輕型鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)為大同市鋼結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)，考驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范的運(yùn)用，計(jì)算公式和設(shè)計(jì)方法的使用，做到廠房經(jīng)濟(jì)美觀，安全耐用。此次設(shè)計(jì)廠房跨度33m,柱距6m，11品框架，面積1980平方米設(shè)計(jì)包括：吊車梁的荷載驗(yàn)算，撓度計(jì)算，截面選擇，加勁肋的驗(yàn)算；牛腿的選材，截面驗(yàn)算，焊縫驗(yàn)算，強(qiáng)度驗(yàn)算；檁條的截面選擇，內(nèi)力計(jì)算，截面強(qiáng)度驗(yàn)算，整體穩(wěn)定驗(yàn)算；梁和柱的選材，截面選擇，強(qiáng)度驗(yàn)算，穩(wěn)定驗(yàn)算；鉸接柱腳和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。本次用到的參考文獻(xiàn)有《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》（課本），《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（課本），《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，《單層廠房建筑設(shè)計(jì)》建筑工業(yè)出版社等關(guān)鍵詞檁條柱梁牛腿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.建筑基本技術(shù)條件1、該項(xiàng)目的工程概況：本設(shè)計(jì)為一新建的機(jī)械維修車間，為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，位于大同郊區(qū)。總建筑面積1980,建筑高度13.15m。2、車間采光面積比為1/6-1/8。3、車間內(nèi)設(shè)10T中級(jí)工作制（A5）吊車一臺(tái)，具體參數(shù)查相關(guān)資料。5、廠房屋面及墻面均采用冷彎薄壁型鋼檁條及壓型鋼板。6、建筑安全等級(jí)：二級(jí)；7、生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別：丙類，建筑物構(gòu)件的耐火等級(jí)：二級(jí)8、屋面防水等級(jí)：該廠房屋面防水等級(jí)為II級(jí)，使用年限15年，采用壓型鋼板，有保溫要求，采用天溝組織排水；9、結(jié)構(gòu)類型：門式剛架結(jié)構(gòu)9、建筑工程地點(diǎn)：山西大同10、氣象條件：年平均降雨量：377mm；海拔高度：1067.2m；常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，年最高氣溫30℃，最低氣溫零下26℃，基本風(fēng)壓：0.75，基本雪壓：0.25。11、工程地質(zhì)資料：擬建場(chǎng)地位于山西大同市，所屬地貌單元為第四系沖洪積層，場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍深1.86m，地下水埋深16m；地面粗糙度為C類，該房屋為丙類建筑。地基土巖性特征如下表所示層次土層名稱土層厚度(m)含水量密度孔隙比內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角壓縮系數(shù)壓縮模量標(biāo)貫值ω(％)ρ(KN/m3)ec(KPa)φ(度)a1－2(MPa-1)Es(MPa)N(擊)⑴素填土1.918.518.20.7412.230.50.413.79⑵砂質(zhì)黃土2.854.717.51.1115.18.91.172.36⑶中砂13.47.823.10.7723.231.30.315.8420⑷強(qiáng)風(fēng)化花崗巖19.164⑸中風(fēng)化花崗巖14.1地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表12、建筑場(chǎng)地位于抗震設(shè)防烈度8度區(qū)，地震加速度0.20g。場(chǎng)地類別Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組；13、本工程在設(shè)計(jì)考慮的環(huán)境類別為一類，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年；施工條件建設(shè)場(chǎng)地平坦，道路暢通，水電就近可以接通，基本具備開工建設(shè)條件擬參與投標(biāo)的施工單位技術(shù)力量和機(jī)械化水平較高廠房屋面排水設(shè)計(jì)根據(jù)廠房原始設(shè)計(jì)資料，為了減少室內(nèi)排水設(shè)施，避免排水管道對(duì)生產(chǎn)工藝的影響，本廠房采用天溝組織排水，廠房屋面排水坡度取1/10。屋頂構(gòu)造本廠房屋面采用壓型鋼板有檁體系。壓型鋼板凹槽沿排水方向鋪設(shè)，以利于排水，排水坡度1/10.散水構(gòu)造廠房周圍做900mm的混凝土散水，散水坡度取3％，散水構(gòu)造由下至上da素土夯實(shí)，80厚碎磚打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂漿抹面。吊車梁設(shè)計(jì)起重量10t吊車跨度31.5m工作級(jí)別A1~A3單側(cè)輪數(shù)2最大輪壓16.0t最小輪壓5.40t小車重3.30t軌道高1.40m輪距5m荷載計(jì)算吊車豎向荷載設(shè)計(jì)值跨度6m吊車橫向水平荷載設(shè)計(jì)值吊車縱向水平荷載支座處最大剪力撓度計(jì)算截面選擇梁高度按經(jīng)濟(jì)要求按剛度要求取500腹板厚度按經(jīng)驗(yàn)公式：按抗剪要求：按局部擠壓要求：選用的腹板翼緣尺寸試用截面幾何特性毛截面幾何特性制動(dòng)梁的截面特性毛截面特性凈截面幾何特性承載能力和剛度驗(yàn)算正壓力：上翼緣：下翼緣：剪應(yīng)力凸緣支座處剪應(yīng)力翼緣和腹板局部穩(wěn)定驗(yàn)算翼緣自由處外伸寬度b與厚度的比值腹板高度與厚度的比值加勁肋的間距取彎曲應(yīng)力下的臨界應(yīng)力剪應(yīng)力下的臨界應(yīng)力局部壓應(yīng)力下的臨界應(yīng)力以上計(jì)算中考慮最大彎矩所在地方，剪應(yīng)力近似取吊車梁中最大值腹板局部壓應(yīng)力折算應(yīng)力跨中正應(yīng)力最大處計(jì)算跨中正應(yīng)力最大處整體穩(wěn)定驗(yàn)算：本吊車梁有制動(dòng)梁，整體穩(wěn)定不驗(yàn)算剛度驗(yàn)算驗(yàn)算豎向撓度（不考慮動(dòng)力系數(shù)）加勁肋設(shè)計(jì)橫向加勁肋（腹板兩側(cè)成對(duì)設(shè)置）構(gòu)造要求采用采用支座加加勁肋支座采用凸緣支撐加勁肋穩(wěn)定驗(yàn)算腹板參加受壓的寬度查表凸緣端面支撐驗(yàn)算翼緣與腹板的鏈接焊縫計(jì)算上翼緣與腹板焊接，采用焊透的k形坡口對(duì)接焊縫（他在腹板上邊緣設(shè)坡口，并應(yīng)嚴(yán)格檢查焊縫質(zhì)量）焊縫不驗(yàn)算下翼緣與腹板的鏈接采用自動(dòng)焊接的角焊縫，焊腳尺寸取牛腿設(shè)計(jì)鋼材為Q345E50焊條吊車梁荷載計(jì)算截面面積Q345鋼密度為吊車梁自重為軌道自重為由吊車最大輪壓引起的支座反力標(biāo)準(zhǔn)值為牛腿根部承受的剪力截面選擇牛腿選用偏心距外伸長(zhǎng)度則截面特性強(qiáng)度驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度腹板計(jì)算高度邊緣處折算應(yīng)力和最不利組合在腹板邊緣驗(yàn)算公式為滿足要求焊縫驗(yàn)算根據(jù)角焊縫尺寸構(gòu)造要求和原則所以腹板連接焊縫的有效截面面積為全部焊對(duì)X軸慣性矩焊縫在最外邊緣的截面模量為焊縫在翼緣和腹板頂部連接外截面模量為強(qiáng)度驗(yàn)算在偏心彎矩作用下角焊縫最大壓應(yīng)力為考慮牛腿翼緣和腹板交界處彎矩和剪力共同作用下硬氣的應(yīng)力為彎矩引起的應(yīng)力剪應(yīng)力引起的應(yīng)力滿足要求檁條計(jì)算檁條截面幾何特性及相關(guān)數(shù)據(jù)查表可得截面面積單位長(zhǎng)度質(zhì)量對(duì)x軸慣性矩回轉(zhuǎn)半徑截面模量分別為對(duì)y軸分別為形心矩剪力中心距重心截面扭轉(zhuǎn)慣性矩和扇形慣性矩分別為屋面坡度荷載組合恒載標(biāo)準(zhǔn)值（屋面板和檁條）活荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值因活荷載大與雪荷載，荷載組合中采用活荷載，驗(yàn)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性時(shí)，考慮以下兩種基本組合情況L1情況L2檁條內(nèi)力情況L1支座處最大剪力情況L2強(qiáng)度驗(yàn)算校核卷邊剛度卷邊高厚比小于12，且大于時(shí)的最小值8.5，滿足卷邊的剛度要求，翼緣可以作為部分加勁板件計(jì)算荷載組合L1情況下的有效截面模量按毛截面計(jì)算最大彎矩界面的應(yīng)力分布點(diǎn)1，2，3，4由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力1，2是壓應(yīng)力，3，4拉應(yīng)力點(diǎn)1，4由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力（拉應(yīng)力）點(diǎn)2，3由產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力各個(gè)點(diǎn)應(yīng)力為（壓應(yīng)力）（壓應(yīng)力）（拉應(yīng)力）（拉應(yīng)力）計(jì)算翼緣及腹板的穩(wěn)定系數(shù)受壓翼緣腹板計(jì)算翼緣和腹板的有效寬度受壓翼緣因?yàn)樗詽M足要求則腹板符合要求則計(jì)算有效界面的界面特行翼緣翼緣的扣除部分寬度為腹板腹板的扣除部分高度為圖為情況L1時(shí)檁條的有效截面面積，截面中空白處表示無效面積，xy軸為全截面的形心軸，為有效截面的形心軸有效截面面積有效截面的形心在xy軸的坐標(biāo)為單位mm對(duì)軸的慣性矩對(duì)軸的慣性矩對(duì)軸相應(yīng)的1和2，3和4點(diǎn)的截面模量對(duì)軸1和2，3和4的截面模量截面強(qiáng)度驗(yàn)算2點(diǎn)的壓應(yīng)力為滿足要求4點(diǎn)拉應(yīng)力整體穩(wěn)定的驗(yàn)算在情況L1條件下，檁條上翼緣受壓，假設(shè)屋面板與檁條有可靠連接，阻止檁條上翼緣的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，何以不計(jì)其整體穩(wěn)定，但在情況L2的作用下，檁條下翼緣受壓采用計(jì)算檁條的整體穩(wěn)定性計(jì)算檁條的整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算L2條件下的有效截面模量L2條件下的檁條截面各點(diǎn)的應(yīng)力由下產(chǎn)生1，2上的拉應(yīng)力由產(chǎn)生1，4上的拉應(yīng)力L2條件下檁條截面各點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算翼緣及腹板的穩(wěn)定系數(shù)受壓翼緣腹板計(jì)算翼緣及腹板的有效寬度受壓翼緣受壓寬度無效寬度腹板受壓高度無效寬度計(jì)算有效截面的截面特性有效截面的面積有效截面的形心在x,y軸的坐標(biāo)為（-65.25，24.680），對(duì)軸的的慣性矩相應(yīng)的1，2點(diǎn)的截面模量，3，4點(diǎn)的截面模量對(duì)軸的慣性矩，相應(yīng)的1，4點(diǎn)的截面模量，2，3點(diǎn)的截面模量驗(yàn)算檁條在風(fēng)吸力作用下的整體穩(wěn)定，整體穩(wěn)定滿足要求桿端1桿端2------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩--------------------------------------------------------------------------------------------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桿端1桿端2------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩--------------------------------------------------------------------------------------------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桿端1桿端2------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩--------------------------------------------------------------------------------------------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--------------------------------------------------------------------------------------------桿端1桿端2-------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩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桿端1桿端2-------------------------------------------------------------------------------單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩--------------------------------------------------------------------------------------------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鋼架柱的計(jì)算組合內(nèi)力

荷載組合組合1組合2組合3組合4組合5風(fēng)載體型系數(shù)大頭-355.77-83.00-30.94小頭0-110.97-30.94分析與計(jì)算1寬厚比驗(yàn)算翼緣外伸寬厚比，滿足要求腹板寬厚比，，滿足要求腹板高度變化率，腹板承載力可利用屈曲后強(qiáng)度2大頭端截面強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算腹板抗剪承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算參數(shù)柱子腹板不設(shè)計(jì)橫向加勁肋，，計(jì)算屈曲后抗剪強(qiáng)度腹板有效界面計(jì)算截面特性計(jì)算計(jì)算計(jì)算腹板受壓區(qū)有效寬度確定腹板有效寬度的分布計(jì)算有效截面的截面特性強(qiáng)度驗(yàn)算工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V彎矩M和軸力共同作用下的截面強(qiáng)度須滿足小頭端截面的強(qiáng)度驗(yàn)算彎矩為0受壓板件穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算參數(shù)腹板受壓區(qū)有效寬度由于，腹板受壓區(qū)由于小頭端，小頭端強(qiáng)度滿足要求平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算柱的線剛度計(jì)算梁的線剛度首先要求楔形梁在鋼架平面內(nèi)的預(yù)算長(zhǎng)度系數(shù)，屋脊一側(cè)兩楔形梁段的楔率為最小截面高度兩側(cè)的楔形段長(zhǎng)度比為，鋼架脊點(diǎn)視為斜梁鉸接支點(diǎn)根據(jù)規(guī)范有時(shí)，半跨斜梁長(zhǎng)度16.6m梁的線剛度梁柱線剛度比柱小頭大頭截面慣性矩比查表的住的長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)柱剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度構(gòu)件軸壓穩(wěn)定系數(shù)小頭回轉(zhuǎn)半徑查表得等效彎矩系數(shù)平面外的穩(wěn)定計(jì)算等效彎矩系數(shù)平面檁條間距為2米且通過隅撐與柱內(nèi)測(cè)翼緣連接平面外計(jì)算長(zhǎng)度小頭端截面的慣性矩查表的均勻彎曲楔形受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)首先求受壓翼緣與受壓腹板1/3高度組成的截面繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑，柱小頭截面是全界面受壓構(gòu)件的楔率均勻受彎楔形構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)大于0.6滿足要求梁的計(jì)算寬厚比驗(yàn)算翼緣外伸寬厚比滿足要求腹板寬厚比滿足要求左段梁腹板高度變化率右端梁腹板高度變化率小頭端大頭端梁自重左段梁大頭端截面強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算腹板抗剪力承載力設(shè)計(jì)值腹板有效截面計(jì)算計(jì)算腹板的計(jì)算腹板的由有效寬度計(jì)算有效截面特性強(qiáng)度驗(yàn)算由于則工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V彎矩M和軸力共同作用下的截面強(qiáng)度滿足故大頭端截面強(qiáng)度是安全的左段梁小頭端截面強(qiáng)度驗(yàn)算全截面有效對(duì)于小頭端截面由于則工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V彎矩M和軸力共同作用下的截面強(qiáng)度須滿足故小頭端是安全的左段梁平面外的穩(wěn)定計(jì)算等效彎矩系數(shù)設(shè)屋面檁條間距為2m，且通過隅撐與梁下側(cè)翼緣連接，平面外計(jì)算長(zhǎng)度取，小頭端截面的查表得求均勻彎曲楔形受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)首先求小頭端截面受壓翼緣與受壓腹板1/3高度組成的截面繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑，柱小頭截面是全截面受壓腹板受壓區(qū)高度其1/3高度為60.7mm構(gòu)件的楔率均勻受彎楔形構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)算得右端梁大頭端截面驗(yàn)算強(qiáng)度，均勻受彎楔形構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)算得右端梁大頭端截面驗(yàn)算強(qiáng)度由于，有效寬度，有效截面的幾何信息對(duì)于大頭截面（對(duì)于楔形構(gòu)件，腹板高度取板幅平均高度）由于則工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V，彎矩M和軸力共同作用下的截面強(qiáng)度滿足右段梁大頭端截面強(qiáng)度滿足要求右端梁平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算查表求均勻彎曲楔形受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)首先求小頭端截面受壓翼緣與受壓腹板1/3高度組成的截面繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑，柱小頭截面是全截面受壓腹板受壓區(qū)高度其1/3高度為60.7mm構(gòu)件的楔率均勻受彎楔形構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)算得鉸接柱腳設(shè)計(jì)錨栓采用B級(jí)螺栓，，混凝土基礎(chǔ)使用C25，底板設(shè)置抗剪鍵，底板采用Q235，，底板面積根據(jù)柱底外包輪廓線給出底板尺寸出選值取250mm取300mm初選螺栓孔直徑24mm,底板上的錨栓孔洞直徑為50mm基礎(chǔ)混凝土采用C25混凝土，底板厚度A區(qū)格，懸臂板的懸臂長(zhǎng)度為32mmB區(qū)格則查表得取較大區(qū)格彎矩計(jì)算板厚B區(qū)格取底板厚度15mm錨栓直徑在組合2，組合3下，剛架柱受拉，需要計(jì)算所需錨栓直徑，組合3下有拉力最大值取剪力鍵所需要的承剪面積組合3時(shí)，柱底剪力,此時(shí)左柱受拉在底板下設(shè)置一抗剪鍵，其面積取長(zhǎng)度為100mm的L50×5的角鋼，其面積墻梁設(shè)計(jì)剛架跨度33m，高度13.15m,屋面坡度1/10，，柱距6米，鋼材采用Q235B，,抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，焊條采用E43型，端板采用單側(cè)掛板，房屋維護(hù)墻采用雙層彩色壓型鋼板，內(nèi)添聚苯乙烯泡沫夾芯板。荷載情況豎向自重水平荷載內(nèi)力計(jì)算對(duì)于X軸對(duì)于Y軸，檁條跨中設(shè)有一道拉條，考慮側(cè)向支撐點(diǎn)，跨中負(fù)彎矩為截面選擇及其截面幾何特性選用C200?70?20?2.5的薄壁卷邊C形鋼有效截面計(jì)算且，故檁條全截面有效正應(yīng)力驗(yàn)算墻梁在豎向荷載和水平荷載作用下的正應(yīng)力驗(yàn)算，本設(shè)計(jì)設(shè)置的拉條能確保阻止墻梁扭轉(zhuǎn)，因此不計(jì)算B，墻梁在豎向荷載和水平荷載作用下的正應(yīng)力為滿足要求剪應(yīng)力驗(yàn)算墻梁在豎向荷載和水平荷載作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力為滿足抗剪承載力要求穩(wěn)定性計(jì)算本設(shè)計(jì)墻板能阻止墻梁側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)作用，驗(yàn)算墻梁在風(fēng)力作用下的整體穩(wěn)定性可以按照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》附錄e計(jì)算豎向荷載和水平風(fēng)吸力的荷載抗扭彈簧剛度計(jì)算（影響很小，忽略不計(jì)）所以自由翼緣加1/6腹板高度繞y-y的慣性矩，可近似取c形截面繞軸y-y的慣性矩減去中間2/3截面高度的腹板繞y-y的慣性矩之差的一半2點(diǎn)距離y軸距離d=70-20=50mm則的計(jì)算驗(yàn)算因?yàn)閴α簾o軸力，故，滿足要求撓度計(jì)算滿足撓度要求節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)連接處采用如下組合內(nèi)力值采