目錄

XX鋼材包裝物主廠房設(shè)計......................................4

學(xué)生***指導(dǎo)教師***...................................4

0緒論.......................................................4

0.1輕型鋼結(jié)構(gòu)定義......................................................4

0.2門式剛架結(jié)構(gòu)的特點..................................................4

0.3門式剛架的結(jié)構(gòu)形式..................................................4

1工程概況...................................................5

1.1工程概況...........................................................5

1.2自然條件...........................................................5

1.2.1建筑場地地段情況......................................................5

1.3建筑物層數(shù)與層高..................................................6

1.4設(shè)備條件..........................................................6

2荷載統(tǒng)計：................................................6

2.1恒荷載：...........................................................6

2.2活荷載：............................................................6

2.3風(fēng)荷載.............................................................6

2.4屋面構(gòu)件...........................................................6

2.4.1壓型鋼板...............................................................7

2.4.2檬條...................................................................7

2.5屋面支撐系統(tǒng)設(shè)計...................................................7

2.5.1屋面楝條布置...........................................................7

2.5.2屋面支撐荷載及內(nèi)力.....................................................7

3楝條設(shè)計..................................................7

3.1荷載標準值..........................................................7

3.2內(nèi)力計算...........................................................7

3.2.1永久荷載與屋面活荷載組合..............................................7

3.2.2永久荷載與風(fēng)吸力荷載組合..............................................8

3.3截面選擇及截面特性.................................................9

3.3.2受壓板件的穩(wěn)定系數(shù)....................................................10

3.3.3受壓板件的有效寬度...................................................10

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

3.3.5強度計算..............................................................11

3.3.6穩(wěn)定性計算............................................................12

4吊車梁設(shè)計...............................................13

4.1吊車荷載計算.......................................................13

4.2內(nèi)力計算...........................................................13

4.2.1吊車梁中最大彎矩及相應(yīng)的剪力........................................13

4.2.2吊車梁的最大剪力.....................................................15

4.3截面選擇..........................................................15

4.4驗算.............................................................15

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

4.4.2強度計算.............................................................16

4.4.3穩(wěn)定性驗算...........................................................17

4.4.4疲勞計算：...........................................................19

4.4.5撓度計算：...........................................................20

4.4.6支座加勁肋計算.......................................................21

4.4.7焊縫計算.............................................................22

5墻梁設(shè)計.................................................22

5.1荷載計算...........................................................23

5.1.1荷載標準值...........................................................23

5.1.2荷載設(shè)計值...........................................................23

5.2內(nèi)力計算...........................................................24

5.3強度驗算：........................................................24

5.4撓度驗算..........................................................28

6抗風(fēng)柱設(shè)計................................................29

6.1荷載計算..........................................................29

6.2截面選擇及驗算....................................................29

6.2.1根據(jù)長細比和撓度需要試選截面：.......................................29

6.2.2穩(wěn)定驗算...............................................................30

6.2.3變形驗算：..............................................................30

因此，滿足要求。...........................................30

7剛架驗算..................................................30

7.1剛架內(nèi)力組合.......................................................31

7.1.3內(nèi)力分析..............................................................35

7.2剛架梁截面驗算....................................................36

7.2.2剛架梁強度計算........................................................36

7.2.3剛架梁的平面外穩(wěn)定計算................................................37

7.2.4鋼梁局部穩(wěn)定驗算.......................................................38

7.3邊柱剛架截面驗算..................................................38

7.3.1邊柱剛架截面選擇......................................................38

7.3.2單元內(nèi)力..............................................................38

7.3.3單元計算長度..........................................................38

7.3.4強度驗算..............................................................39

7.3.5整體穩(wěn)定性驗算........................................................39

7.3.6局部穩(wěn)定驗算..........................................................41

7.4中柱剛架截面驗算...................................................41

7.4.1中柱剛架截面選擇......................................................41

7.4.2單元內(nèi)力..............................................................41

7.4.3單元計算長度..........................................................42

7.4.4強度驗算..............................................................42

7.4.5整體穩(wěn)定性驗算........................................................42

7.4.6局部穩(wěn)定驗算..........................................................44

7.5剛架變形驗算.....................................................44

7.5.1柱頂側(cè)移.............................................................44

8節(jié)點驗算..................................................44

8.1設(shè)計資料...........................................................44

8.2梁與柱相交的節(jié)點域................................................45

8.3邊跨梁柱和跨中梁柱高強度連接螺栓計算..............................45

8.3.1邊跨梁端...............................................................45

8.3.2跨中梁柱連接節(jié)點計算..................................................46

8.4端板厚度計算......................................................47

8.4.1邊柱端板..............................................................47

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

8.5剛接柱腳錨栓計算..................................................47

8.5.1邊柱柱腳錨栓計算.....................................................47

8.5.2中柱錨栓計算.........................................................50

9牛腿設(shè)計..................................................52

9.1強度計算...........................................................53

9.1.1抗剪強度計算.........................................................53

9.1.2抗彎強度計算.........................................................53

9.1.3折算應(yīng)力驗算.........................................................53

10基礎(chǔ)設(shè)計.................................................54

10.1基礎(chǔ)類型選擇......................................................54

10.2確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度......................................54

10.3確定地基承載力....................................................54

10.4基礎(chǔ)梁設(shè)計........................................................54

10.5基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計......................................................55

10.5.1邊柱基礎(chǔ)計算.........................................................55

10.5.2中柱基礎(chǔ)計算.........................................................58

10.5.3抗風(fēng)柱基礎(chǔ)計算.......................................................60

10.3基礎(chǔ)三尺寸示意圖..................................................61

參考文獻...................................................61

XX鋼材包裝物主廠房設(shè)計

學(xué)生***指導(dǎo)教師***

***大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)

。緒論

0.1輕型鋼結(jié)構(gòu)定義

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，即輕鋼建筑：是指以輕型冷彎薄壁型鋼、高頻焊接型鋼、薄鋼板、薄壁鋼

管、輕型熱扎型鋼及以上各種構(gòu)件拼接、焊接成的組合構(gòu)件等為主要受力構(gòu)件，大量采用輕質(zhì)圍

護隔離材料的單層和多層建筑等。

0.2門式剛架結(jié)構(gòu)的特點

0.2.1采用輕型屋面，不僅可減小梁柱截面尺寸，基礎(chǔ)也相應(yīng)減小。

0.2.2在多跨建筑中可做成一個屋脊的大雙坡屋面，為長坡面排水創(chuàng)造了條件。設(shè)中間柱可減小

橫梁的跨度，從而降低造價。中間柱采用鋼管制作的上下錢接搖擺柱，占用空間小。

0.2.3剛架的側(cè)向剛度籍楝條的隅撐保證，省去縱向剛性構(gòu)件，并減小翼緣寬度。

0.2.4剛架可采用變截面，截面與彎矩成正比；變截面時根據(jù)需要可改變腹板的高度、厚度與翼

緣的寬度，做到材盡其用。

0.2.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件可全部在工廠制作，工業(yè)化程度高。構(gòu)件單元可根據(jù)運輸條件劃分，單元之間在

現(xiàn)場用螺栓相連，安裝方便快速，土建施工量小。

0.3門式剛架的結(jié)構(gòu)形式

門式剛架的形式是多種多樣的。按構(gòu)件體系分，有實腹式與格構(gòu)式；按截面形式分，有等截

面和變截面；按結(jié)構(gòu)選材分，有普通型鋼、薄壁型鋼和鋼管等。實腹式剛架的截面一般為工字形,

格構(gòu)式剛架的截面為矩行或三角形。

門式剛架的橫梁與柱為剛接，柱腳與基礎(chǔ)宜采用較接：當水平荷載較大、有5噸以上橋式吊

車、檐口標高較高或剛度要求較高時，柱腳與基礎(chǔ)宜采用剛接。

變截面與等截面相比，前者可適應(yīng)彎矩變化，節(jié)約材料，但在構(gòu)造連接及加工制造方面，不

如等截面方便，故當剛架跨度較大或房屋較高時才設(shè)計成變截面。

我國輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系起步較晚，是引進國外的相關(guān)材料和軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

盡管我國的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系理論和工程實踐發(fā)展迅速，但目前仍存在一些問題有待于進一

步解決。沒有實現(xiàn)真正意義上的一體化流程，施工工期與國外相比仍顯得較長；許多施工過程中

的工藝方法有待于進一步研究，現(xiàn)場拼接優(yōu)越性沒有充分發(fā)揮；采用平面分析方法進行設(shè)計，較

少考慮整體結(jié)構(gòu)的空間作用；結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于保守，翼緣的寬厚比限值與國外相比顯得很低，沒有

充分發(fā)揮材料的承載能力，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)整體用鋼量偏高。所以，我國輕型門式剛架還處于繼續(xù)

探索階段。

1工程概況

1.1工程概況

本工程為XX集團附屬公司用于鋼材包裝的單層兩跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，由于鋼材包裝需要運輸，

因此該廠房兩跨均需設(shè)置吊車梁。采光要求為三級，室內(nèi)通風(fēng)適當組織即可，采用中央集中空調(diào)。

營業(yè)區(qū)冬季溫度要求不低于15攝氏度。本建筑設(shè)計采用新型建筑材料，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨立

基礎(chǔ)。承重結(jié)構(gòu)均采用鋼結(jié)構(gòu)。屋蓋和維護結(jié)構(gòu)采用保溫彩板。建筑場地位于邯鋼路以南，西臨

主干道中華大街，交通方便。

1.2自然條件

1.2.1建筑場地地段情況

該廠房位于邯鋼路以南，西臨主干道中華大街，交通方便。場區(qū)西側(cè)距主干道（30米寬）中

心線30米，場區(qū)南北長70米，東西長40米，內(nèi)部道路及綠化由設(shè)計確定。建筑面積約2000平

方米。

1.2.2主導(dǎo)風(fēng)向：冬季西北風(fēng)，夏季東南風(fēng)。

1.2.3土壤凍結(jié)深度：0.4米。

1.2.4場地地基情況:見表1。

1.2.5抗震設(shè)防烈度：7度。

土層分布及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標表1T

土層埋深范圍土層描述與鑒別土的主要物理力學(xué)指標

編號（ID）

①0.0-0.8雜填土，褐黃色，以粉土為主，含y=17KN/m3

大量碎磚、灰渣、樹根等，潮濕，可塑

②0.8-4.2粉質(zhì)粘土，黃褐色，很濕，可塑狀y=18.7KN/m3,e=0.900,

態(tài)，含云母等Es=6.OMPa,f?k=115KPa

③4.2-粉土，灰褐色，飽和，可塑至軟塑丫二18.5KN/m3,e=1.050,

(本層未被打穿)fak=95KPa

1.3建筑物層數(shù)與層高

1.3.1層數(shù)：1層。

1.3.2昌?度:9.5m

1.3.3跨度：2跨，跨度分別為12m,18m。

1.3,4柱距：標準7.5mo

1.3.5結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：采用門式剛架結(jié)構(gòu)。

1.3.6屋面坡度：1：8-1：20。

1.4設(shè)備條件

市場內(nèi)的采暖、電力、上下水道均由市內(nèi)管網(wǎng)直接提供。

2荷載統(tǒng)計：

2.1恒荷載：

屋面板+保溫層0.25KN/m2

楝條0.05KN/m2

支撐0.05KN/m2

合計0.35KN/m2

2.2活荷載：

屋面均布活荷載0.3KN/m2(剛架受荷面積大于60m2)

雪荷載S（）=0.35KN/m2

2.3風(fēng)荷載

2

基本風(fēng)壓值：Wo=O.4KN/m，地面粗糙度系數(shù)按B類取值.風(fēng)荷載高度變化系數(shù)按現(xiàn)行國家標

準(GB50009-2001)的規(guī)定，當高度小于10m時，按10m高度處的數(shù)值采用，Uz=L0；風(fēng)荷載體形系數(shù)

按＜＜門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程＞＞(CECS102：2002)迎風(fēng)面柱及屋面分別為+0.25和-1.0,

背風(fēng)面柱及屋面分別為-0.55和-0.65,如圖2.1所示。

圖2.1

2.4屋面構(gòu)件

2.4.1壓型鋼板

壓型鋼板型號采用YX51-250-750,基板厚度為1.0mm,波高為51mm.

2.4.2楝條

槐條截面采用C220X75X20X2.5,跨內(nèi)設(shè)2道拉條.

2.5屋面支撐系統(tǒng)設(shè)計

2.5.1屋面楝條布置

楝條間距為1.5m.

2.5.2屋面支撐荷載及內(nèi)力

屋面水平支撐為柔性桿件，采用張緊的圓鋼.

3楝條設(shè)計

屋面材料為壓型鋼板，屋面坡度分別為1/10和1/15,硬條跨度為7.5m,橡距為1.5m,鋼材

Q235。

3.1荷載標準值

3.1.1永久荷載

壓型鋼板(含保溫棉、燈等其它配件)0.25/QV/H?2

棵條(包括拉條)QAOKN/m2

Z=0.35KNIm1

3.1.2可變荷載

屋面均布活荷載和雪荷載最大值為0.5儂/蘇，基本風(fēng)壓為4=0.40儂/加。

3.2內(nèi)力計算

3.2.1永久荷載與屋面活荷載組合

槐條線荷載

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

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

彎矩設(shè)計值

當i時

10

a

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

Py=PCos5.1l°=1.671KN/m

I2752

M=1.671x=11.75KN.〃?

A'88

1iI2752

一和一跨度處彎矩M.=P—=0.167x—=0.104

32yl,9090

Z2752

M、2=R——=0.167x-=0.026KN.，”

"*360360

當i=L時

15

Px=P-Szn3.814°=0.lllKN/m

Py=PCos3.S14"=1.676KN/m

I2752

=P.—=1.676x=11.784KN.m

x>88

iiI27s2

一和一跨度處彎矩=P、一=0.111x—=0.069KMm

32"*9090

I2752

%=R——=0.111x-=0.017A：^.m

廠A360360

3.2.2永久荷載與風(fēng)吸力荷載組合

按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001),房屋高度大于10m,風(fēng)荷載高度變化系數(shù)取屋脊

高度處數(shù)值，其值為：//z-4-1()°x(10.7-1.0)+1.00=1.0196

風(fēng)荷載體型系數(shù)為：-1.4(邊緣帶)，(A=1.5X7.5=10.5m2>10m2)

垂直屋面的風(fēng)荷載標準值：

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

襟條線荷載

當，=-!-時

10

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

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

當1=工時

15

P,=0.35xl.5xSi〃3.814"=O.O35KN/m

n

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

彎矩設(shè)計值（采用受壓下翼緣不設(shè)拉條的方案）

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

永久荷載與屋面活荷載組合起控制作用。

3.3截面選擇及截面特性

3.3.1選用C220X75X20X2.5如下圖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

先按毛截面計算截面應(yīng)力為：

MxMy11.784x1（）60.017xlO6

<T1—++2=—184.18+0.51=-183.67N//wn2（壓）

WxWymax63.98xlO333.1lx103

A/vMy11.784xlO60.017xlO6

CT2—+=-184.18—1.34=-185.52N/，wn2（壓）

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

圖3」橡條截面力系圖

3.3.2受壓板件的穩(wěn)定系數(shù)

腹板(1-4)：

腹板為加勁板件，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

上翼緣(1-2)：

上翼緣板為最大壓應(yīng)力作用于部分加勁邊，

(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受壓板件的有效寬度

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

計算板組約束系數(shù)為:

0.93/205x0.457x23.87

%=0.11+=0.457,=3.487,

。,05)2,V184.08

3=88,

由于夕<0,則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

計算截面有效寬度為：

,(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

扣除面積部分的長度為：110-98.64=IL36

上翼緣(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,

計算板組約束系數(shù)為:

匕=3=-^==1?299,j205x1.299x0.976

=1.184,

痣J0.593V185.52

1><7<

由于°>0,則。=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，

計算截面有效寬度為：

fJ21.8X1.0015XL184_01

x75=62.\mm

(V30

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

扣除面積的寬度為：75-62.1=12.9mm

下翼緣板：

下翼緣板全截面受拉，全部有效。

3.3.4截面模量

上翼緣板的扣除面積寬度為：70-瓦=70—68.457=1.543加加，腹板的扣除面積寬度為：

be-be=101.68-94.51=7.17mm,同時在腹板的計算截面有-。8拉條連接孔（距上翼緣板邊緣

42mm）,孔位置與扣除面積位置基本相同，所以腹板的扣除面積寬度按8nm計算如圖2.2所示：

24.84殄937.26

寸

圖3.2橡條有效截面圖

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強度計算

屋面能阻止模條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)

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穩(wěn)定性計算

有效截面模量

永久荷載與風(fēng)吸力組合下的彎矩小于永久荷載與屋面可變荷載組合下的彎矩，根據(jù)前面的計

算結(jié)果，截面全部有效：同時不計孔洞削弱，則

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

由于均布風(fēng)荷載方向離開彎心，故e“取正值，.=22/2=11cm

構(gòu)件的幾何參數(shù)為：/=7500mm,4,=0.333

查《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)結(jié)束規(guī)范》中表A.2.1-4可得：。=1.37,互=006,

所以：/()=〃/=0.333x750=250,

長細比：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(即數(shù)一0.006)

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

則，一L⑼-詈“。9「既|=。.95

考慮有效截面乘以0.95（不計空洞削弱）的折減系數(shù)，由下式計算其穩(wěn)定性為:

M11.784x1()622

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

33

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

計算表明由永久荷載與屋面活荷載組合控制

3.3.7撓度計算

5修451.275xCfty3.814nx75004

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

384E/t200

3.3.8構(gòu)造要求

2x=-=—=88<200,兄、,='=當=94<2()0

i?8.5r,2.66

故此楝條在平面內(nèi)、外均滿足要求。

4吊車梁設(shè)計

選用大連重工大起集團DQQD型橋式吊車起重機技術(shù)規(guī)格:

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

小車重：3.424,總重:18.881t

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

小車重：3.424,總重：14.270t

軌道型號:43kg/m,

4.1吊車荷載計算

4.1.1吊車荷載動力系數(shù)a=1.05,吊車荷載分項系數(shù)％=140.可不考慮吊車橫向水平荷載，吊車

豎向荷載設(shè)計值為：

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內(nèi)力計算

4.2.1吊車梁中最大彎矩及相應(yīng)的剪力

產(chǎn)生最大彎矩的荷載位置如下圖所示，由下式可得梁上所有吊車輪壓工尸的位置為:

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

a2=W=4O5O//2/77

a-a4050-1650

21----------=4()()〃〃%

66

1）吊車梁上有三個輪壓時:

SP

Pp

al

AB

'a-

37503750

圖4.1吊車梁彎矩計算簡圖

自重影響系數(shù)幾取1.03,則C點的最大彎矩為：

MH」——y---------P61

749