某飞羽轻钢工业厂房设计方案.doc

某飞羽轻钢工业厂房设计方案1文献综述1.1轻钢结构发展现状及特点80年代末期随着改革开放，沿海地区部分三资企业的一些工程开始采用轻钢建筑。此后，我国技术人员在学习、消化国外先进技术的基础上，结合我国的具体情况研制开发了轻钢结构建筑用的各种设备。20多年来国内逐渐形成了具有一定规模的轻钢结构专业厂家。为了适应轻钢结构的快速发展，相应的规程、规范手册也逐渐编制完善。当前，国内轻钢建筑上部结构造价在总体上尚略高于传统的砖、混结构，这是影响部分业主或投资者选用的一个原因。实际上只关注这一点是片面的，上部结构造价占工程总投资的比例很小，其采用不同建筑形式引入的差价则更小。不应以此单一因素为结构材料选择的决定性因素。按现代的观点，轻钢建筑综合经济效益评价指标至少要包含以下方面：总投资成本、投资回报期、建筑的适用性、环保因素等1。轻钢结构即轻型钢结构建筑体系，是以热轧轻型 H 钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主，以各类高效装饰连接材料为辅组装而成，能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑1。1.2轻钢结构住宅体系的优点钢结构住宅体系是指由维护、墙体及隔断结构与钢管架支承结构共同组成的住宅体系。这种住宅体系与传统结构体系相比具有以下优势： 1、由于采用了轻型屋顶及墙体结构，而且其支撑钢结构的材料强度高，用料省，体型小，所以自重较轻。结构重量轻节省了减少了运输和吊装费用，基础负载也相应减少,减低了基础造价。 2、由于钢材强度高，房屋自重轻，故以钢骨架作支承结构时,可建造开间、进深较大的房屋，而且所需构件的截面小，在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5% -7% 。 3、钢结构具有良好的延性,抗震性能好且受损轻，而且由于钢材便于加工,灾后容易修复。 4、钢结构除基础外,构件全部由专业工厂标准化生产,建筑质量容易保证;工业化程度高，施工速度快，施工周期比传统建筑可缩短一半;各部件运抵现场组装，施工现场文明,现场湿作业少，噪声粉尘和建筑垃圾也少;施工作业受天气及季节影响较少,并且可以工厂制作与现场安装平行进行，甚至一些标准化的住宅体系，可以随订货，随建造,大大缩短建造周期和资金占用时间。1.3轻型门式刚架结构总概1.3.1门式刚架轻型房屋钢结构设计要点及其概述其设计要点为：1结构和构件应保证整体稳定和局部稳定，在可能产生最大应力的部位或区域，应避免焊接接头；节点如支撑节点、柱脚、横梁与柱节点等的破坏，不应先于构件全截面的屈服；2梁与梁、梁与柱以及柱脚连接要做成刚性(柱脚也有做成铰接，摇摆柱的两端都应是铰接)，梁柱连接最好采用螺栓端板连接；3选材应注意选用高品质钢材，不要用沸腾钢，应保证其物理指标，对钢材中碳、磷、硫、氮等的含量应严格控制，必要时应进行抽检；4设计中尽可能避免焊接连接，若实在无法避免，要将含碳量控制在0.22%以下，尤其不能使用Q235A级钢。构件尽量使用实腹式热轧H型钢，刚架一般采用实腹式变截面梁和柱；5设计时应根据屋面抗风等级对屋面板、擦条及紧固件明确提出承载力要求，以避免在风吸力作用下屋面遭到破坏；6对门式刚架要进行合理的优化设计，优化目标是在满足规范对结构刚度、强度、稳定性的约束下，实现用钢量最小 3。门式刚架可布置为柱底铰接、柱底刚接，单跨、多跨，高低跨、带毗屋，屋面单坡、多坡，无夹层、有夹层，单体、多体等纷繁的结构形式。1.3.2门式刚架轻型房屋钢结构适用范围跨度大或高度较高的门式刚架，CECS102:20024适用于主要承重结构为单跨或多跨单层门式刚架轻型房屋，其屋面和墙面维护体系应为轻型屋盖和轻型外墙，即主要采用金属压型钢板的屋面、墙面。不仅因为轻型屋面和墙面重量轻，且可利用其应力蒙皮效应，有利于加强作为平面结构的门式刚架的整体刚度。这是轻型门式刚架结构区别于普通钢结构的重要特点。GB50018-20025指出，现场实测表明，具有可靠连接的压型钢板维护体系的建筑物，其承载能力和刚度均大于按裸骨架算得的值。这种因维护体系在自身平面内的抗剪能力而加强了的结构整体工作性能的效应称为受力蒙皮作用，或称为蒙皮效应。考虑受力蒙皮效应不仅能节省材料和工程造价，还能反映结构的真实工作性能，提高结构的可靠性。一般门式刚架的跨度不宜大于36m，檐口高度不大于15m。跨度太大或檐口太高，刚架构件自身的刚度较大，屋面或墙面的蒙皮刚度相对较小，其加强刚架结构整体刚度的作用不大，几乎可忽略不计，CECS102:2002就不再适用了。因此，对于跨度大于36m或檐口高度大于15m的情况，可采用门式钢架这种结构形式，但应遵照钢结构设计规范（GB50017-2003）6相关规定进行设计。跨度大于等于36m的实腹式门式刚架，由于梁的高度较大，轻钢房屋梁的翼缘跨度一般不大，隅撑冷弯薄壁型钢檩条体系提高的侧向刚度较小，须采取措施防止梁受压翼缘的屏幕外失稳。刚架跨度不小于60m或更大时，斜梁宜采用折线形或截面采用桁架形式，屋盖支撑处设置横向水平支撑外，必须设置纵向水平支撑，支撑杆件及系杆应采用型钢，不宜采用冷弯薄壁型钢构件。有局部夹层的门式刚架，所谓局部夹层仅限于面积较小的内置轻型办公室，当采用混凝土楼板时，对设防烈度在7度和以上地区，若使用要求许可，最好把局部夹层与主体结构用防震缝分开7。因为夹层结构与主体结构相连，房屋的平面刚度变化较大，使主体结构的内力分布发生变化，对整幢房屋在水平荷载作用下的受力不利。1.3.3门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求主刚架：主刚架一般假设成平面结构，按弹性方法分析内力和变形。对于单层钢结构工业厂房所要考虑的荷载是风荷载、雪荷载、吊车荷载、结构自重和屋面活载，地震作用基本不起控制作用。主刚架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面，腹板的高厚比在100以上，但较少布置加劲肋，按有效截面理论计算构件的强度，充分利用钢材屈曲后强度，钢板厚度基本不会超过20mm。吊车梁：门式刚架轻型房屋钢结构多采用20吨以下的中、轻级工作级别吊车，由于轻型钢结构厂房中的吊车产生的横向荷载比较小，一般不需要设置制动结构，采用加强受压翼缘方式提高吊车梁的整体稳定性，吊车梁的上翼缘与腹板采用熔透对接焊缝连接,下翼缘与腹板采用角焊缝连接。抗风柱：抗风柱的上端采用弹簧板与刚架梁相连，下端设置单独的基础，弹簧板由一块钢板折叠而成，竖向刚度很弱，上部的钢架梁可以自由变形，节点不传递竖向力。在水平方向弹簧板不容易发生变形，刚度很大，能够保证水平荷载的传递。抗风柱的柱脚节点同正常钢柱的柱脚，分刚接和铰接两种形式。而对门刚架轻钢结构的抗风柱来说，采用什么样的柱脚节点对抗风柱的设计影响不大，但对于基础的设计则非常关键。檩条、墙梁：轻钢房屋结构房屋的屋面和墙面结构主要是采用冷弯薄壁型钢，按简支梁设计，可利用墙板和屋面板的约束作用保证其侧向稳定性。支撑体系：此外，还要设计山墙抗风柱和屋(墙面)支撑。轻型房屋钢结构的支撑多为单角钢或圆钢交叉支撑，按拉杆设计，如有特殊需要也可采用人形支撑。基础：根据上部结构的传递的基础反力和地质资料设计基础，为保证基础的整体稳定性和减小基础的偏心矩，通常设置基础地梁。基础设计中要考虑多台多跨吊车荷载对基础的不利影响，过大偏心距的设计和柱脚抗剪设计。轻型房屋钢结构的现场连接主要螺栓连接，主刚架结构采用高强度螺栓，支撑和屋(墙)面结构采用普通螺栓8。1.4钢结构在国外发展状况钢结构在国外建筑业早已广泛应用。在发达国家，小高层、高层钢结构住宅十分普遍。型钢柱、H型钢钢骨砼柱、方管钢柱、圆管柱和钢管砼柱较多；梁一般采用H型钢；梁柱的节点连接采用高强螺栓或焊接或两者并用。楼板一般为钢承板现浇组合楼板，围护结构主要采用轻型节能标准化预制墙板。防火主要采用防火涂料或防火板包覆。目前在工业发达国家钢结构住宅较为普及。澳大利亚、日本的钢框架住宅占住宅数量的50，美国钢框架住宅约占住宅总量的20，芬兰、瑞典、丹麦以及法国均已形成了相当规模的产业化钢结构住宅体系。由于人类文化生活不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。 钢结构本身具备自重轻、强度高、施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高、最大的结构采用的都是钢结构，而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。世界上已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上最高的超高层建筑，它们是： 1931年建成的102层、高381米的美国纽约帝国大厦(1969年以前一直是最高的)；1969年建成的110层、高417米的美国纽约世界贸易中心(南北两座)； 1970年建成的110层、高443米的美国芝加哥西尔斯大厦；1996年建成的高450米的马来西亚双塔石油大厦(KLCC，号称目前世界最高，但美国的西尔斯大厦有异议)。1.5钢结构在国内发展状况自进入20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。如世界第三高的上海88层、高420m的金茂大厦业已竣工，现已投入运营。据称世界第一高度的上海浦东环球金融中心，95层高460m，建筑面积为31万m2，现正在加紧建设中。由外商投资的大连总统大厦，正在加紧筹建之中，共95层，据称建成后其高度将名列世界前茅。目前，我国钢结构住宅产业已进入一个新的发展阶段，有关规范和标准已经出台，国内钢材产量充足，有了一批钢结构住宅试点与示范的建设经验和科技成果，钢结构住宅的发展已具备了较好的物质和技术基础。当然，在钢结构住宅发展方面，还有一些技术问题有待解决。钢结构住宅的推广还需要做大量的工作，完善不同类型结构设计规范和施工技术标准，研制新型的轻质保温墙体材料以及与住宅部品的配套问题，同时还要广泛宣传开发轻钢住宅的益处，让更多的开发商、设计师和用户认识了解钢结构住宅的优点。 随着我国人民整体生活水平的提高，对住宅质量、品质的要求也会提高，钢结构是环保住宅，钢结构符合可持续发展概念2。2工程概况本工程为飞羽钢结构公司在天津市郊拟建一单层轻钢工业厂房。2.1工程概况1. 工业厂房长度66m，柱距6m，檐高9m，跨度为18m。2. 跨内设一台起重量为5吨中级工作制吊车，吊钩距室内地面高度6.0m。3. 结构形式要求采用门式刚架结构。4. 屋面采用双坡形式，坡度为10%，屋面材料采用单层彩钢板加保温棉。5. 墙面材料1.2m以下为砖墙，1.2m以上为夹芯板，天沟为钢板天沟。6. 屋面板及保温层荷载标准值取0.25kN/m2,悬挂设备荷载标准值取0.10N/m2,可变荷载标准值按规范选取。7. 抗震设防烈度为8度，抗震等级3级，设计地震基本加速度值为0.20g。2.2设计方法1门式刚架轻型房屋钢结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，按分项系数设计表达式进行计算。2.式刚架轻型房屋钢结构的承重构件，应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计。3当结构构件按承载力极限状态设计时，应根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用荷载效应的基本组合计算，对一般的门式刚架结构构件安全等级取二级，当设计使用年限为50年时，结构重要性系数取不小于1.0；当设计使用年限为25年时，取不小于0.95；4在抗震设防地区，门式刚架轻型房屋钢结构应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB50011进行抗震验算，当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施。5门式刚架轻型房屋钢结构的地震作用效应可采用底部剪力法分析确定。抗震验算时，结构的阻尼比可取0.05。6当结构构件按正常使用极限状态设计时，应根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用荷载效应的标准组合计算变形，并符合门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002中的有关要求。7结构构件的受拉强度应按净截面计算，受压强度应按有效截面计算，稳定性应按有效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面计算4。2.3设计步骤1. 建筑部分设计。2. 墙面结构布置。3. 檩条结构设计。4. 钢架结构设计。5. 整体验算。3建筑部分设计31厂房平面设计3.1.1建筑平面形式的选择工业建筑中生产工艺要求是其设计主要依据，本厂房的生产工艺流程为直线型，生产工艺流程较简单。充分考虑到生产流程及建筑和结构的简单及合理性，平面采用矩形平面形式。本厂房采用单跨结构5。3.1.2柱网的选择本厂房建筑面积在15002000平方米之间，由于厂房荷载较小，故选择质量较轻，工业化程度较高，施工周期短，结构形式较简单的轻型门式钢架结构。为便于机械化生产，减少造价，所以柱距选择6m。3.1.3定位轴线的划分本厂房设计中，纵向定位轴线由下向上依次定为A，B，C，D；横向定位轴线从左向右依次定为1，2，3，4，5，12 。1横向定位轴线中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，厂房的纵向结构构件如屋面板，吊车梁，连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。2纵向定位轴线对于抗风柱的设置，考虑到跨度为18m，柱距为6m，尽量使抗风柱间距与柱距相近，所以6m设置抗风柱。厂房边柱外缘与外墙内缘重合，边柱中心线与纵向定位轴线重合6。 图3.1 建筑平面图32厂房立面设计3.2.1室内外高差的确定为考虑到运输工具进出厂房的便利及防止雨水侵入室内，取厂房室内外高差为150mm。3.2.2厂房天然采光设计根据我国工业企业采光设计标准规定可知，本厂房的采光等级为III级。本厂房拟采用双侧采光，因此窗地面积比为/应大于1/4。由于侧面采光的效果较好，且侧面开窗经计算满足采光面积，不必开天窗，所以本厂房采用侧面采光。由于单侧采光光线衰减幅度较大，所以采用双侧采光。设窗的尺寸为30001800。则纵墙上的开窗总面积为：31.85=27 m则开窗总面积为：273.2.3厂房屋面排水设计为了使厂房立面美观，本厂房采用有组织内落内排，即使落水管沿室内柱子落下，将雨水排至地下水管道。考虑到西安的气象条件以及厂房最大高度的限制，厂房屋面排水坡度取1/10，天沟纵向坡度取1 。具体内天沟做法如下图所示。图3.3 边跨内天沟做法示意图3.3厂房立面设计厂房立面利用矩形窗，墙体勒脚等水平构件及其色彩变化形成立面划分形状，使立面简洁大方，具有开朗，明快的效果。立面上，采用底部为900mm高的砖砌体，表面以水泥砂浆抹面。门窗框口包角板以及女儿墙盖板均采用蓝色钢板，以丰富立面，同时也突出了门窗的重点部位。3.4建筑剖面设计厂房的生产工艺流程对剖面设计的影响很大，因而在满足生产工艺要求的前提下，经济合理的确定厂房高度及有效利用和节约空间，解决好厂房的采光和通风，使其有良好的室内环境，合理的选择屋面排水，围护结构的形式及其构造，使厂房具有随气候条件变化影响小的围护功能，进而保证生产的正常进行及为工人创造良好舒适的生产环境，同时满足建筑工业化要求。3.5厂房的构造设计3.5.1外墙本厂房外墙下部为1200mm高240mm厚的砖砌墙体，上部为压型钢板，以避免压型钢板直接着地而产生锈蚀。压型钢板采用保温复合式压型钢板，板外侧采用YX3517565型钢板，内板采用平板式钢板。压型钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果9。图3.4 纵墙与山墙角部节点示意图3.5.2外维护结构的保温设计 天津地区冬季室内温度较低，对生产工人的健康不利，应考虑采暖要求。为节约能源，不使外围护结构流失的热量过多，外墙，屋面应采取保温措施。此外，为了防止热量过多流失，还应提高门窗缝隙的密封性能防止冷风渗透，以改善室内热环境。本厂房设计外围护结构采用压型钢板+矿棉板保温层+压型钢板的构造，室内相对湿度，冬季室内计算温度为，室外设计计算温度为。压型钢板的厚度为0.53mm，矿棉板的导热系数为，维护结构内表面感热阻，外表面感热阻取，根据规范室内相对湿度的车间外墙室内与维护结构内表面之间的允许温差为，则可计算矿棉板保温层厚度如下：，要求，即，考虑到保温层的规格，可取矿棉板保温层厚度为50mm。3.5.3屋顶构造本厂房屋面采用压型钢板有檩体系，即在钢架斜梁上放置C型冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型钢板屋面。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，排水坡度取1/20。具体构造如下图10。图3.5屋脊节点示意图3.4.4散水构造厂房周围做宽1000mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示：图3.6 散水构造示意图4墙面结构布置根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中8.4.2之规定，本厂房跨度6，应在跨中三分点处各设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为10圆钢。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中6.4.2节，应设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件11。5结构设计5.1结构体系的选择5.1.1门式刚架根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规范（CECS102-98）关于门式刚架建筑尺寸的规定：门式刚架跨度宜为936m，以3M为模数；高度宜为4.59.0m；刚架的间距，及柱网轴线在纵向的间距宜为7m左右。在本设计中所给资料中提供的是一座跨度为18m，柱距为6m，采用轻型屋盖和轻型外墙的单层厂房，车间内设5T中级工作制软勾吊车，分析以上所给资料，无论从技术的角度还是经济的角度来看，选用门式刚架操作为本厂房的主要承重结构体系，完全满足使用上和功能上的要求，又因为轻型屋面的应用使屋面荷载大幅降低，使其自身具有优越的抗震性能从而提高整个房屋的抗震能力，因此，在本设计中，门式刚架的柱、梁截面均选用等截面的实腹焊接工字形截面，为提高整个厂房的整体性和稳定性，柱脚的连接形式采用刚接柱脚，梁柱之间的连接采用高强螺栓，总体设计力求技术先进，经济合理，使用方便。5.1.2屋面系统（1）屋面板屋面板选用单层彩钢板加保温棉的轻型屋面结构，其具有轻质、高强、美观、耐用、覆盖面积较大、用料省、连接简单、施工方便、利于工业化生产，而且抗震、防火、可满足不同尺寸的要求。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。（2）檩条在该屋面体系中，选用卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条，跨度6m，高度取跨度的1/351/50，最后由计算确定截面尺寸。檩距取为1.5m，檩条的布置使腹板垂直屋面坡面，对槽钢檩条，宜将上翼缘卷边朝向屋脊方向，以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩，宜采用双脊檩条方案。檩条的连接，与屋面可靠连接，以保证屋面能起阻止檩条侧向失稳和扭转，与压型钢板屋面连接，宜采用带橡胶垫圈的自攻螺钉，与屋架、刚架的连接设置角钢檩托，以防止檩条在支座处的扭转变形和倾覆，檩条端部与檩托的连接螺栓不少于2个，并沿檩条高度方向设置。（3）拉条与撑杆为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证其整体稳定性而设置拉条，做起侧向支撑点。在檩条跨度位置设置一道拉条（规范：i=1/10，檩跨4m设一道；跨度6m在檩跨三分点出各设一道）。为了减小屋架上弦平面外的计算长度，并增强其平面外的稳定性，可将檩条与屋架上弦横向水平支撑在交叉点处相连，使檩条兼作支撑的竖压杆，参加支撑工作。在檐檩和其相邻的檩条间设撑杆，撑杆采用钢管内设拉条的做法。在檐口处设置斜拉条和撑杆。5.1.3吊车梁系统在本设计中，车间内设一辆起重量为5T中级工作制软勾吊车，考虑到其起重量小，吊车梁采用6m跨度的焊接工字形截面。为增强其整体稳定性，保证桥式吊车在梁上的平稳行驶，采用加强受压翼缘且沿梁全长均为同一截面的吊车梁。每隔一定距离在梁的上翼缘平面外设侧向支撑点。通过计算确定梁的截面尺寸使之满足承载力的要求，端跨吊车梁的连接与中间跨的有所区别。5.1.4围护结构体系（1）砖墙墙面标高1.2m以下采用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。（2）压型钢板墙墙面标高1.2m以上的所有墙体均采用彩色夹心保温压型钢板，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）墙架墙架的截面形式选为C型，跨度同柱距选为7.5m，开口方向参见墙梁布置图。在墙梁的跨中设一道拉条，作为墙梁的竖向支撑，在最上端的两相邻墙梁间设斜拉条将其以下拉条所受的拉力传于柱。墙板与墙梁的连接采用自攻螺栓，对于单侧挂板的墙梁，板的自重会对墙梁产生偏心，为消除偏心的作用，拉条连接在挂板一侧1/3板与柱间距处。拉条直径为812。5.2材料选择5.2.1钢材种类钢结构所用钢材主要有两个种类，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢。在本设计中选用碳素结构钢作为结构构件的主要用钢。钢材强度主要由其中碳元素含量的多少来决定，对建筑结构用钢而言，在满足强度的前提下，还要具有一定的塑性和韧性，随着含碳量的增加，碳素钢的强度也在提高，而塑性和韧性却在降低。在由Q195到Q275的所有碳素结构钢的牌号中，且综合考虑结构和构件的重要性，荷载性质，连接方法，工作条件等方面，Q235钢是较理想的钢号。钢结构的元件是型钢及钢板，在本设计中门式刚架结构用钢结构体系中，首选型钢，其次为焊接钢板制作构件，考虑到刚架梁柱截面较大，没有合适的型钢可造，故采用焊接工字形截面的焊接成型钢来满足结构用钢的要求，还有吊车梁用钢也只能选用焊接钢板组成的工字形钢。其余的小柱，檩条，墙架，小梁，板材均可直接由热轧型钢，冷弯薄壁型钢和热轧钢板表中选用，这样可以减少制作工作量，提高工业化水平，加快施工速度，进而降低工程造价。5.2.2保证项目本设计中的门式刚结构厂房用钢的主要牌号是Q235钢，依据所处的不同环境和所承受的荷载效用以及结构的重要性，采用不同的质量等级，同时也具备不同的保证项目。设计资料中给出厂房所处环境，冬季室外计算温度-19，冬季室外最低气温-30.4。对于需要验算疲劳的焊接结构，如刚架，吊车梁，由于计算温度-19，处于0和-20之间，应选用由0冲击性能和合格C级钢，对无需验算疲劳的其他构件，宜采用Q235A钢的保证项目中，碳含量，冷弯试验合格和冲击韧性值没有必要的保证条件。5.2.3连接材料在本设计中所涉及的所有连接所用钢材，如焊条，螺栓的钢材应与主体金属的强度相适应。焊条选用E43系列焊条，采用手工电弧焊，连接螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。横梁跨中拼接点，梁柱拼接点所用螺栓一律为高强螺栓，其余为普通螺栓连接。初步确定高强螺栓为10.9级，柱脚与基础的刚性连接采用锚栓，锚栓钢号也为Q235。6檩条设计6.1荷载标准值6.1.1基本资料檩条选用冷弯薄壁卷槽形钢，按单跨简支构件设计。屋面坡度1/10，檩条跨度6m，于跨中设一道拉条，水平檩距1.5m。材质为钢材Q235。6.1.2永久荷载压型钢板（二层保温层）0.3檩条（包括拉条）0.05 6.1.3可变荷载标准 屋面均布活荷载0.5 KN/m2，雪荷载0.25 KN/m2，计算时取两者的较大值0.5 KN/m2，基本风压wo=0.60 KN/m2。6.2内力计算永久荷载与屋面活荷载组合弯矩设计值：6.3截面选择及截面特性选用C20070202.5查表得其截面特性如下： 先按毛截面计算的截面应力为：6.3.1受压板件的稳定系数 腹板：腹板为加劲板件，。且小于0，则根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.2-2 得 上翼缘板：上翼缘板为最大压应力座右那个于部分加劲板的支承边， 。则根据冷弯薄壁型钢结构技术规程GB50018-2002中公式5.6.2-3 得： 6.3.2受压板的有效宽度腹板： 根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.3-2 得： 板组的约束数由于故取。 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：计算的截面有效宽度为上翼缘板： 由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.3-3可得：计算的板组的约束数由于故取 且由冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中公式5.6.2-3得： 计算的截面有效宽度为下翼缘板：下翼缘板全截面手拉，全部有效12。6.3.3有效净截面模量上翼缘板的扣除面积宽度为：70-24.72-37.09=8.19cm腹板的扣除面积宽度为：102.4-39.04-58.56=4.8mm同时在腹板的计算截面有一13拉条接孔，空位置与扣除面积位置基本相同，所谓腹板的扣除面积安宽度按13cm计算13。 有效净截面模量为： 6.4强度计算 由门式钢架轻型房屋钢结构技术规程知：当屋面能阻止檩条侧向位移和扭转时（本课题满足此要求）：图5.1 檩条截面示意图按公式计算A、B两点的强度为：均满足强度要求146.5挠度计算满足要求 6.6构造要求故此檩条在平面内、外均满足要求156.7檩条在风吸力作用下的稳定计算6.7.1抗扭弹簧刚度Ct计算 （3-1） （3-2）或 （3-3） （3-4）式中Ct面板与檩条连接的抗扭刚度（Nm/m/rad）,取式32和33中的较大值；Ct2与面板抗弯刚度相应的抗扭刚度（Nm/m/rad）； b檩条的翼缘宽度（mm）C100当b为100mm时面板与檩条连接的抗扭系数，每个波均连接时取2600，隔一个波连接时取1700；n每米长度上檩条与面板连接的紧固件数目（面板每个肋不得多于一个）； k系数，单跨面板可取2，双跨以上面板可取4； I1每米宽度面板的有效截面惯性矩； s檩条间距（m）。屋面板与檩条连接的连接件等效刚度Ct1： （按3-2计算） （按3-3计算）取 与面板抗弯刚度相应的抗扭刚度： Ct2的影响不打，也可忽略不计16。6.7.2考虑自由翼缘约束影响的修正系数计算 （3-5） （3-6） （3-7）式中 考虑自由翼缘弹性约束的修正系数； R参数，按式（3-6）计算； K侧向弹簧刚度，按式（3-7）计算；拉条间距，当无拉条时为檩条跨度；自由翼缘对主轴的惯性矩，取自由翼缘加1/6腹板高度的截面对主轴y的惯性矩；e荷载的偏心距，对槽型檩条为上翼缘螺钉至截面弯心的距离；h檩条截面高度t檩条厚度v泊桑比，取0.3； 檩条腹板展开宽度，对于直腹板取=h。由式3-7得：K=0.0148 自由翼缘加1/6腹板高度绕y-y轴惯性矩，可近似取绕截面的惯性矩减去中间2/3截面高度的腹板绕y-y轴惯性矩In之差的一半。 6.7.3对主轴y-y的弯矩计算 檩条承受的线荷载 6.7.4计算6.7.5 x的计算 6.7.6应力计算满足要求部分由PKPM得出的檩条数据参数 - | 冷弯薄壁型钢檩条设计输出文件 | | 输入数据文件: LT1 | | 输出结果文件: lin1 | | 设计时间: 1/15/2011 | - = 设计依据 = 建筑结构荷载规范(GB 50009-2001) 冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002) 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002) = 设计数据 = 屋面坡度(度): 5.711 檩条跨度 (m): 6.000 檩条间距 (m): 0.750 设计规范: 门式刚架规程CECS102:2002 风吸力下翼缘受压稳定验算：按附录E验算 檩条形式: 斜卷边Z形冷弯型钢 XZ220X75X20X2.0 钢材钢号：Q235钢 拉条设置: 设置一道拉条 拉条作用: 能约束檩条上翼缘 净截面系数: 1.000 檩条仅支承压型钢板屋面(承受活荷载或雪荷载),挠度限值为 1/150 屋面板为两跨或两跨以上面板 屋面板能阻止檩条侧向失稳 构造不能保证风吸力作用下翼缘受压的稳定性 每米宽度屋面板的惯性矩(m4): 0.200000E-06 建筑类型: 封闭式建筑 分区: 边缘带 基本风压: 0.525 风荷载高度变化系数: 1.000 风荷载体型系数: -1.550 风荷载标准值 (kN/m2): -0.814 屋面自重标准值(kN/m2): 0.250 活 荷载标准值(kN/m2): 0.500 雪 荷载标准值(kN/m2): 0.300 积灰荷载标准值(kN/m2): 0.000 检修荷载标准值 (kN): 1.000 = 截面及材料特性 = 檩条形式: 斜卷边Z形冷弯型钢XZ220X75X20X2.0 b = 75.000 h = 220.000 c = 20.000 t = 2.000 A = 0.7992E-03 Ix = 0.6529E-05 Iy = 0.4350E-06 It = 0.1066E-08 Iw = 0.8484E-08 Ix1 = 0.5928E-05 Iy1 = 0.1036E-05 = 0.1830E+02 Wx1 = 0.6508E-04 Wx2 = 0.5133E-04 Wy1 = 0.1283E-04 Wy2 = 0.1234E-04 钢材钢号：Q235钢 屈服强度 fy= 235.000 强度设计值 f= 205.000 考虑冷弯效应强度 f= 211.895 - = 截面验算 = - | 1.2恒载+1.4(活载+0.9积灰)组合 | - 弯矩设计值(kN.m): Mx = 3.624 弯矩设计值(kN.m): My = 0.203 有效截面计算结果: Ae = 0.7929E-03 e = 0.1834E+02 Iex = 0.6448E-05 Iey = 0.4347E-06 Wex1 = 0.6179E-04 Wex2 = 0.5039E-04 Wex3 = 0.6287E-04 Wex4 = 0.5111E-04 Wey1 = 0.1254E-04 Wey2 = 0.1190E-04 Wey3 = 0.1258E-04 Wey4 = 0.1187E-04 截面强度(N/mm2) : max = 88.968 = 205.000 - | 1.0恒载+1.4风载(吸力)组合 | - 弯矩设计值(kN.m) : Mxw = -2.552 弯矩设计值(kN.m) : Myw = -0.240 有效截面计算结果: 全截面有效。 截面强度(N/mm2) : maxw = 69.192 = 211.895 按门式刚架规程CECS102:2002 附录E 计算: 下翼缘压弯屈曲承载力降低系数: = 0.730 垂直荷载引起的下翼缘侧向弯矩: My= -0.041 下翼缘的稳定性(N/mm2): fstabw = 75.912 = 205.000 - | 荷载标准值作用下，挠度计算 | - 垂直于屋面的挠度(mm) : v = 8.597 = 40.000 - = 计算满足 = - 檩条能够承受的最大轴力设计值为(KN): N= 50.000 - = 计算结束 = - | 冷弯薄壁型钢檩条设计输出文件 | | 输入数据文件: LT2 | | 输出结果文件: lin2 | | 设计时间: 1/15/2011 | - = 设计依据 = 建筑结构荷载规范(GB 50009-2001) 冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002) 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002) = 设计数据 = 屋面坡度(度): 5.711 檩条跨度 (m): 6.000 檩条间距 (m): 0.750 设计规范: 门式刚架规程CECS102:2002 风吸力下翼缘受压稳定验算：按附录E验算 檩条形式: 斜卷边Z形冷弯型钢 XZ220X75X20X2.0 钢材钢号：Q235钢 拉条设置