单层轻钢建筑结构工业厂房结构设计毕业论文.doc

（论文）单层轻钢建筑结构工业厂房结构设计毕业论文1 绪论1.1轻型门式刚架结构体系在国内的发展概况由于科技的飞速发展以及钢材品质的进步，钢结构的重要性己经被先进国家所肯定，随着我国国民经济的快速发展，我国钢铁工业与建筑钢结构的应用也取得了长足的发展。中国钢产量自1996年突破l亿吨后，至今已实现”七连冠”。2000年中国钢产量占到世界钢产量份额的巧 .23%，钢材消费量也一跃成为世界大国。到了2004年，我国的钢产量已达到2.6亿吨，中国钢产量占到世界钢产量份额的25%。随着中国钢材实现了从短缺到充裕的大跨度飞跃，国家相继出台了”发展钢结构、开发钢结构造和安装施工新技术等产业技术政策。至此，中国的钢结构产业摆脱了由于钢材数量不足对钢结构应用的束缚，驶上积极发展的快车道。由从前的限制使用钢结构到现在鼓励建筑钢结构的发展。由于国家政策、钢材生产、设计研发等诸多方面的有利因素，近几年我国的建筑钢结构处于建国以来最好的发展时期，而且还会在相当长时期内得到长足的发展。建设部、原国家冶金工业局成立的建筑用钢技术协调小组制定的建筑用钢发展计划指出：争取到2010年我国建筑钢结构用钢达到钢材总产量的5%，而发达国家建筑用钢占钢产量的比例目前都在10%以上。建设部1997年H月发布了新的中国建筑技术政策(1996、2010)，具体提出了发展钢结构的要求，这是几十年来的第一次。近几年来采用钢结构的工业与民用建筑年平均用量呈迅猛发展的态势，其中轻型钢结构房屋所占比重在迅速增加，并且由于其突出的特点及适应我国现阶段国民经济发展的需要而得到飞速发展。据有关部门统计，1999年中国建筑用钢约2500多万吨，占全部钢材产量的20%一25%。其中钢筋混凝土用钢筋、钢丝、钢绞线约2000万吨，钢结构约200万吨，金属门窗及设备支架约300万吨。包括桥梁、石油管线及各专业工业部门使用钢材，其总量约为4000万一5000万吨，占全国钢材产量45%左右。据统计，2000年中国每年大约有300多万平方米轻钢结构建筑竣工(包括门式钢架、轻钢房屋和压型钢板、拱壳屋盖)。轻型钢结构所用钢板大量为涂层钢板。2000年，我国涂层钢板表现消费量达86.4万吨，而当年涂层板产量只有35.4万吨，市场满足率只有41%。而到了2004年，我国仅新增彩色涂层板生产能力143万吨/年。轻型钢结构体系中擦条和墙梁一般采用“Z”型或“C”形冷弯薄壁型钢【4】。目前，我国冷弯型钢年产量在30万吨左右。钢结构新兴产业方兴未艾，国产钢结构用钢发展迅速。这几年，为适应钢结构产业对钢材的需求，一大批新型钢结构用种相继问世，产量在不断扩大。宝钢开发出新型的耐火耐候钢，初步形成了具有国际先进水平的和中国特点的系列产品B27O一B57ONQ，并在国内的大型厂房、民居、商务楼等应用，受到钢结构加工、施工单位好评；马钢也研制出耐火热轧H型钢，能耐600高温，并在上海一幢高层建筑上应用；上海大通钢结构有限公司采用宝钢的材料开发出耐火耐候高频焊接H型钢。我国的热轧H型钢从零开始发展到2002年的100多万吨，其他钢结构用的中厚板、型钢、钢管、冷弯型钢、涂镀层钢板等产品，都有明显的增长，基本满足国内钢结构行业的需求，为其不断发展做出了贡献。然而，应该看到，尽管国产的钢结构用钢在研制、开发和产能上有了长足进展，但与钢结构产业未来发展趋势和要求还存在一定的差距，目前国产的轻型薄壁型钢材与我国钢结构建筑业的发展还不能完全相适应。比如，板材的焊接能力差，16Mn板材在焊接时往往出现层状撕裂；高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决，不能满足轻型房屋钢结构的需要；我国生产的大多为镀锌薄板，而镀铝锌薄板几乎没有，在轻钢房屋中，用户多选用抗蚀性能更好的镀铝锌薄板；我国的型材品种规格还不能满足建筑需要，H型钢的规格不多，对其推广应用带来一定影响；近年来，方钢管在建筑建筑工程应用增多，但这种型材的规格不够齐全，尤其是大规格的很少，对推广应用有一定影响；目前国产钢结构用钢主要是Q235，建筑用高强度低合金钢品种还太少，Q39O钢材在实际工程中尚未见采用；耐火耐候钢等钢材的新品种还需进一步开发；等等。这些问题有待研究，它为钢铁企业提出了新的攻关课题。对于轻型钢结构，我国目前主要还是接受轻型门式刚架钢结构体系，我国现阶段的设计规程也是针对这一结构形式。中国工程建设标准化协会标准门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECSI()2：2002)就是针对这一结构形式制定的3。1.2轻型门式刚架结构的研究现状与传统结构体系相比，轻型门式刚架房屋钢结构体系在理论还很不完善，存在着很大的理论探索空间。有鉴于此，围绕轻型门式刚架钢结构体系应用过程中各环节的工作均不是简单的成果应用。另外，轻型门式刚架房屋钢结构体系在各个领域的技术进步和应用发展，除必要的技术导入之外，应根据自身能力，追逐理论热点，以科技为先导，开展必要的科研工作，以最大限度地挖掘利润空间，追求更大的经济效益和社会效益，满足生产和市场需要。就目前的热点问题有以下几个方面：(1)理论研究方面：应力蒙皮效应与结构共同工作的空间作用；I型变截面梁柱，在腹板局部屈曲后刚架结构体系的稳定极限承载力；以用钢量为目标函数，以极限承载力或不适合变形为控制参数的计算机分析、优化设计和评估软件系统的开发等。(2)实验验证方面：节点、基本构件和整体刚架结构，在静力和动力荷载作用下的受力性能、破坏机理和对稳定极限承载力的影响；刚架结构体系，在动力和地震荷载作用下的工作性能和破坏机理等。(3)设计与生产领域技术方面轻型门式刚架房屋钢结构体系的进一步简化；构件节点(包括刚架和彩板节点)设计的可靠性和方便适用；焊接I型钢生产线的加工工艺的连续性和高效性，各环节效率如何协调同步，以及具体环节内的专项技术。如切割、组立(或拼装)、焊接、校正以及除锈和防腐处理技术等。另外，轻型门式刚架的安装技术有别与传统钢结构。刚架的安装要区别具体情况和自身安装能力，选择整体或组合吊装方案。整体吊装的主要优点是速度快，但机械和机具需用量大，并应注意吊装过程中的稳定和作业安全等问题；组合吊装机械和机具需用量少，但工作量相对较大，用时较长。并且由于作业量大，空中作业的安全性等问题显得十分突出。同时两者均须强调安装精度对结构受力的影响。压型板以及配套附件安装则应着重于根据不同板型的需要，选择不同的安装工艺，并且更强调板型连接和节点处理质量，达到外形美观和符合功能性要求等4。1.3设计的理论知识1.3.1 单层厂房结构组成 图 1-2单层厂房结构组成Figure 1-2 Single-layer workshop structures1）屋盖结构：位于厂房顶部，主要承受屋面上的竖向荷载，并与厂房柱组成排架承受结构上各种荷载的作用。屋盖结构分为有檩体系和无檩体系两种。有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑组成如图1-3（a），这种屋盖的结构和荷载传递均比较复杂，整体性和空间刚度较差，但对一般中小型厂房能满足使用要求，且构件小而轻，便于运输和吊装。无檩体系由大型屋面板（包括天沟板）、屋架及屋盖支撑组成如图1-3（b），有时还包括有天窗架和托架等构件，这种屋盖的屋面刚度大、整体性好，构件数量和种类较少，施工速度快，适用范围广，是单层厂房中最常用的一种屋面形式，适用于具有较大吨位吊车或有较大振动的大、中型或重型工业厂房。 （a） （b）图1-3 房盖结构Figure 1-3Housing cover structure2）排架柱：柱顶与屋架铰接，柱底与基础顶面刚接，承受屋架、吊车梁及外墙等构件传来的竖向荷载、吊车荷载、风荷载及地震作用等，并将它们传至基础，是厂房中的主要承重构件。3）吊车梁：两端焊接（简支）在柱的牛腿顶面，主要承受吊车传来的竖向荷载及横向或纵向水平荷载，并将它们及其自重传递给排架柱。4）支撑：包括屋盖支撑和柱间支撑两大类。其主要作用是加强厂房的空间刚度和整体性，保证结构构件在安装和使用时的稳定性和安全性，同时传递山墙风荷载、吊车水平荷载和地震作用等。5）基础：承受住和基础梁传来的荷载，并将它们传至地基。6）围护结构：包括纵墙、横墙（或称山墙）。抗风柱、连系梁等构件。主要承受墙体和构件自重及墙面上的风荷载，并将它们传递至柱和基础，抗风柱还将部分风荷载传至屋盖结构5。1.3.2 荷载取值一个建筑对外界防御的第一道防线由墙面和屋面组成的外维护体系。它们同时承受风载，雪载等荷载的作用，并将这些荷载传到次要支承结构上。次结构即墙面墙梁及屋面檩条，将由墙面及屋面传递来的荷载均匀地传到主结构上去，同时对主结构提供良好的侧向约束。对于门式刚架轻钢结构，其主结构由柱及横梁构成，承受荷风载、雪载及其它的荷载，并将其传递到基础。作用在横向排架上的荷载有恒载、屋面活载、雪荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载等，除吊车荷载外，其他荷载均取自计算单元范围内6。1）恒载恒载包括屋盖、柱、吊车梁及轨道连接件、围护墙体自重，其值可根据构件的设计尺寸和材料容重计算。若选用标准构件，其值也可直接由标准图查得。a）屋盖自重屋盖自重包括屋架或屋面梁、屋面板、天沟板、屋面构造层（找平层、保温层、防水层）、天窗架和屋盖支撑等重量。计算单元范围内屋盖的总重是通过屋架或屋面梁的端部以竖向集中力传至柱顶，其作用点位置视实际连接情况而定。b）悬墙自重当设有连系梁支承围护墙体时，排架柱承受着计算单元范围内连系梁、墙体和窗等自重，它以竖向集中力的方式作用在支承连系梁的柱牛腿顶面，作用点通过连系梁或墙体截面的形心轴。c）吊车梁自重吊车梁和轨道及连接件自重按照吊车梁及轨道连接构造标准图取用，它以竖向集中力的方式沿吊车梁截面中心线作用在柱牛腿顶面，作用点距柱纵向定位轴线之间的距离，一般为750mm。d）柱自重，上、下柱自重及分别作用于各柱截面的几何中心线上，且上柱自重对下柱几何中心线有一偏心距。2）屋面活荷载a）屋面均布活荷载荷载规范规定屋面水平投影面上的均布活荷载标准值：石棉瓦、瓦楞铁等轻屋面和瓦屋面为0.3，钢丝网水泥及其他水泥制品轻屋面为0.5；钢筋混凝土12屋面为0.7；当检修施工荷载较大时，按实际情况采用。b）屋面雪荷载荷载规范规定屋面雪荷载标准值按下式计算: (1-1)式中基本雪压值，由荷载规范中“全国基本雪压分布图”查得； 屋面积雪分布系数，可由荷载规范查得。c）屋面积灰荷载按照厂方使用性质及屋面形式的不同，标准值可由荷载规范查得3）吊车荷载a）吊车竖向荷载对于四轮桥式吊车，可按下式进行计算: (1-2)式中 G吊车桥架（大车）的总重；g小车的重量；Q吊车的额定最大起重量。b）吊车横向水平荷载对于各类四轮桥式吊车，当小车满载时，大车每一个轮子传递给吊车梁的横向水平制动力为 (1-3)式中为水平制动力系数，对软钩吊车:当t时，取当t时，取当t时，取c）吊车纵向水平荷载作用在吊车梁上的纵向水平荷载标准值为 （1-4）式中 吊车每端制动轮数，对一般四轮桥式吊车，=1； 制动轮在轮压下与钢轨间的滑动摩擦系数。4）风荷载风荷载崔志作用于厂房外墙面、天窗侧面和屋面，在迎风墙面产生风压力，在背风墙面产生风吸力。风荷载的大小与建筑场地的基本风压、建筑体型、高度及建筑地面粗糙度等因素有关。荷载规范规定：垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值按下式计算 (1-5)式中 基本风压值，由荷载规范中“全国基本风压分布图”查得； 某高度Z处的风振系数，对于高度小于30m的单层厂房，取=1.0； 风压高度变化系数，离地面越高，风压值越大，为各厂房标高处的风压与其10m高度处的基本风压的比值；它还与地面粗糙度有关，其值可由荷载规范查得； 风荷载体型系数，可根据建筑体型由荷载规范查得。横向排架上的风荷载标准值按下述有关公式计算: (1-6) (1-7) (1-8)式中B为计算单元宽度。892 单层轻型钢结构厂房设计2.1 设计资料2.1.1 生产工艺要求某金工车间为两跨等高厂房，跨度均为24m，柱距均为6m，车间总长度66m。总建筑面积3168。每跨设有10t吊车各一台，吊车工作级别为中制A5，轨顶标高为5.8m，厂房无天窗，建筑剖面简图如图2-1所示。耐火等级为二级，屋面防水等级三级，建筑耐久年限二级。2.1.2 工程气象条件厂房所在地点的基本风压为0.40 /，基本雪压为0.35K /，恒荷载为0.30 /。2.1.3 工程地质条件 根据对建筑基地的勘察结果，地质情况见下表2-1表 2-1建筑地层一览表（标准值）Table 2-1 List of building ground (standard value)序号岩 土分 类土层深度（M）厚度范围（M）地基承载力fk（KPa）桩端阻力（KPa）桩周摩擦力（KPa）1杂填土0.0-0.80.82粉土0.8-1.81.0110103中砂1.8-2.81.0200254砾砂2.8-6.54.03002400305圆砾6.5-12.56.0500350060注：）地下稳定水位距地坪6 M以下； ）表中给定土层深度由自然地坪算起；建筑场地类别为类场地土。2.1.4 建筑构造屋面采用卷材保温屋面做法，围护墙为240mm厚双面清水砖墙，采用钢门窗，窗宽为3600mm，室内外高差为150mm，素混凝土地面。图2-1 厂房剖面示意图Figure 2-1 diagrammatic cross-section of factory2.2 结构构件选型及柱的尺寸确定2.2.1 结构构件的选型钢筋混凝土单层厂房多采用排架结构，为了保证屋盖的整体性和刚度，屋盖采用无檩体系。该车间厂房为卷材防水屋面，因而采用屋面坡度较小而经济指标较好的预应力折线形屋架。普通钢筋混凝土吊车梁制作方便，当吊车吨位不大时，有较好的经济指标，故选用普通混凝土吊车梁。该厂房各主要承重构件选型7见表2-2。由工艺要求，吊车轨顶标高为5.80m，吊车为10t，A5中级工作制，m，查电动桥式起重机基本参数和尺寸系列（ZQ1-62）得轨顶至吊车顶的高度为2.30m。吊车梁的高度为1.20m，轨道高度可取0.20m，则牛腿顶面标高=轨顶标高吊车梁高度轨道高度 =5.801.200.20=4.40m，由建筑模数的要求，故牛腿顶面标高取为4.60m；柱顶标高=牛腿顶面标高+吊车梁高度+轨道高度+吊车高度+吊车顶至屋架下弦底面的尺寸 =4.60+1.20+0.20+2.30+0.22= 8.52m，故柱顶（或屋架下弦底面）标高取为8.50m，假定室内地面至基础顶面的深度为0.50m，则mmm表2-2主要承重构件选型Table 2-2 Main bearing component selection构件名称标准图集选用型号重力载荷标准值屋面板G410（一）1.56m预应力混凝土屋面板 YWB-2II（中间跨）YWB-2IIs (端跨)1.4KN/(包括灌缝重)天沟板G410(三)1.5m6m预应力混凝土屋面板（卷材防水天沟板）TGB68-11.91 KN/屋架G410（三）预应力混凝土折线形屋架（跨度24m）YWJA-24-1Aa106 KN/榀0.05 KN/（屋盖钢支撑）吊车梁G323(二)钢筋混凝土吊车梁（中、轻级工作制）DL-9Z(中间跨)DL-9B(边跨)39.5/根40.8/根轨道连接G325吊车轨道联结详图0.80 KN/m基础梁G320JL-316.7KN/根注：本表图集均按钢筋混凝土结构设计规范设计，重力载荷已换算为法定计量单位2.2.2 柱截面尺寸确定1）柱截面尺寸为A,C轴 上柱 矩=400mm400mm 下柱 I =400mm800mm100mm150mmB轴 上柱 矩=400mm600mm 下柱 I =400mm800mm100mm150mm2）计算简图及柱的计算参数本厂房为金工车间，工艺无特殊要求，结构布置及载荷分布（除吊车载荷外）均匀，故可由厂房相邻柱距的中线截取图2-2所示为计算单元，计算单元宽度B=6.0m。根据柱的截面尺寸，其计算参数表2-3。表2-3柱的计算参数Table 2-3 Column calculating parameters计 算 参 数柱 号截面尺寸（mm）面积（）惯性矩（）自重（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图2-2计算单元和计算简图Figure 2-2 calculating unit and Calculation diagram3.排架内力计算3.1荷载计算3.1.1 恒载计算（1）屋盖自重三毡四油防水层撒绿豆砂保护层 0.4/20mm厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4/150mm厚加气混凝土保温层 7.50.15=1.1/20mm厚底板混合砂浆抹灰 170.02=0.34/预应力大型屋面板（包括灌缝） 1.4/屋盖钢支撑 0.05/屋面恒载合计 3.69/为了简化计算，天沟板及相应构造层的恒载，取与一般屋面恒载相同。屋架自重为106 KN/榀，则作用于柱顶的屋盖结构自重设计值为=1.2（3.696+106）=382.42（2）吊车梁及轨道自重设计值为=1.2(39.5+0.86)=53.16（3）柱自重设计值为A,C 轴 上柱 下柱 B轴 上柱 下柱 各项恒载及其作用位置如图3-1所示。3.1.2 屋面活荷载由载荷规范差得，屋面均布活荷载标准值为0.50/，雪荷载标注值为0.35 KN/，小于屋面活荷载，故仅按活荷载计算。作用于柱顶的屋面活荷载设计值为 =50.4 活荷载的作用位置与屋盖自重作用位置相同，如图3-1所示。图3-1荷载作用位置图Figure 3-1 loads position diagram3.1.3 吊车荷载对于10t的中级工作制吊车，查电动桥式起重机基本参数和尺寸系列（ZQ1-62）将吊车的吨位换算为KN，得=125，=47，B=5.55m，K=4.40m，g=38图3-2 吊车荷载作用下支座反力影响线Figure 3-2 Crane load counteracting force influence lines根据B与K，可算得吊车梁支座反力影响线中各轮压对应点的坐标值，如图3-2所示，依据该图可求得作用柱上的吊车荷载。1）吊车竖向荷载 KN KN 2）吊车横向水平荷载作用于每一个轮子上的吊车横向水平制动力为则作用于排架柱上的吊车横向水平荷载为 3.1.4 风荷载基本风压=0.4/，按B类地面粗糙度，由荷载规范差得风压高度变化系数为 柱顶（按H=9.0m） =1.0 檐口（按H=10.8m） =1.0 屋顶（按H=12.0m） =1.14风荷载体型系数如图3-3所示，则风荷载标准值为则作用于排架计算简图上的风荷载设计值为 （a）风荷载体型系数 （b）风荷载时排架计算简图图3-3风荷载体型系数及排架计算简图Figure 3-3 Wind load shape coefficient and bent calculation diagram3.2内力计算该厂房为两跨等高排架，可用剪力分配发进行计算。3.2.1剪力分配系数的计算对A，C轴柱由单阶变截面柱的柱顶位移系数和反力系数（）8可得=对于B柱由单阶变截面柱的柱顶位移系数和反力系数（）可得各柱的剪力分配系数=则3.2.2 恒载作用下的排架内力分析将图3-1中的恒载简化为图3-4所示的计算简图，图中由于图3-4（a）中的排架为对称结构，故在对称荷载作用下排架无侧移，各柱可按柱顶为不动铰支座计算，且中柱弯矩为零。图 3-4恒载作用下排架内力图Figure 3-4 under constant load bent to inside diagram对A,C轴柱，由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得则 3.2.3 屋面活荷载作用下排架内力分析1）AB跨作用有屋面活荷载 由屋架传至柱顶的集中荷载,由它在A，B柱柱顶及变阶处引起的弯矩分别为。计算简图如图3-5（a）所示。图3-5 AB跨作用屋面活荷载时排架内力分析Figure 3-5 AB when live load across function roofing bent internal force analysis计算不动铰支座反力A柱 由前知，B柱 ，由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得则排架柱顶不动铰支座总反力为 将R反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架各柱柱顶剪力排架各柱的弯矩图、轴力图及柱低剪力如图3-5（b）（c）所示。2）BC跨作用有屋面活荷载 由于结构对称，故只需要将AB跨作用有屋面活荷载情况的A柱与C柱内力对换，并注意内力变号，如图3-6所示。图 3-6 BC跨作用屋面活荷载时排架内力图Figure 3-6 AB when live load across function roofing bent internal force analysis3.2.4 吊车荷载作用下排架内力分析（不考虑厂房整体空间）1）作用于A柱由吊车竖向荷载，在柱中引起的弯矩为，计算简图如图3-7（a）所示。图3-7 作用在A柱时排架内力图Figure 3-7 When role in A column bent to inside计算不动铰支座反力A柱 B柱 由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得则 将R反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架柱各柱顶剪力为排架各柱的弯矩图、轴力图和柱底剪力值如图3-7（b），（c）所示。2）作用于B柱左由吊车竖向荷载，在柱中引起的弯矩为计算简图如图3-8（a）所示。图3-8 作用在B柱左时排架内力图Figure 3-8 when role in B column bent to left withinA柱 B柱 则 将R反向作用于排架柱顶，由剪力分配法可求得排架柱各柱顶剪力为排架各柱的弯矩图、轴力图和柱底剪力值如图3-8（b），（c）所示。3）作用于B柱右 根据结构对称性及吊车吨位相等的条件，内力计算与“作用于B柱左”的情况相同，只需将A，C柱内力对换并改变全部弯矩及剪力符号，如图3-9所示。图3-9作用在B柱右时排架内力图Figure 3-9 when role in B column bent to right within4）作用于C柱同理，将“作用于A柱”情况的A，C柱内力对换，如图3-10所示。图 3-10 作用于C柱时排架内力图Figure 3-10 When role in C column bent to inside5）作用于A，B柱当AB跨作用有吊车横向水平荷载时，计算简图如图3-11（a）所示。图3-11 作用于A、B柱时排架内力图 Figure 3-11 in the role of A and B column bent to when within边柱A 由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得,中柱B ,由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得则 将R反向作用于柱顶，求得各柱顶剪力为排架各柱的内力图如图3-11（b）所示。当横向水平荷载方向相反时。则弯矩图和剪力只改变符号，大小不变。6）作用于B，C柱因为结构对称及吊车吨位相等，故排架内力与“作用于A，B柱”的情况相同，仅需将A柱和C柱内力对换，如图3-12所示。当横向水平荷载反向相反时，则各柱弯矩图反向。图3-12 作用于B，C柱时排架内力图Figure 3-12 In the role of B and column bent to when within3.2.5风荷载作用1）左吹风时计算简图如3-13（a）所示。边柱A，C ,由单阶变截面柱的柱顶位移系数c。和反力系数（C1C11）得则 将R反向作用于柱顶，可求得各柱顶的剪力为排架各柱内力如图3-13（b）所示。图3-13 左吹风时排架内力图Figure 3-13 left when internal blowback bent2）右吹风时 此种情况排架内力与“左吹风”时相同，仅须将A，C柱内力对换，并改变柱内符号即可，如图3-14所示。图3-14 右吹风时排架内力图Figure 3-14 right when internal blowback bent4.柱的设计4.1 最不利内力组合 首先选取控制截面，对单阶柱，上柱为I-I截面，下柱-及-截面。考虑各种荷载同时作用时，会出现最不利内力的可能性，进行荷载组合。本设计中，取下面三种荷载组合，即恒载+0.85（可变荷载+风荷载）恒载+可变荷载恒载+风荷载在每种荷载组合中，对矩形和形截面柱应考虑以下四种内力组合，即在四种内力组合中，前三种组合主要是考虑柱可能出现大偏心受压破坏的情况，第四种组合考虑柱可能出现小偏心受压破坏的情况。在各种荷载作用下，仅以边柱A为例，其内力设计值及标准值组合见表4-1.表 4-1 A柱的内力Table 4-1Internal force of column 在各种荷载作用下,以A柱为例进行最不利内力组合.其中未考虑厂房的整体空间的作用.A柱的内力组合结果见表4-2，4-3，4-4。表4-2 恒载+0.85（风载+其它活荷载）Table 4-2 permanent load+0.85（wind load +others live load）内力组合恒载+0.85（风载+其它活荷载）I-IM1+0.852+3+0.9(6+9)+1051.771+0.850.9(5+7+9)+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)+11-61.98N623.92560.92666.76454.3Ms33.76-55.65-51.09-47.68Ns479.94431.48512.89349.46III-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 恒载+可变荷载Table 4-3 permanent load+ variable load内力组合恒载+可变荷载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)47.91N653.86579.73704.26454.3Ms39.83-46.2462.4336.85Ns502.97445.95541.74349.46III-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续表 4-3恒载+可变荷载Table 4-3 permanent load+ variable load力组合恒载+可变荷载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)54.51Ns523.87466.85562.64370.36Vs10.67-6.717.6316.094-4 恒载+风载Table 4-4 permanent load +wind load内力组合恒载+风载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-26.21-45.41-45.41-45.41Ns349.49349.49349.49349.49III-IIIM1+1086.691+11-61.641+1086.691+1086.69N481.47481.47481.47481.47V45.65-3.9545.6545.65Ms66.68-47.4266.6866.68Ns307.36307.36307.36307.36Vs35.12-3.0435.1235.12注: 1）组合及中,M的绝对值相等.因柱为对称配筋,所以表中的M只取了正值. 2）表中0.9为参与组合的吊车竖向荷载为2台时的荷载折减系数。根据荷载规范,荷载效应的基本组合有两种.一种由可变荷载效应控制的组合;一种由永久荷载效应控制的组合.单层厂房中排架的内力通常由第一种组合控制。4.2 柱的设计4.2.1 上柱配筋计算以A柱为例进行柱的设计,混凝土强度等级为C25，纵向钢筋为II级，箍筋I级，。选取控制截面的最不利内力A柱： I-I: I-I: 1）上柱配筋计算吊车厂房排架方向上柱的计算长度为按第组内力计算取属于大偏心受压，2）按第组内力计算取属于大偏心受压故上柱纵向钢筋3）垂直于弯矩作用平面的承载验算对于有吊车厂房，有柱间支撑在垂直排架方向柱的计算长度 查得轴心受压稳定系数为 验算满足需求。4.2.2下柱配筋计算由A柱内力组合可知，下柱II-II和III-III截面共有24组不利内力，经分析和比较，其最不利设计内力为 1）按第组内力取故中和轴位于翼缘内，截面属于大偏心受压2)第组内力计算取，故中和轴位于翼缘内，截面属于大偏心受压3)第组内力计算取，所以故中和轴位于翼缘内，截面属于大偏心受压故下柱纵向配筋 3)垂直于弯矩作用平面的承载力验算 下柱垂直于弯矩作用平面的惯性矩为回转半径 对于有吊车厂房，有柱间支撑在垂直排架方向柱的计算长度 查得稳定系数 所以A、B柱平面外受压承载力满足要求。根据上述计算结果，综合考虑则上、下柱配筋为上柱 314 下柱 514 4.2.3箍筋的配置因柱底的剪力很小若取剪跨比则远远大于柱底的剪力值，所以排架柱的箍筋按构造配置值为，柱箍筋加密区取为。4.2.4柱的裂缝宽度验算1）A上柱选取内力标准值，进行验算，取纵向受拉钢筋合力点至受压合力点的距离为裂缝处受拉钢筋应力为裂缝间钢筋应力不均匀系数取验算满足要求2）下柱选取内力标准值，进行验算故取验算满足要求4.2.5柱的吊装验算采用翻身起吊，吊点设在牛腿下不，起吊时，混凝土达到设计强度的100%。1）荷载计算考虑动力系数，各段柱自重线荷载设计值为上柱 牛腿下柱2）内力计算由 求得的最大位置3）上柱配筋计算上柱配筋 受弯承重力验算裂缝宽度验算验算满足要求。4）下柱配筋 受弯承重力验算裂缝宽度验算验算满足要求4.3 牛腿设计根据吊车梁支撑位置、截面尺寸及构造要求，初步拟定牛腿尺寸如图4-11）牛腿高度验算作用于牛腿顶面按荷载短期效应组合计算的竖向力牛腿顶面无水平荷载，即牛腿截面的有效高度图4-1 牛腿尺寸简图Figure 4-1 bracket size diagram中、轻级工作制吊车的牛腿裂缝控制系数竖向力作用点位于下柱截面以内，所以 故牛腿截面高度满足要求。4.4 A柱施工图图 4-2 A柱的施工图Figure 4-2 A Column of construction diagram5. 抗震计算5.1 荷载抗震计算5.1.1 横向计算所需载荷1）柱的重量A,C 轴 上柱 下柱 B轴 上柱 下柱 A、C柱自重 18.72+21.05=39.77B柱自重 28.08+27.17=55.25 排架柱自重 2）墙的重量檐墙自重（一个柱距范围内）围护墙重量（一个柱距范围内）墙体总重3）屋盖重量（一个柱距范围内）4）雪荷载（一个柱距范围内）5）灰荷载（一个柱距范围内）6）吊车梁重量（两跨4根）5.1.2 纵向计算所需荷载纵向计算按柱列进行。由于对称A柱列与C柱列相同，其负载范围66m12m，中间B柱列负载范围66m24m。1）A、C柱列计算所需荷载柱自重（12根边柱） 围护墙重量檐墙重量山墙重量（大门洞口 ）吊车梁重量（11根）屋盖重量雪荷载2）B柱列计算荷载柱自重（12根中柱）山墙重量吊车梁重量（22根）屋盖重量雪荷载图 5-1 纵向荷载计算简图Figure 5-1 vertical load calculation diagram5.1.3 横向抗震计算1）质点等效集中重力荷载的计算9 2）计算简图与排架的侧移计算本设计横向抗震10计算如图5-2所示，静力分析为两跨等高排架，动力分析按单质点体系考虑。图 5-1 横向抗震计算见图Figure 5-2 lateral load calculation diagram3）单柱惯性矩 4）独立柱顶侧移11单位力作用下排架横梁内力、与排架顶点侧移5）排架横向自振周期的计算6）横向水平地震作用的计算根据本设计给的条件，设防烈度7度，II类场地。作用下的排架横梁内力，得地震作用下排架弯矩与剪力 K 7）横向水平地震作用效应的调整3由于本设计设防烈度为7度，厂房单元屋盖长度与总跨度之比66/36=1.838，山墙厚为240mm且水平开洞面积比50%，柱顶高度15m，满足“规范”所提出的相应条件，因此平面排架考虑窨工作及扭转及扭转影响的内力调整进行，本设计属于钢筋混凝土有檩屋盖，两端有山墙的等高厂房，屋盖长度为66mm，调整系数。水平地震引起的内力为5.1.4纵向抗震计算1）纵向抗震计算（修正刚度法