专业班级 学号。
姓名。指导老师。
完成时间。1 设计基本资料。
1.1设计题目：**集团轻钢结构设计。
1.2建设地点：武汉市。
1.3工程概况。
*集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下：
1）长度为122.4m，跨度24m，柱网为5.1m，檐口高度为8m，屋面坡度为1/12，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。
2）荷载：静荷载当有吊顶时为0.45 kn/m2；活荷载为0.
3 kn/m2（计算刚架时.5 kn/m2（计算檩条时）；基本风压0.35 kn/m2，地面粗糙度为b类；雪荷载为0.
5 kn/m2；**设防烈度为6度。
1.4设计原始资料。
1）材料规格。
钢材：门式刚架采用q345-b钢，楼面梁、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、自动埋弧焊和co2气保护焊；
基础混凝土c20，垫层混凝土 c10；
钢筋：直径为ⅱ级钢筋，直径为ⅰ级钢筋。
2）**设防烈度6度；
1.5建设规模以及标准。
建筑规模：建筑面积约，为单层钢结构建筑。
1.6设计依据。
建筑结构荷载规范（gb50009—2001）
钢结构设计规范（gb50017—2003）
门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》cecs102: 2002
冷弯薄壁型钢结构技术规范（gb50018—2002）
建筑制图标准（gbj104—87）
2 建筑设计。
2.1建筑设计指导思想。
1）设计满足生产工艺的要求，这是对设计的基本要求。
2）应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率。
3）应满足有关技术要求：
1) 厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全；
2) 厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到以后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件；
3) 设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。
4）设计要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者间不可偏废。
5）工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。
2.2建筑布置。
考虑工艺、结构和经济三方面要求，按照设计规范，厂房可不设置伸缩缝。
2.3构造简要说明。
1）屋面及墙面构造。
屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。屋面的坡度为1：12的双坡屋面，采用内天沟有组织排水。
2）地面构造。
厂房的地面用素土夯实后铺80厚c10混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面。室内地坪标高为0.000，室外地坪为-0.3m，进厂房门的室内外做成斜坡。
3）刚架防锈处理。
用各色硼钡酚醛防锈漆f53-9打底，在选用各色醇酸磁漆c04-42作面漆。
3 结构设计计算书。
3.1结构体系。
本设计结构体系为横向单跨双坡门式刚架承重体系，跨度24米，门式刚架斜梁坡度为1:12。纵向为檩条支撑体系，24跨，柱距5.
1米。屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。
3.2结构布置。
1.柱网布置。
综合考虑工艺、结构及经济三个方面的要求，确定厂房柱网布置为：纵向24跨，跨度5.1米，横向单跨，跨度24米。
2.横向框架结构的主要尺寸、框架柱及横梁。
1) 横向框架的结构尺寸。
采用单跨双坡门架，门架横梁与门架柱刚性连接，刚架柱与地基础的连接为锚栓刚性连接。结构示意图如下：
图1 结构示意图。
框架主要尺寸为：
1）跨度：24m
2）柱高：8m
3）柱距：5.1m
4）横梁坡度为1:12
2.框架柱及横梁。
框架柱采用等截面h型钢柱，钢材采用q345钢，横梁采用分段变截面焊接工字形截面，钢材采用q345钢。
3. 墙架及柱间支撑布置。
墙架系由横梁（墙梁）及拉条、窗镶边构件、墙架柱、抗风柱等构件组成。其作用是支撑墙体，保证墙体的稳定，墙体承受风荷载传递到厂房骨架和基础上。
柱间支撑为交叉腹杆体系，交叉腹杆体系最为经济且刚度较大。
4. 屋盖支撑布置。
门式刚架的屋盖支撑体系由纵向水平支撑、横向水平支撑和系杆构成。
3.3静力计算简图。
选取轴刚架为典型单元进行静力计算，计算单元如图所示：
图2 计算单元。
3.4荷载计算。
1.荷载取值计算。
恒载（坡向）：结构自重（包括屋面板、檩条、保温层及刚架自重）
无吊顶（檩条计算） 0.2 kn/m2
有吊顶（刚架计算） 0.45 kn/m2
活载：计算刚架取0.3kn/m2 ;计算檩条取0.5kn/m2
雪载：0.5 kn/m2
风荷载：基本风压按荷载规范gb50009-2001取，地面粗糙等级b级，基本风压：0.
35 kn/m2;由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取基本风压为0.35 kn/m2。风载体形系数按表a.
0.2-1选取：
图3 风载体形系数。
3.5檩条设计。
1）截面选型。
按，檩条跨度6m,檩条高度，从而初选c形檩条140×50×20×2.5，檩距为1.5m，檩条跨度大于4m，故在檩条间跨设置拉条，在檐中处设置斜拉条和刚性撑杆。
2）荷载标准值。
永久荷载： 压型钢板（含保温）
檩条（包括拉条）
合计 可变荷载：屋面均布活荷载和雪荷载的最大值为。
3）内力计算。
1）永久荷载与屋面活荷载组合。
檩条线荷载。
弯矩设计值。
2）永久荷载与风荷载吸力组合。
按《建筑结构荷载规范》gb50009—2001,房屋高度小于10米，风荷载高度变化系数取10米高度处的数值，。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》cecs102: 2002附录a，风荷载体型系数为（边缘带），。
垂直屋面的风荷载标准值：
檩条线荷载：
弯矩设计值（采用受压下翼缘设拉条的方案）
4）截面选择及截面特性。
1）选用，；
先按毛截面计算的截面应力为：
（压）（压）
拉）2）受压板件的稳定系数。
腹板。腹板为加劲板件，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
上翼缘板。上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
3）受压板件的有效宽度。
腹板， 由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为。
由于，则，，
因为，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
②上翼缘板，
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为。
由，则， 所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为。
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，。
下翼缘板。下翼缘板全截面受拉，全部有效。
有效净截面模量。
有效净截面模量为：,5）强度计算。
屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
6）稳定计算。
1）有效截面模量。
永久荷载与风吸力组合下的弯矩小于永久荷载与屋面可变荷载组合下的弯矩，根据前面的计算结果，可以取：, 2）受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录a中a.2的规定计算，查表，跨中设一道侧向支承，取正值）
3）风吸力使檩条下翼缘受压，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式
计算的稳定性为：
计算表明永久荷载与风荷载组合不起控制作用。
7）挠度计算。
8）构造要求。
故此檩条在平面内、外均满足要求。
3.6 墙梁设计。
1) 截面选型。
初选形墙梁，间距为，墙梁跨度大于，故在墙梁间跨设置拉条一道。如图4。
图4 墙梁布置。
2) 荷载标准值。
永久荷载： 压型钢板（含保温）
墙梁（包括拉条）
合计。3) 内力计算。
墙梁所受荷载设计值。
竖向： 水平： （压力）
（拉力）墙梁所受荷载标准值。
竖向： 水平：（压力）
（拉力）荷载组合考虑两种情况：①；
1）竖向荷载产生的弯矩。由于墙梁跨中竖向设有一道拉条，可视为墙梁支承点。
2）水平荷载、产生的弯矩、。墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁设计内力，则。
迎风： 背风：
3）剪力：在竖向荷载作用下，两跨连续梁的最大剪力为。
在水平方向的剪力按单跨简支梁计算。
迎风 背风
4) 截面验算。
由初选墙梁截面形槽钢，查表得其截面特性：
1）各板件端的应力值为：
迎风： 拉）拉）压）
压）背风： 压）压）
拉）拉）
2）受压板件的有效宽度。
迎风：1-3板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式取计算，3-4板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
1-3板，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为。
由于，则， ，1-3板截面有效。
3-4板 ，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的板组约束系数为。
由，则，，，
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为。
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
1-2板全截面受拉，全部有效。
背风：1-3板为加劲板件，，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式取计算。
1-2板为最大压应力作用于部分加劲件的支承边，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
1-3板，由于，则， ，所以1-3板全截面有效。
3-4板，由，则，，，
所以，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式计算的截面有效宽度为。
由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式，，
3-4板全截面受拉，全部有效。
3）有效净截面模量。
有效净截面模量为：，5）强度计算。
1）正应力：根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
迎风时，背风时，2）剪应力：根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式、
竖向剪应力
水平剪应力
6）稳定计算。
受弯构件的整体稳定系数按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录a中a.2的规定计算。查表，跨中设一道侧向支承，取正值）
按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》公式。
计算的稳定性为。
7）挠度计算。
竖向：按两跨连续梁计算。
水平方向：按单跨简支梁计算。
8）构造要求。
故此墙梁在平面内、外均满足要求。
3.7抗风柱设计。
每侧山墙设置2根抗风柱，则每根抗风柱作用宽度为8米。
1) 荷载计算。
墙面及墙梁自重为 ，抗风柱自重约为。
风荷载：风压高度变化系数。
风压体型系数由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》cecs102：2002附录a表a.0.2-4查出，风荷载标准值=
单根抗风柱承受的均布荷载设计值：
永久荷载设计值
风荷载设计值
风荷载标准值
2) 内力计算。
取中间柱作为计算对象，计算模型如图5
图5 抗风柱计算。
构件最大轴压力。
构件最大弯矩。
3) 截面选择。
取工字形截面，，，
4) 强度计算。
根据《钢结构设计规范》gb50017-2003公式。
5) 稳定计算。
1)弯矩作用平面内的稳定：根据《钢结构设计规范》gb50017-2003公式，绕强轴。
因为，所以查《钢结构设计规范》gb50017-2003附录c的b类截面，所计算段无端弯矩但有横向荷载，故。
2）弯矩作用平面外的稳定：根据《钢结构设计规范》gb50017-2003公式，绕弱轴考虑墙梁隅撑的支持作用，计算长度取墙梁间距2米。
因为，所以查《钢结构设计规范》gb50017-2003附录c的b类截面，，
所计算段有端弯矩和横向何在作用，并使构件段产生同向曲率，故取，另。
（3）挠度。
根据《钢结构设计规范》gb50017-2003附录a续表a.1.1，在横向风荷载作用下，抗风柱水平挠度为。
3.8门式刚架设计。
1）计算简图：
由计算条件可得各荷载取值如表1
表1 组合内力荷载取值。
由表1可得出，雪荷载大于屋面活荷载，应取max（活载，雪载）=0.5kn/m2。
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