單層鋼結構廠房畢業(yè)設計計算書完整版

鄭重聲明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：日期：前言伴隨著我國經濟與科學技術的快速發(fā)展，鋼結構已逐步在工業(yè)廠房，商業(yè)大樓，民用住宅，大型場館等公共建筑中被廣泛采用。鋼材的強度高，故在結構中占體積小，因而建筑的實用空間就較大；鋼結構可以成套預制裝配，故施工方便；鋼材可以回爐重新利用，故鋼結構的再生性好。鋼結構有著非常多的優(yōu)點，我國的鋼結構事業(yè)也正處在蓬勃發(fā)展中。輕型鋼結構除具有普通鋼結構的材質均勻，可靠性高；強度高，重量輕；塑性韌性，抗震性能好；便于機械化制造，施工期短；可回收，建筑造型美觀等特點以外，一般還具有取材方便，用料較省，自重更輕等特點。它對加快基本建設速度，特別對中小型企業(yè)的建設，以及對現(xiàn)有企業(yè)的挖潛、革新、改造等工作能夠起到顯著的作用，因而受到建設單位，尤其是在工業(yè)建筑中的普遍歡迎。由于輕型鋼結構的經濟指標很好，總造價較低，再加上結構自重輕為改革重型結構體系創(chuàng)造了條件。因此，輕型鋼結構是很有發(fā)展前途的一種結構形勢?；谝陨蠈p型鋼結構的認識，我在畢業(yè)設計課題中選擇了輕型鋼結構設計。本次設計的是萬利集團民用工業(yè)園的輕鋼結構房屋工程。通過這次設計，我希望能對鋼結構的計算原理、輕型鋼結構的特點和構造要求有一個較系統(tǒng)的認識。同時，通過這次設計，培養(yǎng)自己理論結合實踐的能力，積累工程經驗，從而為將來走向工作崗位打下堅實的基礎。摘要近年來，輕鋼結構因其取材方便、用料省、自重輕、構件批量生產、現(xiàn)場施工速度快、周期短等諸多特點，在我國取得了長足的發(fā)展。其中，門式剛架造型由于其簡潔美觀、平面布置靈活、安裝便利及可以滿足多種生產工藝和使用功能的要求等特點，目前正被運用于越來越多的鋼結構房屋建筑中。本工程是以輕型門式鋼架作為結構形式的單層工業(yè)廠房。廠房共有兩跨，每跨設有兩臺橋式軟鉤吊車。廠房為雙坡屋面，除基礎和地基梁使用混凝土、外墻標高1.2m以下為240厚磚墻外，其他所有主次要構件均為鋼結構。首先根據現(xiàn)有資料進行建筑方案的比選及建筑的平、立、剖面的設計；然后建筑設計基礎之上的結構布置、靜力計算、框架設計、節(jié)點設計、柱腳設計、檁條設計、柱間支撐設計、吊車梁設計及基礎設計等。建筑設計給結構設計提供初步的計算資料，結構設計又把更新的數(shù)據反饋給建筑設計，如此循環(huán)以得到最終設計結果。在結構設計中，對各種構件的基本的設計思路如下：(1)建立合理的力學模型，確定計算簡圖；(2)計算各種工況下構件危險截面的內力；(3)進行荷載效應組合，得到可能的最不利內力；(4)對構件危險截面進行內力驗算，繼而確定其具體尺寸(包括截面尺寸、板件厚度、螺栓直徑及間距、焊腳尺寸及長度、疲勞驗算等)。構件的尺寸選擇一般是通過經驗公式進行初選，然后進行驗算調整直至其符合要求。在人工設計結束以后，利用3D3S鋼結構設計軟件建模設計。首先對手算設計的主體構件進行驗算和校核，然后利用軟件中圍護結構設計模塊對廠房總體設計進行完善，主要包括隅撐、女兒墻小立柱等構件。最終利用軟件自動生成施工圖并加以必要修改，以建施和結施圖紙集的形式將總體設計表達出來。關鍵詞：輕型門式剛架；荷載組合；內力分析；結構設計與驗算；3D3S建模ABSTRACTInrecentyears,thelightsteelstructureshavebeenpopularizedinthedevelopmentofourcountryforthereasonssuchaseasyerection,economizedmaterials,lightweight,massproductioncomponents,high-speedon-siteconstructionandshortcycle.Amongthem,theportalsystem,becauseofitssimpleandbeautifulstyle,layoutflexibility,convenientinstallandthefeaturethatcanmeettherequirementofavarietyofproductionprocessesandutilizingfunction,istakinganactivepartinthemarketofsteelhousingconstruction.Firstofall,architecturalprogramsareselectedandtheplan,fa?adeandprofilefiguresaredesignedaccordingtotheexistingavailableinformation.Afterward,onthefoundationofarchitecturaldesign,thestructuralarrangement,staticanalysis,frameworkdesign,jointdesign,columnpedestal,purlindesign,bracedesign,cranebeamdesignandfoundationdesignarecarriedoutsuccessively.Inthisprocess,architecturaldesignprovidesstructuraldesignwithpreliminarydataforcalculations,andinturnstructuraldesignfeedupdateddatabacktoarchitecturaldesign.Afterseveralsuchcirculations,finaldesignresultsareacquired.Thisprojectisasingle-storyindustrialplantwhichusesLightPortalFrameasitsconstructionform.Theplantconsistsoftowcrosses,eachofwhichissetwithtwosofthookbridgecranes,andisdesignedasgableroof.Inadditionofthefoundationandfoundationbeam,whichuseconcretesasmaterial,and240mmthickbrickwallsbellowingexteriorelevationof1.2m,allothermajorandminorelementstakesteelastheirmaterial.Instructuraldesign,thebasicdesignideasofvariouscomponentsareasfollows:(1)Establishareasonablemechanicalmodelanddeterminethecalculationdiagram;(2)Calculatetheinternalforceofdangeroussectionundervariousconditions;(3)Carriedoutthecombinationofloadeffectandgettheworstpossibleinternalforce;(4)Calculateandchecktheinternalforceofdangeroussection,andthendecidethespecificsizesofthem(includingthesectionsize,thicknessofplates,boltdiameterandspacing,sizeandlengthofthefootsolder,fatiguecalculations,etc.).Componentsizesaregenerallyprimarilyselectedbytheempiricalformula,andthenareadjustedandcheckeduntilitmeetstherequirements.Aftertheartificialdesign,usesteelstructuredesignsoftware3D3Stoestablishthestructuralmodelandcalculation.Firstly,checkandverifytheresultofhandcomputationforthemaincomponent,andthenusethebuildingenvelopedesignmoduleinthesoftwaretoimprovetheoveralldesignofplant,includingcornersupportsanduprightpostsonparapetwalls.Intheend,usethesoftwaretoautomaticallygeneratetheconstructiondrawingsandmakenecessarymodification,andmaketheexpressionoftheoveralldesignbyatlasofarchitecturalandstructuralconstruction.Keywords:LightPortalFrame;LoadeffectCombination;Internalforceanalysis

; Structuraldesignandverification;3D3Smodeling目錄第1章引言1.1 目前輕鋼結構的特點及發(fā)展現(xiàn)狀 第1章引言目前輕鋼結構的特點及發(fā)展現(xiàn)狀輕型鋼結構建筑體系是指以單層非住宅的中小型工廠、倉庫、商品、大型超市為主要對象的建筑[1]，這種建筑體系是采用輕型H型鋼（焊接或軋制；變截面或等截面）做成門型剛架、C型、Z型冷彎薄壁型鋼作檁條墻梁，壓型鋼板或輕質夾芯板作屋面、墻面圍護結構，采用高強螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料將承重結構、圍護結構構件在現(xiàn)場組裝起來的預制裝配式鋼結構房屋體系。這種輕鋼結構建筑具有以下特點：（1）構造簡單，材料單一。容易做到設計標準化定型化，構件加工制作工業(yè)化所以現(xiàn)場安裝預制裝配化程度高。銷售、設計、生產可以全部采用計算機控制，產品質量好，生產效率高。（2）自重輕，降輕了基礎材料用量；減少構件運輸、安裝工作量；并且有利于結構抗震。（3）工期短。構件標準定型裝配化程度高，所以現(xiàn)場安裝簡單快速，一般廠房倉庫簽訂合同后2~3個月內可以交付使用。因為沒有濕作業(yè)，現(xiàn)場安裝不受氣候影響。（4）可以滿足多種生產工藝和使用功能的要求。輕鋼結構建筑體系在建筑造型、色彩以及結構跨度、柱距等方面的選擇上靈活多樣，給設計者提供充分展示才能的條件。（5）輕鋼結構建筑屬于環(huán)保性、節(jié)能性產品，廠房可以搬遷，材料可以回收。（6）價格便宜。隨著我國鋼產量的提高，鋼材價格的下調，競爭的激烈，輕鋼結構建筑與其他同類磚混結構建筑相比，造價持平或偏低。輕鋼結構系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土和熱軋型鋼制作的屋面板、檁條等，不僅可減少梁、柱和基礎截面尺寸，使整體結構質量減輕，而且式樣美觀，工業(yè)化程度高，施工速度快，經濟效益顯著[2]。由于輕鋼結構突出的優(yōu)點，它已被廣泛應用于工農業(yè)建筑、商業(yè)、服務性建筑、標準辦公樓、學校、醫(yī)院建筑、別墅、旅游建筑、各類倉庫性建筑、娛樂、體育場館、地震區(qū)建筑、活動式可拆遷建筑、建材缺乏地區(qū)的建筑、工期緊的建筑、舊房改造、翻修等建筑領域。

門式剛架的特點與發(fā)展在這次畢業(yè)設計的過程中，我主要進行了門式輕鋼結構廠房的設計和計算工作。門式剛架輕鋼結構是一種常用的結構形式，用途十分廣泛。自H型鋼問世后，門式剛架已成為一種固定的結構形式，即形成在角隅處帶有變截面加腋的剛架，以加大它的跨度。不少西方先進國家已把它作為一種經濟的建筑體系，已商品化形式出售，有單跨、多跨、有無懸掛吊車等多種類型。剛架的用量與剛架的跨度、柱高以及屋面荷載大小有很大關系，特別是跨度加大，用鋼量顯著增加。所以，輕型門式剛架的適宜跨度在30m以下，屋面應于各種彩色壓型鋼板或壓型鋁板配套使用，墻體也應采用輕質維護材料，使結構具有美觀輕巧的特點。門式剛架就其截面形式來分，有實腹式和格構式等。實腹式剛架雖然用鋼量稍高，但它的構件整齊，每榀剛架由4件梁柱構件用螺栓連接而成，構件的剛度較大，適用于長途運輸和多次拆裝搬運，制造省工，工地安裝方便。在門式剛架結構系統(tǒng)中所占比重最大。門式剛架的形式由三塊鋼板焊成的工字型截面實腹剛架，截面形式簡單，受力性能好，是常用的截面形式。當采用軋制H型鋼時，可以減少制造焊接工作量。Z形截面實腹剛架，截面采用鋼板冷加工彎曲成型，主要優(yōu)點是有利于定型化生產，焊接拼裝工作量少，可以將構件疊合運輸。但截面不對稱，受力性能較差。格構式剛架常用于跨度較大的建筑，其材料選用和截面組成比較靈活，可采用普通角鋼、槽鋼、冷彎薄壁型鋼等，其截面為雙腹桿的矩形，以及三面腹桿的三角形。由薄壁型鋼組成的格構式剛架經濟，但制造費工，桿件剛度也較小。不論實腹式還是格構式剛架，其梁柱構件都可做成等截面或變截面的。當跨度和荷載較小時，一般采用等截面結構；當跨度和荷載較大時，宜采用變截面結構，使結構造型更接近于荷載作用下的彎矩圖形，使材料在截面的分布更加合理，并使結構顯得輕巧。對格構式剛架，一般柱為變截面，橫梁可采用等截面。近二十多年來，隨著我國經濟建設的迅速發(fā)展，由于生產的需要，門式輕鋼結構憑借其諸多優(yōu)點獲得了廣泛的應用。但是，由于我國目前還沒有相應的輕鋼設計規(guī)范，大部分設計仍沿用現(xiàn)行的普通鋼結構設計規(guī)范來進行門式剛架輕鋼結構的設計和計算，使得設計用鋼量指標居高不下，或在沒有充分理論依據的情況下，憑經驗一味地追求低用鋼量而造成事故。因此，對門式剛架輕型鋼結構進行系統(tǒng)的研究，建立和完善專門的設計規(guī)范勢在必行。畢業(yè)設計的內容與方法作為大學四年學習實踐的最后也是最重要的一個環(huán)節(jié)，在將近一個學期的時間里，我以及唐婷婷、吳珊同學在武漢大學鋼結構研究所進行了畢業(yè)設計，指導老師為郭耀杰和陳曉燕兩位老師。按照老師布置的任務，我主要完成了萬利集團輕鋼結構房屋設計。鋼結構研究所將實際的工程作為學生畢業(yè)設計的任務，避免了單純理論研究和假課題設計的空洞性，使得學生通過真實命題的設計，實際問題的解決，靈活全面地運用曾經學過的理論知識，初步積累實際工程設計的經驗，基本掌握工程設計的方法，從而達到畢業(yè)設計大綱的要求。本設計主要包括建筑設計和結構設計兩大部分。建筑設計是根據現(xiàn)有資料進行建筑方案的比選及建筑的平、立、剖面設計；結構設計是指在建筑設計基礎之上的結構布置、靜力計算、框架設計、檁條設計、柱間支撐設計、吊車梁設計及基礎設計等。畢業(yè)設計應完成廠房的建筑設計和結構設計，以手算為主完成廠房的計算，同時學習力學求解器、探索者結構CAD、PKPM、3D3S等軟件進行校核驗算，編寫計算書，繪制建筑設計圖和結構施工圖。第2章建筑設計工程概況萬利集團輕鋼結構房屋工程從屬于該集團公司民用工業(yè)園工程。該工程主要包括四個廠房的設計：輕鋼結構房屋、鋁窗加工廠房、機械加工廠房、噴涂廠房。畢業(yè)設計期間完成輕鋼結構房屋設計。此項工程的具體要求如下：1．廠房內凈高6米；2．廠房柱距9米；3．廠區(qū)通道寬度8米；4．廠房大門均采用推拉門，為滿足消防等要求的輔助門采用平開門（寬度小于1.5米）；5．廠房均采用內天溝有組織排水，外墻體在標高1.200米以下為240磚墻；標高1.200米以上為雙層鍍鋅鋼板。屋面板采用雙層鍍鋅鋼板鎖邊屋面系統(tǒng)；6．廠房內兩臺10噸吊車和兩臺5噸吊車。所有建筑應盡量采用鋁合金隔熱門窗；建筑外觀要求美觀、新穎，能夠充分體現(xiàn)輕鋼結構建筑的美學特點。本工程平面面積為150×36=5400平方米。主要結構平面及剖面布置見附圖。縱向共25榀，柱距為6m；橫向為6跨，跨度均為6m。廠房為雙跨，各跨內設兩臺5t吊車和兩臺10t吊車，總共設4臺吊車。吊車梁軌頂標高4m。設計條件自然條件建筑物場地地勢平坦，地表高程38.56～38.72m，地下水位標高33.4m，無腐蝕性，標準凍融深度為0.8～1.2m。經地質勘測，地層剖面為：表層0.8～1.2m耕雜土；以下有2.5m深的亞粘土；再往下為厚砂卵層。亞粘土層可做持力層，地基承載力標準值為150kN/m2。地基土容重19kN/m3。荷載條件荷載類型 A組 B組活載 屋面活載 0.3kN/m2 0.4kN/m2 基本風壓 0.4kN/m2 0.3kN/m2 基本雪壓 0.5kN/m22 0.4kN/m2恒載 屋面恒載 0.3kN/m2 0.5kN/m2 墻面恒載 0.3kN/m2 0.4kN/m2基本地震烈度7°注：恒載包括結構自重，墻面恒載指壓型鋼板墻重。吊車荷載另給。施工荷載為0.3kN/m2。材料規(guī)格鋼材：型鋼，鋼板，冷彎薄壁型鋼均為Q235B或Q345B；螺栓：摩擦型高強度螺栓8.8級和普通螺栓；焊條：手工焊、自動埋弧焊和CO2氣保焊；基礎混凝土≥C30，墊層混凝土≥C15；鋼筋：直徑Φ≥12mm為Ⅱ級鋼筋，直徑Φ≤10mm為Ⅰ級鋼筋。施工與安裝條件各種材料保證供應，品種齊全；施工技術力量雄厚，有足夠的運輸、吊裝設備；構件加工和預制設施配套，保證工期。建筑設計設計依據及設計指導思想設計依據建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2001）建筑制圖標準（GB/T50104-2001）鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范（GB50018-2002）門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程（CECS102:2002）《輕型鋼結構設計手冊》《冷彎薄壁型鋼結構設計手冊》《建筑結構構造資料集（上、下冊）》《建筑鋼結構設計手冊（上、下冊）》《鋼結構連接節(jié)點設計手冊》《鋼結構設計與計算》王國周、瞿履謙著《鋼結構》等其它設計手冊、標準圖集。設計指導思想設計滿足生產工藝的要求，這是對設計工作的基本要求；應創(chuàng)造良好的操作環(huán)境，有利于保證工人健康和提高勞動生產率；應滿足有關技術要求：廠房應具有畢業(yè)的堅固耐久性能，使在外力、溫度、濕度變化、化學侵蝕等各種不利因素作用下可以保證安全；廠房建筑應具有一定的靈活應變能力，在滿足當前使用的基礎上，適當考慮到今后設備更新和工藝改革的需要，使遠近期結合，提高通用性，并為以后的廠房改造和擴建提供條件；設計廠房時應遵守國家頒發(fā)的有關技術規(guī)范和規(guī)程。工藝建筑設計中要注意提高建筑的經濟、社會和環(huán)境的綜合效益，三者之間不能偏移太多。經濟上，既要注意節(jié)約建筑用地和建筑造價，降低材料消耗和能源消耗，縮短建設周期，又要有利于降低經常維修，管理費用。在社會效益方面，應試工業(yè)建筑投產以后，在它所影響范圍內的社會生活素質發(fā)生有利的變化。在環(huán)境效益方面，應使工業(yè)建筑投產以后，在它所影響范圍內的環(huán)境質量符合國家有關部門規(guī)定的質量標準；工業(yè)建筑在適用、安全、經濟的前提下，把建筑美與環(huán)境美列為設計的重要內容，美化室內外環(huán)境，創(chuàng)造良好的工作條件。設計特點及方案結合地區(qū)地質、氣象條件及車間特征進行建筑平剖面設計設計條件自然條件：地表高程38.56～38.72m，地下水位標高33.4m，無腐蝕性，標準凍融深度為0.8～1.2m。經地質勘測，地層剖面為：表層0.8～1.2m耕雜土；以下有2.5m深的亞粘土；再往下為厚砂卵層；亞粘土層可做持力層，地基承載力標準值為150kN/m2。地基土容重19kN/m3。氣象條件：雪荷載取.5kN/m2；風荷載取0.4kN/m2；屋面活荷載取0.3kN/m2.車間特征：車間長150米，寬36米，縱面25榀，有兩臺5t的吊車和兩臺10t的吊車，凈高6米，為體型細長的大跨工業(yè)廠房。根據上述特點，并結合當?shù)刭Y源狀態(tài)及生產條件，確定設計方案為輕型鋼結構廠房。屋面采用Y×130-300-600型壓型鋼板。主體結構采用雙跨雙坡式實腹式變截面門式剛架承重。外墻體在標高1.200米以下為240磚墻，外貼瓷磚，顏色由業(yè)主確定；標高在1.200米以上為雙層墻面彩色鋼板，鋼板間夾一層保溫隔熱材料；采用雙層玻璃窗，中間設保溫層。采用內天溝有組織排水。平面形式、柱網布置及變形縫設置平面形式廠房平面形式與生產工藝流程、生產特征有直接關系。在建筑實踐中采用的廠房平面形式有矩形、方形、L形和Ⅲ形等。矩形平面是構成其他平面形式的基本單位。有的將跨度平行布置，有的將跨度相垂直布置。當生產規(guī)模較大，要求廠房面積較多時，常采用多跨組合的平面。平行跨布置適用于直線式的生產工藝流程，即原料由廠房一端進入，產品由另一端運出。這種平面形式較其他形式平面各工段之間靠得較緊。運輸路線短捷，工藝聯(lián)系緊密，工程管線較短；形式規(guī)整，占地面積少；整個廠房柱頂及吊車軌道頂標高相同，結構、構造簡單，造價省，施工快；在寬度不大的情況下室內采光通風都較容易解決。根據本設計廠房適用條件，選用兩跨平行跨布置。柱網布置進行柱網布置時，考慮以下幾個方面的問題：滿足生產工藝的要求。柱的位置應與地上、地下的生產設備和工藝流程相配合，還應考慮生產發(fā)展和工藝設備更新問題。滿足結構的要求。為了保證車間的正常使用，有利于吊車運行，使廠房具有必要的橫向剛度，應盡可能將柱布置在同一橫向軸線上，以便與橫梁組成剛強的橫向框架。符合經濟合理的要求。柱的縱向間距同時也是縱向構件（吊車梁、托架等）的跨度，它的大小對結構重量影響很大，廠房的柱距增大，可使柱的數(shù)量減少，總重量隨之減小，同時也可減少柱基礎的工程量，但會使吊車梁及托架的重量增加，最適宜的柱距與柱上的荷載及柱高度有密切關系。在實際設計中結合工程的具體情況進行綜合方案比較確定。符合柱距規(guī)定的要求。近年來，隨著壓型鋼板等輕型材料的采用，廠房的跨度和柱距都有逐漸增大的趨勢，按《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》和《建筑統(tǒng)一模數(shù)制》的規(guī)定：結構構件的統(tǒng)一化和標準化可降低制作和安裝的工作量。對廠房橫向，當廠房跨度L≤18m時，其跨度應采用3m的倍數(shù)；當廠房跨度L>18m時，其跨度應采用6m的倍數(shù)。只有在生產工藝有特殊要求時，跨度才采用21m、27m、33m等。對廠房縱向，以前基本柱距一般采用6m或12m；現(xiàn)在采用壓型鋼板作為屋面和墻面材料的廠房日益廣泛，常以18m甚至24m作為基本柱距。綜合上述幾個方面和考慮工藝、結構，廠房柱網布置為：縱向為25榀，柱距為6m；橫向為6跨，跨度均為6m；廠房為三柱雙跨。柱網具體布置如圖2.1所示：圖2.1柱網布置圖溫度伸縮縫問題溫度變化將引起結構變形，使廠房結構產生溫度應力。當廠房平面尺寸較大時，為避免產生過大的溫度變形和溫度應力，應在廠房的橫向或縱向設置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的布置決定于廠房的縱向和橫向長度?？v向很長的廠房在溫度變化時，縱向構件伸縮的幅度較大，引起整個結構的變形，使結構內產生較大的溫度應力，并可能導致墻體和屋面的破壞。為了避免這種不利后果的產生，常采用橫向溫度伸縮縫將廠房分成伸縮時互不影響的溫度區(qū)段。按規(guī)范規(guī)定，對于熱車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋，縱向溫度區(qū)段不超過180m，橫向區(qū)段不超過100m時，不用設置溫度伸縮縫。本廠房縱向尺寸為150m，橫向尺寸為36m，所以不用設置伸縮縫。廠房內外建筑藝術處理本廠房采用水平劃分的手段進行立面處理。水平劃分通常的手法是在水平方向設整排的帶形窗，用通長的窗楣線或窗臺線將窗連成水平色帶；或利用檐口、勒腳等水平構件，造成水平條帶；在開敞式墻的廠房中，挑出墻面的多層擋面板，由于陰影的作用使水平線條更加突出；大型墻板廠房，常以與墻板相同大小的窗代替墻板構成水平帶形窗。也有用涂層鋼板和淡色透明塑料制成的波紋板作為廠房外墻材料，它們與其他顏色墻面相間布置構成不同色帶的水平劃分，自然形成水平線條，即可簡化圍護結構，又利于建筑工業(yè)化。結合本工程實際，在水平方向設整排帶行窗，用通長的窗臺線將窗連成水平條帶，與1.200米240磚墻。1.200米以上涂色的鋼板墻構成不同色帶的水平劃分，自然形成水平線條。廠房室內設計時工業(yè)建筑的重要內容之一。廠房的承重結構、外墻、屋頂、地面和隔墻等構成了廠房內部空間形式，是內部設計的重要內容；生產設備及其布置、管道組織、藝術裝修及建筑（小品）設計、室內栽花種草、色彩處理等也都直接影響廠房內部的面貌及其使用效果，也是車間內部設計的有機組成部分。本廠房內部空間采用目前最常用的跨間式，各跨并列組成了廠房的平剖面形式。為采光和通風，屋頂上部可以設各種形式的天窗，其特點是跨間縱向空間暢通，比較寬敞，不敢封閉和壓抑感，還具有明顯的透視感和深遠感；將車間通道在車間內均勻布置，突出和發(fā)揮通道在室內構圖中的作用，相對的可改善設備布置無規(guī)律的感覺；在操作地點附近布置一些生產操作規(guī)程、勞動保護條例，形式應美觀，字跡應工整、藝術，室內環(huán)境色采用冷色，淺藍色，可使室內趨于安靜，使人有如置身于自然環(huán)境中。構造說明屋面、墻體、地面構造說明屋面構造屋面板采用波高為130mm，波與波之間距離為300mm，單塊壓型板有效寬度為600mm的壓型鋼板Y×130-300-600，即W600型。壓型鋼板間的搭接所用緊固件設于波峰之上，橫向搭接與主導風向一致，且采用錯縫鋪法，一般錯開1～2波即可，以免重疊搭接。屋面的坡度為5%，雙坡屋面，采用內天溝有組織排水。墻體構造標高1.200m以下為240貼青灰色文化磚墻，MU10灰砂磚墻體，M5混合砂漿砌筑，作為窗戶下窗臺和上部墻板的支撐段，同時對地下潮氣的上升起到一定的阻止作用，使墻板和柱免受腐蝕。標高1.200m以上為雙層鍍鋅鋼板，鋼板間夾有離心超細玻璃絲棉卷氈作為保溫材料。根據門窗尺寸和墻架間距選用合適的壓型剛板來滿足輕質、美觀、耐用、保溫、施工簡便、抗震、防火等方面的要求。地面構造廠房的地面用素土夯實后鋪100厚的C15混凝土，然后用20厚1：2水泥砂漿抹面，室內地坪標高為±0.000，室外地坪為-0.300。具體作法見建筑圖集。門窗型號及數(shù)量門窗編號洞口尺寸選用圖集及規(guī)格數(shù)量附注寬高M148003200廠家提供10鋁合金推拉門M28002400廠家提供4鋁合金平開門C136001800廠家提供42鋁合金推拉窗C214460900廠家提供2條形塑鋼窗C312001800廠家提供4鋁合金推拉窗室內、室外裝修及防銹要求室內墻面涂淺藍色涂料，地面除安全通道用翠綠色外，其余均用藍色，在操作地點附近布置一些生產操作規(guī)程，勞動保護條例，形式美觀，字跡工整的藝術作品。室外1.200m以下的240磚墻表面貼瓷磚，顏色由業(yè)主自定，標高1.200m以上的墻面均涂刷成藍色，沿縱向的墻面沿女兒墻布置1m寬淺藍色壓型鋼板。用各色硼鋇酚醛防銹漆F53－9打底，再選用各色醇酸磁漆C04－42作為面漆。一般說明本工程所有外露金屬構件均采用防銹油漆打底，主體剛架表面涂刷防火涂料，以滿足二級耐火等級的要求，涂料厚度應滿足柱耐火極限為2.5小時，鋼梁為1.5小時。所有懸挑構件均設置滴水線，所有室外外漏構件，均紅丹打底,二底二度銀粉漆。本工程施工過程中須同結構、水電工種密切配合，所有管道預留必須先留，不得后鑿，如遇有問題及時與設計人員協(xié)調。凡說明未詳盡之處，請參照現(xiàn)行有關施工規(guī)范執(zhí)行。第3章內力計算結構設計資料結構設計部分主要包括結構布置、結構及構件的設計，最后繪制技術施工圖。各部分設計應與建筑設計密切配合，并注意施工方面的問題。廠房跨度：廠房長度：柱子間距：縱向25跨，跨度均為6m；橫向6跨，跨度均為6m。剛架結構示意圖見圖3.1。圖3.1剛架結構示意圖屋面結構：屋面板采用波高為130mm，波與波之間距離為300mm，單塊壓型板有效寬度為600mm的壓型鋼板Y×130-300-600，即W600型，采用雙跨雙坡式實腹式門式剛架作為主體承重結構，剛架斜梁坡度為1：20，屋面同其坡度，采用內天溝有組織排水。墻體構造：外墻在標高1.200m以下為240磚墻，作為窗戶下窗臺和上部墻板的支撐段，同時也對地下潮氣的上升起到一定的阻止作用，使墻板和柱免受腐蝕。標高1.200m以上為雙層鍍鋅鋼板，鋼板間夾有離心超細玻璃絲棉卷氈作為保溫材料。根據門窗尺寸和墻架間距選用合適的壓型剛板來滿足輕質、美觀、耐用、保溫、施工簡便、抗震、防火等方面的要求。吊車資料：廠房為雙跨，各跨內設有1臺5t吊車和1臺10t吊車，各跨內總共設有2臺吊車，雙跨共計4臺吊車，吊車梁軌頂標高為4m。使用鋼材：鋼材：型鋼，鋼板，冷彎薄壁型鋼均為Q235B或Q345B；螺栓：摩擦型高強度螺栓8.8級和普通螺栓；焊條：手工焊、自動埋弧焊和CO2氣保焊；鋼筋：直徑Φ≥12mm為Ⅱ級鋼筋，直徑Φ≤10mm為Ⅰ級鋼筋。荷載條件：荷載類型 A組 B組活載 屋面活載 0.3kN/m2 0.4kN/m2 基本風壓 0.4kN/m2 0.3kN/m2 基本雪壓 0.5kN/m2 0.4kN/m2恒載 屋面恒載 0.3kN/m2 0.5kN/m2 墻面恒載 0.3kN/m2 0.4kN/m2基本地震烈度7°注：恒載包括結構自重，墻面恒載指壓型鋼板墻重。吊車荷載另給。施工荷載為0.3kN/m2。廠房內凈高：6m廠區(qū)通道：寬度為8m混凝土材料規(guī)格：基礎混凝土≥C30，墊層混凝土≥C15。結構布置柱網布置及抗風柱布置柱網布置綜合考慮工藝、結構和經濟三個方面的要求，廠房柱網布置為：縱向為25榀，柱距為6m；橫向為6跨，跨度均為6m；廠房為三柱雙跨?？癸L柱布置按傳統(tǒng)抗風柱布置。即抗風柱柱腳與基礎鉸接，柱頂與屋架通過彈簧片連接。按這種布置方法，屋面荷載全部由剛架承受,抗風柱不承受上部剛架傳遞的豎向荷載，只承受墻體和自身的重量和風荷載,抗風柱布置與東西邊跨除中間柱的柱網節(jié)點上，抗風柱布置圖見圖3.2陰影柱子，東西共八根。圖3.2剛架山墻簡圖橫向框架結構主要尺寸橫向框架的結構尺寸采用雙跨雙坡實腹式門式剛架，剛架橫梁與兩邊柱和中間柱均剛接，兩邊柱柱腳與基礎剛接，中間柱柱腳與基礎也采用剛接。此門式剛架主要尺寸為：跨度：2×18=36m柱高：邊柱：6.6m中柱7.5m柱距：6m門式剛架柱及橫梁柱擬采用等截面實腹式柱。柱截面擬采用H型鋼或焊接型鋼，鋼材擬采用Q235B。橫梁擬采用變截面工字形鋼，鋼材擬采用Q235B。為了設計上的方便，進行內力計算時，將整個剛架看作等截面來進行內力計算，選取截面。再利用選取的截面進行驗算。柱間支撐布置柱間支撐的作用和布置柱間支撐與廠房框架柱相連接，其作用為:組成堅強的縱向構件，保證廠房的縱向剛度；承受廠房端部山墻的風荷載，吊車縱向水平荷載及溫度應力等，在地震區(qū)尚應承受廠房縱向的地震力，并傳至基礎；可作為框架柱在框架平面外的支點，減少柱在框架平面外的計算長度。柱間支撐由兩部分組成：在吊車梁以上的部分稱為上層支撐，吊車梁以下部分稱為下層支撐，下層之間支撐與柱和吊車梁一起在縱向組成剛性很大的懸臂桁架，顯然，將下層支撐布置在溫度區(qū)段的端部，在溫度變化的影響方面將是很不利的。因此，為了使縱向構件在溫度發(fā)生變化時能較自由的伸縮，下層支撐應該設在溫度區(qū)段中部。只有當?shù)踯囄恢酶叨囬g總長度又很短時，下層支撐設在兩端不會產生很大的溫度應力，而對廠房縱向剛度卻能提高很多，這時放在兩端才是合理的。當溫度區(qū)段小于90m時，在它的中央設置一道下層支撐；如果溫度區(qū)段長度超過90m時，則在它的三分之一和三分之二點處各設一道支撐，以免傳力路程太長。柱間支撐的形式和計算柱間支撐按結構形式可分為十字交叉式，八字式，門架式等。十字交叉支撐的構造簡單，傳力直接，用料節(jié)省，使用最為普遍，其斜桿傾角宜為45°左右，上層支撐在柱間距大時可改用斜撐桿；下層大或十字撐妨礙生產空間時，可采用門架式支撐。上層柱間支撐承受端墻傳來的風力；下層柱間支撐除承受端墻傳來的風力以外，還承受吊車的縱向水平荷載，在同一溫度區(qū)段的同一柱列設有兩道或兩道以上的柱間支撐時，則全部縱向水平荷載（包括風力）由該柱列所有支撐共同承受。當在柱的兩個肢的平面內成對設置時，在吊車肢的平面內設置的下層支撐，除承受吊車縱向水平荷載外，還承受與屋蓋肢下層支撐按軸線距離分配傳來的風力，靠墻的外肢平面內設置的下層支撐，只承受端墻傳來的風力與吊車肢下層支撐按軸線距離分配受力。柱間支撐的交叉桿，上層斜撐桿和門形下層支撐的主要桿件一般按柔性桿件設計，交叉桿趨向于受壓的桿件不參與工作，其他的非交叉桿以及水平橫桿按壓桿設計。端部支撐宜設在溫度區(qū)段端部的第二個開間，這種情況下，在第一開間的相應位置宜設置剛性系桿，剛架柱轉折處（如柱頂和屋脊）也宜設置剛性系桿。由支撐斜桿等組成的水平桁架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮；若剛度或承載力不足，可在剛架斜梁間設置鋼管，H型鋼或其他截面形式的桿件，門式剛架輕型房屋鋼結構的支撐，宜采用張緊的十字交叉圓鋼組成，用特制的連接件與梁柱腹板相連，連接件應能適應不同的夾角，圓鋼端部都應有絲扣，校正定位后將拉條張緊固定。綜合以上的考慮，本工程沿縱向設置四道支撐，分別設在eq\o\ac(○,2)~eq\o\ac(○,3)軸間，eq\o\ac(○,9)~eq\o\ac(○,10)軸間、eq\o\ac(○,17)~eq\o\ac(○,18)軸間和eq\o\ac(○,24)~eq\o\ac(○,25)軸間。其中eq\o\ac(○,2)~eq\o\ac(○,3)軸及eq\o\ac(○,24)~eq\o\ac(○,25)軸為了防止縱向剛度過大，在溫度變化時不能自由的伸縮，只設置上層支撐，eq\o\ac(○,9)~eq\o\ac(○,10)軸間及eq\o\ac(○,17)~eq\o\ac(○,18)軸間既設置上層支撐，也設置下層支撐。門式剛架輕型房屋鋼結構的支撐，宜采用張緊的十字交叉圓鋼支撐，用特別的連接件與梁柱腹板連接，連接件能適應不同的夾角。圓鋼支撐端部都有絲，校正定位后將拉張條張緊固定。其布置圖見圖3.3所示。圖3.3縱向柱間支撐布置圖墻架布置墻架一般由墻架梁河墻架組成。在非承重墻中，墻架構件除了傳遞作用在墻面上的風力外，尚需承受墻身的自重，并傳遞至墻架柱及主要橫向框架柱中，然后再傳遞至基礎。當柱的間距在8m（采用預應力鋼筋混凝土大型墻板時可放寬至12m）以內時，縱墻可不設置墻架柱；否則需設置墻架柱以減少墻板的跨度。在高廠房中，為了減少墻架柱的跨度，常在墻梁柱中部設置一些水平方向的抗風桁架。墻架梁的間距應與窗孔位置和尺寸相適應。墻架構件間墻面的面積不應過大，以保證墻面有足夠的強度和剛度。一般在半磚墻中，不應超過12m2；如在廠房中有動力設備，特別是有硬鉤吊車時，則不應超過9m2。墻架布置門式剛架輕型房屋鋼結構側墻墻梁的布置，應考慮設置門窗，挑檐，雨篷等構件和圍護材料的要求。門式剛架輕型房屋鋼結構，當采用壓型鋼板做圍護結構時，墻梁宜布置在剛架柱的外側，其間距隨墻板板型和規(guī)格而異，且不應大于計算確定的值。山墻可設置由斜梁，抗風柱和墻梁組成的山墻墻架或采用門式剛架。為減少橫梁豎向計算跨度和增強其穩(wěn)定性，宜在橫梁間設置拉條。山墻墻架中，一般在墻角另設墻架角柱，當山墻緊靠房屋端柱時，也可不設墻架角柱，而直接將山墻墻梁支承于縱墻的墻梁上。墻架柱與屋架的連接對一般墻架柱。為使其上部連接不至于承受屋架或剛架的豎向荷載，常采用彈簧板與屋架或剛架的弦桿連接，以便將墻架柱的水平荷載傳到支撐節(jié)點上。墻架構件設計輕型墻體結構的墻梁宜采用卷邊形成的Z形的冷彎薄壁型鋼。墻梁可設計成簡支或連續(xù)構件，兩端支承在剛架柱上。當墻梁有一定豎向承載力且墻板落地及墻板間有可靠連接時，可不設中間柱，并可不考慮自重引起的彎矩和剪力。若有條形窗或房屋較高且墻梁跨度較大時，墻架柱的數(shù)量應計算確定，當墻梁需要承受墻板及自重時，應考慮雙向彎曲。當墻梁跨度L為4～6m時，宜在跨中設置一拉條，當跨度L大于6m時，宜在跨間三分點處各設一道拉條。在最上層墻梁處宜設斜拉條將拉力傳至承重柱或墻架柱?？v向墻架系由橫梁（墻梁）及拉條，窗鑲邊構件，墻架柱，抗風桁架等構件組成。其作用是支撐墻體，保證墻體的穩(wěn)定，并將墻體承受的風荷載傳遞到廠房骨架和基礎上。根據以上內容，縱向墻架見圖3.4。3.4縱向墻架布置圖屋面支撐輕鋼結構中屋面支撐的作用主要是：保證結構的空間整體穩(wěn)定；承擔和傳遞水平風荷載；避免壓桿側向失穩(wěn)，防止拉桿產生過大的振動，支撐可作為屋架弦桿的側向支撐點，減小弦桿在屋架平面外的計算長度，保證受壓弦桿的側向穩(wěn)定；保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便，屋面的安裝工作一般是從房屋溫度區(qū)段的一端開始的，首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來組成一個基本空間穩(wěn)定體，在此基礎上即可順序進行其他構件的安裝。不合理的支撐體系影響其作用的正常發(fā)揮，不能有效保證結構的安全。支撐的布置屋面支撐的作用屋面支撐的內力計算簡圖如圖3.5所示，支撐的斜桿大多設計為張緊的圓鋼，壓桿多設計為鋼管，節(jié)點荷載由抗風柱傳遞。由于斜桿為張緊的圓鋼，而圓鋼只能承受拉力而不能承受壓力。因此，計算支撐內力時不考慮虛線所示的受壓斜桿，只考慮壓桿和受拉斜桿的作用。屋面支撐中的壓桿可單獨設計，也可由檁條代替，當用檁條代替壓桿時，檁條應滿足壓彎桿件的要求，而且應調整檁條間距使其設在支撐節(jié)點處。在第一開間設置壓桿且支撐節(jié)點與抗風柱節(jié)點相對應，風荷載通過第一開間設置的壓桿傳至第二開間支撐的節(jié)點處，這樣支撐才能起作用。拉條主要承受檁條弱軸方向的側向拉力，并且可作為該方向檁條的支撐點，減小其弱軸方向的計算長度，當檁條兼作屋蓋支撐壓桿時，如果設置拉條，則檁條弱軸方向的長細比較容易滿足壓桿長細比的要求。根據輕鋼規(guī)程要求，在屋脊的檐口處應設置斜拉條和撐桿。部分設計者沒有充分分析撐桿的受力狀況，將撐桿按拉條設計成圓鋼，使撐桿起不到壓桿作用。由圖3.6可知在斜拉條拉力作用下?lián)螚U將受到壓力作用，而圓鋼不能承受壓力，因此，撐桿應按壓桿設計，一般設計為圓鋼外套鋼管，這樣撐桿既能承受拉力作用也能承受壓力作用。圖3.5屋蓋支撐內力計算簡圖圖3.6屋蓋支撐受力分析簡圖支撐的布置橫向水平支撐：對于上弦橫向水平支撐，由于本工程擬采用有檁體系，故上弦水平支撐的橫桿可用檁條代替。對于下弦橫向水平支撐一般和柱間支撐設置在同一開間內。當房屋縱向溫度伸縮縫區(qū)段較短時，可設置在房間兩端的端部開間。屋面支撐布置圖如圖3.7所示。圖3.7屋面支撐布置圖縱向水平支撐：當房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高時，設有支撐中間屋架的托架為保證托架的側向穩(wěn)定時，或設有重級或大噸位的中級工作制橋式吊車、壁行吊車或有鍛錘等較大振動設備時，均應在屋架端節(jié)間平面內設置縱向水平支撐?？v向水平支撐和橫向水平支撐形成封閉體系將大大提高房屋的縱向剛度。當屋架間距<12m時，縱向水平支撐常布置在屋架下弦平面。系桿：系桿有剛性系桿和柔性系桿兩種，當橫向水平支撐設置在房屋溫度區(qū)段端部第二個柱間時，第一個柱間的所有系桿均為剛性系桿，其他情況的系桿可用柔性系桿。檁條要設拉條，以保證檁條的平面外剛度，在剛架的構件轉折處，即柱頂轉角處和橫梁中央彎折處的受壓肢或受壓翼緣，應設置側向支撐，當橫梁與柱內肢需設置側向支撐點時，可利用連接于外肢的檁條或墻梁設置角隅撐。此屋面支撐的檁條和拉條的布置如圖3.8所示。3.8檁條布置圖檁條要設拉條，以保證檁條的平面外剛度。在剛架的構件轉折處，即柱頂轉角處和橫梁中央彎折處的受壓肢或受壓翼緣，應設置側向支撐。當橫梁與柱內肢需設置側向支撐點時，可利用連接于外肢的檁條或墻梁設置角隅撐。隅撐布置如圖3.9所示。圖3.9隅撐布置圖靜力計算計算簡圖單層廠房是由柱和屋架（橫梁）所組成，各個框架之間有屋面板或檁條，托架，屋蓋支撐等縱向構件相互連接在一起，故框架實際上是空間工作的結構，應按空間工作計算才比較合理和經濟，但由于計算較繁，工作量大，所以通常均簡化為單個的平面框架來計算。框架計算單元的劃分應根據柱網的布置確定，使縱向每列柱至少有一根柱參加框架工作，同時將受力最不利的柱劃入計算單元中。此廠房的計算簡圖見圖3.10陰影部分。圖3.10框架計算簡圖荷載計算荷載取值計算屋蓋自重（標準值、坡向）屋面恒載 0.30kN/m2剛架斜梁自重 0.15kN/m2 Σ=0.45kN/m2屋面活載 0.30kN/m2基本雪壓（屋面活載不與雪荷載同時考慮） 0.50kN/m2 0.50kN/m2墻面恒載 0.30kN/m2柱自重 2.00kN/m風荷載 0.40kN/m2各部分作用荷載屋面 恒載： 標注值 0.45×6=2.70kN/m 設計值 2.70×1.2=3.24kN/m 活載： 標注值 0.8×6.0=4.80kN/m 設計值 4.80×1.4=6.72kN/m墻面 恒載： 標注值 0.3×6.0=1.8kN/m 設計值 1.8×1.2=2.16kN/m柱 恒載： 邊柱 標注值 2.0kN/m 設計值 2.0×1.2=2.4kN/m 中柱 標注值 2.0kN/m 設計值 2.0×1.2=2.4kN/m風荷載 向風面柱上 標注值 =0.8×1.0×0.4×6=1.92kN/m 設計值 1.92×1.4=2.69kN/m向風面橫梁上 標注值 qk=-0.6×0.4×6=-1.44kN/m 設計值 -1.44×1.4=-2.02kN/m背風面柱上 標注值 qk=-0.5×0.4×0.6=-1.20kN/m 設計值 -1.20×1.2=-1.68kN/m背風面橫梁上 標注值 qk=-0.5×0.4×0.6=-1.20kN/m 設計值 -1.20×1.2=-1.68kN/m吊車梁（估取吊車梁自重2.0kN/m）恒載 標注值 2.0×6.0=12.0kN 設計值 12.0×1.2=14.4kN吊車根據吊車荷載達到其額定值的頻繁程度，取本工程中5t、10t吊車為中級。吊車荷載計算資料（取自大連重工技術規(guī)格）：①5噸吊車吊車跨度16.5m，吊車寬度B=5.05m，輪距BQ=3.4m，吊車總重16.061t（即Qk=160.61kN），小車重2.126t（即Q2,k=21.26t）。最大輪壓85kN，最小輪壓34.8kN.輪壓標注值考慮動力系數(shù)1.05，增大系數(shù)1.07，且考慮雙吊車相互影響系數(shù)0.9，考慮后得到Pmax,k=85.95kN，Pmin,k=35.12kN.②10噸吊車吊車跨度16.5m，吊車寬度B=5.7m，輪距BQ=4.05m，吊車總重18.881t（即Qk=188.81kN），小車重3.424t（即Q2,k=34.24t）。最大輪壓118kN，最小輪壓39kN。輪壓標注值考慮動力系數(shù)1.05，增大系數(shù)1.07，且考慮雙吊車相互影響系數(shù)0.9，考慮后得到Pmax,k=119.32kN，Pmin,k=39.43kN.由《建筑結構荷載規(guī)范》可知，對于多跨廠房，在同一柱距內出現(xiàn)超過2臺吊車機會增加，但考慮隔跨吊車對結構的影響減弱，為了計算上的方便，容許在計算吊車豎向荷載時，最多只考慮4臺吊車，計算水平荷載時，由于同時制動機會很小，容許最多只考慮2臺吊車。本例在計算吊車豎向荷載時，考慮同一柱距兩跨內四臺吊車的影響，在計算水平荷載時，只考慮同一跨內2臺吊車的影響，并分別考慮多臺吊車組合的荷載折減系數(shù)，計算簡圖如圖3.11所示，計算結果見式3.2。吊車豎向荷載（Dmax和Dmin）吊車時移動的，故作用于每榀排架上的吊車荷載組合值需應用影響線原理求出，如圖3.11所示。算出與各輪對應的反力影響線豎標，于是可求得作用于柱上的吊車垂直荷載。圖3.11簡支吊車梁的支座反力影響線吊車豎向荷載標注值： (3.1) (3.2)吊車豎向荷載設計值： (3.3) (3.4)橫向水平荷載吊車橫向水平制動力作用在吊車的豎向輪壓處?！督ㄖY構荷載規(guī)范》規(guī)定，無論單跨或多跨廠房最多考慮兩臺吊車同時制動；當額定起重量不大于10t時，橫向水平荷載標準值應取橫行小車重量與額定起重量之和的12%，并乘以重力加速度，計算如式3.5： (3.5)則橫向水平設計值為： (3.6)荷載作用點及偏心距對于均布荷載其作用點位置明確。墻面荷載通過墻梁簡潔傳遞于柱上，故可認為其作用點偏移中心線的距離為柱截面高度的一半。吊車豎向荷載作用點和吊車梁荷載對剛架的作用點一致。由于廠房每跨柱中心線間的距離為18m，而吊車跨度為16.5m，因此其作用點的位置偏離柱中心的距離為：。對于吊車橫向水平荷載Tmax的作用點在吊車梁頂面（即標高4m處）。梁柱截面估選采用等截面梁簡化算法，選擇18m跨作為估算單元，梁端先按鉸接簡單計算，則：令，則Wx近似值為1.60×106mm3。根據《鋼結構》經濟梁高公式（單位以mm計，h0為腹板高度），得到h0=591mm。通常，實際梁高要小于經濟梁高，又因為設計時一般要考慮屈曲后強度，所以，初選梁截面HN500×200×10×16(A=112.25cm2，q=88.1kg/m，Ix=45685cm4，Wx=1827cm3，Iy=2138cm4，Wy=213.8cm3)。故計算時截面特性可取為：A=112.25cm2，Ix=45685cm4，EA=231235kN，EI=9411.1kN?m2?？紤]到此方案跨度大，彎矩相對較大。因此在估算柱截面是，主要考慮風荷載和豎向軸力影響，則柱估算截面為：HM440×300×11×18(A=153.89cm2，q=120.8kg/m，Ix=54067cm4，Wx=2458cm3，Iy=8105cm4，Wy=540.3cm3)。故計算時截面特性可取為：A=153.89cm2，Ix=54067cm4，EA=317013.4kN，EI=11137.8kN?m2。內力分析考慮屋面恒載，沿跨均布；墻面恒載，假定其通過墻梁簡潔傳遞給柱并沿邊柱豎向均勻分布，而由于該荷載產生的彎矩為有利荷載，故在計算時僅考慮墻面恒載對柱的軸向壓力作用而忽略其彎矩左右；對于吊車梁，在邊柱上由一個集中力和一個向內彎矩代替，在中柱上，由于兩邊均有對稱的吊車梁，故可用一個集中力代替，并且對于吊車梁荷載近似認為其作用點位于吊車梁頂面；對于柱自重，認為其作用沿柱身豎向均勻分布。單個荷載的大小在前面已經得出，單個荷載的不同作用情況可分為以下9種形式：屋面恒載（1種）；柱身恒載（1種）；屋面活載（1種）；風荷載（2種）；吊車水平荷載（2種）；吊車豎向荷載（2種）?？紤]到吊車可能在任何荷載情況之下工作，故先將吊車在每種荷載單獨作用下的內力計算出來，再對不同工況進行組合，以比較求出吊車的最不利荷載組合下的最不利內力情況。按上述荷載種類依次用結構力學求解器計算在單個荷載作用下梁柱的內力，其計算結果及簡圖如①~⑨：運用得到的結果進行內力組合，從而進行后續(xù)的設計。①屋面恒荷載屋面恒載計算簡圖屋面恒載軸力圖屋面恒載剪力圖屋面恒載彎矩圖②柱、吊車梁恒荷載柱、吊車梁荷載計算簡圖柱、吊車梁荷載軸力圖柱、吊車梁荷載剪力圖柱、吊車梁彎矩圖③屋面活荷載屋面活載計算簡圖屋面活載軸力圖屋面活載剪力圖屋面活載彎矩圖④風荷載（左風）風荷載（左風）計算簡圖風荷載（左風）軸力圖風荷載（左風）剪力圖風荷載（左風）彎矩圖⑤風荷載（右風）風荷載（右風）計算簡圖風荷載（右風）軸力圖風荷載（右風）剪力圖風荷載（右風）彎矩圖⑥吊車橫向荷載Tmax（方向向左）吊車橫向荷載Tmax（方向向左）計算簡圖吊車橫向荷載Tmax（方向向左）軸力圖吊車橫向荷載Tmax（方向向左）剪力圖吊車橫向荷載Tmax（方向向左）彎矩圖⑦吊車橫向荷載Tmax（方向向右）吊車橫向荷載Tmax（方向向右）計算簡圖吊車橫向荷載Tmax（方向向右）軸力圖吊車橫向荷載Tmax（方向向右）剪力圖吊車橫向荷載Tmax（方向向右）彎矩圖⑧吊車縱向荷載Dmax，Dmin（Dmax作用在左邊邊柱）由《建筑結構荷載規(guī)范》可知，對于多跨廠房，在同一柱距內出現(xiàn)超過2臺吊車的機會增加，但考慮隔跨吊車對結構的影響減弱，為了計算上的方便，容許在計算吊車豎向荷載時，最多只考慮4臺吊車，本廠房在計算吊車豎向荷載時，考慮了4臺吊車，故其折減系數(shù)應取0.8，且作用在柱上的Dmax，Dmin在兩跨其組合方式共有四種，但因為此廠房結構的對稱性，僅考慮其中兩種即可。吊車縱向荷載（Dmax在左邊邊柱）計算簡圖吊車縱向荷載（Dmax在左邊邊柱）軸力圖吊車縱向荷載（Dmax在左邊邊柱）剪力圖吊車縱向荷載（Dmax在左邊邊柱）彎矩圖⑨吊車縱向荷載Dmax，Dmin（Dmax作用在中間柱）吊車縱向荷載組合總共可得出四種組合，但是考慮到結構的對稱性和荷載的最不利組合，只需要在左邊一跨將吊車組合按Dmax,Dmin和Dmin，Dmax變化布置，在右邊一跨，為了得出中柱的最不利組合布置，右跨始終按Dmax，Dmin布置。吊車縱向荷載（Dmax作用在中間柱）計算簡圖吊車縱向荷載（Dmax作用在中間柱）軸力圖吊車縱向荷載（Dmax作用在中間柱）剪力圖吊車縱向荷載（Dmax作用在中間柱）彎矩圖第4章框架設計柱的設計邊柱截面設計內力組合根據前面的內力計算得到的內力值，再由下面四種情況對控制截面進行組合：+Mmax及相應N -Mmax及相應NNmax及相應MNmin及相應M由于柱采用熱軋H型鋼，其截面對稱，故①②兩種內力組合合并為一種，即及相應的N。本例中柱牛腿處截面彎矩，軸力組合值較小，故最不利內力組合選擇柱底，柱頂作為控制截面來進行計算。由于柱頂水平剪力對基礎地面將產生彎矩，其影響不能忽視，故在組合截面底部內力時,要把相應的水平剪力值求出。經過內力組合（詳細過程見附表），需要進行驗算的內力組合值有以下三組：邊柱的計算長度假定長細比，因為邊柱與基礎連接方式為剛接，故保險起見，選擇計算長度系數(shù)為1.8。故框架柱的計算長度為:框架平面內 (4.1)框架平面外框架柱在框架平面外的計算長度一般由支撐構件的布置情況確定，支撐體系提供柱在平面外的支承點，柱在平面外的計算長度即取決于支撐點間的距離。在此單層廠房中，框架柱取為等截面柱，取平面外的計算長度為基礎的表面和吊車梁的軌頂處為400cm。截面選擇和驗算截面選擇選用荷載組合中的任意一組荷載進行截面初選,根據λ=80，查b類表?；剞D半徑： (4.2) (4.3)截面高： (4.4)式中：α1為系數(shù)，表示h和ix之間的近似數(shù)值關系。 (4.5)近似?。?，則截面積為: (4.6)初選柱截面HM440×300×11×18，其截面特性如下：初選梁截面仍采用HN500×200×10×16，其截面特性如下：截面驗算平面內有效長度： (4.7)（柱腳與基礎混凝土剛結）查《鋼結構設計規(guī)范》表D-2得 (4.8)平面外計算長度不變。①第一組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.9) (4.10)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.11)軋制型鋼對X軸按a類截面選取，。 (4.12)對于框架柱，無橫向荷載時有： (4.13) (4.14)平面外穩(wěn)定：，由b類截面查表可得：取， (4.15) (4.16)故穩(wěn)定性滿足要求。②第二組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.17) (4.18)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： 對于框架柱，有橫向荷載時有：于是： (4.19)平面外穩(wěn)定： (4.20)故穩(wěn)定性滿足要求。③第三組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.21) (4.22)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： 對于框架柱，有橫向荷載時有：于是： (4.23)平面外穩(wěn)定： (4.24)故穩(wěn)定性滿足要求。Ⅲ局部穩(wěn)定驗算由于采用型鋼表中H型鋼，對于局部穩(wěn)定已有保證，故不需再加驗算。Ⅳ剛度驗算故剛度滿足要求。綜上，邊柱截面為HM440×300×11×18，滿足設計要求。中柱截面設計內力組合根據前面的內力計算得到的內力值，再由下面四種情況對控制截面進行組合：+Mmax及相應N -Mmax及相應NNmax及相應MNmin及相應M由于柱采用熱軋H型鋼，其截面對稱，故①②兩種內力組合合并為一種，即及相應的N。本例中柱頂軸力，彎矩都較小，故最不利內力組合選擇牛腿處截面和柱底作為控制截面。由于柱底水平剪力對基礎地面將產生彎矩，其影響不能忽視，故在組合截面底部的內力時，要把相應的水平剪力值求出。經過內力組合（詳細過程見附表），需要進行驗算的內力組合值有以下三組：中柱的計算長度框架平面內平面內有效長度： (4.25)（柱腳與基礎混凝土剛結）查《鋼結構設計規(guī)范》表D-2得 (4.26)框架平面外框架柱在框架平面外的計算長度一般由支撐構件的布置情況確定，支撐體系提供柱在平面外的支承點，柱在平面外的計算長度即取決于支撐點間的距離。在此單層廠房中，框架柱取為等截面柱，取平面外的計算長度為基礎的表面和吊車梁的軌頂處為400cm。截面選擇和驗算截面選擇為制作，安裝的方便，取中柱與邊柱同截面。即選HM440×300×11×18。截面驗算①第一組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.27) (4.28)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.29)軋制型鋼對x軸按a類截面選取，。 (4.30)對于框架柱，有橫向荷載時有：，于是： (4.31)平面外穩(wěn)定：，由b類截面查表可得：取， (4.32) (4.33)故穩(wěn)定性滿足要求。②第二組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.34) (4.35)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.36)平面外穩(wěn)定： (4.37)故穩(wěn)定性滿足要求。③第三組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.38) (4.39)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.40)平面外穩(wěn)定： (4.41)故穩(wěn)定性滿足要求。Ⅲ局部穩(wěn)定驗算由于采用型鋼表中H型鋼，對于局部穩(wěn)定已有保證，故不需再加驗算。Ⅳ剛度驗算故，剛度滿足要求。綜上，中柱截面為HM440×300×11×18，滿足設計要求。柱截面設計更改由上述截面驗算的數(shù)據可以看出，當柱的截面選取HM440×300×11×18時，計算的最大應力僅為67.20N/mm2，截面強度有很大富余。這說明前面的截面預估過于保守，于是考慮縮小截面。由于在不同荷載下的內力圖和梁柱的截面尺寸有關，這里考慮同時縮小梁柱的截面尺寸，從而減少內力的重分布。考慮重選柱截面為HM340×250×9×14，其截面特性如下：相應梁截面更改為HA400×150×8×12，其截面特性如下：通過計算可以發(fā)現(xiàn)，之前計算采用的梁柱剛度比為0.845，更改截面后梁柱剛度比變?yōu)?.819，同時梁柱面積比由0.729變?yōu)?.667，變化均很小。故按照原來計算的不同荷載下的內力圖重新驗算截面尺寸不會產生很大誤差。邊柱截面驗算平面內有效長度： (4.42)（柱腳與基礎混凝土剛結）查《鋼結構設計規(guī)范》表D-2得 (4.43)平面外計算長度不變。①第一組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.44) (4.45)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.46)軋制型鋼對X軸按a類截面選取，。 (4.47)取，則有： (4.48)平面外穩(wěn)定：，由b類截面查表可得：取， (4.49) (4.50)故穩(wěn)定性滿足要求。②第二組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.51) (4.52)故強度均滿足要求。Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： 對于框架柱，有橫向荷載時有：于是： (4.53)平面外穩(wěn)定： (4.54)故穩(wěn)定性滿足要求。③第三組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.55) (4.56)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： 對于框架柱，有橫向荷載時有：于是： (4.57)平面外穩(wěn)定： (4.58)故穩(wěn)定性滿足要求。Ⅲ局部穩(wěn)定驗算由于采用型鋼表中H型鋼，對于局部穩(wěn)定已有保證，故不需再加驗算。Ⅳ剛度驗算故剛度滿足要求。綜上，邊柱截面為HM340×250×9×14，滿足設計要求。中柱截面驗算平面內有效長度： (4.59)（柱腳與基礎混凝土剛結）查《鋼結構設計規(guī)范》表D-2得 (4.60)①第一組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.61) (4.62)故強度均滿足要求。Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.63)軋制型鋼對X軸按a類截面選取，。 (4.64)對于框架柱，有橫向荷載時有：，于是： (4.65)平面外穩(wěn)定：，由b類截面查表可得：取， (4.66) (4.67)故穩(wěn)定性滿足要求。②第二組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.68) (4.69)故強度均滿足要求Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.70)平面外穩(wěn)定： (4.71)故穩(wěn)定性滿足要求。③第三組內力組合情況Ⅰ強度驗算不考慮屈曲后強度的計算： (4.72) (4.73)故強度均滿足要求。Ⅱ穩(wěn)定性驗算平面內穩(wěn)定： (4.74)平面外穩(wěn)定： (4.75)故穩(wěn)定性滿足要求。Ⅲ局部穩(wěn)定驗算由于采用型鋼表中H型鋼，對于局部穩(wěn)定已有保證，故不需再加驗算。Ⅳ剛度驗算故，剛度滿足要求。綜上，中柱截面為HM340×250×9×14，滿足設計要求。橫梁的設計內力組合根據前面的內力計算得到的內力值，再由下面四種情況對控制截面進行組合：+Mmax及相應N -Mmax及相應NNmax及相應MNmin及相應M由于橫梁采用截面對稱組合鋼材，故①②兩種內力組合合并為一種，即及相應的N。最不利內力組合應按梁控制截面進行，本例中選擇梁端和梁跨中作為控制截面。擬采用變截面設計。經過內力組合（詳細過程見附表），需要進行驗算的內力組合值有以下四組：梁端截面（靠近邊柱）：梁端截面（靠近中柱）：跨中截面：跨中截面選擇梁的截面高度根據《鋼結構》(戴國欣)梁的經濟梁高：式中Wx可由式4.76求出： (4.76)其中α=0.9.Mx取112.7kN.m，故可得： (4.77) (4.78)實際采用的梁高，應大約等于或略小于經濟梁高，取梁高h=400mm。腹板厚度腹板厚度應滿足抗剪強度的要求，初選截面時，可近似地假定最大剪應力為腹板平均剪應力的1.2倍，由腹板的抗剪強度計算公式簡化得到腹板厚度的計算公式： (4.79)由上式得到的腹板厚度偏小，為了考慮從局部穩(wěn)定和構造等因素，腹板厚度采用下面經驗公式進行估算： (4.80)故取腹板厚度為8mm。翼緣尺寸翼緣板的寬度通常為截面高度的五分之一到三分之一，故本例中.翼緣厚度取為12mm，則受壓翼緣的外伸寬度b與其厚度t之比： (4.81)故翼緣板的局部穩(wěn)定要求能滿足。所以梁跨中截面選取為HA400×150×8×12，其截面特性如下：截面強度驗算抗彎強度驗算： (4.82)滿足要求。梁端截面選擇梁的截面高度梁的經濟梁高：式中Wx可由下式求出：其中α=0.9.MX取218.09kN.m，故可得： (4.83) (4.84)實際采用的梁高，應大約等于或略小于經濟梁高，取梁高h=500mm。腹板厚度腹板厚度應滿足抗剪強度的要求，初選截面時，可近似地假定最大剪應力為腹板平均剪應力的1.2倍，由腹板的抗剪強度計算公式簡化得到腹板厚度的計算公式： (4.85)由上式得到的腹板厚度偏小，為了考慮從局部穩(wěn)定和構造等因素，腹板厚度采用下面經驗公式進行估算： (4.86)翼緣尺寸翼緣板的寬度通常為截面高度的五分之一到三分之一，故本例中.翼緣厚度取為12mm，則受壓翼緣的外伸寬度b與其厚度t之比： (4.87)故翼緣板的局部穩(wěn)定要求能滿足。所以梁端截面選取為HA500×150×8×12，其截面特性如下：截面強度驗算①第一組內力組合情況抗彎強度驗算： (4.88)②第二組內力組合情況抗彎強度驗算：不考慮屈曲后強度有： (4.89)③第三組內力組合情況抗彎強度驗算： (4.90)剛度驗算按等截面近似驗算，其中梁截面取為跨中截面。屋面恒載和屋面活載的標準值為：通過結構力學求解器求得斜梁在屋面恒載和屋面活載標準值作用下，其跨中撓度為55.01mm，則： (4.91)在可變荷載標準值作用下： (4.92)故剛度滿足要求。整體穩(wěn)定驗算檁條為橫梁的側向支承，檁條使受壓翼緣的自由長度由其跨長減小為檁條間距，可以認為檁條與梁的受壓翼緣連接牢固，能阻止梁受壓翼緣的側向位移，因此可認為梁的整體穩(wěn)定得到保證，不必驗算。綜上，梁端截面為HA500×150×8×12，滿足設計要求。梁翼緣和腹板的連接焊縫采用連續(xù)直角焊縫，所需焊縫的焊腳尺寸為： (4.93)按構造要求，。取。梁變截面設計采用下述簡化方法確定梁的變截面控制點：忽略軸向力的影響。為梁形式美觀，取梁左右對稱，同時假定梁端為作用最大端彎矩，與跨中截面最大抵抗彎矩直線連接，認為梁中彎矩分配形式為V形。作出的直線與V形線相交，交點到梁端的距離可認為是梁端到跨中截面的距離，交點對應的梁截面為轉折截面，變截面控制點確定的原理如圖4.1所示。交點到梁端距離約為1m，用3m的長度作為過渡截面，長度比為1:4:1。梁的最終構造形式如圖4.2所示。圖4.1變截面控制點確定的原理圖圖4.2橫梁變截面設計圖加勁肋的設計在梁端截面內：， (4.94) (4.95) (4.96)此時，所以按下式計算a： (4.97)由于分母為負值，所以取。取加勁肋間距。加勁肋在梁兩側成對配置，其截面尺寸：取，。取加勁肋與腹板之間的角焊縫焊腳尺寸，滿足構造要求。在跨中截面區(qū)格內， (4.98) (4.99) (4.100)此時，取加勁肋間距。加勁肋截面尺寸與焊腳尺寸同端部。主要節(jié)點設計橫梁和柱連接及橫梁拼接形式和要求門式剛架橫梁與柱的連接，可采用端板豎放，端板斜放和端板平放三種形式，為避免柱頂需要采用異型檁條時，可將柱頂板做成傾斜的，橫梁拼接時宜使端板與構件外緣垂直，端板及其連接節(jié)點應符合下列規(guī)定：端板連接應按所受最大內力設計，當內力較小時，應按能夠承受不小于較小被連接截面承載力的一半設計；主剛架構件的連接應采用高強度螺栓，吊車梁與制動梁的連接宜采用高強度螺栓摩擦型連接，吊車梁與剛架連接的螺栓孔宜設長圓孔，高強度螺栓直徑可根據需要選用，通常采用M16到M24螺栓，檁條和墻梁與剛架橫梁和柱的連接通常采用M12普通螺栓；端板連接螺栓應按成對對稱布置；螺栓中心至翼緣板表面的距離，應滿足擰緊螺栓時的施工要求，不宜小于35mm，螺栓端距不應小于2倍的螺