单层钢结构厂房--檩条的设计

（一）隅撑的设计

隅撑按轴心受压构件设计。轴心力 N 按下式计算：

连接螺栓采用普通 C 级螺栓 M12 。

隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离： l 0 =633mm 。

选用 L50 × 4 ，截面特性：

A=97.5px 2 ， I u =367.25px 4 ， W u =104px 3 ， i u =48.5px ， i v =24.75px

λ u=l 0 / i u =633/19.4=32.6<[ λ ]=200 ，

b 类截面，查表得ψ u =0.927

单面连接的角钢强度设计值乘以折减系数α y ：λ =633/9.9=63.94 ，

α y =0.6+0.0015 λ =0.696

，满足要求。

（二）檩条的设计

1．  基本资料

檩条选用冷弯薄壁卷槽形钢，按单跨简支构件设计。屋面坡度 1/10 ，檩条跨度 6m ，于跨中设一道拉条，水平檩距 1.5m 。材质为钢材 Q235 。

2．  荷载及内力

考虑永久荷载与屋面活荷载的组合为控制效应。

檩条线荷载标准值： P k =(0.27+0.5) × 1.5=1.155KN/m

檩条线荷载设计值： P k =(1.2 × 0.27+1.4 × 0.5) × 1.5=1.536KN/m

P x =Psin α =0.153KN/m ， P y =Pcos α =1.528KN/m ；

弯距设计值：

M x =P y l 2 /8=1.528 × 6 2 /8=6.88KN · m

M y =P x l 2 /8=0.153 × 6 2 /32=0.17KN · m

3．  截面选择及截面特性

(1)  选用 C180 × 70 × 20 × 2.2

I x =9372.5px 4 ， W x =1041.5px 3 ， i x =176.5px ；

I y =1224.25px 4 ， W ymax =579.75px 3 ， W ymin =250.5px 3 ， i y =63.74999999999999px ，χ 0 =52.75px ；

先按毛截面计算的截面应力为：

(2) 受压板件的稳定系数

A ．腹板

腹板为加劲板件，ψ = σ min / σ max = － 157.82/172.48= － 0.915> － 1 ，

k=7.8 － 6.29 ψ +9.78 ψ 2 =21.743

B ．上翼缘板

上翼缘板为最大压力作用于部分加劲板件的支承边，

ψ = σ min / σ max =148.18/172.48=0.859> － 1 ，

k c =5.89 － 11.59 ψ +6.68 ψ 2 =0.863

(3) 受压板件的有效宽度

A ．腹板

k=21.743 ， k c =0.863 ， b=180mm ， c=70mm ， t=2.2mm ，σ 1 =172.48N/mm 2

由于ψ = σ min /σ max <0，取α =1.5 ，

b c =b/(1 －ψ )=180/(1+0.915)=93.99mm

b/t=180/2.2=81.82

18 αρ =18 × 1.15 × 3.080=63.76 ， 38 αρ =38 × 1.15 × 3.080=134.60

所以 18 αρ αρ

则截面有效宽度

b e1 =0.4b e =0.4 × 81.62=32.65mm ， b e2 =0.6b e =0.6 × 81.62=48.97mm

B ．上翼缘板

k=0.863 ， k c =21.743 ， b=70mm ， c=180mm ，σ 1 =172.48N/mm 2

b e1 =0.4b e =0.4 × 57.05=22.82mm ， b e2 =0.6b e =0.6 × 57.05=34.23mm

C．下翼缘板

下翼缘板全截面受拉，全部有效。

(4) 有效净截面模量

上翼缘板的扣除面积宽度为： 70 － 57.05=12.95mm ；腹板的扣除面积宽度为：

93.99 － 81.62=12.37mm ， 同时在腹板的计算截面有一φ 13 拉条连接孔（距上翼缘板边缘 35mm ），孔位置与扣除面积位置基本相同。所以腹板的扣除面积按φ 13 计算，见图。有效净截面模量为：

W enx /W x =0.915 ， W enymax /W ymax =0.973 ， W enymin /W ymin =0.972

4 ．强度计算

按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑：

5 ．挠度计算

6 ．构造要求

λ x =600/7.06=85.0<[ λ ]=200 ，满足要求

λ y =300/2.55=117.6<[ λ ]=200 ，满足要求

（三）墙梁设计

1 ．基本资料

本工程为单层厂房，刚架柱距为 6m ；外墙高 7.35m ，标高 1.200m 以上采用彩色压型钢板。墙梁间距 1.5m ，跨中设一道拉条，钢材为 Q235 。

2 ．荷载计算

(1)  墙梁采用冷弯薄壁卷边 C 型钢 160 × 60 × 20 × 2.5 ，自重 g=7kg/m ；

(2)  墙重 0.22KN/m 2 ；

(3)  风荷载

基本风压ω 0 =1.05 × 0.45=0.473KN/m 2 ，风荷载标准值按 CECS102 ： 2002 中的围护结构计算：ω k = μ s μ z ω 0 ，μ s = － 1.1 （ +1.0 ）

本工程外墙为落地墙，计算墙梁时不计墙重，另因墙梁先安装故不计拉条作用。

q x =1.2 × 0.07=0.084KN/m ， q y = － 1.1 × 0.473 × 1.5 × 1.4= － 1.093KN/m

3 ．内力计算

M x =0.084 × 6 2 /8=0.378KN · m ， M y =1.093 × 6 2 /8=4.919KN · m

4 ．强度计算

墙梁 C160 × 60 × 20 × 2.5 ，平放，开口朝上

W xmax =486.75px 3 ， W min =216.5px 3 ， W y =900.5000000000001px 3 ， Iy =7203.25px 4

参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验，

取 W enx =0.9 W x ， W eny =0.9 W y

在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧，并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连，可不验算墙梁的整体稳定性。

5 ．挠度计算

（四）山墙抗风柱设计

1．  基本资料

本工程山墙墙板为自承重墙；抗风柱 6274mm ，间距采用 6m ，承受的荷载有自重、墙梁重量及山墙风荷载。抗风柱与基础铰接，按压弯构件设计。抗风柱视为支承于刚架横梁和基础的简支构件。

该地区基本风压ω 0 =0.45KN/m 2 ，地面粗糙度类别为 B 类，隅撑间距 3.0m 。抗风柱采用 Q235 钢。

2．  荷载计算

(1)  抗风柱选用焊接工字钢 300 × 200 × 6 × 10 ，自重 g 1 =44.6kg/m

(2)  墙梁及其支撑构件重量取 g 2 =7kg/m

(3)  风荷载：按 CECS102:2002 中的围护结构计算。

ω k = μ s μ z ω 0 ，μ s = － 1.0(+1.0) ，ω 0 =1.05 × 0.45=0.473KN/m 2

q z =1.2 × (0.07 × 6 × 3+44.6 × 6.274 × 10 -2 )=4.87KN

q y =1.4 × 1.0 × 1.0 × 0.473 × 6=3.97KN/m

墙梁自重对抗风柱的偏心力矩为 1.2 × 0.07 × 6 × 3 × 0.23=0.35KN · m

3．  内力计算

N=4.87KN ， M=1/8 × 3.97 × 6.274 2 +0.35=19.88KN · m

4．  验算构件的局部稳定性

翼缘宽厚比 b/t=96/10=9.6<

5．  强度验算

截面特性： A=1420px 2 ， I x =237775px4 ， W x =15852.5px 3 ， i x =323.5px ，

I y =33350px 4 ， W y =3335px 3 ， i y =121.24999999999999px

6．  验算弯矩作用平面内的稳定性

λ =48.5 ， b 类截面，查表得ψ x =0.863

=30.85N/mm 2 2 ，满足要求。

7．  验算弯矩作用平面外的稳定性

考虑隅撑为抗风柱平面外的侧向支撑点

l 0y =3000mm ，λ y = l 0y / i y =3000/48.5=61.9<[ λ ]=150 ， b 类截面，查表得ψ y =0.797

，η =1.0 ，β tx =1.0

=32.97N/mm 2 2 ，满足要求。

8．  挠度验算

抗风柱在水平风荷载作用下，可视为单跨简支梁按下式计算其水平挠度：

9．  柱脚设计

因抗风柱承受的竖向荷载很小，故垫板尺寸按构造要求确定。采用

－ 400 × 300 × 20 ；锚栓采用 2M20 ，平面布置如图。

（五）柱间支撑的设计

1．  柱间支撑的布置如图

2．  柱间支撑为斜杆，采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。直杆用檩条兼用，因檩条留有一定的应力裕量，根据经验及类似工程，不再作压弯杆件的刚度及承载力验算。

3．  柱间支撑荷载及内力

支撑计算简图如图。

作用于两侧山墙顶部节点的风荷载为（山墙高度取 7.2m ）：

取μ s =0.8+0.5=1.3 ，ω 1 =1.3 × 1.0 × 0.45 × 18 × 7.35/2=38.70KN

按一半山墙面作用风载的 1/3 考虑节点荷载标准值为：

F wk =1/3 × 1/2 × 38.70=6.45KN

节点荷载设计值 F w = 1. 4 × 6.45=9.03KN

斜杆拉力设计值 N=9.03/cos43.9191 ° =12.54KN

4．  斜杆截面设计及强度验算

斜杆选用φ 12 圆钢， A=113.0mm 2

强度验算： N/A=12.54 × 10 3 /113.0=111.0N/mm 2

2

刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。

但从构造上考虑采用φ 16 。

（六）屋面支撑设计

1．  屋面支撑布置

檩条间距 1.5m ，水平支撑间距 3m ，如图。

2．  屋面支撑荷载及内力

屋面支撑斜杆采用张紧的圆钢，支撑计算简图如图。

一侧山墙的风荷载体型系数μ s =1.0 ，

节点荷载标准值 F wk =0.45 × 1.0 × 1.0 × 3.0 × 7.35/2=4.96KN ；

节点荷载设计值 F w =4.96 × 1.4=6.94KN ；

斜杆拉力设计值 N=2.5 × 6.94/cos29.0546 ° =19.85KN ；

3 ．斜杆截面设计及强度验算

斜杆选用φ 12 圆钢， A=113.0mm 2

强度验算： N/A=19.85 × 10 3 /113.0=175.7N/mm 2 2

刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比的要求。

但从构造上考虑采用φ 16