筑设计、结构设计两部分； 建筑设计部分具体分为：建筑平面形式的选择；厂房刨面设计；厂房立面 设计。 结构设计部分具体分为：方案确定；檩条设计；抗风柱设计；钢框架设计； 柱脚设计；（计算细节已在各章节详细给出） 。 本设计图纸部分包括：厂房平面图；厂房立面、刨面及节点详图；厂房檩 条墙梁布置图；支撑布置图；格构柱施工图（1、2） ；吊车梁施工图。 关键词：轻钢结构，框架体系，建筑设计，结构设计 第 11 页 Abstract This design as a single layer ordinary steel structure workshop, the lattice steel column and just of frame system, steel structure building quality light, the intensity is high, the span, project construction period is short, and construction, flexible, relatively low cost. Cost more economy. The roof light roof board, so that support the roof stem a section smaller thin, it is light weight, material even, and the stress computation accurate, processing manufacturing highly industrialized, transportation installation is convenient wait for a characteristic. This design descriptions said including: architectural design, structure design two parts. Architectural design part specific divided into: the choice of the form of building plane; Workshop dig face design; The facade design workshop. Structure design of concrete are divided into: plan; Crane beam design; Continuous span purlin design; Wind column design; Steel frame design; Column feet design; (calculation details has set up a file in the chapters are detailed). The design drawing part includes: building plan; Building facade, planing surface and detail drawings; Workshop continuous span purlin wall beam layout; Support arrangement; Lattice column construction drawing (1, 2); Crane beam construction drawing. Key Words: Ordinary Steel Structure, Frame System, Architecture Design, Structure Design 第 12 页 目录 题目：菲皓单层钢结构厂房设计 .1 一、工程概况 .1 二、设计原始资料 .1 三、建筑设计任务及要求 .1 四、结构设计任务及要求 .2 五、设计成果统一要求 .3 六、国家标准及设计参考资料 .4 七、设计进度 .5 第一章 建筑设计 16 1.3 平面设计 16 1.3.1 厂房的平面形式16 1.3.2 柱网设计16 1.3.3 定位轴线16 1.3.4 变形缝的设计18 1.3.5 采光通风设计18 1.3.6 交通及防火设计19 1.3.7 散水设计19 1.4 立面设计 19 1.4.1 窗的设计19 1.4.2 维护结构20 1.4.2 消防检修梯20 1.5 剖面设计 21 1.5.1 柱顶标高设计21 1.5.2 厂房高度及牛腿标高确定21 1.5.3 屋顶构造设计21 1.5.4 屋面排水设计21 1.5.6 地面构造设计22 1.6 图纸 .23 菲皓单层钢结构厂房设计-结构部分 .24 第 13 页 1.1 材料的选择 24 1.2 屋面布置 24 1.3 柱间支撑布置 24 1.4 屋盖支撑布置 24 1.5 墙面结构布置 25 第二章 吊车梁设计 .26 2.1 荷载的计算 26 2.1.1 最大轮压的计算 26 2.1.2 横向荷载设计值 .26 2.2 内力计算 .26 2.2.1 吊车荷载作用下的内力（4 轮子） .27 2.3 截面选择 29 2.3.1 毛截面特性.29 2.3.2 净截面特性30 2.4 强度验算 .31 2.4.1 正应力 .31 2.4.2 剪应力.31 2.4.3 腹板的局部压应力 .32 2.4.4 腹板计算高度边缘处的折算应力.32 2.5 稳定性验算 .33 2.5.1 梁的整体稳定性33 2.5.2 腹板的局部稳定性 .33 2.6 挠度验算 .35 2.7 支承加劲肋的验算 .35 2.8 焊缝计算 .37 2.8.1 上翼缘与腹板连接处的角焊缝设计 .37 2.8.2 下翼缘与腹板连接处的连接角焊缝设计37 2.8.3 支座加劲肋与腹板的焊缝 .37 第三章 檩条设计 .38 3.1 荷载设计 .38 第 14 页 3.1.1 永久荷载.38 3.1.2 可变荷载.38 3.1.3 荷载组合 39 3.2 截面选择及截面特性 .40 3.3 受压板件的稳定性系数 42 3.3.1 腹板.42 3.3.2 上翼缘板.42 3.3.3 受压板件的有效宽度.42 3.3.4 有效净截面模量.45 3.5 稳定性验算（风吸力起控制作用） .46 3.5.1 有效截面模量 46 3.5.2 受弯构件的整体稳定性系数.46 3.6 挠度验算 47 3.7 构造要求 47 第四章 抗风柱设计 .49 4.1 荷载计算 .49 4.1.1 恒载49 4.1.2 风荷载49 4.1.3 单根抗风柱承受的均布线荷载设计值49 4.2 内力分析 49 4.3 截面选择 50 4.4 强度验算 50 4.5 稳定性验算 51 4.5.1 平面内稳定.51 4.5.2 平面外稳定性.51 4.6 挠度验算 52 第五章 刚架设计 53 5.1 荷载计算 .53 5.1.1 恒载计算53 5.1.2 活荷载的计算53 5.1.3 吊车及吊车荷载54 5.1.4 作用在刚架上的荷载标准值计算55 第 15 页 5.1.5 地震荷载.57 5.2 内力计算（手算电算对比） 58 5.2.1 恒载作用下的内力.58 PKPM 计算的恒载内力图如下 .63 5.2.2 屋面活载作用下的内力.64 PKPM 软件在各种荷载标准值作用下的计算结果 .70 第六章 框架柱 91 6.1 内力组合 91 6.2 柱的几何特性计算 91 6.3 柱截面计算 94 6.4 柱肩梁计算： 102 第七章 柱 脚 105 7.1 柱底板计算 .105 7.2 柱脚加劲肋和靴板的计算 108 第 16 页 第一章 建筑设计 1.1 平面设计 1.1.1 厂房的平面形式 根据地形条件及使用的要求，考虑到能够合理并充分利用场地空间，节约 成本，此超市的平面形式采用单层双跨的矩形平面形式。这种平面形式较其他 形式平面联系紧密,工程管线较短，而且矩形形式规整,占地面积少，结构构造 简单、造价低、施工快。同时室内采光通风都较易解决。 1.1.2 柱网设计 超市 4800 标准模数的要求。本厂房柱距采用 8m，跨度采用 60m，双跨单 脊双坡形式厂房。厂房总长度为 80m，总建筑面积为 4800m2。 1.1.3 定位轴线 1. 横向定位轴线 为了支撑墙重和抵抗墙面风荷载，厂房端部山墙内侧每隔 6 米设置抗风柱， 为了结构构件的协调统一，山墙内缘与横向定位轴线重合当山墙为非承重墙, 端部柱截面中心线应自横向定位轴线内移 600mm。排架柱的截面形心与横向 定位轴线重合。柱网布置如图 1.1 所示 2. 纵向定位轴线 由于厂房内设置吊车，为普通钢结构厂房耗钢量考虑，厂房承重柱采用阶 形柱，上柱为实腹式. 因为阶形柱的下段柱除承受上柱的荷载外，还需承受吊 车荷载 , 下柱为缀条格构式柱. 截面形式如图 1.3.3.2 所示 第 17 页 图 1.1 柱网布置图 图 1.2 格构式柱截面形式 厂房纵向定位轴线的确定，除了要考虑结构合理，构造简单外，在有吊车 的情况下，还应保证吊车运行和检修的安全需要。 在有吊车的厂房中， 厂房建筑模数协调标准对吊车规格与厂房跨度的 关系规定如下： = 2 吊车跨度，即吊车两轨道中心线之间 的 距离； 厂房跨度； 吊车轨道中心线至纵向定位轴线的距 e 离; 图 1.3 吊车轴线示意 第 18 页 B吊车轨道中心线至吊车桥架外边缘的距离，可由吊车轨道查； Cb吊车桥架外边缘至上柱内边缘的净宽度； h边柱的上柱截面高度； 厂房跨度为 24 米，使用吊车为 80/20T 的桥式吊车，吊车跨度 Lk=22m， 由钢结构设计手册查知其技术规格 ，吊车端部构造长度 B=300mm。 e=B+Cb+h=1000mm (1.1) 由公式(1.1 ) , 则定位轴线使用封闭式轴线. 1.1.4 变形缝的设计 钢结构设计规范GB50017 要求，当厂房的尺寸较大时，按规定在平面 布置中设置温度伸缩缝。由钢结构下册,暖房屋纵向温度区段 144m 1 构技术规程GB50018-2002 中公式 5.6.2-3 得： 2 2 5.89 11.596.68 5.89 11.59 0.9646.68 0.964 0.94 K (3.5-b) 3.3.3 受压板件的有效宽度 腹板 1 23.36K 0.94 c K 250bmm75cmm 2.5tmm 1= 210.46/2 根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002 中公式 5.6.3-2 得： ， 则受压板件的板组约束系数 7523.36 1.501.1 2500.94 c cK bK (3.6-a) 1 0.930.93 0.110.110.551.7 0.051.50.05 Kk = 205 1 1 = 205 23.36 0.55 210.46 = 3.54 (3.6-b) 由于，故取。01.15 (3.6-c) 250 126.26 11 ( 0.98) c b bmm 第 45 页 (3.6-d) 18 = 87.35 = 250 2.5 38 = 184.41 则由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002 中公式 5.6.2-3 可得： 计算截面有效宽度： 21.8 0.1 ec bb tb tt (3.6-e) (3.6-f) 21.8 1.15 4.22126.26 0.1117.24 1002.5 e bmm 由于 则：0 1 2 0.40.4 117.2446.90 0.60.6 117.2470.34 ee ee bmm bbmm b (3.6-f) 上翼缘 2 0.94K 23.36 c K 75bmm250cmm 2.5tmm 1= 210.46/2 由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002 中公式 5.6.3-3 可得： (3.7-a) 2500.94 0.671.1 7523.36 c cK bK 则： (3.7- 1 11 1.222.4 0.67 kK b) = 205 1 1 = 205 0.94 1.22 210.46 = 1.12 (3.7-c) 第 46 页 由于 故取 01.150.151.150.15 0.9641.005 且75 c bmmb 18 = 22.81 = 75 2.5 38 = 48.61 (3.7-d) 由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002 中公式 5.6.2-3 得 (3.8-a) 21.8 0.1 21.8 1.005 1.261 0.17564.47 75 2.5 ec e bb tb tt bmm 由于为部分加劲板 1 2 0.40.4 64.4725.79 0.60.6 64.4738.68 ee ee bmm bbmm b (3.8-b) 下翼缘全截面受拉，全部有效 3 3.3.4 有效净截面模量 第 47 页 图 3.2 有效截面示意图 上翼缘板扣除的面积宽度为：，腹板的扣除面积宽 75 64.47 = 10.53 度为：，同时在腹板的计算截面有一拉条连接 126.26 117.24 = 9.0210 孔，则有效净截面模量： 422 33 10 952.3 1010.53 2.5 12510 2.5 (12546.9) 2 125 71.82 10 enx mm W (3.9-a) 422 .max 33 10.532.5 71.31 1010.53 2.5 (25.9725)10 2.5 (20) 22 20.7 35.21 10 eny mm W (3.9-b) 422 .min 33 10.532.5 71.31 1010.53 2.5 (25.7925)10 2.5 (20) 22 50 14.09 10 eny mm W (3.9-c) 3.4 强度计算 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转： 1 = 1 + 1 ， = 15.89 106 71.82 103 + 0.07 106 35.21 103 = 223.2/2 = 295/ 2 (3.10-a) 4 = 1 + 1 ， = 15.89 106 71.82 103 + 0.07 106 14.09 103 = 226.2/2 = 295/ 2 (3.10-b) 第 48 页 3.5 稳定性验算（风吸力起控制作用） 3.5.1 有效截面模量 不记孔洞削弱，近似取： 33 71.82 10 exenx WWmm 33 .min 14.09 10 eyeny WWmm 3.5.2 受弯构件的整体稳定性系数 由于檩条，拉条靠近上翼缘，故不考虑其对下翼缘的约束，可视为跨中无 侧向支撑构件。查冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002 表 A.1.2 得， 1.0 b 1 1.13 2 0.46 = 0 0+ 2 = 51.5 19.3 + 90 2 = 69.7 (3.11-a) = 22 = 2 0.46 69.7 250 = 0.256 (3.11-b) = 4 2. + 0.156 (1.0 900 25 ) = 0.77 (3.11-c) = 900 2.61 = 344.83 (3.11-d) = 4320 2 1( 2+ + )( 235 ) = 0.67 (3.11-e) （3）风吸力作用下檩条下翼缘受压区 1= 2 + 2 = 195.5/2 = 295/2 第 49 页 (3.11-f) 满足要求。 3.6 挠度验算 根据钢结构设计手册表 2-11，支撑压型金属板的檩条容许挠度 由公式 7-29 得 200 l = 5 385 4 = 43.1 = 45 (3.12-a) 满足要求。 3.7 构造要求 = 900 9.53 = 94.4 200 (3.13-a) 第 50 页 = 900 3 2.61 = 114.9 200 (3.13-b) 据以上计算，檩条在平面内、外均满足要求。 第 51 页 第四章 抗风柱设计 4.1 荷载计算 4.1.1 恒载 山墙墙面板及墙梁自重为 0.25 2 KN/m 4.1.2 风荷载 基本风压，厂房跨中不设置抗风柱，柱高 2 0 0.35/kN m 地面类别为 B 类，根据建筑结构荷载规范 7.5 24.3+0.150=25.2 m 10 GB50009-2001 表 7.2.1 得： z=1.34 1.0 s 则：风压标准值 (4.1-a) kzs0 =1.34 1.0 1.05 0.35=0.49 A A 4.1.3 单根抗风柱承受的均布线荷载设计值 恒载： 24 1.2 0.25=4.32/ 2 qKN m (4.1-b) 风荷载： 24 1.4 0.498.232/ 2 qKN m (4.1-c) 4.2 内力分析 抗风柱的柱脚和柱顶分别由基础和屋面支撑提供竖向及水平支撑， 计算简图（图 4.1） 第 52 页 图 4.1 抗风柱计算简图 最大轴力为： N=25.2 4.32=108.86 KN （4.2- a） 最大弯矩为： 2 x 1 M =25.28.232=653.46KN m 8 A （4.2- b） 4.3 截面选择 选用 型柱，则柱截面特性： 700 300 13 24 = 235.52 = 4= 57603= 29.3 = 108004= 7223= 6.78 4.4 强度验算 36 22 23 108.86 10653.46 10 =118.07N/295/ 235.5 105760 10 x NM mmfN mm AW （4.4- a） 第 53 页 满足要求。 4.5 稳定性验算 4.5.1 平面内稳定 抗风住下端固接上端铰接： 25.2 ox lm （4.5-a） 2 x= 25.2 10 / 29.386.0150 ox x l i 截面属于 b 类，查表得： = 0.754 2252 22 3.142.06 10235.5 10 =5885.3KN 1.11.1 86 EX x EA N （4.5- b） 根据钢结构设计规范第 5.2.2 规定： 计算弯矩作用下平面内稳定性 xx xx 36 23 22 108.86 101.0 653.46 10 0.648 235.5 101.05 5760 10 =116.8/295/ xEX MN AW N mmN mm （1-0. 8N / N ） （1-0. 8 108. 86/ 5885. 3） （4.4- c） 4.5.2 平面外稳定性 考虑到抗风柱柱间支撑 8.4 oy lm 第 54 页 （4.5-a） y 840 =123.9150 6.78 oy y l i 截面属于 b 类截面，查表得： x=0.416 2 by =1.07/ 440000.721.0 （4.5- b） 根据钢结构设计规范第 5.2.2 规定： 计算弯矩作用下平面内稳定性 36 22 xx 23 xb 108.86 101.0 653.46 10 =168.69/295/ 0.416 235.5 100.72 5760 10 x MN N mmN mm AW （4.5-c） 据以上计算，平面内、平面外稳定性均满足要求。 4.6 挠度验算 参考钢结构设计手册表 2-11 得容挠度 400 l = 5 385 4 = 5 385 0.46 5.4 .06 105 20100 104 44 54 550.49 7.5 25200 46.5=63 3853852.06 1020100 10400 k y x w ll vmmVmm EI A （4.6） 故挠度满足要求。 第 55 页 第五章 刚框架设计 因为只有一台吊车，框架柱选用单阶格构式柱，框架梁采用横截面实腹 式梁。 钢架梁：焊接工字钢截面： 650 320 14 22 上柱： 焊接工字钢截面：； 750 300 20 16 下柱： 等边角钢：L200x24： 双角钢连接板 ： H2 T1 = 850 25 焊接工字钢截面： H B Tw T = 900 500 30 30 截面高 H：1900mm： 5.1 荷载计算 5.1.1 恒载计算 屋面压型钢板及保温层自重标准值 0.24 2 /kN m 檩条（包括拉条）自重标准值 0.05 2 /kN m 框架梁自重标准值 0.197 2 /kN m 悬挂设备自重标准值 0.2 2 /kN m 墙梁及压型钢板自重标准值 0.29 2 /kN m 钢窗自重标准值 0.4 2 /kN m 框架柱自重标准值 5.73/kN m 5.1.2 活荷载的计算 （1）屋面均布竖向活荷载设计值 0.5 2 /kN mm （2）雪荷载标准值： 第 56 页 由建筑结构荷载规范GB50009-2001 中 6.2 之规定有： = 0= 1.0 0.25 = 0.25/2 （5.1- a） （3）风荷载标准值 墙面风荷载标准值：由于厂房梁柱交点处与自然地面间的距离为 19.67+0.35=20.02m，根据建筑结构荷载规范GB50009-2001 中表 7.3.1 得： 墙面迎风面： 1.25 0.8 0.35 1.05 = 0.3675/2 墙面背风面： 1.25 （ 0.5） 0.35 1.05 = 0.2297/2 屋面风荷载标准值：屋脊处与自然地面间的距离为 21.345m，根据建筑 结构荷载规范GB50009-2001 中表 7.2.1 和表 7.3.1 得：（以左吹风为例） 左边迎风面： 1.25 （ 0.6） 0.35 1.05 = 0.275/2 右边背风面： 1.25 （ 0.5） 0.35 1.05 = 0.2297/2 5.1.3 吊车及吊车荷载 图 5.1 牛腿根部支座反力影响线示意图 吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力： ，= 555.66 （1 + 0.267 + 0.55 + 0.717） = 1408.04 (5.1-a) 第 57 页 吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力： ，= 108.63 （1 + 0.267 + 0.55 + 0.717） = 274.51 (5.1-b) 吊车时横向荷载作用下的最大反力： ，= 37.06 （1 + 0.267 + 0.55 + 0.717） = 93.65 (5.2-c) 5.1.4 作用在刚架上的荷载标准值计算 （1）作用于柱上的恒荷载： 由于侧墙上大部分面积为窗，所以可以以钢窗和墙梁中的自重较大值来 计算，并且考虑刚柱自重，则柱上线荷载为： 1= 0.4 9 + 5.46 = 9.06/ (5.3-a) （2）屋面与檩条引起的线荷载：（考虑刚架梁自重） = (0.24 + 0.05 + 0.2) 9 + 0.197 9 = 6.18/ (5.3-b) 则： = 6.18 2.86= 0.308/ = 6.18 2.86= 6.17/ （3） 吊车梁自重引起的恒载标准值： 竖向力为： 30.86 弯矩为： 30.86 0.95 = 29.32 （4） 由于屋面活荷载大于雪荷载，所以取屋面活荷载，则由屋面活荷载引起 的线荷载: = 0.5 9 = 4.5/ (5.3-c) 则: = 4.5 2.86= 0.22/ = 4.5 2.86= 4.49/ （5） 风荷载（以左吹风为例） 第 58 页 左边柱上的线荷载： 0.3675 9.0 = 3.31/ 右边柱上的线荷载： 0.2297 9.0 = 2.07/ 左边迎风面上的线荷载： 0.275 9.0 = 2.48/ 右边迎风面上的线荷载： 0.2279 9.0 = 2.07/ （6） 吊车荷载 最大轮压作用于 A 柱列 A 柱列所受竖向力及弯矩 = ，= 1408.04， = = 1408.04 0.95 = 1337.6 （5.4- a） B 柱列所受竖向力及弯矩 = ，= 274.51， = = 274.51 0.95 = 260.8 （5.4- b） 最大轮压作用于 B 柱列 A 柱列所受竖向力及弯矩 = ，= 274.51， = = 274.51 0.95 = 260.8 B 柱列所受竖向力及弯矩 = ，= 1408.04， = = 1408.04 0.95 = 1337.6 横向荷载作用于 AB 跨 = = 93.65 5.1.5 地震荷载 （1） 结构自震周期的计算 计算自震周期时集中于屋盖的重力荷载代表值为： = 1.0无盖+ 0.5雪+ 1.0悬挂+ 0.5吊车梁+ 0.25柱+ 0.25纵墙 = 1.0（0.29 + 0.19） 27 9 + 0.5 0.25 27 9 + 1.0 0.2 27 9 + 0.5 2 30.86 + 0.25 5.73 20.37 2 + 0.25 0.3 20.467 9 = 300.35 （5.5- 第 59 页 a） 则 （5.5- = 2 11= 0.83 b） 其中出自 PKPM 计算程序 11 （2）地震力计算 由于场地类别为类，地震分组为第一组，地震烈度为 8 度（0.2g）： 特征周期值： = 0.45 max 0.16 因，结构的阻尼比取 0.05，所以： = 0.45 = 0.83 5= 2.25 （5.6- 1 = （ ） 2= 0.09 a） （5.6- = 0.9 + 0.05 0.5 + 5 = 0.9 b） （5.6- 2= 1 + 0.05 0.06 + 1.7 = 1 c） 计算地震力时集中于屋盖的重力荷载代表值为： = 1.0无盖+ 0.5雪+ 1.0悬挂+ 0.75吊车梁+ 0.5柱+ 0.5纵墙 = 1.0（0.29 + 0.19） 27 9 + 0.5 0.25 27 9 + 1.0 0.2 27 9 + 0.75 2 30.86 + 0.5 5.73 20.37 2 + 0.5 0.3 20.467 9 = 387.96 （5.7- a） 作用与结构底部的地震剪力标准值为： （5.7- = 1= 34.92 b） 第 60 页 吊车作用在一侧柱肩梁的反力： = 1 8 855.4 (1 + 0.267 + 0.55 + 0.717) （5.7- = 541.9 c） 吊车横向水平地震作用为： = 1 = 0.09 541.9 6.245 20.37 （5.7- = 14.95 d） 5.2 内力计算（手算电算对比） 手算刚架的屋面恒载和屋面活载的内力与电算结果对比，具体计算过程如 下。 5.2.1 恒载作用下的内力 （1） 本厂房是对称结构，故取半结构进行计算，计算简图（图 5.2-a） （2） 选取基本结构和基本未知力 （3） 建立力法方程 1111221 2112222 0 0 p p XX XX （4） 计算系数和自由项 作出 、 、图， （图 5.2-b） 1 M 2 M p M 第 61 页 图 5.2-a 内力计算简图 图 5.2-b 、 、图 1 M 2 M p M 11 = 1 = 1 1 (1 2 6.2452 2 3 6.245)+ 1 2 (6.245 14.125 13.3 + 1 2 14.1252 2 3 20.37) = 1 1 81.19 + 1 2 2527.9 = 1.1 10 2 （5.8- 第 62 页 a） 22 = 1 = 1 1 (6.245 1 1) + 1 2 (14.125 1 1) + 1 3 (13.125) = 1.15 10 4 （5.8- b） 12= 21= 1 = 1 1 (1 2 6.2452 1) + 1 2 (6.245 14.125