工业厂房檩条设计.docx

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工业厂房檩条设计

绪论

钢结构体系因其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点，与钢筋混凝土结构相比，更具有在"高、大、轻"三个方面发展的独特优势。

随着国家经济建设的发展，长期以来混凝土与砌体结构一统天下的局面正在发生变化。

钢结构产品在大跨度空间结构、轻钢门式结构、多层及小高层住宅领域的建筑日益增多，应用领域不断扩大。

从西气东送、西电东输、南水北调、青藏铁路、2008年奥运会场馆设施、钢结构住宅、西部大开发等建设实践来看，一个发展建筑钢结构行业与市场的势头正在我国出现。

十年来的改革开放与经济发展，已经为钢结构体系的应用创造了极为有利的发展环境。

从发展钢结构的主要物质基础看：

钢材的发展是钢结构发展的关键因素。

为适应建筑市场的需要，成品钢材将朝着品种齐全材料标准化方向发展。

国产建筑钢结构用钢在数量、品种与质量上发展都很快，热轧Ｈ型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，为钢结构发展创造了重要的条件。

其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。

耐火、耐候钢、超薄热轧Ｈ型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。

从设计、生产、施工专业化水平看：

钢结构行业经过几年的发展，专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高。

一批有特色有实力的专业研究所、设计院不断研究与开发出钢结构设计软件与新技术。

目前，国内许多钢结构设计软件相继问世，可分别适应轻钢结构、网架结构、高层钢结构、薄壁拱形结构的设计需要。

随着计算机技术在工程设计中的普遍应用，钢结构设计软件功能的日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计、施工图绘制提供了极大的便利。

从钢结构工程业绩来看：

世界第三高度421米的上海金茂大厦，具有国际领先水平、高度279米的深圳赛格大厦，跨度1490米的润扬长江大桥，跨度550米的上海卢浦大桥，345米高的跨长江输电铁塔，以及首都国际机场，鸟巢国家体育中心等等许多采用钢结构建筑体系的重要工程，标志着建筑钢结构正向高层重型与空间大跨度钢结构发展。

从住宅钢结构的产业化来看：

我国已把轻钢结构在住宅建设上的推广应用作为建筑业的一场革命。

随着住宅业成为我国经济发展新的增长点，轻钢住宅将是住宅产业发展的必由之路。

而住宅产业化的前提是具备与产业化相配套的新技术、新材料与新体系。

由于钢结构体系易于实现工业化生产、标准化制作，且与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料。

因此，研究钢结构体系住宅成套技术，将大大促进住宅产业化的快速发展。

钢结构的发展趋势表明，我国发展钢结构存在着巨大的市场潜力与发展前景。

我国钢产量连年居世界首位，钢结构建筑的建筑条件基本成熟，但钢结构技术仍未得到特别有力的推广，我国钢结构建筑的发展相对国外有些滞后。

主要表现在：

国产Ｈ型钢、方钢管、可搭接的斜卷边冷弯薄壁Ｚ型钢、抗腐蚀性能更好的镀铝锌薄板等型材的品种、规格还不能满足建筑需要。

厚板的可焊接性差是国产建筑钢材存在的主要问题。

建筑用高强度低合金钢品种还太少，高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的应用尚未解决。

钢结构住宅的造价与选择、开发外墙板，在一定程度上制约了钢结构住宅建筑的大面积推广应用。

尽管目前还存在着种种不尽如人意或有待提高的方面，但钢结构的发展潜力巨大，前景广阔。

展望未来，随着经济建设的蓬勃发展与交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁与大型公共场所等大空间与超大空间建筑物的需求十分旺盛。

这将为钢结构的发展提供更多的机会，钢结构产业兴旺发展的新局面就在眼前。

1建筑设计

1.1工程概况

1.1.1建设规模以及标准

（1）建设规模：

咸宁市金属安装公司机加工车间，建筑面积4320m2。

结构形式采用轻型钢结构单层双跨工业厂房形式，双坡屋面，设有吊车一台，起重量10t，设备的技术指标为：

表1.1吊车基本参数与尺寸

起重量

Q/t

跨度

S/m

宽度

B/mm

轮距

W/mm

最大轮压

Pmax/kN

最小轮压

Pmin/kN

小车质量

m2/t

10

22.5

5290

4050

126

31.5

3.3

（2）建筑防火等级：

二级

（3）建筑防水等级：

二级

1.1.2设计资料

地基土承载力标准值为90kN/m2,持力层顶面标高为-1.0m。

基本风压：

0.35kN/m，基本雪压：

0.45kN/m

1.1.3材料规格

钢材：

门式刚架采用Q235钢，屋面檩条、墙架、檩条采用Q235-B

螺栓：

采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C级）；

焊条：

手工焊、自动埋弧焊与CO2气保护焊；

基础混凝土≥C20,垫层混凝土≥C10；

1.2单层厂房平面设计

1.2.1柱网布置的确定

在厂房中为支承屋顶与吊车必须设柱子，6米柱距是我国目前的基本柱距，在实际中应用较广泛，经济效果也较好，同时考虑纵横向都能布置生产线，且工艺上需要进行技术改造，更新设备与重新布置生产线时，十分灵活，不受柱距的限制，使厂房具有更大的通用性，厂房柱距取6m，跨度30m，长度150m。

1.2.2厂房门的确定

考虑到工艺设计及行走方便，厂房开设九个门，平面位置详见建筑平面图，门的宽度与高度为6m×5m，厂房门采用双扇推拉门，能方便运输设备进出与人流疏散。

1.2.3散水的确定

为保护外墙不受雨水的侵蚀，在外墙的四周将地面做成向外倾斜的坡度，以便将屋面雨水排至远处，所以设置了散水，散水的坡度为5%，宽度取为900mm，散水的构造做法为：

素土夯实，70mm厚1：

3：

6碎石（砖）三合土，10mm水泥砂浆抹面，，散水面距地面的距离为20mm。

散水做法见下图

图1.1散水的做法

1.3单层厂房剖面设计

1.3.1柱顶标高的确定

由于厂房内设有吊车，柱顶标高按下式来确定：

H=H1+h6+h7

式中：

H——柱顶标高（m），必须符合3M的模数；

H1——吊车规定标高（m），一般有设计人员提出；

h6——吊车轨顶至小车顶面的高度（m），根据吊车资料查出；

h7——小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（mm）。

此间隙尺寸，按国家标准及根据吊车起重量可取300mm，400mm，1200mm。

根据设计要求，H取9.6m，吊车采用大连重工起重集团有限公司DSQD型10t级吊车。

1.3.2室内地坪标高的确定

在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面需设置高差，以防止雨水倒灌侵入室内。

但为了便于运输工具出入厂房与不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，在该厂房设计中高差取值为300mm。

确定室内地坪标高为±0.000m，室外标高为-0.300。

1.3.3采光的确定

该厂房设计中采用天然采光，采光设计就是根据采光等级，查规范确定窗地比来确定窗子的面积，从而布置窗户的形式及标高，以保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。

该厂房的采光等级为Ⅳ级。

同时采用屋面采光板与低窗采光。

窗户设计兼顾墙梁位置，低窗高度为1.8m，距地面1200mm。

1.4厂房立面设计

立面设计是平面、剖面设计的继续，它与平面、剖面是不可分割的整体。

平面、剖面设计中，重点从平面组合等方面，解决生产使用与经济之间的关系；在立面设计中，则主要从外观形象方面，反映平面、剖面功能，使形式与内容得到统一。

该厂房的跨度、长度与柱距以及门窗的位置及屋盖形式等，都在平面设计与剖面设计上已经确定，在立面设计中就是要根据平面设计与剖面设计，确定门窗洞口的标高及位置，室内外高差等；选用墙体、墙面材料与构造形式表示明确，反映其处理方法，以及在已有的体型基础上利用柱子、门窗、墙面、线脚等部件，结合建筑构图规律进行有机的组合与划分，使立面简洁大方，比例恰当，达到完整匀称，节奏自然，色调质感协调统一的效果。

详见立面图。

1.5其他建筑构造

1.5.1屋顶的确定

本设计中厂房屋面采用有檩体系，即在刚架斜梁上设置C型冷弯薄壁型钢檩条，再铺设PVC铝箔及不锈钢网与YX28-150-900型压型钢板。

屋顶坡度考虑屋面排水需要，屋面坡度取为5%。

1.5.2地面的确定

由于厂房内有重型物品的堆放或车辆行驶，由此考虑建筑物的地面构造采用混凝土实铺地面。

地面在铺设时，将开挖的土回填夯实后，在上面铺设碎石或三合土，然后用1：

3水泥砂浆找平，然后再铺设混凝土面层。

由于在该厂房中有焊接，会产生火花，为了避免出面意外，地面采用特殊的不发光地面。

地面做法如下图所示。

图1.2地面的做法

1.5.3门口坡道的确定

在车间的大门外，应做行车坡道。

一般坡度取1：

5～1：

10之间，在该厂房中取较小值1：

10，则外坡道的水平长度为3000mm。

坡道的构造做法是：

素土夯实，20mm厚1：

3水泥砂浆面层，50mmC20混凝土填层，坡道布置下图：

图1.3坡道示意图

图1.4坡道的做法

1.5.4雨棚的确定

雨棚高出门洞300mm。

雨棚尺寸确定如下：

厚度为300mm，外挑为1500mm，宽度略微比门洞尺寸宽，雨棚宽度取6000mm。

2结构设计

2.1檩条设计

封闭式建筑，屋面材料为1mm压型钢板，屋面排水坡度为5%，檩条跨度为6m，采用简支搭接的方式，水平檩距为1.6m，每跨设置拉条一根，檩条及拉条钢材均为Q235，焊条采用E43型。

2.1.1截面初选

初选截面为C180×70×20×3，截面特性为：

2.1.2荷载计算

（1）1.2×恒荷载+1.4×活荷载

恒荷载：

活荷载：

可变荷载取屋面活荷载与雪荷载中较大值，取。

荷载设计值：

（2）1.0×恒荷载+1.4×风荷载

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，檩条上的风荷载计算：

风载体型系数为：

风载为：

2.1.3内力计算

檩条截面上的荷载

图2.1檩条截面主轴及荷载示意图

由荷载计算知第一种组合起控制作用。

弯矩设计值为

（1）产生的内力

拉条处负弯矩

（2）产生的内力

跨中截面

（a）（b）

图2.2檩条弯矩计算简图

所以，

2.1.4截面验算

2.1.4.1有效宽度计算

图2.3跨中最大弯矩引起的截面应力符号（拉为负，压为正）

由图可知，截面应力为

（1）上翼缘有效宽度

上翼缘为部分加劲板件，压应力分布不均匀系数，

——分别为受压板件边缘最大压应力与另一边缘的应力。

由于最大压应力作用在支承边，并且，所以单板受压屈曲系数为

相邻板件的受压屈曲系数（相邻板件为腹板，为加劲板件）为：

，故

所以

—计算板件相邻的板件宽度

—计算板件的宽度。

受压板件的板组约束系数为，取

，

所以板件的有效宽度为

—板件受压区宽度，，取

，

（2）腹板有效宽度

腹板为加劲板件，板件受压屈曲系数为，相邻板件的受压屈曲系数为，对于腹板，，

故板组约束系数

，故取，

腹板的有效宽度：

——板件受压区宽度，取

（3）下翼缘受拉，故全截面有效。

2.1.4.2有效截面特性

上翼缘板的扣除面积宽度为：

，腹板的扣除面积，同时在腹板有一拉条（拉条采用钢）连接孔（孔直径，距上翼缘边缘40），，所以腹板的扣除面积宽度按12计算

有效净截面模量为：

2.1.4.3强度计算

计算1，2点的强度为

满足要求。

2.1.4.4稳定性计算

屋面能阻止檩条侧向失稳与扭转。

在风吸力作用下计算檩条的稳定性，永久荷载与风荷载吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面均布活荷载组合下的弯矩，截面全部有效，不计孔洞削弱，则:

跨中设一道拉条，故，，

，

——梁的侧向计算长度，

——梁在弯矩作用平面外的长细比，

檩条的稳定性计算

2.1.4.5挠度计算

满足要求。

2.1.4.