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).doc
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青岛市某单层双跨重型钢结构厂房设计
一．建筑设计说明
一、工程概况
1.工程名称：
青岛市某重型工业厂房；
2.工程总面积：
3344㎡
3.结构形式：
钢结构排架
二、建筑功能及特点
1.该拟建的建筑位于青岛市室内，设计内容：
重型钢结构厂房，此建筑占地面积3344㎡。
2.平面设计
建筑物朝向为南北向，双跨厂房，每跨跨度为21m，柱距为6m，采用柱网为21m×6m，纵向定位轴线采用封闭式结合方式。
3.立面设计
该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗。
4.剖面设计
吊车梁轨顶标高为6.9m，柱子高度H=6.9+3.336+0.3=10.536,取柱子高度为10.8m。
5.防火
防火等级为二级丁类，设一个防火分区，安全疏散距离满足房门只外部出口或封闭式楼梯间最大距离。
室内消火栓设在两侧纵墙处，两侧及中间各设两个消火栓，满足间距小于50m的要求。
6.抗震
建筑的平面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，满足抗震要求。
7.屋面
屋面形式为坡屋顶：
坡屋顶排水坡度为10%，排水方式为有组织内排水。
屋面做法采用《01J925-1压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》中夹芯钢板屋面。
8.采光
采光等级为Ⅳ级，窗地比为1/6,窗户面积为1160㎡，地面面积为3344平方米，窗地比满足要求，不需开设天窗。
9.排水
排水形式为有组织内排水，排水管数目为21个。
三、设计资料
1.自然条件
2.1工程地质条件：
场区地质简单，无不利工程地质现象，条件良好，地基承载力标准值1000Kpa，为强风化花岗岩，场区内无地下水。
冻土深度为0.5m。
2.2抗震设防：
6度
2.3防火等级：
二级
2.4建筑物类型：
丙类
2.5基本风压:
W=0.6KN/㎡，主导风向：
东南风
2.6基本雪压:
0.2KN/㎡（50年）0.25KN/㎡（100年）
2.7冻土深度：
—0.5m
2.8气象条件：
年平均气温：
12.7℃最高温度：
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
2.2.2150厚3:
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）
工程做法见国家标准图集01J925-1
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
120
\
\
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
（t）
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）:
0.500
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
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