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扬州星网有限公司厂房设计计算书 作者： 日期：5 个人收集整理 勿做商业用途目 录第1章 设计任务书 .。. 1 1.1 工程概况 .。.。.。. 11。2 设计原始资料 .。 11.3设计内容及要求 。.。.。.。.。.。. 11.4 计算内容 .。 11。5 图纸要求 。.1第2章 厂房结构选型及布置。.。.。 2 2。1 结构选型及方案.。 22.2 结构布局。.。.。. 2第3章 建筑设计.。.33.1 厂房平面设计 。.。 33。2 厂房剖面设计 。33。3 厂房立面设计 。3第4章 结构设计 。 4 4。1 刚架内力计算 .4 4.2 刚架截面设计 。. 14 4.3刚架柱牛腿计算 .。. 27 4。4 柱间支撑设计 .。. 28 4。5 檩条设计及验算 .。 32 4.6 墙面设计.。37 4.7 节点设计 .。.。 404。8柱脚设计 。454。9 柱下基础设计 。. 32第5章 基础设计 .。.。53 5.1 材料准备 .53 5。2 构件制作 。565.2 涂装 565。2 隔热 。56结束语 。.。 57致谢 .58参考文献 。.。 59第1章 设计任务书1。1 工程概况1. 工程名称：华源塑料4#轻钢厂房设计。2. 建设地点:湖北黄冈。3。 建设规模：总建筑面积约为3300平方米。4. 结构形式：双跨双坡单层轻型门式钢结构钢刚架结构.(18+18）(611)1.2设计原始资料1建筑物安全等级为二级；设计使用年限50年，建筑类型为丁类，耐火等级为三级（耐火极限：钢柱不小于2小时,钢梁不小于1。5小时）,刷超薄型防火涂料。2室外计算温度：冬季-5，夏季303全年主导风向:东南，基本风压0。55 kN/m2，地面粗糙度为B类。4屋面活载0.50 kN/m25常年地下水位低于4m,无侵蚀性，土壤最大冻结深度0.2m。6基本雪压0。40kN/m2。7基础埋置在号土层，持力层为粉质粘土，地基承载力特征值为200kN/m2，场地类别为类土。8场地平整，水电可以就近接通，主要建筑材料供应充足.1.3设计内容与要求建筑设计部分1）总平面图（1:500)及建筑设计说明2）底层平面图及屋顶平面图（1：100)3）正立面、侧立面、剖面图(1：100）2)结构设计部分1.4.计算内容：1）结构方案的确定 包括结构选型、基础型式的确定和主要承重构件截面尺寸的确定。2)结构内力计算及位移验算。3）梁、柱截面验算4)节点、柱脚、基础设计5）用软件进行电算分析，并与手算结果比较.6)檩条设计、支撑设计。7）吊车梁设计、基础设计8）外文参考资料翻译。1。5.图纸要求 1）结构设计说明2)基础平面布置图3)吊车梁祥图，柱间支撑布置图4）檩条、拉条、支撑布置图5）屋面檩条布置图,连接大样图6)刚架图第二章 厂房结构选型及布置2。1 结构选型及方案论证因车间功能为装配零部件，屋面活载和恒荷载都较小，跨度不大，故采用轻型门式刚架结构。又为了零件存储运输方便，故采用双跨门式刚架,且采用结构简单，制作安装方便的双跨双坡门式刚架为最佳方案.2.2 结构布置厂房长度66米，故可不设温度区段，柱间支撑设在端部,隔一跨设一道中间设一道,共3道。檩条和墙檩间距1。5m,在檩条跨中设置两道拉条，在侧墙顶部设斜拉条。柱网布置图如下图2。1： 图2。1 柱网布置图第三章 建筑设计根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、连接方法、钢材厚度和工作温度等因素综合考虑，本设计所用钢材均采用Q345钢.屋面采用彩色压型钢板,外层板板厚0。8mm，内层板采用0。5 mm.型号为；V14.51251000。墙面板采用HV470型彩钢压型板。屋面板和墙板均采用内嵌高肋岩棉的保温措施。基础混凝土等级C25，钢筋为I级。高强螺栓和地脚锚栓均为10.9级。焊条采用E43系列。 3.1平面设计根据题目所给条件：双跨双坡钢结构，跨度取18米，长66米。参照工程应用实例,厂房平面布置为双跨矩形平面.其柱网采用6m18m,纵向定位轴线与柱外缘重合(详见施工图）。抗风柱距分别取6m。3。2 剖面设计厂房高度的确定:根据吊车起吊高度6m的要求和所选吊车规格数据资料，确定厂房标高。吊车轨顶标高:H1=6000+1485=7。485m，取H1=7。8m。柱子高度：H=H1+0.875+0.300=8.675m，考虑刚架斜梁与柱子连接的构造尺寸（780 ）要求，柱顶标高:H=H+0.78=9。455m，取H=10.5m.根据厂房工艺要求和所选吊车规格参数资料，牛腿标高取为H0=7.80m.厂房室内外高差按一般值取150mm，屋面坡度取1：12。3。3 立面设计采用竖向压型钢板外墙及钢窗，形成竖向线条的立面效果，改变厂房长度和高度尺度扁平视觉效果，使厂房显得庄重、挺拔.立面图见施工图纸。 第四章 结构设计4.1 刚架内力计算4。1。1 荷载取值恒荷载(对水平投影面）檩条自重 0。05kN/m2 板及保温层 0。35kN/m2 悬挂设备 0.10kN/m2 =0.65kN/m2恒荷载标准值 0.66=3。91kN/m恒荷载设计值 3。911。2=4.7 kN/m 活荷载屋面活荷载标准值 0.50kN/m2 雪荷载 0.35kN/m2（雪荷载与活荷载不同时考虑取最大值） =0.5kN/m2活荷载标准值 0.56=3kN/m活荷载设计值 31.4=4.2 kN/ m2风荷载 基本风压 0.55kN/m2(按地面粗糙度B类取得) 柱顶高度取10.5m，按建筑结构荷载规范，z=1。000(Z/10)0.32，（Z为柱顶到地面距离）得风压高度变化系数z=1.064 z=1q1=szzw0B=0。81.06410。556.0=2。55kN/m设计值2。551。4=3。57 kN/mq2=szzw0B=-0。51.06410.556.0=-1.6kN设计值 1。61.4=2。24 kN/m作用在屋面的风荷载FW屋顶标高为12m z=1.056FW1=szzW0B=-0。61。0560。56.0=1.9kN 设计值 1。9 1。4=2.66 kN/m FW2=szzW0B=0.51.0560。56。0=-1。58kN 设计值 1.581。4=2.21 kN/m图4.1 风荷载体型系数示意图轻质墙及柱自重(包括柱墙骨架）0。5kN/m吊车荷载表3.1 吊车荷载（吊车为LDA型电动单吊梁吊车）起重量Q（t）最大轮压Pmax（t）最小轮压Pmin(t)吊车总宽B(m）吊车轮距w（mm)小车重q(t）54。060。9300025004.42利用柱子的反力影响线求得以左轮为基准图4.2 吊车荷载图5t吊车作用下产生的竖向荷载标准值 Dmax=(1+0。67)Pmax=1。5840.6=64。15kN 设计值 64.15 1。4=89.81 kN标准值 Dmin=(1+0.67）Pmin=1。589=14.22kN设计值 14。22 1.4=19。91 kN5t吊车作用下产生的水平荷载，即每个轮子水平刹车力T1=kNT的最不利位置同Pmax,故Tmax,k=2。8(1+0.58）=4。47kN设计值 Tmax=rQ Tmax，k=1.4 4。47=6。26 kN吊车轨道自重为38kg/m=0。38KN/m4.1.2 荷载计算简图 图4。3 恒荷载作用下计算简图 图4.4 活荷载作用下计算简图 图4.5 左风荷载作用下计算简图图4.6 右风荷载作用下计算简图 吊车竖向荷载作用下计算简图（有三种情况) （1） Dmax在AB柱、Dmin在CD柱计算简图 （2） Dmax在CD柱、Dmin在AB柱计（3） Dmax在CD柱、Dmin在EF柱计算简图 图4。7 吊车竖向荷载作用下计算简图吊车水平荷载作用下计算简图(四种情况) （1） Tmax在左跨、方向向右计算 (2） Tmax在右跨、方向向左计算简图 （3) Tmax在右跨、方向向右计算简图 （4） Tmax在右跨、方向向左计算简图 4。1。3 内力计算简图因受力较复杂，采用清华大学出版的结构力学求解器进行内力计算.计算过程如下：首先将A、B、C、D、E、F各结点坐标输入，然后输入各单元连接方式（如AB杆为1单元)，再输入支座约束（刚接或铰接），最后将荷载条件和材料性质输入，即可输出内力图。根据结构力学求解器对结构进行内力计算简图如下:图4。8 吊车水平荷载作用下计算简图 （M图） （V 图） （N图)图4.9 恒荷载作用下内力图 （M图) （V 图） （N图）图4.10 活荷载作用下内力图 （M图) (V图）（N图）图4.11 左风荷载作用下内力图 （M图） （V图)（N图）图4.12 右风荷载作用内力图吊车竖向荷载作用下内力图 （M图) (V图） （N图）图4。13 Dmax作用于AB柱，Dmin作用于CD柱内力图Dmax作用于EF柱，Dmin作用于CD柱内力图与图4。13完全以CD柱对称 （M图） （V图）（N图）图4.14 Dmax作用于CD柱，Dmin作用于AB柱内力图Dmax作用于CD柱，Dmin作用于EF柱内力图与图4。14完全以CD柱对称吊车水平荷载作用下内力图 （M图) (V图） （N图）图4。15 Tmax作用于左跨，且荷载方向均向左内力图Tmax作用于右跨，且荷载方向均向右内力图与图4。15完全以CD柱对称 （M图) (V图） （N图）图4.16 Tmax作用于左跨，且荷载方向均向右内力图Tmax作用于右跨，且荷载方向均向左内力图与图4。16完全以CD柱对称4.1.4 内力组合 1. 参考门式刚架轻型房屋钢结构规程刚架荷载组合采用如下原则：（1） 永久荷载1.2+0.85(竖向可变荷载1。4+风荷载1.4+吊车竖向可变荷载1。4+吊车水平可变荷载1.4)(2) 永久荷载1。0+0。85(风荷载1.4+邻跨吊车可变荷载1。4）本组合仅用于多跨有吊车刚架(3） 永久荷载1.0+风荷载1。4（4） 永久荷载1。2+竖向可变荷载1。4上述1、4项组合主要用于计算最大弯矩及最大轴力的内力组合以进行刚架截面强度的计算。2、3项组合主要用于计算轴力最小而相应弯矩最大内力组合以进行柱脚及锚栓的计算。2. 内力组合见附页。4.2 刚架截面设计4.2.1 柱的强度及稳定计算1. 对AB柱进行计算（EF柱与AB柱对称）（1） 内力选取由内力组合知柱底截面11的内力值较大,11截面的最不利内力组合为 M=186.0kN.m N=136。3kN ，V=48。2kN ， 即以此内力值进行柱截面设计。(2） 截面选择与强度验算柱的材料选用Q235B ， fy=235KN 截面选用焊接工字钢截面尺寸为h b t tw=4503002010柱的几何参数为A=161.0cm2 Ix=61253cm4 Iy=9003cm4 WX=2722cm3 Wy=600。2cm3 ix=19.51cm iy=7。48cm1） 构件宽厚比的验算翼缘部分： 腹板部分： 2） 抗剪验算 柱截面的最大剪力为： V=48。2kN 考虑仅有支座加劲肋, V=48。2KN3） 弯、剪、压共同作用下的验算 因为V=48。2KN0。5, 取V=0。5 M=186。0kN.m 故 满足要求。（3） 整体稳定性验算 构件的最大内力： N=136。3kN M=186.0kN.m1）刚架柱平面内的整体稳定性验算 刚架柱高 H=10500mm, 梁长L=180600m 查钢结构表5-2，得 刚架柱的计算长度为 柱属于b类截面 查表得=0。602 由：式中:N：压弯构件所计算区段范围内的轴心压力设计值 ：弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数 Mx：所计算构件段范围内的最大弯矩 wx：弯矩作用平面内受压最大纤维的毛截面地抗拒 x：截面塑性发展系数取1。05 mx取1。0 得:2)刚架柱平面外的整体稳定性验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为横梁平面外的支撑点，但为了安全起见，计算长度按两个檩条间距考虑，即对于等截面构件 b类截面 查表得=0。899 由：式中：:弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数 :均匀弯矩的受压构件整体稳定系数Mx: 所计算构件段范围内的最大弯矩tx： 等效弯矩系数得： 满足要求。（4） 刚架侧移计算 1）查钢结构上册表65，刚架柱顶位移限值沿柱高度均布水平荷载作用下柱顶等效水平力： 计算吊车水平荷载作用下的侧移时，柱顶等效水平力H可取 则 则柱顶水平力作用下的侧移U为 满足要求。2）斜梁变形计算 刚架斜梁在竖向荷载标准值作用下的挠度限值为 挠度分两部分： 1）跨中正弯矩部分按单跨简支梁受均布荷载计算。 2）支座负弯矩部分按单跨简支梁两端等弯矩计算。满足要求 荷载分项系数平均值取1.3 （0.25KN/为支撑+斜梁重） （由于斜梁主要承受竖向荷载，故取组合弯矩值计算）2. 对CD柱进行计算（1）内力选取 由内力组合知柱底截面1-1的内力值较大,1-1截面的最不利组合为 M=149。3KN。mN=183。3KN V=27.9KN 即以此内力值进行柱截面设计。(2）截面选择与强度验算CD柱截面尺寸为h b t tw=600300168 柱的几何参数为A=141。4cm2 Ix=94091cm4 Iy=7202cm4 WX=3136cm3 Wy=480。2cm3 ix=25.79cm iy=7.14cm1）构件宽厚比的验算 翼缘部分： 腹板部分： 2)抗剪验算: 柱截面的最大剪力为： V=27。9KN 考虑仅有支座加劲肋: V=27.9KN3） 弯、剪、压共同作用下的验算因为 V=27.9KN 取V= 故 满足要求.(3） 整体稳定性验算 构件的最大内力： N=183.3KN M=149。3KN.m1） 刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高 H=12000mm, 梁长L=180600mm 查钢结构表52，得刚架柱的计算长度为 属类截面 查表 由：式中：N：压弯构件所计算区段范围内的轴心压力设计值 ：弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数 Mx：所计算构件段范围内的最大弯矩 wx：弯矩作用平面内受压最大纤维的毛截面地抗拒 x：截面塑性发展系数取1。05 mx取1.0 得: 2） 刚架柱平面外的整体稳定性验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，檩条可作为横梁平面外的支撑点，但为了安全起见，计算长度按两个檩条间距考虑,即对于等截面构件 b类截面 查表得=0。773 由： 式中：弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数 ：均匀弯矩的受压构件整体稳定系数Mx： 所计算构件段范围内的最大弯矩tx： 等效弯矩系数得： 满足要求。（4） 因CD柱不受均布风荷载作用，故不需计算刚架侧移。4.2.2 梁的强度及稳定计算 取最不利内力组合可知梁在两跨上受的内力相等，可将两跨上的梁做成截面一样.又因梁跨度较大且内力变化较大将梁做成楔形梁。计算时对梁两端1-1、22截面分别按等截面进行计算。最不利组合： 1. 对梁11截面进行验算（与柱AB相连的截面)(1） 整体稳定性计算 梁材料选用Q235-B，fy=235N/mm2 截面选用焊接工字钢初选截面h b t tw= 4503002010 截面尺寸如图: 图4.17 梁B端截面尺寸图 梁的几何参数为A=161.0cm2 Ix=61253cm4 Iy=9003cm4 WX=2722cm3 iy=7.48cm （ly 取0。4l是根据轻型钢结构设计指南9.7。3不考虑隅撑作用得出的）属b 类截面，则由下列公式计算平面外稳定性：式中：弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数 :均匀弯矩的受压构件整体稳定系数Mx： 所计算构件段范围内的最大弯矩tx: 等效弯矩系数，取0。85由近似公式, （不需再修正为）代入上式，得： (2) 梁腹板考虑屈曲的强度计算1)梁腹板最大宽厚比 2)梁腹板抗剪承载力设计值 因仅有支座加劲肋，故 则3）腹板有效宽度计算 按轻型钢结构设计指南表9-2， 其中， 则 受压区全部有效。4） 剪力和弯矩下的强度计算 故不需设置间距的加劲肋。2. 对梁22截面进行验算(与BD柱相连的截面）（1）整体稳定计算最不利内力组合M截面=347.1kN。m N=30。5kN V=108.6kN 截面选用焊接工字钢，截面尺寸为6003002010,如图8。2所示. 图4.18 梁D端截面尺寸图 几何参数为A=161。0cm2 Ix=61253cm4 Iy=9003cm4 WX=2722cm3 iy=7。48cm 属b类截面，查表得，由下列公式计算平面外稳定性：式中：弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数 ：均匀弯矩的受压构件整体稳定系数Mx： 所计算构件段范围内的最大弯矩tx： 等效弯矩系数，取0。85 由近似公式， ， 故不需再修正为 代入上式，得： 满足要求。（2) 梁腹板考虑屈曲的强度计算1） 梁腹板最大宽厚比 2） 梁腹板抗剪承载力设计值 因仅有支座加劲肋，故 1。4 3） 腹板有效宽度计算 按轻型钢结构设计指南表92， 其中, 则 受压区全部有效。4) 剪力和弯矩下的强度计算 故不需设置间距的加劲肋。4。3 刚架柱牛腿计算支撑吊车梁的牛腿尺寸如图4.19： 集中荷载下牛腿高为： 设翼缘板为-20010，腹板为8 满足要求. 牛腿根部抗弯: 图4.19 牛腿尺寸简图 折算应力验算： 得, 计算表明，以上三项计算中，牛腿为集中荷载下的抗弯强度控制。 4。4 柱间支撑设计4。4。1 设计资料及说明1。 在长度方向的边列柱间设置三道支撑，上柱为K形支撑及下柱为交叉支撑组成(支撑布置及形式见图4。20），因柱截面高度800，故设为单片支撑。2. 支撑结构采用Q235B.F，焊条采用E43型。4。4.2 柱间支撑的荷载及杆件内力计算1。 作用于支撑的纵向水平荷载计算(1）由屋面垂直支撑传来的纵向风荷载w1（作用于吊车梁以上上墙风荷载）及由抗风桁架传来的山墙风荷载w2。基本风压值w0=0.5kN/m2 图4.20 支撑布置及形式简图风压高度变化系数z1=1。014（按地面粗糙度B级离地面高度10。5m处计算）z2=1 （取离地面高度7.1m处)风荷载体型系数s=1.3 计算风压值：w1=z1z2w0Q=1。31.0140。51。4=0。923kN/m2w2=z2z2w0Q=1.310.51.4=0。910kN/m2相应的受风面积： A1=86.4 A2=140.4集中荷载: W1=0。92386。4=79。7kN W2=0.910140。4=127.8KN（2) 吊车纵向水平制动刹车力T:按本列跨间最大吊车作用Q=5t Pmax=4.069.8=39。8kN T=0.1Pmax=0.1239.81.4=11。1kN2. 支撑构件内力计算支撑构件的内力按下述荷载计算风荷载由单片支撑承受，荷载由柱列三道平均分配（1）上柱k形支撑杆件内力(如图4。21所示） 图4.21 上柱K形支撑内力图按风荷载计算时，按三道上柱支撑考虑作用于一道上柱支撑的风荷载为W1/3=26.57kNH1=H2=KNV1=-V2= kNcos1=0.7563N1-2=(压力）kN(压力、拉力）（2） 下柱交叉支撑杆件内力（如图4.22所示）按风荷载及吊车制动力计算时，下柱支撑由三道支撑组成，每一道下柱支撑则由单片支撑组成，作用于支撑的风荷载和吊车纵向制动力为（W1+W2+T)/3，支撑斜杆内力为：N56= 图4。22 下柱交叉支撑内力图4。4。3 杆件截面选择1。 上柱k形支撑：上柱k形支撑采用圆钢（1）支撑斜杆03 (如图4.21) N03=17.56kN选用15圆钢 A=176。0mm2斜杆截面验算强度验算 N/A=17.56103/176.0=99。8N/mm2f= 215N/mm2 刚度验算 张紧的圆钢不需考虑长细比的要求。（2）人字形支撑水平支杆12(如图4.21)N12=26。57kN 采用截面与斜杆相同， 水平压杆截面验算 强度验算 N/A=26.57103/176.0=151.0N/mm2f= 215N/mm2 刚度验算 张紧的圆钢不需考虑长细比的要求。满足要求.2. 下柱交叉支撑：采用圆钢N5-6=101。7kN 选用25圆钢 交叉斜杆截面验算强度验算 N/A=101.7103/490。9 =207。2N/mm2f= 215N/mm2 刚度验算 张紧的圆钢不需考虑长细比的要求。满足要求。4。5 檩条设计及验算4.5.1 荷载内力与计算由于风荷载较大，需分别考虑恒载与活载组合以及恒载与风荷载组合 恒荷载 檩条自重 0.05kN/m2板及保温层 0.35kN/m2 =0.4kN/m2活荷载 0.5kN/m21。 恒载与屋面活荷载组合 檩条线荷载 qK=（0.35+0。05+0.50）1。5=1。35KN/m q=（1.2 0.4+1.4 0.50） 1。5=1.77KN/m 图4。23 檩条受力简图由图4。23知，tan=1/12 =4.76 qX1=Psin4.76=0.147KN/m qy1=Pcos4.76=1。764KN/m弯矩设计值 MX1= qy1L2/8=1。764 62/8=7.94KN.m M y1= qX1 L2/32=0。14762/32=0。17 KN.m2. 恒载与风荷载组合按建筑结构荷载规范（50009-2001），风压高度变化系数 =1。056，=1。0风荷载体型系数为 1.5A2.9=1.47（边缘带 A=1.56=9m2+垂直屋面的风荷载标准值KN/m2檩条线荷载 KN/m =1.71-0.60=1.11KN/m 弯矩设计值 （采用受压下翼缘不设拉条的方案） KN。m KN。m4.5.2 截面选择4.5.3 选用C200 70 20 2。5 A=8.98cm2 WX=53.82cm2 Wymax=28.18cm3 Wymin=11。25cm3 Ix=538.21cm4 Iy=56.27 cm4 It=0。1871 cm4 Iw=4376。18cm6 ix=538。21cm iy=2。50cm x0=2.000cm e0=4。89cm4。5。3 强度验算1. 有效净截面模量先按毛截面计算的截面应力为 (压） （压） (压） （压）2。 受压板件的稳定系数（1）腹板 腹板为加劲肋板件， 则K=7.8-6。29+9。78=7。86。29（0.922）+9。78（0。922）2=21。913（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撑边， 则KC=5。8911。596.682=5.8911.590.8636.680.8632=0.8633。 受压板件的有效宽度(1）腹板 K=21。913 KC=0。863 b=200mm c=70mm t=2.5mm =153。5N/mm2 由公式，由此计算约束板组系数为 按轻钢结构设计指南，第14.5.1节由于0， 则=1。15 所以由此截面有效宽度为 （2）上翼缘板K=0.863 KC=21。913 b=70mm c=200mm =153。5N/mm2由公式 ， 板组约束系数为 由于， 则 b/t=70/2.5=28 所以 由此截面有效宽度为 （3）下翼缘板下翼缘板全截面受拉，全部有效3. 截面模量上翼缘板的扣除面积宽度为 70-62。41=7.59mm；腹板的扣除面积宽度为104。06-100.56=3.5 mm.同时在腹板的计算截面有一13拉条连接孔（距上翼缘板边缘35 mm），孔位置与扣除面积位置基本相同，所以腹板的扣除面积宽度按1