重型钢结构厂房计算书.docx
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重型钢结构厂房计算书
1引言
为了能够更好地回顾所学的钢结构相关的知识,此次的设计选择了有吊车的重型钢结构厂房,并采用轻钢围护结构。
文章从建筑、结构、施工图三个方面对厂房的设计过程作了说明,设计过程当中难免有遗漏或不妥的地方,希望老师再次指正。
1.1工程概况
这是一个新建的机械装配车间,坐落在武汉,厂房的长132m宽36m总建
筑面积4752吊;内设一台160/50T桥式吊车;该厂房采用轻钢围护结构设计。
1.2地质水文及气象条件
建筑等级
I
地下水性质
无侵蚀性
最冷月平均温度
3.4°C
地下水位标咼
最咼-8M
最热月平均温度
28.8C
土壤情况及性质
密实粘性土
室外计算温度
冬季-2C夏季33C
许可耐压力
砌置深度2米时
30N/cm
常年降雨量
1043.3mm
主导风向及风速
东北1.9M/S
最大积雪厚度
0
地震设计烈度
6度
1.3生产车间工艺、组成及要求
(1)装配车间设计主要承担设备的加工、装配任务,工艺流程为:
仓库机械加工热处理中间仓库部件装配
总装配*油漆检验
(2)总装配跨:
轨顶标高21米,内设160/50T桥式吊车一台。
(3)总装配车间是冷加工车间,由于加工零件及加工工序多,精度要求高,
地面与上部运输频繁,机床设备及操作工人多,要求车间自然光线好,采光等级为三级,火灾危险性属戊类。
2建筑设计
2.1平面设计
2.1.1厂房平面的布置形式
由于厂房内设置一台160/50T桥式吊车,该吊车的跨度为34m由此确定该
厂房为单跨;根据生产工艺等要求,确定该厂房为单层。
所以厂房平面形式为矩形。
2.1.2柱网的确定
根据《厂房建筑模数协调标准》(GBJ6-86)的要求:
当跨度尺寸三18m时,按60M模数递增,即合理跨度可取18m24m30m和36m柱距采用60M数列,即6m12m18m等。
由于厂房为36X132m综合规范要求等方面的影响因素,确定该厂房的跨度为36m柱距为6m柱网布置如下图所示:
4BBiB1BBSi11BS811iB6h
2.1.3定位轴线的确定
(1)横向定位轴线
通常以通常以
除了边柱和变形缝处,其它都是从柱
子的中心通过;墙的内缘与边柱的外缘相重合,定位轴线内缩750mm
(2)纵向定位轴线
;标定了横向构件屋架,
也是大型屋面板
边缘的位置。
吊车规格与工业建筑跨度的关系为:
L-Lk=2e
式中Lk——吊车的跨度,取34m
L――厂房的跨度,该厂房为36m
e――吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离,由于该吊车为160/50T,所
以e取1m
2.1.4变形缝的设置
普通钢结构厂房的温度区段的最大长度:
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
米暖地区的房
220
120
150
屋
热车间和采暖
地区的飞非采
暖房屋
180
100
125
露天结构
120
\
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由于该厂房长132m宽36m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。
2.2剖面设计
2.2.1单层工业厂房相关高度的确定
(1)厂房柱顶标高的确定
H=Hi+he+h?
式中:
H—柱顶标高,应符合3M模数;
hi—吊车轨道顶面标咼(m,本设计为2im
he—吊车轨顶至小车顶面的高度(mr)本设计为5290mm
h7—小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸(mn)取值为
500mm
则H=21000+5290+500=26790mm取3M的模数H=27000m。
(2)室内地坪标咼的确定
为了防止雨水浸入室内,同时考虑到单层工业建筑运输工具进出频繁,若室
内外高差过大则出入不便,所以取150mm
2.2.2采光设计
设计要求该厂房的采光等级为三级,查《采光标准》可知,该厂房采光要求的窗地面积比为1:
3.5。
由于厂房跨度为36m超越单侧采光所能解决的范围,所以该厂房将在侧墙采用双侧开窗采光。
并将侧窗分为上下两段布置,即高侧窗和低侧窗。
高侧窗有两排,分别为3X1.5m和3X1m低侧窗为3.9x5.1m,经计算满足窗地比的要求。
为方便工作和不使吊车梁遮挡光线,一般高侧窗的下沿比吊车梁顶面高出600mm低侧窗下沿一般应略高于工作面的高度,工作面高度取900mm
2.2.3通风设计
为了节约环保,本厂房采用自然通风,除了高低侧窗户的布置外,在正立面各设两道3.6x3.6的汽车门,在厂房的两侧立面各设两道4.5x5.4的火车门。
2.3立面设计
为了使立面简洁大方,比例恰当,达到完整均匀,节奏自然,色调质感协调统一的效果。
本厂房的立面采用水平划分的手法,在水平方向设整排的矩形窗,组成水平条带,增加立体感。
在山墙设有3600x3600的汽车门,在侧立面4500x5400的火车门;门上设有外挑的900mn的雨棚。
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2.4其它节点设计
2.4.1墙面、屋面和地面的设计
(1)
“防热为主,兼顾
根据当地的水文气象条件,武汉属于夏热冬冷地区,
保温”,均采用轻质高强度的压型钢板,内夹发泡型保温材料用来保温隔热。
墙厚240mm墙板通过墙梁与钢架柱相连。
(2)屋面采用两层压型钢板,内填发泡型保温材料,自身就具有良好的防水作用,无需额外做防水层。
屋面檐口部分采用有组织排水方式。
(3)室内地面构造
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2.4.2排水、散水与坡道设计
由于该厂房较高,武汉的年降雨量较大,故采用有组织排水的方式。
落水管间距为12m
外围散水坡度i=5%,宽600伽;为了方便车辆进出,大门入口的坡道坡度i=7.5%,且设有防滑条。
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坡道地面构造
2.4.3防火设计
钢结构厂房具有耐火性能低的弱点,在未进行防火处理的情况下,其本身虽然不会起火燃烧,但火灾时,强度会迅速下降。
易出现塑性变形,产生局部损坏,造成钢结构整体倒塌失效。
由于该厂房的防火等级为戊类,根据生产工艺和安全防火要求,在厂房的两个山墙立面各设置两个3600X3600的汽车门,在侧立面各设置两个4500X5400的火车门。
各个钢构件涂防火材料。
244楼梯
在厂房两头各设置一个吊车梯,在外墙设置一个消防检修梯,由于高度为
30.8m,所以楼梯的设置中,有梯间休息平台。
3结构选型及整体布置
3.1选择钢材的必要性
与其他材料的结构相比,钢结构具有如下优点:
钢材强度高,结构重量轻;材质均匀,且塑性韧性好;加工和焊接性能好;密封性好;钢材可重复利用。
由于该厂房跨度为36m高度为30.8m,混凝土结构对这样的厂房无法胜任,钢材强度高、自重轻的优势尤为合适。
3.2柱网布置
厂房的长为132m跨度为36m根据要求取柱距为6m故采用6X36m的柱网。
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3.3屋架、框架的形式和相关尺寸
框架柱与屋架刚接。
使其内力分布较均匀。
框架跨度36m端部高度2m。
屋架布置
由于该厂房为重型钢结构厂房,所以将柱脚做成刚接来增加横向框架的刚度,承重柱采用阶形柱。
上柱为工字型钢柱,下柱为格构式钢柱。
-30X500
下柱截面尺寸
3.4屋盖支撑的布置
屋盖支撑包括横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆(檁条)。
3.4.1上弦横向水平支撑布置
上弦横向水平支撑设在横向温度区段的两端,横向水平支撑的间距Lo不宜
超过60m由于厂房的长132m>60m所以在温度区段中部也设置一道横向水平支撑。
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342下弦横向水平支撑布置
与上弦支撑布置在同一柱间,它也形成一个平行弦桁架,位于屋架下弦平面
3.4.3下弦纵向水平支撑
在屋架下弦端节点间设置纵向支撑。
纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭合框,加强了屋架的整体稳定性,并提高了厂房的纵向刚度。
344垂直支撑
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①②③④⑤⑥②⑧⑨OG
3.4.5系杆(檩条)
上弦平面内,系杆由檩条代替,系杆只在屋脊及屋脊两边设置。
下弦平面内,在跨中设置一道系杆,在屋架两端设置系杆。
3.5柱间支撑布置
上层柱间支撑要在下层柱间支撑布置柱间设置外,还在每个温度区段的端布设置
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3.6抗风柱的布置
采用整体式体系,山墙柱上搭墙梁,墙梁跨度为6m在山墙处设置抗风柱,
柱距为6m
4荷载计算
4.1计算单元的划分以及计算简图的确定
4.1.1计算单元的划分
为了计算方便,将厂房的空间结构简化为平面结构进行计算。
并近似地认为
各个横向平面框架之间以及各个纵向平面框架之间是互不影响的,各自独立工作。
横向框架的间距、荷载相同,因此取出有代表性的一榀中间横向框架作为计算单元,如图阴影部分所示。
4.1.2计算简图的确定
计算简图中,H为柱脚低至屋架下弦重心线与柱顶交点间的距离,即柱高,H为上柱高度,为7.6m;H为下柱高度,为19.4m,总高度为27m上柱与下柱偏心距e1为500mm
0.30KN/m2
0.10KN/m
0.15KN/m
0.55KN/m
4.2永久荷载
421屋盖自重
两层压型钢板(含保温)
檀条及支撑
钢架倾斜自重
荷载总和
屋架作用于框架柱的计算简图为下图所示,屋架间距6mQ为屋盖线荷载.
Q=6X0.55=3.30KN/m
4.2.2集中荷载
屋架反力3.3
X36/2=59.4KN
0.5m
偏心距e
集中荷载产生的弯矩
M1=59.4X0.5=29.7KN•M
4.2.3柱及吊车梁的自重
(1)上柱自重(上柱自重标准值=上柱体积X7850Kg/mxi.1)
A上=18X940+2X30X500=46920mm
3
P上=1.2XA上HXX7850Kg/mX1.1=36.95KN
-30X
(2)下柱自重(下柱自重标准值=下柱体积X7850Kg/mxi.3)
人下=30X530+(200-16)X16X2+16X167X2+2X30X500+16X540=66828mm
P下=1.2XA下HX7850Kg/mX1.3=174.63KN
2
A吊=2X25X500+18X1300=48400mm
3
P吊=1.2XA吊HX7850Kg/mX1.4=38.30KN
M=P吊ac-P上ei=38.30X0.7-35.01X0.5=9.31KN•m
4.2.4外墙自重
压型钢板(包含填充物)0.25KN/tf
墙梁自重
0.10
KN/tf
支撑自重
0.10
KN/tf
什
合计
0.45
KN/tf
开窗处荷载自重
钢窗自重
0.4
KN/tf
墙梁自重
0.10
KN/tf
支撑自重
0.10
KN/tf
什
合计
0.6
KN/tf
Pi=[(2.9+0.70)X0.45+4X0.6]X6X1.2=27.648KN
P2=[(3.7+4.5)X0.45+4X0.6]X6X1.2=40.89KN
4.3可变荷载
4.3.1屋面活荷载
本厂房屋面为不上人屋面,均布活荷载标准值取0.3KN/tf,武汉屋面雪荷载
值为0.4KN/tf,在可变荷载计算时,只取均布活荷载与雪荷载两者中的较大值,本厂房不考虑积灰荷载。
屋面线荷载q=qoX6=1.4X0.4X6=3.36KN/m
1
屋架反力Pwql0=0.53.3636=60.48KN
2
上下柱的偏心距
集中荷载所产生的弯矩
e=0.5m
1=60.48X0.5=30.24KN•m
\i“I-.zYrI-I~”>z
4.3.2吊车荷载
(1)竖向荷载
本厂房采用160/50T桥式吊车,查表得最大轮压Pma=335KN最小轮压P-=103KN
吊车梁支座反力影响线如图所示:
Dmax=PmaxE屮=1.4X335x(1+0.86+0.63+0.49+0.59+0.45+0.22+0.08)
=2026.08KN
Dmin二(Pmin/Pmax)•0aX=(103/335)X2026.08=1622.49KN
(2)横向荷载
HK=K(g+Q)/n
gn」、车自重标准值=63.3t
Q=最大起重量=160t
K=0.08
因此Hk=0.08X(630+1600)/8=22.33KN
T=y.Hk.刀yi=1.4X22.33X(0.34+0.49+0.63+0.86+1+0.59+0.45+0.22+0.08)=135.05KN
4.4风荷载
风荷载的标准值,
式中,Bz—z高度处的风振系数;
卩s—风荷载体型系数,根据表1.1得卩s=-0.6;
卩z—z风压高度变化系数,离地面20m时,卩z=1.25;离地面30m时,卩
z=1.42o
风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度27.15m取值,得卩z=1.37<
当厂房高宽比小于1.5时,卩z=1,本厂房高宽比为0.75<1.5,所以卩z=1;
查《建筑荷载规范》可知,武汉的基本风压0.35KN/m2;
计算简图如图所示,
<150
-0.6
30
>60
0
+0.8
风载体型系数
(1)W为屋架端部传给框架柱的集中荷载
%=0.8Jz-zw026=3.96KN
=-0.5Jz=w026=-2.48KN
(2)W为屋面传给框架柱的集中荷载
%=-0.6Jz'-zw01.56=-2.23KN
WG—0.5Jz■w01.56=-1.86KN
(3)q为墙面传给框架柱的线风荷载
q=0.8Jz-zWo6=1.98KN/m
q,=-0.5冷.w06=-1.24KN/m
集中力的合力W=(+Wk2)X1.4=2.42KN
=(W'+W')X1.4=-6.07KN
该厂房为6级抗震,根据抗震设防烈度的要求,该厂房不考虑地震作用的计算。
5内力分析与组合
5.1框架内力计算的准备
5.1.1横梁及上下柱惯性矩的选取
(1)屋架折算惯性矩的近似计算
22
Io=(Ay+Ay2)k
X2=75.2cm
A=37.6
式中A,屋架在跨中处的上弦杆和下弦杆的截面面积;
坡度
1/8
1/10
1/12
k
0.65
0.7
0.8
y1,y2-屋架在跨中的上弦杆重心线和下弦杆重心线至中和轴的距离;
k为折减系数,屋架坡度为1/10,查表得k为0.7。
A=43.9X2=87.8cm
2
10=(Ay12+Ay22)Xk=0.7X[87.8X(350/2-2.91)2+75.2X
2
(350/2-3.98)
64
10=3.37X10cm
(2)上柱惯性截面(实腹式):
Is=1.8X943/12+2X(50X33/12+50X3X48.52)=830487.6cm4
(3)下柱(格构柱)折算惯性矩:
22
I下=(A1X1+A2X2)X0.9
222
Ai=223cm,A2=386.4cmA=A+A2=609.4cm
Xf(52X3X(200-1.5)+2X76.51X9200-5.69-3.0))/609.4=98.8cm%=200-98.8=101.2cm
4
Ix=(223X101.2+386.4X98.8)X0.9=5450095cm
一30x,
-25x
>5©6-
上楝面国
5.1.2杆端有单位变形时的支座反力
(1)柱
1
—丄十6
n
12
2二1;=0.72
2
63=1+»九=2.61
1
-1W0.34
3
D—仆3;=0.38
koi=、i/D二0.905
ko2W'2/D=1.905
ko3二、3/D二6.944
横梁的轴向变形很小,在计算中忽略框架横向侧移变形
4EI,2EI
-AB二
II
5.2框架内力分析计算
5.2.1内力分析的几点说明
(1)横梁和柱子的轴向变形很小,所以计算中不考虑。
(2)荷载符号规定,水平向右为正,竖直向下为正,弯矩顺时针方向为正。
(3)M在受拉一侧。
(4)手算吊车刹车力作用下的内力
7|\
Xi
基本体系
、.11=
Elo
丄1818-18
23El上
丄1.21818+击20.71818=
41.2510
E
—.1180.25+2930.7520.718
11=.1180.251.3518
El上12丿El下12
4
1015.30104
X^21.78KN
:
ii.X「二ii二0
E
5.2.2电算其它荷载内力(荷载,弯矩,剪力,轴力图)
183^56
478.53
124,61
MH
55.63
⑵外墙自重
6,12
IN囹
34.05
斗艮己〔
135.62
135.62
io94
IT
310.94
3^64
000815
e
626.9斗
e
2L54
(4)屋面活荷载
65,6D
(5)风荷载
45.3
28.6
4
(6)柱及吊车自重内力图
5S?
E-
5.3框架内力组合
531内力组合表
内力图
M
N
V
何载类型
1.屋面活荷载
\广、
\d
1Cz-,37、
I
73足予\
K
\
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4.61
11~7咗乓
9
10.04
4
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7
㊉
十
Q
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1-.■;
至365
4:
C,36
330.27
7.永久荷载
4.吊车水平荷载(左刹)
5.吊车水平荷载(右刹)
6.风荷载
(左风)
3.竖向吊车
荷载Dmin
2.竖向吊车何载Dmax
\y
359.44\
e
\
X732034
5321-1截面
柱简图:
-
丄
1三
_A
永久
荷载
屋面
活荷
吊车何载
风何载
竖向何载
水平何载
Dnax
Dnin
左刹
右刹
左吹
截
面
1-1
设计
值
M
268.5
135.3
-6.75
6.75
192.5
-192.5
78.19
N
178.1
43.4
0
0
10.54
-10.54
4.53
V
-15.6
-8.66
0
0
0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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