某公司用于钢材包装的单层两跨钢结构厂房设计

目录

XX钢材包装物主厂房设计......................................4

学生***指导教师***...................................4

0绪论.......................................................4

0.1轻型钢结构定义......................................................4

0.2门式刚架结构的特点..................................................4

0.3门式刚架的结构形式..................................................4

1工程概况...................................................5

1.1工程概况...........................................................5

1.2自然条件...........................................................5

1.2.1建筑场地地段情况......................................................5

1.3建筑物层数与层高..................................................6

1.4设备条件..........................................................6

2荷载统计：................................................6

2.1恒荷载：...........................................................6

2.2活荷载：............................................................6

2.3风荷载.............................................................6

2.4屋面构件...........................................................6

2.4.1压型钢板...............................................................7

2.4.2檬条...................................................................7

2.5屋面支撑系统设计...................................................7

2.5.1屋面楝条布置...........................................................7

2.5.2屋面支撑荷载及内力.....................................................7

3楝条设计..................................................7

3.1荷载标准值..........................................................7

3.2内力计算...........................................................7

3.2.1永久荷载与屋面活荷载组合..............................................7

3.2.2永久荷载与风吸力荷载组合..............................................8

3.3截面选择及截面特性.................................................9

3.3.2受压板件的稳定系数....................................................10

3.3.3受压板件的有效宽度...................................................10

3.3.4截面模量..............................................................11

3.3.5强度计算..............................................................11

3.3.6稳定性计算............................................................12

4吊车梁设计...............................................13

4.1吊车荷载计算.......................................................13

4.2内力计算...........................................................13

4.2.1吊车梁中最大弯矩及相应的剪力........................................13

4.2.2吊车梁的最大剪力.....................................................15

4.3截面选择..........................................................15

4.4验算.............................................................15

4.4.1毛截面特性：..........................................................15

4.4.2强度计算.............................................................16

4.4.3稳定性验算...........................................................17

4.4.4疲劳计算：...........................................................19

4.4.5挠度计算：...........................................................20

4.4.6支座加劲肋计算.......................................................21

4.4.7焊缝计算.............................................................22

5墙梁设计.................................................22

5.1荷载计算...........................................................23

5.1.1荷载标准值...........................................................23

5.1.2荷载设计值...........................................................23

5.2内力计算...........................................................24

5.3强度验算：........................................................24

5.4挠度验算..........................................................28

6抗风柱设计................................................29

6.1荷载计算..........................................................29

6.2截面选择及验算....................................................29

6.2.1根据长细比和挠度需要试选截面：.......................................29

6.2.2稳定验算...............................................................30

6.2.3变形验算：..............................................................30

因此，满足要求。...........................................30

7刚架验算..................................................30

7.1刚架内力组合.......................................................31

7.1.3内力分析..............................................................35

7.2刚架梁截面验算....................................................36

7.2.2刚架梁强度计算........................................................36

7.2.3刚架梁的平面外稳定计算................................................37

7.2.4钢梁局部稳定验算.......................................................38

7.3边柱刚架截面验算..................................................38

7.3.1边柱刚架截面选择......................................................38

7.3.2单元内力..............................................................38

7.3.3单元计算长度..........................................................38

7.3.4强度验算..............................................................39

7.3.5整体稳定性验算........................................................39

7.3.6局部稳定验算..........................................................41

7.4中柱刚架截面验算...................................................41

7.4.1中柱刚架截面选择......................................................41

7.4.2单元内力..............................................................41

7.4.3单元计算长度..........................................................42

7.4.4强度验算..............................................................42

7.4.5整体稳定性验算........................................................42

7.4.6局部稳定验算..........................................................44

7.5刚架变形验算.....................................................44

7.5.1柱顶侧移.............................................................44

8节点验算..................................................44

8.1设计资料...........................................................44

8.2梁与柱相交的节点域................................................45

8.3边跨梁柱和跨中梁柱高强度连接螺栓计算..............................45

8.3.1边跨梁端...............................................................45

8.3.2跨中梁柱连接节点计算..................................................46

8.4端板厚度计算......................................................47

8.4.1边柱端板..............................................................47

8.4.2中柱端板..............................................................47

8.5刚接柱脚锚栓计算..................................................47

8.5.1边柱柱脚锚栓计算.....................................................47

8.5.2中柱锚栓计算.........................................................50

9牛腿设计..................................................52

9.1强度计算...........................................................53

9.1.1抗剪强度计算.........................................................53

9.1.2抗弯强度计算.........................................................53

9.1.3折算应力验算.........................................................53

10基础设计.................................................54

10.1基础类型选择......................................................54

10.2确定地基持力层和基础埋置深度......................................54

10.3确定地基承载力....................................................54

10.4基础梁设计........................................................54

10.5基础结构设计......................................................55

10.5.1边柱基础计算.........................................................55

10.5.2中柱基础计算.........................................................58

10.5.3抗风柱基础计算.......................................................60

10.3基础三尺寸示意图..................................................61

参考文献...................................................61

XX钢材包装物主厂房设计

学生***指导教师***

***大学土木工程学院土木工程专业

。绪论

0.1轻型钢结构定义

轻型钢结构建筑，即轻钢建筑：是指以轻型冷弯薄壁型钢、高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢

管、轻型热扎型钢及以上各种构件拼接、焊接成的组合构件等为主要受力构件，大量采用轻质围

护隔离材料的单层和多层建筑等。

0.2门式刚架结构的特点

0.2.1采用轻型屋面，不仅可减小梁柱截面尺寸，基础也相应减小。

0.2.2在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。设中间柱可减小

横梁的跨度，从而降低造价。中间柱采用钢管制作的上下钱接摇摆柱，占用空间小。

0.2.3刚架的侧向刚度籍楝条的隅撑保证，省去纵向刚性构件，并减小翼缘宽度。

0.2.4刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度、厚度与翼

缘的宽度，做到材尽其用。

0.2.5结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，单元之间在

现场用螺栓相连，安装方便快速，土建施工量小。

0.3门式刚架的结构形式

门式刚架的形式是多种多样的。按构件体系分，有实腹式与格构式；按截面形式分，有等截

面和变截面；按结构选材分，有普通型钢、薄壁型钢和钢管等。实腹式刚架的截面一般为工字形,

格构式刚架的截面为矩行或三角形。

门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采用较接：当水平荷载较大、有5吨以上桥式吊

车、檐口标高较高或刚度要求较高时，柱脚与基础宜采用刚接。

变截面与等截面相比，前者可适应弯矩变化，节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不

如等截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。

我国轻型门式刚架结构体系起步较晚，是引进国外的相关材料和软件的基础上发展起来的。

尽管我国的轻型门式刚架结构体系理论和工程实践发展迅速，但目前仍存在一些问题有待于进一

步解决。没有实现真正意义上的一体化流程，施工工期与国外相比仍显得较长；许多施工过程中

的工艺方法有待于进一步研究，现场拼接优越性没有充分发挥；采用平面分析方法进行设计，较

少考虑整体结构的空间作用；结构设计偏于保守，翼缘的宽厚比限值与国外相比显得很低，没有

充分发挥材料的承载能力，所设计的结构整体用钢量偏高。所以，我国轻型门式刚架还处于继续

探索阶段。

1工程概况

1.1工程概况

本工程为XX集团附属公司用于钢材包装的单层两跨钢结构厂房，由于钢材包装需要运输，

因此该厂房两跨均需设置吊车梁。采光要求为三级，室内通风适当组织即可，采用中央集中空调。

营业区冬季温度要求不低于15摄氏度。本建筑设计采用新型建筑材料，基础为钢筋混凝土独立

基础。承重结构均采用钢结构。屋盖和维护结构采用保温彩板。建筑场地位于邯钢路以南，西临

主干道中华大街，交通方便。

1.2自然条件

1.2.1建筑场地地段情况

该厂房位于邯钢路以南，西临主干道中华大街，交通方便。场区西侧距主干道（30米宽）中

心线30米，场区南北长70米，东西长40米，内部道路及绿化由设计确定。建筑面积约2000平

方米。

1.2.2主导风向：冬季西北风，夏季东南风。

1.2.3土壤冻结深度：0.4米。

1.2.4场地地基情况:见表1。

1.2.5抗震设防烈度：7度。

土层分布及土的物理力学性质指标表1T

土层埋深范围土层描述与鉴别土的主要物理力学指标

编号（ID）

①0.0-0.8杂填土，褐黄色，以粉土为主，含y=17KN/m3

大量碎砖、灰渣、树根等，潮湿，可塑

②0.8-4.2粉质粘土，黄褐色，很湿，可塑状y=18.7KN/m3,e=0.900,

态，含云母等Es=6.OMPa,f„k=115KPa

③4.2-粉土，灰褐色，饱和，可塑至软塑丫二18.5KN/m3,e=1.050,

(本层未被打穿)fak=95KPa

1.3建筑物层数与层高

1.3.1层数：1层。

1.3.2昌।度:9.5m

1.3.3跨度：2跨，跨度分别为12m,18m。

1.3,4柱距：标准7.5mo

1.3.5结构系统：采用门式刚架结构。

1.3.6屋面坡度：1：8-1：20。

1.4设备条件

市场内的采暖、电力、上下水道均由市内管网直接提供。

2荷载统计：

2.1恒荷载：

屋面板+保温层0.25KN/m2

楝条0.05KN/m2

支撑0.05KN/m2

合计0.35KN/m2

2.2活荷载：

屋面均布活荷载0.3KN/m2(刚架受荷面积大于60m2)

雪荷载S（）=0.35KN/m2

2.3风荷载

2

基本风压值：Wo=O.4KN/m，地面粗糙度系数按B类取值.风荷载高度变化系数按现行国家标

准(GB50009-2001)的规定，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，Uz=L0；风荷载体形系数

按＜＜门式刚架轻型房屋钢结构技术规程＞＞(CECS102：2002)迎风面柱及屋面分别为+0.25和-1.0,

背风面柱及屋面分别为-0.55和-0.65,如图2.1所示。

图2.1

2.4屋面构件

2.4.1压型钢板

压型钢板型号采用YX51-250-750,基板厚度为1.0mm,波高为51mm.

2.4.2楝条

槐条截面采用C220X75X20X2.5,跨内设2道拉条.

2.5屋面支撑系统设计

2.5.1屋面楝条布置

楝条间距为1.5m.

2.5.2屋面支撑荷载及内力

屋面水平支撑为柔性杆件，采用张紧的圆钢.

3楝条设计

屋面材料为压型钢板，屋面坡度分别为1/10和1/15,硬条跨度为7.5m,橡距为1.5m,钢材

Q235。

3.1荷载标准值

3.1.1永久荷载

压型钢板(含保温棉、灯等其它配件)0.25/QV/H?2

棵条(包括拉条)QAOKN/m2

Z=0.35KNIm1

3.1.2可变荷载

屋面均布活荷载和雪荷载最大值为0.5侬/苏，基本风压为4=0.40侬/加。

3.2内力计算

3.2.1永久荷载与屋面活荷载组合

槐条线荷载

Pk=(0.35+0.5)x1.5=1.275KV/

P=(1.2x0.35+1.4x0.5)xl.5=1.68KW//n

弯矩设计值

当i时

10

a

PX=P-Sin5.11=0A61KN/m

Py=PCos5.1l°=1.671KN/m

I2752

M=1.671x=11.75KN.〃?

A'88

1iI2752

一和一跨度处弯矩M.=P—=0.167x—=0.104

32yl,9090

Z2752

M、2=R——=0.167x-=0.026KN.，”

"*360360

当i=L时

15

Px=P-Szn3.814°=0.lllKN/m

Py=PCos3.S14"=1.676KN/m

I2752

=P.—=1.676x=11.784KN.m

x>88

iiI27s2

一和一跨度处弯矩=P、一=0.111x—=0.069KMm

32"*9090

I2752

%=R——=0.111x-=0.017A：^.m

厂A360360

3.2.2永久荷载与风吸力荷载组合

按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),房屋高度大于10m,风荷载高度变化系数取屋脊

高度处数值，其值为：//z-4-1()°x(10.7-1.0)+1.00=1.0196

风荷载体型系数为：-1.4(边缘带)，(A=1.5X7.5=10.5m2>10m2)

垂直屋面的风荷载标准值：

tw*=1.05xzs-x/z-d)o=-1.05xl.4xl.0196x0.4=-0.60XW/w2(吸力)

襟条线荷载

当，=-!-时

10

Px=().35xl.5xSm5.1V=0.052KN/m

Py=1.4x0.60xl.5-0.35xl.5xCosS.lV=0.738KN/m

当1=工时

15

P,=0.35xl.5xSi〃3.814"=O.O35KN/m

n

Py=1.4x0.60xl.5-0.35xl.5xCos3.814=0.736KN/m

弯矩设计值（采用受压下翼缘不设拉条的方案）

I2752

M,=R—=0.738x—=5.189KN.m

*’88

I2752

M.=P—=0.052x—=0..033KN.m

>vl*9090

I2752

Mv2=P,——=0.052x—=0.008KNM

）2*360360

永久荷载与屋面活荷载组合起控制作用。

3.3截面选择及截面特性

3.3.1选用C220X75X20X2.5如下图3.1所示。

244

A-9.73c/n,x0-2.01cm,Ix=703.76cm,/、,=68.66cm,zv=8.5cm,zv-2.66cm,

W,=63.98,W、,,”=33.llcM,w=12.65。//0.2028cm4,I=6351.05cm4

xymaxnvmilli=ww

先按毛截面计算截面应力为：

MxMy11.784x1（）60.017xlO6

<T1—++2=—184.18+0.51=-183.67N//wn2（压）

WxWymax63.98xlO333.1lx103

A/vMy11.784xlO60.017xlO6

CT2—+=-184.18—1.34=-185.52N/，wn2（压）

WvWymin63.98xlO312.65xIO3

11.784xlO60.017xlO6

MvMy2

CTq一=184.18-1.34=182.84N/mm（拉）

3ww.-63.98xlO312.65xl03-

xymm

MxM11.784xl060.017xlO6

---1-----y-=------------1----------=184.18+0.51=184.692V/mm2（拉）

W,Wmax63.98XlO333.11Xio3

RP

X

X

3

4止

图3」橡条截面力系图

3.3.2受压板件的稳定系数

腹板(1-4)：

腹板为加劲板件，吧=784.69=_]皿“],取e=_i.o

bmax183.67

所以A：=7.8-6.29x(-1.0)+9.78x(-1.0)2=23.87,0<0,a=1.15

上翼缘(1-2)：

上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲边，

(7min183.67

(P==----=-------=0.99>-1

bmax185.52

a=l.15-0.15x0.99=1.0015

K(.=\A5-0.22°+0.045M=0.976

3.3.3受压板件的有效宽度

腹板(1-4)：

k=23.87,kc=0.976，b=220mm,c=15mm，t=2,5mm>=-l83.67N/mnr

cIT75123.87

=1.686>1.1,

220V0.976

计算板组约束系数为:

0.93/205x0.457x23.87

%=0.11+=0.457,=3.487,

。,05)2,V184.08

3=88,

由于夕<0,则a=1.15,bc=_=110/wn,

(1，)(l-(-D)t2.5

18c^=18xl.l5x3.487=72.19,38吵=152.38,18即<“<38%。

t

计算截面有效宽度为：

,(121.Sap..(/21.8xl.15x3.487八。....nQ

be=J-------0.1h=J--------------------0.1xll0=98.64m/7?

3bitJU88)

be\=O.Abe=0.4x98.64=39.46mm,bei—06be=59.18mm

扣除面积部分的长度为：110-98.64=IL36

上翼缘(1-2)：

k-0.970,=15.23,b=15mm,c=220mm,o]=185.52N/mm2,

cIT_220/0.976

各V刀一力23.87=0.593<1.1,

计算板组约束系数为:

匕=3=-^==1・299,j205x1.299x0.976

=1.184,

痣J0.593V185.52

1><7<

由于°>0,则。=1.15—0.15尹=1.15—0.15x0.99=1.0015,b<=b=15mm,-=—=30,

18空=18x1.0015x1.184=21.34,38%=45.06,18%/<38即，

计算截面有效宽度为：

fJ21.8X1.0015XL184_01

x75=62.\mm

(V30

贝!1be\=0.4bc=0.4x62.1=24.84m/n>bei=0.6b«=SI.16mm

扣除面积的宽度为：75-62.1=12.9mm

下翼缘板：

下翼缘板全截面受拉，全部有效。

3.3.4截面模量

上翼缘板的扣除面积宽度为：70-瓦=70—68.457=1.543加加，腹板的扣除面积宽度为：

be-be=101.68-94.51=7.17mm,同时在腹板的计算截面有-。8拉条连接孔（距上翼缘板边缘

42mm）,孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度按8nm计算如图2.2所示：

24.84殄937.26

寸

图3.2橡条有效截面图

703.76x104-12.9x2.5x(110-2.5/2)*2-11.36x2.5x64.862.3

----------------------------------------------------------------------------------=59.42。7？，

11.0

68.66X104-12.9X2.5x(24.84-12.9/2-20.74)2-11.36x2.5x(20.74-2.5/2)2

max=

2.074

=32.57cm3

做利nun=67.56/(7.5-2.074)=12A5cm

3.3.5强度计算

屋面能阻止模条侧向失稳和扭转

MxMy”,784*?+0017x10=_198.32+0.52=197.8N/nmr<205N/mm2

(y\=----1--------------------

VKwymax59.42xlO332.57xlO3

MxMy11.784x1()60.017xlO6

(72=----1-------------------=—198.32—1.37=199.69N/mm2<205N/mnr

VK»/tvVrewymin59.42x1()312.45xl03

3.3.6稳定性计算

有效截面模量

永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计

算结果，截面全部有效：同时不计孔洞削弱，则

44

A-9.73。%之，%=2.07cm,/、.=703.76cm,/v=6S.66cm,ix=8.5cm,zv=2.66cm,

3344

Wx=63.98,Wvmax=33.11cm,=12.65cm,lt=0.2028on,Iw=6351.05czn

由于均布风荷载方向离开弯心，故e“取正值，.=22/2=11cm

构件的几何参数为：/=7500mm,4,=0.333

查《冷弯薄壁型钢结构结束规范》中表A.2.1-4可得：。=1.37,互=006,

所以：/()=〃/=0.333x750=250,

长细比：2=250/2.66=93

2XO.O6X.^

2^=O()6

h22

4/M-0.156A(Lib-l^0.156x0.2028f250?

共R通+〒1丁J4x6351.05

+68.66X{22J-0.764+0.060=0.824

22?x68.66

J*：6；9：2XL37X(即数一0.006)

=1.67x0.85x1.37=1.945>0.6

则，一L⑼-詈“。9「既|=。.95

考虑有效截面乘以0.95（不计空洞削弱）的折减系数，由下式计算其稳定性为:

M11.784x1()622

--------1----y-------------------0.017x10__2]o,/mm<215N/mm,满足

33

(p'h-wexWey0.95X59.42XlO12.45x10

计算表明由永久荷载与屋面活荷载组合控制

3.3.7挠度计算

5修451.275xCfty3.814nx75004

Vy=384X206x103x703.76xlO4=36.15mm<---=31.5mm

384E/t200

3.3.8构造要求

2x=-=—=88<200,兄、,='=当=94<2()0

i„8.5r,2.66

故此楝条在平面内、外均满足要求。

4吊车梁设计

选用大连重工大起集团DQQD型桥式吊车起重机技术规格:

起重量Q=10t,跨度S=16.5m,B=5700mm,W=4050mm,Pnm=118KN,4M=39.0KN；

小车重：3.424,总重:18.881t

起重量Q=10t,跨度S=10.5,B=5700mm,W=4050mm,4ax=102KN,Pmin=27.SKN;

小车重：3.424,总重：14.270t

轨道型号:43kg/m,

4.1吊车荷载计算

4.1.1吊车荷载动力系数a=1.05,吊车荷载分项系数％=140.可不考虑吊车横向水平荷载，吊车

竖向荷载设计值为：

P==1.05x1.4x118=172.46KN

„0.12x(Q+g)-0.12x(10+3.424)x9.8

gQ—=1.4x-----------------=---5-.-5-3--A--7-V----

4

4.2内力计算

4.2.1吊车梁中最大弯矩及相应的剪力

产生最大弯矩的荷载位置如下图所示，由下式可得梁上所有吊车轮压工尸的位置为:

a}=B-W=5100-4050=1650mm

a2=W=4O5O//2/77

a-a4050-1650

21----------=4()()〃〃%

66

1）吊车梁上有三个轮压时:

SP

Pp

al

AB

'a-

37503750

图4.1吊车梁弯矩计算简图

自重影响系数几取1.03,则C点的最大弯矩为：

MH」——y---------P61

749