单层双跨重型钢结构厂房设计3(单层双跨钢结构厂房设计计算书正文)Word格式文档下载.doc

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38.9℃最低温度：

－16.9℃年总降雨量：

687.3mm。

2.工程做法

2.1散水做法：

混凝土散水

2.2.150厚C15混凝土撒1:

1水泥沙子，压实赶光

2.2.2150厚3:

7灰土垫层

2.2.3素土夯实向外坡4%

2.2地面做法：

混凝土地面

2.2.1100厚C15混凝土随打随抹上撒1:

1水泥沙子，压实抹光

7灰土（灰土垫层）

2.2.3素土夯实

2.3屋面做法：

夹芯屋面板（JxB42-333-1000）

工程做法见国家标准图集01J925-1

2.4墙面做法：

200厚夹芯墙面板（JxB-Qy-1000）

二．结构构件选型及布置

一、柱网和变形缝的布置

1、柱网的布置

厂房纵向柱距为6米，双跨厂房，每跨跨度为21米。

柱网布置如下图3-1

图2-1柱网布置图

2、变形缝布置

普通钢结构厂房的温度区段的最大长度如下表所示，

结构情况

温度区段长度/m

纵向温度区段（垂直屋架跨度方向）

横向温度区段（沿屋架跨度方向）

柱顶刚接

柱顶铰接

采暖房屋和非采暖地区的房屋

220

120

150

热车间和采暖地区的飞非采暖房屋

180

100

125

露天结构

\

该厂房长72m，宽42m，按照上表的要求，可以不设温度缝。

且厂房为规整的长方形结构，可以不设抗震缝和沉降缝。

二、屋盖结构与支撑布置

厂房的屋面材料为夹芯压型钢板，属于轻型屋面材料，屋盖结构为有檩体系，屋面荷载通过檩条传到屋架接点上。

屋盖结构由檩条、拉条、撑杆、系杆和必要的支撑杆件组成。

1、檩条与拉条布置

檩条布置间距与屋架上弦节点间距相一致，以便于屋架节点相连。

在屋脊处设置为双檩条，以便代替刚性系杆的作用。

在屋架跨中布置一道拉条，在屋架两端檩条间布置斜拉条和直撑杆。

图2-2檩条、拉条布置图

2、屋盖支撑布置

普通钢结构厂房的屋盖支撑包括上弦横向支撑、下弦横向支撑与纵向支撑、屋架竖直支撑、系杆及角隅撑等。

3、上弦横向水平支撑

在厂房两端及中部第一开间内设置横向水平支撑。

4、下弦横向水平支撑

在厂房两端及中部第一开间内设置横向水平支撑，且与上弦横向水平支撑在同一开间。

5、上弦纵向水平支撑

屋架间距为6m，且支座设在下弦，故可以不设置上弦纵向水平支撑。

6、下弦纵向水平支撑

厂房内设有重级工作制吊车，故需设置下弦纵向水平支撑，下弦纵向水平支撑与屋架下弦横向水平支撑一起形成封闭体系以增加屋盖的空间刚度。

7、竖直支撑

在梯形屋架跨中和两端竖腹杆所在平面内各设置一道竖直支撑。

8、系杆

在竖直支撑所在平面内的屋架上下弦节点处应设置通长系杆。

在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通长刚性系杆。

在屋架下弦跨中设置一条通长水平系杆，上弦横向水平支撑在节点处设置通长系杆。

图2-3支撑布置图

单层厂房的每一纵列柱都必须设置柱间支撑，以吊车梁为界将柱间支撑按上柱支撑和下柱支撑设置。

在厂房两端及中间设置上段柱支撑，在中间设置下段柱支撑。

上段柱支撑采用单片布置，下段柱支撑采用双片布置。

图2-4柱间支撑布置图

三．吊车梁设计

一、设计资料及说明

1.吊车资料

吊车起重量

Q

（kg）

吊车跨度

S

（m）

台数

工作制

吊钩类别

最大轮压

（KN）

小车重

g

（t）

100/20

19

2

重级（A6）

软钩

372

32.616

吊车总重

G

轨道型号

轮距宽度

80.005

QU120

2.吊车梁跨度为6m，采用桁架制动结构，其宽度由吊车梁中心至辅助桁架中心的距离为2m

3.吊车梁为焊接实腹式，钢材采用Q345钢。

腹板与上翼缘的连接采用焊透的k形连接，与下翼缘采用贴角焊缝连接，并均自动焊。

其余焊缝为手工焊缝，自动焊焊条为H08Mn2Si，手工焊条为E5015型。

二、吊车荷载计算

吊车竖向荷载的动力系数μ=1.1，吊车荷载的分项系数=1.4，则吊车荷载的设计值为：

内力计算

1.吊车梁的最大弯矩及相应剪力

产生最大弯矩的荷载位置如下图所示

最大弯矩点C的位置为：

=1.03

最大弯矩为：

在相对应的剪力为：

2.吊车梁的最大剪力为：

3.制动桁架的内力

荷载布置对应于最大弯矩图

制动桁架内弦杆（即吊车梁上翼缘）的最大轴心力为：

制动桁架内弦杆的局部弯矩：

三、截面选择

f=295N/

梁的经济高度

容许挠度值要求的最小高度：

采用h=1000mm

按经验公式计算腹板所需厚度为：

设

按抗剪要求计算腹板所需厚度为：

采用

一个翼缘所需截面面积为：

选取上下翼缘不对称工字型截面，上翼缘采用-400×

22，下翼缘采用-300×

22。

此时，

吊车梁对x轴的截面特性

吊车梁上翼缘对y轴的截面特性为：

四、强度计算

1.正应力

上翼缘正应力为：

下翼缘正应力为：

2.剪应力

突缘支座处剪应力为：

3.腹板的局部压应力

4.腹板计算高度边缘处的折算应力

按公式验算，经验算符合要求

五、稳定性计算

1.梁的整体稳定性

由于吊车梁设有制动结构体系，梁的侧向稳定性有可靠保证。

故可不进行梁的整体稳定性计算。

2.腹板的局部稳定

应配置横向加劲肋并按规定进行验算

设置横向加劲肋的间距为1500mm

验算梁的最大弯矩处

按下式进行验算

计算，及r

将公式代入公式得

（符合条件）

按支座处最大剪力计算时：

，

，故

验算结果腹板稳定在弯矩最大处控制，横向加劲肋按1.5米间距布置。

六、加劲肋计算

1.横向加劲肋

横向加劲肋外伸宽度为：

取80mm

横向加劲肋厚度为：

横向加劲肋采用-80×

6

2.支座加劲肋

支座加劲肋采用-150×

20，其

端面承压应力为：

支座加劲肋计算截面的特性为：

此截面分类属b类，由表14-7查得。

七、疲劳计算

疲劳计算采用一台吊车作用于梁上时的标准值。

3.最大弯矩（C点截面）处下翼缘连接焊缝附近主体金属的疲劳应力幅

C点截面处下翼缘连接焊缝附近主体金属的疲劳应力幅为：

4.横向加劲肋下端部附近主体金属的疲劳应力幅。

求横向加劲肋下端部附近主体金属的应力幅为：

八、挠度计算

由荷载标准值（不乘动力系数）并只有一台吊车产生的吊车梁最大弯矩为：

九、焊缝连接计算

a）上翼缘与腹板的连接焊缝

采用焊透的K形焊缝，其焊缝质量等级应为二级。

因此其强度与母材等强度，故可不计算。

b）下翼缘与腹板的连接焊缝

下翼缘截面对中和轴的面积矩为：

采用8mm

c）支承加劲肋与腹板的连接焊缝

采用12mm，k形焊缝焊透。

四．冷弯薄壁型钢檩条设计输出文件

设计依据

建筑结构荷载规范（GB50009--2001）

冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）

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）:

1.507

设计规范:

门式刚架规程CECS102:

2002

风吸力下翼缘受压稳定验算：

按式（6.3.7-2）验算

檩条形式:

卷边槽形冷弯型钢C300X80X20X3.0

钢材钢号：

Q235钢

拉条设置:

设置一道拉条

拉条作用:

约束檩条上翼缘

净截面系数:

0.900

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

建筑类型:

封闭式建筑

分区:

边缘带

基本风压:

0.600

风荷载体型系数:

-1.470

风荷载标准值（kN/m2）:

-0.882

屋面自重标准值（kN/m2）:

0.400

活荷载标准值（kN/m2）:

0.500

雪荷载标准值（kN/m2）:

0.200

积灰荷载标准值（kN/m2）:

检修荷载标准值（kN）:

1.000

截面及材料特性

檩条形式:

卷边槽形冷弯型钢C300X80X20X3.0

b=80.000h=300.000c=20.000t=3.000

A=0.1391E-02Ix=0.1757E-04Iy=0.9987E-06

It=0.4392E-08Iw=0.1630E-07

Wx1=0.1259E-03Wx2=0.1259E-03Wy1=0.5632E-04Wy2=0.1814E-04

fy=235.000f=205.000ff=216.884

截面验算

1.2恒载+1.4（活载+0.9积灰+0.6风载（压力））组合|

弯矩设计值（kN.m）:

Mx=12.800

My=0.320

有效截面计算结果:

Ae=0.1388E-02Iex=0.1751E-04Iey=0.9982E-06

Wex1=0.1165E-03Wex2=0.1165E-03Wex3=0.1170E-03Wex4=0.1170E-03

Wey1=0.5557E-04Wey2=0.1609E-04Wey3=0.5557E-04Wey4=0.1609E-04

截面强度（N/mm2）:

Sgmmax=143.690<

=205.000

1.0恒载+1.4风载（吸力）组合

Mxw=-5.186

Myw=0.080

全截面有效。

Sgmmaxw=50.630<

=216.884

按门式刚架规程CECS102:

2002（6.3.7-2）式验算:

整体稳定系数:

φb=0.503

檩条的稳定性（N/mm2）:

fstabw=86.177<

=205.000

荷载标准值作用下，挠度计算

垂直于屋面的挠度（mm）:

v=6.798<

=40.000

计算满足

檩条能够承受的最大轴力设计值为（KN）:

N=18.000风荷载高度变化系数:

五．屋面支撑斜杆设计输出文件

设计信息

支撑形式:

等边角钢L75x5

截面尺寸（mm）:

b=75，t=5.00

截面特性：

毛截面面积A=0.7410E-03

回转半径imin=0.1500E-01

iy=0.2320E-01

钢材钢号：

屈服强度fy=235.

强度设计值f=215.

支撑数据:

支撑点间距（m）B=4.500

支撑跨度（m）L=6.000

构件轴线长度（m）l=7.500

平面内计算长度（m）lx=3.750

平面外计算长度（m）ly=7.500

螺栓连接设计

设计前提：

节点板厚度不小于支撑构件厚度，

材料强度不低于构件材料强度。

选择C级普通螺栓

抗剪强度设计值fvb=140.

抗压强度设计值fcb=305.

螺栓选用:

M12

螺栓个数:

2

受剪承载力设计值0.85*Nvb=26.917>

N=25.988

承压承载力设计值0.85*Ncb=31.110>

设计原则：

按轴心拉杆进行设计。

按连接设计选定螺栓考虑螺栓孔径的削弱。

作用本支撑段剪力设计值（KN）V=20.790

支撑内力设计值（KN）N=25.988

螺栓孔径（mm）D0=13.500

考虑螺栓孔削减净截面积（m*m）An=0.6735E-03

强度验算结果（N/mm*mm）σ=38.586<

0.85*f=182.750

长细比校核λx=250.000<

[λ]=400

λy=323.276<

验算满足。

六．结构设计计算书

1.单层双跨钢结构厂房，总长72m，两端山墙为封闭式，端部墙架柱设置支撑。

厂房跨度2×

21m，柱距6m，屋架与柱铰接，厂房檐口标高12.300m。

2.21m梯形钢屋架，间距6m，屋架上铺设压型钢板，屋面坡度1/10。

3.车间内每跨各设两台100/20,A6桥式吊车，吊车轨顶标高6.900m。

4.厂房纵横墙均采用夹心钢板。

厂房结构采用Q235B号钢材，焊条采用E4303型。

二、房结构平面图、剖面图及计算简图。

图6-1厂房平面布置图及结构计算简图

图6-2剖面图

三、荷载计算

1、柱、梁截面面积及刚度计算

轴线号

A、

A、C列

B列

上柱

A

下柱

横梁

屋架上下弦截面都为2∟755，，，

，

2、各项荷载值计算

2.1恒荷载

2.1.1屋盖自重

屋面均布荷载汇集

夹芯板

0.20

檩条自重

0.10

屋架及支撑自重

0.15

悬挂管道等

0.05

总计

0.50

屋盖结构自重由屋架传给排架柱的柱顶，按负荷范围计算

对于A、C柱：

对柱顶的偏心距：

对于中柱：

2.1.2柱自重

对于边柱：

对下柱的偏心距：

2.1.3吊车梁及轨道自重

边柱牛腿处：

其偏心距：

中柱牛腿处：

永久荷载的大小和作用位置如下图7-3：

图6-3永久荷载的大小及作用位置

2.2屋面活荷载

按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）及《钢结构设计规范》（GB50017-2003），屋面活荷载标准值：

0.30KN/m2，屋面雪荷载0.20KN/m2，不考虑积灰荷载，故仅按屋面活荷载计算。

偏心距

，偏心距

活荷载作用下的双排架计算简图如下7-4：

图6-4活荷载作用下计算简图

2.3吊车荷载

AB、BC跨各有两台100/20，A6重级工作制吊车。

吊车竖向荷载的计算，按每跨两台吊车同时工作且达到最大起重量考虑。

按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定，吊车荷载的折减系数。

吊车荷载的计算利用吊车支座反力影响线求得。

AB跨吊车竖向荷载的计算：

图6-5吊车荷载影响线

吊车水平荷载的计算，按每跨2台吊车同时工作达到最大起重量考虑。

按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定，吊车荷载的折减系数，吊车水平系数。

吊车水平荷载的计算也可利用吊车荷载计算时吊车梁支座反力影响线求得：

每个车轮传递的水平力标准值

则AB跨的吊车传给排架的水平荷载标准值

各跨吊车水平荷载作用在吊车梁顶面。

2.4风荷载

封闭式双跨双坡屋面的风荷载体型数如下图7-6所示

图6-6风荷载体型影响系数

本地区基本风压，柱顶标高为+10.8m，室外天然地坪标高为-0.15m。

风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度取值。

查荷载规范知：

离地面时，；

离地面时。

用插入法求出离地面时的值：

故（风压力）

（风吸力）

求

风压高度变化系数按檐口离室外地坪的高度取值。

风荷载作用下的计算简图如下图所示：

（左风和右风情况对称，方向相反）

图6-7风荷载作用下计算简图

四、内力分析

本单层厂房是两跨的对称结构，A柱和C柱受力完全一样，因此，只要计算A、B柱就可以了。

厂房为两跨等高排架，可用剪力分配法进行排架结构的内力计算。

在各种荷载作用下柱顶按铰支座计算，不考虑厂房的空间工作。

这里规定:

柱顶不动铰支座反力R、柱顶剪力V和水平荷载自左向右为正，截面弯矩以柱左侧受拉为正，柱的轴力以受压为正。

1.计算剪力分配系数

单位力作用下悬臂住的柱顶位移

，，，

计算有关参数

A、C柱：

B柱：

单位力作用下悬臂柱的柱顶位移：

令，

三根柱的剪力分配系数为：

验算

当柱顶有水平荷载F时，求出剪力分配系数后，即可求出柱顶剪力

，，

求出柱顶剪力后，即可按悬臂柱绘制出结构的内力图。

2.恒荷载作用下排架内力

图6-8永久荷载作用下计算简图

按剪力分配法进行内力计算

各柱柱顶不动铰支座的支座反力：

A柱：

所以，

假设的不动铰支座的支座反力

各柱柱顶的实际剪力：

作排架柱的弯矩图、柱底剪力（自右向左为正）和轴力图

图6-9永久荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

3.屋面活荷载作用下的内力

C柱：

所以，假设的不动铰支座的支座反力之和：

各柱柱顶剪力为：

作排架柱的弯矩图、柱底剪力（自右向左为正）和轴力图：

图6-10屋面活荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

4.吊车荷载作用下的排架内力（不考虑厂房整体空间工作）

4.1AB跨有吊车荷载，作用在A柱，作用在B柱。

计算简图如下图7-11所示：

图6-11吊车竖向荷载作用下计算简图

所以，假设的柱顶不动铰支座的支座反力之和：

图6-12吊车竖向荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

4.2AB跨有吊车荷载，作用在B柱，作用在A柱。

计算简图如下图7-13所示：

图6-13吊车竖向荷载作用下计算简图

图6-14吊车竖向荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

4.3BC跨有吊车荷载，作用在B柱，作用在C柱。

计算简图如下图7-15所示：

图6-15吊车竖向荷载作用下计算简图

图6-16吊车竖向荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

4.4BC跨有吊车荷载，作用在C柱，作用在B柱。

计算简图如下图7-17所示：

图6-17吊车竖向荷载作用下计算简图

图6-18吊车竖向荷载作用下排架N（kN）、M（kN.m）、V（kN）图

4.5作用于AB跨，即AB跨有吊车

吊车水平荷载的作用点距柱顶的距离：

因此，排架柱顶不动铰支座的支座反力系数需要用内插法确定。

当时，

所以，当时，

柱顶不动铰支座的反力：