单层工业厂房设计计算书

'台州学院20xx届毕业设计学号：xxxxxxxxx台州学院毕业设计说明书设计题目：浙东南地区抗风单层工业厂房设计设计编号：xxxxxxxx学院：建筑工程学院专业：土木工程班级：20xx级（x）班姓名：xxx指导教师：xx完成日期：20xx年x月xx日答辩日期：20xx年x月xx日-61--61- 浙东南地区抗风单层工业厂房设计学生姓名：xxx指导教师：xx（台州学院建筑工程学院，20xx级x班）摘要：本设计采用轻型门式刚架体系，轻型钢结构建筑质量轻，强度高，跨度大，钢结构建筑施工工期短，相应降低投资成本，经济实惠。它在我国有着较为广泛的应用前景。轻型钢结构的屋面荷载较轻，因而杆件截面较小、较薄。它除具有普通钢结构的自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便等特点外，一般还具有取材方便、用料较省、自重更轻等优点。本工程为一工艺品成品车间厂房，单层，总用地面积2000平方米，总建筑面积1890平方米。采用钢构骨架结构，平面布置比较灵活，受力良好。该地区地震设防烈度6度。设计共分为四个部分：第一部份设计资料；第二部分为建筑设计部分，包括工程概况、设计依据、标高及建筑细部作法；第三部分为结构设计部分，包括结构布置、确定结构计算简图、荷载计算、水平荷载内力计算、竖向荷载内力计算等内容。关键词：工业厂房,轻型钢结构，门式刚架，建筑设计，结构设计，基础设计-61- ThedesignonaindustryworkshopStudent:xxxAdviser:xx(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,TaizhouUniversity)Abstract:Thisdesignisaindustryworkshopusinglightportalframesystem,theconstructionoflightsteelstructurehasmanyadvantageincludinglightweight,highstrength,large-span,shortconstructionperiodandlowerinvestmentcosts.InChinaithasamoreextensiveapplicationprospects.Lightsteelstructureoftheroofloadlighter,andthusasmallercross-sectionbar,thin.Inadditiontoitsordinarylighterweightsteelstructures,materialuniformity,accurateandreliablestresscalculation,simpleprocessing,ahighdegreeofindustrialization,transportandotherfeatureseasyinstallation,thegeneralalsohaseasymaterialtobeusedthantheprovinces,theadvantagesoflighterweight.Thisprojectisaindustryworkshopofartware,single-storied,totalland-usingarea2000m2,totalgrossfloorarea1890m2.Usingsteelstructure,thegenerallayoutisagile,hasgoodforceperformance.Seismicfortificationintensityis6degree.Thedesignpaperconcludesfourparts:firstisthedesigninformation;secondisarchitecturaldesign,includesprojectoverview、designbasis、elevationanddetailingmethod;thirdisstructuredesign,includesstructurearrangement、ascertainstructurecalculationdiagram、loadcalculation、horizontalinternalforcecalculation、verticalinternalforcecalculation；Keywords:Industryworkshop,Portalframe，ArchitecturalDesign，Structuraldesign，foundationdesign-61- 目录1.1工程概况-1-1.2设计原始资料-1-1.3工程设计依据（建筑）-1-1.4建筑平面设计-2-1.4.1厂房平面形式的选择-2-1.4.2柱网的选择-2-1.4.3辅助构件的定位-3-1.5剖面设计-3-1.5.1厂房高度的确定-3-1.5.2采光设计-4-1.5.3通风设计-5-1.5.4厂房屋面排水设计-5-1.5.5厂房的保温，隔热设计-6-1.6定位轴线的确定-7-1.7建筑立面设计-7-1.8各种构造的做法-7-1.8.1散水做法-7-1.8.2地面做法-7-1.9建筑施工图附图-7-2.1设计概况-13-2.2设计依据（结构）-13-2.3结构体系的选择-13-2.3.1门式刚架-13-2.3.2屋面系统-13-2.3.3基础-14-2.3.4围护结构体系-15-2.4材料选择-17--61- 2.4.1钢材种类-17-2.4.2保证项目-17-2.4.3连接材料-17-2.5檩条的设计-18-2.5.1檩条的选择和在屋架上的布置和搁置-18-2.5.2檩条计算-18-2.6墙架设计-25-2.6.1墙架的选择与布置-25-2.6.2墙架内力计算-25-2.6.3墙梁内力计算-26-2.6.4截面选择与验算-26-2.6.5抗风柱设计-27-2.7刚架内力分析及设计-28-2.7.1门式刚架资料-28-2.7.2各部分作用的荷载标准值计算-29-2.7.3内力分析-30-2.8内力组合-35-2.9刚架设计-39-2.9.1截面设计-40-2.9.2构件验算-40-2.9.3节点验算-45-2.10雨蓬设计-49-2.10.1基本资料-49-3.8.2荷载计算-49-3.8.3内力计算及截面设计-50-2.11基础设计-50-2.11.1地基承载力特征值和基础材料-50-2.11.2基础底面内力及基础底面积计算-51-2.11.3验算基础变阶处的受冲切承载力-52-2.11.4基础底面配筋计算-52--61- 2.12结构施工图附图-53-参考文献：-61-毕业设计总结-62-致谢-63--61- 第一部分建筑设计1.1工程概况1.1.1本设计为一新建的某工艺品有限责任公司成品车间为一全钢结构门式刚架轻型厂房，厂房位于浙东南沿海某地。墙面标高1.1m以下采用240厚砖墙，标高1.1m以上为保温层夹芯板，屋面也采用50厚保温夹芯板。1.1.2建筑面积：约2000平方米；建筑檐口高度8.4m；使用年限：50年。1.1.3结构形式：门式钢架结构。1.2设计原始资料1.2.1主厂房采暖按18℃设计，冬季室外计算温度3.8℃，冬季室外最低气温-9.5℃，夏季最高气温39.8℃。1.2.2年平均降雨量871㎜，日最大降雨量110㎜，时最大降雨量82㎜，雨季集中在6、7月份。1.2.3主导风向：夏季为东南风，基本风压0.5KN/㎡。1.2.4基本雪压0.5kN/㎡。1.2.5稳定地下水埋深约5.5m，属潜水类型。该场地地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性，场地水位以上土质对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。1.2.6土壤冻结深度：无冻土。1.2.7地震设防烈度为6度（0.05g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。1.2.8车间防火等级为丁类Ⅲ级。1.2.9地面下1.5米左右为中密粗砂层，地基承载力特征值为200KN/㎡1.2.10车间采光面积比为1/6～1/8。1.2.11车间地坪荷重10KN/㎡，均采用水磨石地面，全部地坪待设备基础完工后再施工。1.3工程设计依据（建筑）1.《建筑制图标准》（GB/T50104-2001).北京：中国计划出版社，20012.《单层厂房建筑设计》北京：中国建筑工业出版社，19803.《建筑设计防火规范》（GB50016-2006).北京：中国计划出版社，20064.《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2001).北京：中国建筑工业出版社，20015.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，2003-61- 1.4建筑平面设计1.4.1厂房平面形式的选择该厂房为单跨双跨，选该厂房平面形式选为矩形。这种平面形式较适应工段间联系紧密，运输路线短捷，形状规整，经济的生产厂房，且这种平面形式由于宽度不大，室内采光和通风较容易解决。矩形形式规整，结构，构造简单，造价低，施工快，再者由于该生产线规模较小，采用此平面形式完全可以满足使用上和工艺上的要求。1.4.2柱网的选择综合考虑门式刚架的合理跨度有9m、12m、15m、18m，檩条的跨度有0.9m、1.2m、1.5m以及荷载性质和类型及建筑面积等各方面的影响因素，确定沿厂房纵向跨度取为15m，由于厂房没有设吊车，结合经济性考虑柱距取9m。在①、⑧号轴线靠山墙处各设两根抗风柱，且柱距为7m，所在第一跨距离A、B号定位轴线间距离各为4m，第二跨尺寸同第一跨。布置图见图1：图1刚架平面布置图1.4.3辅助构件的定位(1)在A、B定位轴线和B、C定位轴线间⑧号轴线的抗风柱间设5m×-61- 5.5m的大门各一个，主要供车辆和人员的出入，门上有挡雨棚，外挑900㎜。在A号轴③、④轴线间设2.4m×2.4m的小门一个，主要供材料和人员的出入。(2)在满足车间采光面积比为1/6～1/8的前提下，在厂房两侧纵墙开柱间窗户尺寸为3.6m×1.8m的窗，在屋顶设宽度为1.4m的1.8tFRP采光板，两相邻采光带的间距为16.8m，此时满足采光比要求。(3)外围散水坡度i=5%，宽600㎜，大门入口的坡道坡度i=10%，且设有防滑条，宽为1500mm。(4)室内外高差为150㎜，室外地面标高为-0.150m,在厂房的外围四周±0.000m以上1.2m范围均为砌体砌筑的墙体，兼作窗台并支撑墙板。1.5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。1.5.1厂房高度的确定单层厂房的高度即是地面到柱顶的高度。沿口高度按要求取8.4m，屋面坡度取1/10。钢结构厂房梁的截面高度为跨度的1/30～1/40，即在500㎜～375㎜之间，暂取梁柱截面高度为450㎜。厂房高度的标高：H′=H（梁柱连接节点采用在柱翼缘侧连接形式）则H′=8400㎜。屋脊标高的确定：H″=H′+i×L/2式中：H″—屋脊标高L—厂房跨度i—屋脊坡度，取1/10。则H″=。标高见图2：-61- 图2刚架立面标高示意图1.5.2采光设计由于天然光的照度时刻都在变化，室内工作面上的照度也随之改变，因此，采光设计不能用变化的照度来作依据，而是采用采光系数的概念来表示采光标准。设计书中规定的车间采光面积为1/6～1/8，则试设计在各墙开窗采光，除大门所在墙外全部开窗采光。设置屋顶采光带，提高了远离窗户处的采光效果，改善了厂房光线的均匀程度，所设窗宽3.6m,高为1.8m，采光带设宽1.4m，长30m，两相邻采光带间隔16.6m。采光面积为1.8×3.6×15+30×4×1.4=265.2㎡，满足要求。图3屋面采光板布置图-61- 1.5.3通风设计厂房的通风方式有两种，即自然通风和机械通风，该厂房采用自然通风。自然通风是利用空气的自然流动将室外的空气引入室内，将室内的空气和热量排至室外，针对该厂房的特点可利用室内外的温差造成的热压和风吹向建筑物而在不同表面上造成的压差来实现通风换气，不失为一种经济合理的通风方式。因此，在厂房的平面布置上要使厂房长轴与夏季主导风向垂直，便于组织穿堂风，以侧墙上的侧窗和山墙上的大门作为主要的通风道。1.5.4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5‰。具体内天沟做法如下图4所示，屋面排水示意图如图5所示图4边跨天沟示意图-61- 图5屋面排水示意图图6散水做法1.5.5厂房的保温，隔热设计为保证厂房的围护结构具有一定的保温性能和在构造上的严密性，屋面和墙面均采用轻质高强的压型钢板，内夹一定厚度(50mm)的聚苯板用来保温隔热。-61- 1.6定位轴线的确定单层厂房的定位轴线是确定厂房主要承重构件位置的基准线，同时也是设备安装，施工放线的依据。依据我国现行的《厂房建筑模数协调标准》中的规定，定位轴线的划分与柱网布置是一致的，通常把厂房定位轴线划分为横向和纵向。垂直与厂房长度方向的称为横向定位轴线，平行于厂房长度方向的称为纵向定位轴线。除山墙处端部刚架柱的横向定位轴线与抗风柱内缘相重合外，其余横向定位轴线与中间柱的中心线相重合，纵向定位轴线与端部排架柱的中心线相重合。1.7建筑立面设计为使立面简洁大方，比例恰当，达到完整均匀，节奏自然，色调质感协调统一的效果。本厂房的立面采用水平划分的手法，在水平方向设整排的矩形窗，组成水平条带，增加立体感。窗为水平推拉窗，在（8）轴立面开有5m×5.5m的门，门上设有外挑900㎜的雨棚（雨棚详见图12墙身大样）。在水平方向附有不同色彩的板带，增强立面效果。立面构造详见本部分图12：墙身大样图。1.8各种构造的做法1.8.1散水做法见图6。1.8.2地面做法见图7。图7地面做法-61- 1.9建筑施工图附图图8建筑设计说明-61- 图9一层平面图-61- 图10屋顶平面图、A-A剖面-61- 图11东、南、西、北立面布置图-61- 图12墙身大样图-61- 第二部分结构设计2.1设计概况2.1.1本工程为单层门式刚架结构，跨度15m，双跨，柱距9m；屋面、1.1m以上墙面都采用彩色夹芯保温压型板，墙面1.1m以下采用240厚砖墙；基础采用柱下钢筋混凝土独立基础。2.1.2本工程抗震设烈度为6度，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。2.1.3本地区50年一遇的基本分压为0.5kN/㎡，地面粗糙度为Ⅱ类，刚架、檩条、墙梁、及维护结构体系数按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）。2.2设计依据（结构）1.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）.北京：中国建筑工业出版社，20022.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，20033.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）.北京：中国计划出版社，20024.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102:2002）.北京：中国计划出版社，20025.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002).北京：中国建筑工业出版社，20026.《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002).北京：中国建筑工业出版社，20022.3结构体系的选择2.3.1门式刚架根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102:2002）关于门式刚架建筑尺寸的规定：门式刚架跨度宜为9～36m，以3M为模数；高度宜为4.5～9.0m；刚架的间距，及柱网轴线在纵向的间距宜为9m。在本设计中所给资料中提供的是一座跨度为15m，柱距为9m，采用轻型屋盖和轻型外墙的单层双跨厂房，车间内不设置吊车，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，梁柱之间的连接采用高强螺栓，由于没有吊车柱脚的连接形式采用铰接柱脚，总体设计力求技术先进，经济合理，使用方便。2.3.2屋面系统(1)屋面板-61- 屋面板选用双层压型钢板内夹聚苯保温板的轻型屋面结构，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1～2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9m，高度取跨度的1/35～1/50，最后由计算确定截面尺寸。ⅰ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。ⅱ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。ⅲ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。如图13布置：2.3.3基础由于柱脚处荷载较小，故考虑采用独立基础。阶梯形的刚性独立基础为主要的选择形式，在刚性角的范围内确定台阶的高宽尺寸，垫层采用C10混凝土厚度为100㎜，基础混凝土标号C25，构造钢筋直径为8～10㎜，间距为150～200㎜（基础布置详见图36基础平面布置图）。-61- 图13屋面檩条布置图2.3.4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。-61- (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9m。在墙梁的跨中设两道拉条，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8～12㎜。墙架布置和檩条开口方向见下图：图14山墙立面墙梁布置图-61- 图15纵墙立面墙梁布置图2.4材料选择2.4.1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H形截面的焊接成型钢来满足结构用钢的要求。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。2.4.2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3.8℃，冬季室外最低气温-9.5℃。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3.8℃，处于0℃和+20℃之间，应选用由0℃冲击性能合格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。-61- 2.4.3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。2.5檩条的设计2.5.1檩条的选择和在屋架上的布置和搁置实腹式檩条的截面高度h，一般为跨度的1/35～1/50，故初步选用檩条为卷边槽形冷弯薄壁型钢C250×75×20×2.5。实腹式檩条的截面均垂直于屋面坡面，且卷边C型槽钢的上翼缘肢尖（即卷边）朝向屋脊方向（以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩）。檩条水平邻距为1.5m，跨度9m，于1/3跨度处设各设一道拉条，在檐口处还设有撑杆和斜拉条。屋面为压型钢板，屋面坡度i=1/10（α=5.71°），为限制檐缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲所设的撑杆的要求为长细比λ≤200，选用外径Φ20㎜，壁厚3㎜的钢管。2.5.2檩条计算(1)荷载标准值（对水平投影面）ⅰ永久荷载压型钢板（二层）0.20kN/㎡80mm厚保温棉0.05kN/㎡檩条（包括拉条）0.05kN/㎡0.30kN/㎡ⅱ可变荷载根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2001，本厂房采用的压型钢板为轻型屋面板，屋面为不上人屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载按表4.3.1采用，标准值取。(2)内力计算-61- 图16檩条截面力系图ⅰ荷载组合一（1.2永久荷载+1.4屋面活载）弯矩设计值：ⅱ荷载组合二（1.0永久荷载+1.4风荷载吸力）风荷载高度变化系数取µZ=1.0（高度小于10m，B类地面粗糙度），按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）表A-2,风荷载体型系数取边缘带µS=-1.40（吸），则垂直屋面的风荷载标准值：恒载设计值：风载设计值：檩条线荷载：弯矩设计值：线荷载小于荷载组合一，组合二弯矩设计计算略去。(3)截面选择及截面特性选用C25075202.5型冷弯薄壁型卷边槽钢-61- 查表得其截面特性如下：按第一种组合进行强度验算图17檩条截面示意图按毛面积计算的截面应力：(4)受压板件的稳定性系数1)腹板-61- 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：2)上翼缘板上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲板件的支承板，，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：3)受压板件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：，则受压板件的板组约束系数由于，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：-61- 计算截面有效宽度：由于则：上翼缘由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.3-3可得：则：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：由于为部分加劲板-61- 则下翼缘全截面受拉，全部有效4)有效净截面模量图18有效截面示意图上翼缘板扣除的面积宽度为：，腹板的扣除面积宽度为：，同时在腹板的计算截面有一拉条连接孔，则有效净截面模量：（5）强度计算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转：-61- (6)稳定性验算（风吸力起控制作用）1)不记孔洞削弱，近似取：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，3)风吸力作用下檩条下翼缘受压区-61- ∴满足要求。(7)挠度验算查《钢结构设计手册》（上册）表2-11得，容许挠度由公式7-29得∴满足要求。(8)构造要求故此檩条在平面内、外均满足要求。2.6墙架设计2.6.1墙架的选择与布置墙梁选择带卷边的冷弯薄壁型钢（C型钢），跨度9m，墙架采用高频焊接轻型H型钢，墙梁与焊于柱上的角钢支托连接，为防止C型钢槽内积灰积水引起锈蚀，采用开口向下，但同时考虑到槽口向上时便于与柱连接，固定窗框，故根据设计来定向上或向下，作为墙架柱兼抗风柱与刚架横梁的连接采用弹簧板，以消除刚架竖向荷载作用的影响，同时，为减小横梁竖向计算跨度和增强稳定性，在横梁间设置拉条。墙面板采用彩色镀锌薄钢板，厚度0.4㎜～0.7㎜之间，本工程取0.5mm。2.6.2墙架内力计算(1)计算数据和资料轻型门式刚架，跨度15m，柱高8.4m，计算梁间距1.5m，基本风压标准值ω0=0.50KN/㎡，根据《建筑结构荷载规范》地面粗糙度系数按B类取值，高度5～10m之间，风压高度变化系数μs=1.0，风荷载体型系数μs按CECS102：2002中，对封闭式房屋，端墙风压力的体型系数为0.8，风吸力的体型系数μs为-0.4，偏安全地取μs=-1.1或+1.0。垂直于房屋墙面的基本风压：-61- 结构计算：本工程外墙为落地墙，计算时不计墙重，另因墙梁先安装故不计拉条作用，墙梁自重0.08KN/m，2.6.3墙梁内力计算墙板下端与1.2m高的砖砌体墙相连接，且板与板之间有可靠的连接，因此，墙梁只承受自重，因墙梁先安装所以不考虑拉条作用，墙梁按简支梁计算2.6.4截面选择与验算(1)截面选择由《钢结构设计手册》表11-1选用CQL6.0-1.8-1即C250×75×20×2.5型冷弯薄壁型钢作为墙梁（墙梁布置详见图14山墙檩条布置图和图15纵墙檩条布置图）。截面特性：(2)强度验算1）正应力：由于墙梁两侧皆挂有墙板，墙板能够阻止墙梁发生侧向弯曲失稳，故仅验算强度即可。不记孔洞削弱，近似取：墙梁正应力强度计算公式：，-61- 2）剪应力：水平剪应力所以，墙梁的弯曲正应力、剪应力强度均满足要求。(3)风荷载作用下的挠度满足要求2.6.5抗风柱设计墙梁C250×75×20×2.5，自重10.48。墙梁自重设计值：10.48×9.8×1.2×0.001=0.1232作用于柱各支托处的垂直力为:0.1232×9=1.109按《钢结构设计手册》表11-2选用的是普通高频焊接H型钢H300×200×6×10，因为要忽略墙架垂直荷载的偏心矩，柱重为44.58×9.8×1.2=0.52。墙架柱的最大弯矩=（1/8）×4.39×8.82=42.5墙架柱的最大轴力N=9×1.109+8.8×0.52=14.557截面特性：ⅰ弯矩作用平面内稳定性计算-61- =1.0,按《钢结构手册》查表4-8得，由附表值查的=0.716（b类）ⅱ弯矩作用平面外的稳定性基于墙梁和墙板的支撑作用，可不验算其稳定性。ⅲ挠度验算由于柱为上端铰接，下端固定，一般可不验算其在水平荷载的挠度。2.7刚架内力分析及设计2.7.1门式刚架资料单层厂房采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度15m，柱高8.4m，共有8榀刚架，柱距9m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度，屋面及墙面板为压型钢板，中间夹有50㎜厚的聚苯板保温层，檩条墙梁为薄壁卷边C型钢，间距1.5m，钢材采用Q235钢，焊条E43型，刚架尺寸及风荷载体型系数（取端区）。(1)恒荷载取值荷载标准值（对水平投影面）：屋面压型钢板及保温层自重标准值0.25檩条（包括拉条）自重标准值0.05刚架梁自重标准值0.10悬挂设备自重标准值0.20墙梁及压型钢板自重标准值0.25钢窗自重标准值0.4-61- 刚架柱自重标准值0.83(2)屋面可变荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.30。雪荷载：基本雪压S0=0.50。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50，不考虑积灰荷载。(3)风荷载标准值按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A的规定计算。基本风压，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用。风荷载体型系数查《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)得迎风面柱及屋面分别为＋0.8和－0.6，背风面柱及屋面分别为－0.4和－0.4，中间区段分别为－0.5和－0.4。体型系数如下图：图19左风作用下的风载体型系数(5)地震作用根据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1条建议：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。2.7.2各部分作用的荷载标准值计算屋面：恒荷载标准值：（0.25+0.05+0.1+0.2）×9=5.4活荷载标准值：0.50×9=4.50-61- 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：左风荷载标准值：（1）（2）（3）（4）（5）（6）左风荷载标准值：（1）（2）（3）（4）（5）（6）2.7.3内力分析考虑本工程刚架跨度较小、厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，由PKPM电算得出，梁柱选用相同截面取。柱脚按铰接支承设计。在以上荷载的作用下的内力计算有PKPM软件STS模块得出以下结果（注：柱脚都是铰接形式）：（1）在恒荷载作用下刚架在恒荷载作用下的内力如图。-61- 图20恒载弯矩图图21恒载轴力图-61- 图22恒载剪力图（2）在活荷载作用下刚架在活荷载作用下的内力如图。图23活载弯矩图-61- 图24活载轴力图图25活载剪力图（3）在风荷载作用下刚架在左风载作用下的内力如图。-61- 图26左风作用下弯矩图图27左风作用下轴力图-61- 图28左风作用下剪力图2.8内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)的规定，采用荷载效应的基本组合：。本工程结构构件安全等级为二级，。对于基本组合，荷载效应组合的设计值S从下列组合值中取最不利值确定：A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算控制截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面，对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：梁端截面：(1)及相应的N、V；(2)及相应的N、V梁跨中截面：(1)及相应的N、V；(2)及相应的N、V对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：(1)及相应的N、V；(2)及相应的N、V-61- (3)及相应的±、V；(4)及相应的±、V内力组合见表1。图29各控制界面截面编号-61- 表1各荷载工况下各控制截面内力截面横载活载左风右风1-1M71.750.483.232.8N-12.8-10.8-3.46.1V-8.5-7.2-6.04.02-2M0.00.00.00.0N-52.1-33.325.46.1V-8.5-7.225.811.83-3M0.00.0-81.081.0N-114.0-74.235.835.8V0.00.09.6-9.64-4M0.00.00.00.0N-114.0-74.235.8-35.8V0.00.09.6-9.65-5M-71.7-50.483.2-32.8N-12.8-10.8-3.46.1V42.632.1-25.95.66-6M68.648.3-31.4-21.7N-8.9-6.0-3.46.2V5.4-1.9-4.5-8.67-7M-140.0-98.47.6-81.0N-13.7-9.7-4.26.2V-51.7-35.5-51.721.88-8M-140.0-98.4-81.07.6N-13.7-9.76.2-4.2V-51.735.5-21.8-51.7-61- 表2刚架内力组合表截面内力组组合项目内力组组合项目荷载组合项目M（KN·m）N（KN）V（KN）1-1Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活156.6-30.5-20.3Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风188.2-17.6-16.9Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风117.6-4.3-2.92-2Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活0-109.1-20.3Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风0-16.527.6Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风0-43.68.03-3Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活0-240.70Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风-113.4-63.913.4Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风113.4-63.9-13.44-4Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活0-240.70Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风0-63.913.4Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风0-164.1-13.4-61- 截面内力组组合项目内力组组合项目荷载组合项目M（KN·m）N（KN）V（KN）5-5Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活-156.6-30.596.1Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风44.8-17.66.3Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风-117.6-4.350.46-6Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活149.9-19.13.8Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风24.6-13.7-0.9Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风38.2-0.2-6.67-7Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活-305.8-30.0-111.7Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风-129.4-19.6-124.1Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风-253.4-5.0-21.28-8Mmax及相应的N、VA1.2×恒+1.4×活-305.8-30.0-12.3Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×左风-253.4-5.0-82.2Mmin及相应的N、VB1.0×恒+1.4×右风-129.4-19.6-124.1注：内力计算的“+、－”号规定：弯矩图以刚架外侧受拉为正，轴力以杆件受拉为正，剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。-61- 2.9刚架设计2.9.1截面设计参考类似工程及相关资料，梁柱截面均选用焊接工字钢450×300×8×12，截面特性：（钢柱示意图如图）2.9.2构件验算（1）构件宽厚比的验算翼缘部分：腹板部分：（2）刚架梁的验算1)抗剪验算梁截面的最大剪力为:124.1kN考虑仅有支座加劲肋，，满足要求。2)弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面进行验算:N=-30.0kN，V=-111.7kN，M=-305.8kN·N因V<0.5Vu，取V=0.5Vu，按规范GB70017式4.4.1-1验算，-61- 故，满足要求。3)整体稳定验算N=30.0kN，M=305.8kN·mA．梁平面内的整体稳定性验算。计算长度取横梁长度=15075mm，，b类截面，查表得,B．横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即。对于等截面构件，b类截面，查表得取-61- 故，满足要求。梁跨中截面：故，满足要求。（3）刚架柱的验算1)抗剪验算柱截面的最大剪力为:27.6kN考虑仅有支座加劲肋，，满足要求。2)弯、剪、压共同作用下的验算取梁端截面进行验算N=30kN，V=111.7kN，M=305.8kN·N因V<0.5Vu，取V=0.5Vu，按规范GB70017式4.4.1-1验算，-61- 故，满足要求。3)整体稳定验算构件的最大内力：N=240.7kN，M=305.8kN·mA．刚架柱平面内的整体稳定性验算。刚架柱高H=8400mm，梁长L=15075mm.柱的线刚度梁的线刚度，查表得柱的计算长度系数μ=1.4。刚架柱的计算长度。，b类截面，查表得,B．刚架柱平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，但为安全起见，计算长度按两个墙梁距离或隅撑间距考虑，即。对于等截面构件-61- ，b类截面，查表得取故，满足要求。柱底截面：故，满足要求。（4）验算刚架在风荷载作用下的侧移μ刚架柱顶等效水平力按下式计算：-61- 与PKPM电算对比：满足精度要求。2.9.3节点验算（1）梁柱连接节点1)螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M22高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数μ=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为190kN，连接处传递内力设计值（取控制截面7-7截面计算）：N=30.0kN，V=111.7kN，M=305.8kN·m每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：，满足要求。2)端板厚度验算按二边支承类端板计算：端板厚度取t=18mm。3)梁柱节点域的剪应力验算，满足要求。4)螺栓处腹板强度验算-61- ，满足要求。图307-7截面钢架柱与钢架梁连接节点（2）横梁跨中节点1）横梁跨中节点采用10.9级M20高强度摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数μ=0.45，每个高强度螺栓的预拉力为155kN，连接处传递内力设计值：N=19.1kN，V=3.8kN，M=149.9kN·m。每个螺栓的拉力：螺栓群的抗剪力：，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：，满足要求。-61- 2)端板厚度验算按二边支承类端板计算：端板厚度取为t=18mm。3)螺栓处腹板强度验算，满足要求。图316-6截面钢梁与钢梁连接节点（3）柱脚设计刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚（图32）。1)柱脚内力设计值，相应的，，相应的2)由于柱底剪力较小，，故一般跨间不需剪力键；但经计算在设置柱间支撑的开间必须设置剪力键。另，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M24。-61- 图31柱脚设计受力取值示意图3)柱脚底板面积和厚度的计算（如图31所示取值）A．柱脚底板面积的确定b=b0+2t+2c=300+2×12+2×(20~50)=364~424mm，取b=410mm；h=h0+2t+2c=450+2×12+2×(20~50)=514~574mm，取h=510mm；底板布置如图钢架柱脚节点图。验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：基础采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2，满足要求。B．底板厚度的确定根据柱底板被柱腹板和翼缘所分割的区段分别计算底板所承受的最大弯距对于三边支承板部分：b2/b1=96/426=0.225<0.3，按悬伸长度为b2的悬壁板计算：对于悬壁板部分：底板厚度，取t=20mm。-61- 图32刚架柱脚节点2.10雨蓬设计2.10.1基本资料雨蓬总长6000mm，采用悬伸式，悬伸长度1500mm。采用Q235钢。雨蓬围护结构采用YX51－380－760型单层彩板，檩条选用C180×70×20×2.2。3.8.2荷载计算(1)永久荷载YX51－380－760型单层彩板0.15kN/m2檩条、雨蓬梁及其它构件0.10kN/m2合计0.25kN/m2则作用于雨蓬梁上的线荷载标准值为：0.25×3.5=0.875kN/m(2)活荷载沿板宽每隔1.0m取一个施工或检修集中荷载，每个集中荷载取1.0KN，作用位置取雨蓬最外端。则作用于雨蓬梁上的活荷载标准值为4.0KN。(3)风荷载雨蓬的风荷载体型系数，折算成作用于雨蓬梁上的荷载标准值为：-61- 图33雨棚计算简图3.8.3内力计算及截面设计雨蓬梁的计算简图如图33。g+q=0.875×1.2+1.4×3.5=5.95kN/mP=1.4×4.0=5.6kN梁根部为最不利截面：M=15.09kN·m，V=14.53kN。雨蓬梁选用变截面焊接工字型钢(200~100)×150×6×8。梁根部截面特性：A=3504m2，，，满足要求。，满足要求。雨蓬梁与刚架柱采用4M20普通C级螺栓连接。2.11基础设计2.11.1地基承载力特征值和基础材料本工程地质情况如下：±0.000m~－1.5m，中密粗砂，，；地下水位位于－5.5m处，综合考虑，采用柱下钢筋混凝土独立基础。-61- 综合考虑建筑物的用途、基础的型式、荷载大小、工程地质及水文地质条件等，持力层考虑为中密粗砂层，，基础的埋置深度取1.0m。假定基础宽度小于3m，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)式5.2.4修正：基础采用C20混凝土，，钢筋采用HPB235，，钢筋的混凝土保护层厚度为40mm；垫层采用C10混凝土，厚100mm。2.11.2基础底面内力及基础底面积计算柱底截面采用荷载基本组合时的内力设计值：（按图31方式作用于基础）相应的荷载效应标准组合时的内力值为：采用锥形基础，假定基础高度，按(1.1~1.4)A0估计偏心受压基础的底面积A：A=(1.1~1.4)×0.53=0.58~0.74m2取A=bl=1.5×1.0m=1.5m2，W=0.375m3，基础的形状、尺寸及布置如图。Gk=24×(1.5×1.0×0.4)+16×(1.5×1.0×0.6)=28.80kN则作用在基础底面的相应荷载效应标准值组合的内力值为：基础底面压力验算：因，故基础底面尺寸满足要求。-61- 本工程地基基础设计等级按丙级考虑，按规范规定，地基可不作变形验算。2.11.3验算基础变阶处的受冲切承载力按荷载效应基本组合求得的基础底面净反力为：N=129.06kN，M=18.28×1.0=18.28kN·m，e=M/N=0.142mN合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离a=1.5/2－0.142=0.608m则柱与基础交接处Ⅰ－Ⅰ截面：，满足要求。2.11.4基础底面配筋计算选配（如图34）。图34刚架柱下独立基础-61- 2.12结构施工图附图图35结构设计说明-61- 图36基础平面布置图-61- 图37基础短柱、底层平面布置图-61- 图38屋面结构平面布置图-61- 图39屋面檩条布置图-61- 图40墙面檩条布置图-61- 图41GJ01-08立面-61- 图42节点详图-61- 参考文献：1.《建筑制图标准》（GB/T50104-2001).北京：中国计划出版社，20012.《单层厂房建筑设计》北京：中国建筑工业出版社，19803.《建筑设计防火规范》（GB50016-2006).北京：中国计划出版社，20064.《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2001).北京：中国建筑工业出版社，20015.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，20036.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）.北京：中国建筑工业出版社，20027.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，20038.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）.北京：中国计划出版社，20029.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102:2002）.北京：中国计划出版社，200210.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002).北京：中国建筑工业出版社，200211.《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002).北京：中国建筑工业出版社，200212.沈祖炎，陈以一，陈杨骥.房屋钢结构设计[M],北京：中国建筑工业出版社，2006-61- 毕业设计总结三年的学习，半年多的实习，半年的毕业设计，我走过了大学四年。也希望通过了这几个月的努力，做出一份令自己足够满意的毕业设计，给自己的大学画上个满意的句号。从每学期的各门课程，每学期的课程设计，到校外的实地参观学习，到暑假的工地实习，到大四的实习加这次毕业设计，接触学习到了各种土木房建的专业知识。“阴差阳错”去了家钢结构公司实习，于是，指导老师也好心说“那你就做钢结构毕业设计吧”，于是，我搁下准备了有段时间的“医化大楼设计”，做了钢结构设计。轻钢厂房结构体系相对框架结构或框架剪力墙结构，在层高上或者计算量上相对较小，但实际碰到的专业知识还相对完整。在结构内力分析时我用PKPM软件STS模块建模，计算结构在各种力作用下的内力图，之后我借助清华大学出的结构力学求解器建了一榀框架模型，输入各荷载值，导出内力弯矩、剪力、轴力图，再验算了一次，结果差不多。之后选出荷载，进行内力组合，得出控制界面进行结构设计和截面节点验算。我在实习期间，在碰到实际工程时也常直接用PKPM来计算确定合理的梁柱截面，绘制具体的施工图。通过此次毕业设计，以及在实习期间在公司碰到的实际案例，对轻钢结构厂房有了进一步的了解。也更加认知了怎样用自己所学的理论知识运用到实际工程中和在实际工作中碰到问题怎样用理论知识去解决。同样使自己更加重视细节方面的设计，比如采光率是否满足，门洞大小是否满足设计规范要求，同时也培养了自己主动查规范等好的习惯。-61-'