轻型钢结构单层工业厂房设计

轻型钢结构单层工业厂房设计摘要本次设计为大同市钢结构单层工业厂房设计，考验对设计规范的运用，计算公式和设计方法的使用，做到厂房经济美观，安全耐用。此次设计厂房跨度33m,柱距6m，11品框架，面积1980平方米设计包括：吊车梁的荷载验算，挠度计算，截面选择，加劲肋的验算；牛腿的选材，截面验算，焊缝验算，强度验算；檩条的截面选择，内力计算，截面强度验算，整体稳定验算；梁和柱的选材，截面选择，强度验算，稳定验算；铰接柱脚和节点的设计；基础的设计。本次用到的参考文献有《钢结构设计原理》（课本），《钢结构设计》（课本），《轻型钢结构设计手册》，《单层厂房建筑设计》建筑工业出版社等关键词檩条柱梁牛腿ABSTRACT:thisdesignforDatongSteelStructuresingle-storeyindustrialplantdesign,testtheuseofdesignstandards,calculationformulasanddesignmethods,tomaketheplanteconomicbeauty,safetyanddurability.Thisdesignworkshopspan33m,ColumnDistance6M,11goodsframe,area1980squaremeterdesignincludes:Cranebeamloadcheckingcalculation,deflectioncalculation,sectionselection,stiffenercheckingcalculation;bracketmaterialselection,sectioncheckingcalculation,weldingseamcheckingcalculation,strengthcheckingcalculation;Purlinssectionselection,internalforcecalculation,sectionstrengthcheckcalculation,overallstabilitycheckcalculation;BeamandColumnSelection,sectionselection,strengthcheckcalculation,stabilitycheckcalculation;HingedColumnFootandJointDesign;foundationdesign.Thereferencesusedinthispaperare"principlesofSteelStructureDesign"(textbook),"SteelStructureDesign"(textbook),"lightsteelstructuredesignmanual","single-storyfactorybuildingdesign"constructionindustrypress,etc.建筑基本技术条件1、该项目的工程概况：本设计为一新建的机械维修车间，为单层钢结构厂房，位于大同郊区。总建筑面积1980,建筑高度13.15m。2、车间采光面积比为1/6-1/8。3、车间内设10T中级工作制（A5）吊车一台，具体参数查相关资料。5、厂房屋面及墙面均采用冷弯薄壁型钢檩条及压型钢板。6、建筑安全等级：二级；7、生产火灾危险性类别：丙类，建筑物构件的耐火等级：二级8、屋面防水等级：该厂房屋面防水等级为II级，使用年限15年，采用压型钢板，有保温要求，采用天沟组织排水；9、结构类型：门式刚架结构9、建筑工程地点：山西大同10、气象条件：年平均降雨量：377mm；海拔高度：1067.2m；常年主导风向为东南风，年最高气温30℃，最低气温零下26℃，基本风压：0.75，基本雪压：0.25。11、工程地质资料：拟建场地位于山西大同市，所属地貌单元为第四系冲洪积层，场地标准冻深1.86m，地下水埋深16m；地面粗糙度为C类，该房屋为丙类建筑。地基土岩性特征如下表所示层次土层名称土层厚度(m)含水量密度孔隙比内聚力内摩擦角压缩系数压缩模量标贯值ω(％)ρ(KN/m3)ec(KPa)φ(度)a1－2(MPa-1)Es(MPa)N(击)⑴素填土1.918.518.20.7412.230.50.413.79⑵砂质黄土2.854.717.51.1115.18.91.172.36⑶中砂13.47.823.10.7723.231.30.315.8420⑷强风化花岗岩19.164⑸中风化花岗岩14.1地基土物理力学性质指标表12、建筑场地位于抗震设防烈度8度区，地震加速度0.20g。场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第二组；13、本工程在设计考虑的环境类别为一类，结构设计使用年限为50年；施工条件建设场地平坦，道路畅通，水电就近可以接通，基本具备开工建设条件拟参与投标的施工单位技术力量和机械化水平较高厂房屋面排水设计根据厂房原始设计资料，为了减少室内排水设施，避免排水管道对生产工艺的影响，本厂房采用天沟组织排水，厂房屋面排水坡度取1/10。屋顶构造本厂房屋面采用压型钢板有檩体系。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，排水坡度1/10.散水构造厂房周围做900mm的混凝土散水，散水坡度取3％，散水构造由下至上da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。吊车梁设计起重量10t吊车跨度31.5m工作级别A1~A3单侧轮数2最大轮压16.0t最小轮压5.40t小车重3.30t轨道高1.40m轮距5m荷载计算吊车竖向荷载设计值跨度6m吊车横向水平荷载设计值吊车纵向水平荷载支座处最大剪力挠度计算截面选择梁高度按经济要求按刚度要求取500腹板厚度按经验公式：按抗剪要求：按局部挤压要求：选用的腹板翼缘尺寸试用截面几何特性毛截面几何特性制动梁的截面特性毛截面特性净截面几何特性承载能力和刚度验算正压力：上翼缘：下翼缘：剪应力凸缘支座处剪应力翼缘和腹板局部稳定验算翼缘自由处外伸宽度b与厚度的比值腹板高度与厚度的比值加劲肋的间距取弯曲应力下的临界应力剪应力下的临界应力局部压应力下的临界应力以上计算中考虑最大弯矩所在地方，剪应力近似取吊车梁中最大值腹板局部压应力折算应力跨中正应力最大处计算跨中正应力最大处整体稳定验算：本吊车梁有制动梁，整体稳定不验算刚度验算验算竖向挠度（不考虑动力系数）加劲肋设计横向加劲肋（腹板两侧成对设置）构造要求采用采用支座加加劲肋支座采用凸缘支撑加劲肋稳定验算腹板参加受压的宽度查表凸缘端面支撑验算翼缘与腹板的链接焊缝计算上翼缘与腹板焊接，采用焊透的k形坡口对接焊缝（他在腹板上边缘设坡口，并应严格检查焊缝质量）焊缝不验算下翼缘与腹板的链接采用自动焊接的角焊缝，焊脚尺寸取牛腿设计钢材为Q345E50焊条吊车梁荷载计算截面面积Q345钢密度为吊车梁自重为轨道自重为由吊车最大轮压引起的支座反力标准值为牛腿根部承受的剪力截面选择牛腿选用偏心距外伸长度则截面特性强度验算抗弯强度抗剪强度腹板计算高度边缘处折算应力和最不利组合在腹板边缘验算公式为满足要求焊缝验算根据角焊缝尺寸构造要求和原则所以腹板连接焊缝的有效截面面积为全部焊对X轴惯性矩焊缝在最外边缘的截面模量为焊缝在翼缘和腹板顶部连接外截面模量为强度验算在偏心弯矩作用下角焊缝最大压应力为考虑牛腿翼缘和腹板交界处弯矩和剪力共同作用下硬气的应力为弯矩引起的应力剪应力引起的应力满足要求檩条计算檩条截面几何特性及相关数据查表可得截面面积单位长度质量对x轴惯性矩回转半径截面模量分别为对y轴分别为形心矩剪力中心距重心截面扭转惯性矩和扇形惯性矩分别为屋面坡度荷载组合恒载标准值（屋面板和檩条）活荷载标准值风荷载标准值因活荷载大与雪荷载，荷载组合中采用活荷载，验算强度及稳定性时，考虑以下两种基本组合情况L1情况L2檩条内力情况L1支座处最大剪力情况L2强度验算校核卷边刚度卷边高厚比小于12，且大于时的最小值8.5，满足卷边的刚度要求，翼缘可以作为部分加劲板件计算荷载组合L1情况下的有效截面模量按毛截面计算最大弯矩界面的应力分布点1，2，3，4由产生的弯曲应力1，2是压应力，3，4拉应力点1，4由产生的弯曲应力（拉应力）点2，3由产生的弯曲应力各个点应力为（压应力）（压应力）（拉应力）（拉应力）计算翼缘及腹板的稳定系数受压翼缘腹板计算翼缘和腹板的有效宽度受压翼缘因为所以满足要求则腹板符合要求则计算有效界面的界面特行翼缘翼缘的扣除部分宽度为腹板腹板的扣除部分高度为图为情况L1时檩条的有效截面面积，截面中空白处表示无效面积，xy轴为全截面的形心轴，为有效截面的形心轴有效截面面积有效截面的形心在xy轴的坐标为单位mm对轴的惯性矩对轴的惯性矩对轴相应的1和2，3和4点的截面模量对轴1和2，3和4的截面模量截面强度验算2点的压应力为满足要求4点拉应力整体稳定的验算在情况L1条件下，檩条上翼缘受压，假设屋面板与檩条有可靠连接，阻止檩条上翼缘的侧向变形和扭转，何以不计其整体稳定，但在情况L2的作用下，檩条下翼缘受压采用计算檩条的整体稳定性计算檩条的整体稳定系数计算L2条件下的有效截面模量L2条件下的檩条截面各点的应力由下产生1，2上的拉应力由产生1，4上的拉应力L2条件下檩条截面各点的应力计算翼缘及腹板的稳定系数受压翼缘腹板计算翼缘及腹板的有效宽度受压翼缘受压宽度无效宽度腹板受压高度无效宽度计算有效截面的截面特性有效截面的面积有效截面的形心在x,y轴的坐标为（-65.25，24.680），对轴的的惯性矩相应的1，2点的截面模量，3，4点的截面模量对轴的惯性矩，相应的1，4点的截面模量，2，3点的截面模量验算檩条在风吸力作用下的整体稳定，整体稳定满足要求杆端1杆端2------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1-110.968750-30.93653200.00000000-82.9950000-30.9365320-355.7701182-39.041311179.5048116-355.770118-39.0413111-3.90413111271.0462653-39.04131113.90413111271.046265-39.0413111-79.5048116-355.7701184-82.995000030.9365320-355.770118-110.96875030.93653200.00000000杆端1杆端2------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1-12.445153438.05686910.0000000015.5285965-3.34313085199.6039952-1.78138641-15.7841850199.603995-1.78138641-9.81455895-12.63896443-3.68958846-9.26746147-12.6389644-3.68958846-10.7598680-178.6885044-11.07359652.60063085-178.688504-39.047346528.47563080.00000000杆端1杆端2------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1-3.5351534141.37808730.0000000024.4385965-0.02191269237.79800422.40992730-24.3194928237.7980042.40992730-9.39542758-41.737370630.50172526-9.68659284-41.73737060.50172526-2.22456019-140.4944954-2.16359659-0.72058731-140.494495-30.137346525.15441260.00000000--------------------------------------------------------------------------------------------杆端1杆端2-------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩1-78.48559200.532756620.00000000-50.5118420-24.3072433-136.7032982-29.212727347.8425002-136.703298-29.2127273-8.70312492187.8070303-30.3576485-2.74608733187.807030-30.3576485-63.7689321-363.6787984-66.473157923.8617433-363.678798-94.446907939.38674330.00000000杆端1杆端2-------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1-43.438173226.52097610.00000000-15.4644232-14.879023866.94122612-16.343949613.907158066.9412261-16.3439496-11.297930088.57472063-18.2575209-7.8377829388.5747206-18.2575209-40.4385744-311.6916734-42.054576714.1431238-311.691673-70.028326740.06412380.00000000钢架柱的计算组合内力

荷载组合组合1组合2组合3组合4组合5风载体型系数大头-355.77-83.00-30.94小头0-110.97-30.94分析与计算1宽厚比验算翼缘外伸宽厚比，满足要求腹板宽厚比，，满足要求腹板高度变化率，腹板承载力可利用屈曲后强度2大头端截面强度验算计算腹板抗剪承载力设计值计算参数柱子腹板不设计横向加劲肋，，计算屈曲后抗剪强度腹板有效界面计算截面特性计算计算计算腹板受压区有效宽度确定腹板有效宽度的分布计算有效截面的截面特性强度验算工字形截面压弯构件在剪力V弯矩M和轴力共同作用下的截面强度须满足小头端截面的强度验算弯矩为0受压板件稳定系数计算参数腹板受压区有效宽度由于，腹板受压区由于小头端，小头端强度满足要求平面内稳定计算计算柱的线刚度计算梁的线刚度首先要求楔形梁在钢架平面内的预算长度系数，屋脊一侧两楔形梁段的楔率为最小截面高度两侧的楔形段长度比为，钢架脊点视为斜梁铰接支点根据规范有时，半跨斜梁长度16.6m梁的线刚度梁柱线刚度比柱小头大头截面惯性矩比查表的住的长度计算系数柱刚架平面内的计算长度构件轴压稳定系数小头回转半径查表得等效弯矩系数平面外的稳定计算等效弯矩系数平面檩条间距为2米且通过隅撑与柱内测翼缘连接平面外计算长度小头端截面的惯性矩查表的均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数首先求受压翼缘与受压腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径，柱小头截面是全界面受压构件的楔率均匀受弯楔形构件的整体稳定系数大于0.6满足要求梁的计算宽厚比验算翼缘外伸宽厚比满足要求腹板宽厚比满足要求左段梁腹板高度变化率右端梁腹板高度变化率小头端大头端梁自重左段梁大头端截面强度验算计算腹板抗剪力承载力设计值腹板有效截面计算计算腹板的计算腹板的由有效宽度计算有效截面特性强度验算由于则工字形截面压弯构件在剪力V弯矩M和轴力共同作用下的截面强度满足故大头端截面强度是安全的左段梁小头端截面强度验算全截面有效对于小头端截面由于则工字形截面压弯构件在剪力V弯矩M和轴力共同作用下的截面强度须满足故小头端是安全的左段梁平面外的稳定计算等效弯矩系数设屋面檩条间距为2m，且通过隅撑与梁下侧翼缘连接，平面外计算长度取，小头端截面的查表得求均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数首先求小头端截面受压翼缘与受压腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径，柱小头截面是全截面受压腹板受压区高度其1/3高度为60.7mm构件的楔率均匀受弯楔形构件的整体稳定系数算得右端梁大头端截面验算强度，均匀受弯楔形构件的整体稳定系数算得右端梁大头端截面验算强度由于，有效宽度，有效截面的几何信息对于大头截面（对于楔形构件，腹板高度取板幅平均高度）由于则工字形截面压弯构件在剪力V，弯矩M和轴力共同作用下的截面强度满足右段梁大头端截面强度满足要求右端梁平面外的稳定验算查表求均匀弯曲楔形受弯构件的整体稳定系数首先求小头端截面受压翼缘与受压腹板1/3高度组成的截面绕y轴的回转半径，柱小头截面是全截面受压腹板受压区高度其1/3高度为60.7mm构件的楔率均匀受弯楔形构件的整体稳定系数算得铰接柱脚设计锚栓采用B级螺栓，，混凝土基础使用C25，底板设置抗剪键，底板采用Q235，，底板面积根据柱底外包轮廓线给出底板尺寸出选值取250mm取300mm初选螺栓孔直径24mm,底板上的锚栓孔洞直径为50mm基础混凝土采用C25混凝土，底板厚度A区格，悬臂板的悬臂长度为32mmB区格则查表得取较大区格弯矩计算板厚B区格取底板厚度15mm锚栓直径在组合2，组合3下，刚架柱受拉，需要计算所需锚栓直径，组合3下有拉力最大值取剪力键所需要的承剪面积组合3时，柱底剪力,此时左柱受拉在底板下设置一抗剪键，其面积取长度为100mm的L50×5的角钢，其面积墙梁设计刚架跨度33m，高度13.15m,屋面坡度1/10，，柱距6米，钢材采用Q235B，,抗剪强度设计值，焊条采用E43型，端板采用单侧挂板，房屋维护墙采用双层彩色压型钢板，内添聚苯乙烯泡沫夹芯板。荷载情况竖向自重水平荷载内力计算对于X轴对于Y轴，檩条跨中设有一道拉条，考虑侧向支撑点，跨中负弯矩为截面选择及其截面几何特性选用C200✖70✖20✖2.5的薄壁卷边C形钢有效截面计算且，故檩条全截面有效正应力验算墙梁在竖向荷载和水平荷载作用下的正应力验算，本设计设置的拉条能确保阻止墙梁扭转，因此不计算B，墙梁在竖向荷载和水平荷载作用下的正应力为满足要求剪应力验算墙梁在竖向荷载和水平荷载作用下产生的剪应力为满足抗剪承载力要求稳定性计算本设计墙板能阻止墙梁侧向失稳和扭转作用，验算墙梁在风力作用下的整体稳定性可以按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录e计算竖向荷载和水平风吸力的荷载抗扭弹簧刚度计算（影响很小，忽略不计）所以自由翼缘加1/6腹板高度绕y-y的惯性矩，可近似取c形截面绕轴y-y的惯性矩减去中间2/3截面高度的腹板绕y-y的惯性矩之差的一半2点距离y轴距离d=70-20=50mm则的计算验算因为墙梁无轴力，故，满足要求挠度计算满足挠度要求节点设计连接处采用如下组合内力值采