項目名稱：某兩層輕鋼別墅
設計依據：
1. 《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》(GB 50018)
2. 《建筑結構荷載規(guī)范》(GB 50009)
3. 《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011)
4. 《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規(guī)程》(JGJ 227)
一、基本參數
1. 建筑概況
- 層數：2層，層高3.0m，總高度6.6m(含屋面)
- 平面尺寸：12m×8m，建筑面積192㎡
- 結構形式：冷彎薄壁型鋼框架體系
- 抗震設防烈度：7度(0.10g)
2. 材料參數
- 輕鋼龍骨：G550鍍鋁鋅鋼，厚度0.8~1.2mm
- 樓板：OSB板+輕鋼桁架，自重0.5kN/㎡
- 屋面：瀝青瓦+保溫層，自重0.7kN/㎡
- 外墻：纖維水泥板+巖棉，自重0.4kN/㎡
二、荷載計算
1. 恒荷載(DL)
- 樓面：0.5kN/㎡(結構層)+1.0kN/㎡(裝修層)=1.5kN/㎡
- 屋面：0.7kN/㎡(結構層)+0.3kN/㎡(設備)=1.0kN/㎡
- 外墻：0.4kN/㎡(飾面層)+0.2kN/㎡(龍骨)=0.6kN/㎡
2. 活荷載(LL)
- 樓面：2.0kN/㎡(居室)
- 屋面：0.5kN/㎡(不上人屋面)
3. 風荷載(WL)
- 基本風壓：0.45kN/㎡(50年一遇)
- 風壓高度系數：1.0(10m以下)
- 體形系數：+0.8(迎風面)、-0.5(背風面)
- 計算值：
\( W_k = \beta_z \mu_s \mu_z W_0 = 1.0×0.8×1.0×0.45 = 0.36kN/㎡ \)
4. 雪荷載(SL)
- 基本雪壓：0.40kN/㎡
- 積雪分布系數：1.0
- 計算值：
\( S_k = \mu_r S_0 = 1.0×0.40 = 0.40kN/㎡ \)
三、結構體系分析
1. 豎向荷載傳遞路徑
屋面/樓面荷載 → 輕鋼桁架 → 墻體立柱 → 基礎
2. 水平荷載傳遞路徑
風荷載/地震力 → 外墻面板(剪力墻作用) → 抗拔錨栓 → 基礎
3. 關鍵構件選型
- 立柱：C89×41×12×0.9mm(墻骨柱)
- 樓面梁：桁架梁高度200mm，弦桿C75×35×0.8mm
- 屋架：三角桁架，跨度8m，矢高0.8m
四、構件驗算
1. 墻骨柱驗算(以首層為例)
- 軸力設計值：
\( N = 1.2DL + 1.4LL = 1.2×(1.5×3×4) + 1.4×(2.0×3×4) = 21.6 + 33.6 = 55.2kN \)
- 穩(wěn)定承載力：
根據GB 50018，C型截面軸心受壓構件：
\( N_{cr} = \phi A f_y = 0.85×218mm2×550MPa = 102.2kN > 55.2kN \) (滿足)
2. 樓面梁撓度驗算
- 均布荷載：
\( q = 1.5×2.0 + 2.0 = 5.0kN/m \)
- 允許撓度：L/360 = 8000/360 = 22.2mm
- 計算撓度：
\( \delta = \frac{5qL^4}{384EI} = \frac{5×5×8^4}{384×2.06×10^5×1.2×10^6} = 18.5mm < 22.2mm \) (滿足)
五、抗震計算
1. 水平地震作用
- 結構總重力荷載代表值：
\( G_E = 1.0×(192×1.5 + 96×1.0) = 384kN \)
- 水平地震影響系數：α=0.08(7度0.10g)
- 底部剪力：
\( F_{Ek} = αG_E = 0.08×384 = 30.7kN \)
2. 層間位移角驗算
- 彈性層間位移限值：1/300
- 計算位移：Δ=6.2mm
- 位移角：6.2/3000=1/484 < 1/300 (滿足)
六、節(jié)點設計
1. 立柱與基礎連接
- 采用M16抗拔錨栓，抗拉承載力：
\( N_t = 0.8f_uA_s = 0.8×400×157 = 50.2kN/根 \)
- 單柱配置2根錨栓，總承載力100.4kN > 55.2kN (滿足)
2. 桁架節(jié)點連接
- 采用自攻螺釘連接，剪力承載力：
\( V = n·f·d·t = 4×375×3.5×0.8 = 4200N = 4.2kN/點 \)
七、基礎設計
1. 地基承載力：f_a=150kPa
2. 條形基礎尺寸：
- 寬度0.6m，深度0.8m
- 每延米荷載：\( q = 55.2kN/0.6m = 92kN/m < 150kPa \) (滿足)
八、結論
本輕鋼別墅結構體系滿足強度、剛度、穩(wěn)定性及抗震要求，各構件設計安全可靠，符合國家規(guī)范要求。
注：實際工程需根據地質勘察報告、具體荷載調整參數，并由專業(yè)工程師復核簽字。
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