单层门式钢架建筑结构毕业设计说明书.doc

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1、本科毕业设计说明书题 目：济南某车间设计（钢结构方案五）院 （部）：土木工程学院专 业：土木工程班 级：姓 名：学 号：指导教师： 完成日期： 2012年5月3日目 录摘 要.ABSTRACT.1 前 言. 12 建筑设计.3 2.1 设计任务和设计要求.3 2.2 建筑物所处的自然条件.3 2.3 建筑物功能与特点 .43 结构设计.5 3.1 材料的选择.5 3.2 结构方案的比较和选型.5 3.3 吊车梁的设计.7 3.3.1 设计资料.7 3.3.2 吊车荷载的计算.7 3.3.3 内力计算.7 3.3.4 截面选择.9 3.3.5 界面特征.10 3.3.6 梁截面承载力验算.11

2、3.3.7 焊缝计算.15 3.3.8 支座加劲肋计算.15 3.4 钢架设计.17 3.4.1 荷载计算.17 3.4.2 内力计算.20 3.4.3 内力组合.37 3.4.5 截面验算.39 3.5 牛腿设计.43 3.5.1 荷载计算. 43 3.5.2 截面选择.43 3.5.3 截面特征.44 3.5.4 强度验算.44 3.5.5 焊缝验算.45 3.6 支撑设计.46 3.6.1 屋面支撑设计.46 3.6.2 柱间支撑设计.47 3.7 节点设计.50 3.7.1 梁柱节点.50 3.7.2 梁梁节点.52 3.7.3 柱脚节点.54 3.8 基础设计.58 3.8.1 基础

3、的选择.58 3.8.2 基础埋深.58 3.8.3 基础设计.58 3.9 檩条设计.62 3.9.1 截面初选.62 3.9.2 荷载计算.62 3.9.3 内力计算.63 3.9.4 截面验算.643 结论.70谢词.71参考文献.72摘要本设计为轻型钢结构厂房，采用轻型门式刚架体系，轻型钢结构建筑质量轻，强度高，跨度大，钢结构建筑施工工期短，相应降低投资成本，经济实惠。它在我国有着较为广泛的应用前景。轻型钢结构的屋面荷载较轻，因而杆件截面较小、较薄。它除具有普通钢结构的自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便等特点外，一般还具有取材方便、用料较省、

4、自重更轻等优点。本设计说明书包括建筑设计，结构设计两部分。建筑设计部分具体为建筑平面形式的选择，厂房剖面设计，厂房立面设计，厂房的构造设计，门窗明细表。结构设计部分包括方案选择，吊车梁设计，檩条设计，抗风柱设计，牛腿设计，刚架设计（内力组合），节点设计。各章节都详细演算了主要构件的计算过程。本次设计图纸部分有：厂房平面图，立面剖面及节点详图，刚架施工图，厂房檩条墙梁布置图，吊车梁施工图，支撑布置图，基础平面布置图。关键词：轻型钢结构，门式刚架，建筑设计，结构设计AbstractThe design for the light steel structure plant, the use of

5、light portal frame system, the construction of light steel structure light weight, high strength, large-span, steel structure construction period short, lower investment costs, economic benefits. In China it has a more extensive application prospects. Light steel structure of the roof load lighter,

6、and thus a smaller cross-section bar, thin. In addition to its ordinary lighter weight steel structures, material uniformity, accurate and reliable stress calculation, simple processing, a high degree of industrialization, transport and other features easy installation, the general also has easy mat

7、erial to be used than the provinces, the advantages of lighter weight .The design specification, including architectural design, structural design and construction organization design of three parts. Architectural design for the construction plane to some of the specific forms of choice, plant profi

8、le design, plant design elevation, the structure of plant design, door and window schedules. Part of the structural design, including program selection, the design of the crane beam, purlin design, pillar of wind-resistant design, corbel design, rigid frame design (combination of internal forces), t

9、he node design. Chapters detail the main components of calculus calculation.Part of the design drawings are as follows: plant floor plan, Node elevation profiles and detailed, Frame Construction ,wall-beam purlin plant layout map, construction of crane beam map, support layout map, foundation plan .

10、Key Words: Light steel structure，Portal frame，Architectural Design，Structural design.1 前 言在此次毕业设计中，设计内容包括建筑设计、结构设计和施工组织设计三部分。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知

11、识的全面总结。结构计算的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用性要求。施工组织设计是毕业设计的实践阶段，把学到的理论知识能够灵活的运用到实践中去，锻炼学生的实践能力和组织能力。本毕业设计题目为济南某车间设计(方案五)。在设计前期，我温习了土建工程制图、房屋建筑学、钢结构、混凝土结构、结构力学、土力学、基础工程、建筑结构抗震设计、土木工程施工、等知识，并借阅了钢结构规范、混凝土规范、荷载规范、砌体规范、建筑地基基础设计规范、抗震规范等规范。在网上搜集了不少资料，并做了笔记。在建筑设计中，通过查找各种资料并结合自己工程本身的功能和特点初步确定建筑方案。在设计过

12、程中，要考虑它的使用功能，建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观。在结构设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析(主要包括结构的布置和选型、一榀框架的设计、基础的设计、吊车梁的设计)。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和手工画图以及AUTUCAD计算机出图。在施工组织设计中，我通过所学的基本理论和专业知识进行网络图和施工组织总平面图的绘制。 在设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固

13、了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了Excel；在绘图时熟练掌握了AutoCAD等专业软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求,其目的与要求就是让我们在将来的工作岗位中能够胜任本职工作。钢架设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 2012年5月 1日2 建筑设计建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境

14、，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观2.1 设计任务和设计要求2.1.1 设计任务本设计的主要内容是济南市某车间厂房设计，作为一个生产作业的空间设计，要在平面规划中自始至终遵循实用、功能需求和人性化管理充分结合的原则。材料运用简洁,大方,结实,环保的现代材料,在照明采光上使用全局照明,能满足生产的需要

15、。经过精心设计,在满足各种生产活动需要的同时,又简洁,大方,美观。.2.1.2 设计要求建筑法规、规范和一些相应的建筑标准是对该行业行为和经验的不断总结，具有指导意义，尤其是一些强制性规范和标准，具有法定意义。建筑设计除了应满足相关的建筑标准、规范等要求之外，原则上还应符合以下要求： 满足建筑功能要求； 符合所在地规划发展的要求并具有良好的视觉效果； 采用合理的技术措施； 提供在投资计划所允许的经济范畴内运作的可行性。2.2 建筑物所处的自然条件2.2.1 气象条件建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；

16、在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。2.2.2 地形、地质及地震烈度基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不做抗震计算，9度以上地区，地震破坏力很大，一般应尽量避免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点时7、8、9度地震烈度的地区。本工程为六度设防，在设计过程中应考虑抗震设防各方面的要求。2.2.3 水文水文条件是指地下水位的高低及地下水的性质，直接影响到建筑物基础及地下室。一般应根据地下水位的高低及底下水位性质确定

17、是否在该地区建筑房屋或采用相应的防水和防腐措施。本工程地下水位埋深为10.20m-10.90m，对建筑物的影响很小，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。2.3 建筑物功能与特点该拟建的建筑位于济南市。设计内容：此建筑为生产车间厂房，主要用于生产活动。此建筑总建筑面积为2215。2.3.1 平面设计建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于5，采用纵向6m、横向8m的柱距2.3.2 立面设计该建筑立面为了满足采光和美观需求，窗均采用塑钢窗，门为推拉门。外墙面选用100mm厚夹心彩钢板。2.3.3 防火防火等级为二级，按乙级厂房设计厂房内最远的点距安全出口33.5m75m 满足要求2.3.4 抗震本建筑

18、为单层钢架厂房，平面布置规则，质量分布和刚度变化均匀，满足抗震要求。2.3.5 排水 本建筑采用天沟内排水，布置既美观、简洁又能有效利用雨水节约水资源。3 结构设计3.1材料的选择材料选择根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中的相关规定选取，由于本厂房是轻型门式刚架结构，本身自重较轻且吊车吨位较小，钢架承受荷载也较小，但本着节约钢材的原则厂房梁、柱、等结构构件选用Q345钢，檩条采用Q235级钢，又由于厂房对材料的冲击韧性无特殊要求，所以质量等级可以选用B级，且厂房对钢材无特殊要求，为了节省造价，可采用沸腾钢，因此厂房梁、柱等结构构件均可选用Q345B钢材，吊车梁、檩条、压

19、型钢板可选用Q235B钢材。3.2解构方案的比较和选型3.2.1柱网布置本厂房建筑面积2160m，由于本厂房荷载较小，故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。其中柱距6m，对于跨度的选择，应尽量选择较大的跨度。跨度较大可以扩大柱网，这样可以提高厂房的通用性，扩大生产面积，节约用地，加快建设速度，提高吊车的服务范围，因此本厂房采用24m的跨度。并根据工艺要求设为单跨。3.2.2屋面布置根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中6.3.1之规定，由于檩条跨度为6m9m，故采用实腹式檩条

20、。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中6.3.5和6.3.6之规定，应在檩条三分点处设置一道拉条，拉条采用10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。3.2.3柱间支撑布置根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中4.5.2之规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。当有起重量不小于5t的吊车时，柱间宜采用型钢支撑。3.2.4屋盖支撑布置由于本厂房长90m，宽

21、24m，根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中4.5.2之规定，将整个厂房可划分为一个温度区段。因此在厂房两端第一个柱间支撑设置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。3.2.5墙面结构布置根据墙板的板型和规格，墙梁的布置沿高度方向间距每隔1.5m布置一道，根据冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002中8.4.2之规定，本厂房跨度为6m，应在跨中三分点处各设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱和墙架柱，且应每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重，拉条为10圆钢。根据门式刚架轻型房屋结构技术规

22、程CECS102：2002中6.4.2节，应设置门柱窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，所以应考虑为双向受弯构件。3.3吊车梁设计3.3.1设计资料图3-1 吊车轮压示意图吊车总重量：8.84吨，最大轮压：74.95kN，最小轮压：19.23kN。3.3.2吊车荷载计算吊车荷载动力系数，吊车荷载分项系数则吊车荷载设计值为竖向荷载设计值 横向荷载设计值 3.3.3内力计算3.3.3.1吊车梁中最大弯矩及相应的剪力如图位置时弯矩最大图2-2 C点最大弯矩Mmax对应的截面位置考虑吊车来那个自重对内力的影响，将内力乘以增大系数，则最大弯矩好剪力设计值分别为：3.3.3.2吊车梁的最大剪力如图位

23、置的剪力最大图2-3 A点受到剪力最大时截面的位置，。3.3.3.3水平方向最大弯矩。3.3.4截面选择3.3.4.1梁高初选 容许最小高度由刚度条件决定，按容许挠度值()要求的最小高度为：。由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩梁的经济高度为：。取。3.3.4.2确定腹板厚度。按抗剪强度要求计算腹板所需的厚度为：。取。3.3.4.3确定翼缘尺寸初选截面时:上翼缘尺寸取，下翼缘尺寸取。初选截面如下图所示：图2-4 吊车梁截面3.3.5截面特征3.3.5.1毛截面特性上翼缘对中和轴的毛截面面积矩。上翼缘对y轴的截面特性：3.3.5.2净截面特征上翼缘对y轴的截面特性：3.3.6梁截面承载力验算3.3

24、.6.1强度验算(1)正应力上翼缘正应力： 满足要求。下翼缘正应力： 满足要求。(2) 剪应力计算的突缘支座处剪应力： 满足要求。(3) 腹板的局部压应力采用QU80钢轨，轨高130mm。；集中荷载增大系数，腹板的局部压应力为：(4) 腹板计算高度边缘处折算应力为计算方便偏安全的取最大正应力和最大剪应力验算。则折算应力为：1当与c同号时，1取1.1。3.3.6.2梁的整体稳定性验算，因此需要计算梁的整体稳定性。梁的稳定性系数为：整体稳定性为：（取）满足要求。3.3.6.3腹板的局部稳定性验算 ，应配置横向加劲肋。加劲肋间距，取外伸宽度：，取厚度：，取计算跨中处，吊车梁腹板计算高度边缘的弯曲压应

25、力为：腹板的平均剪应力为：腹板边缘的局部压应力为：(1)计算则 (2)计算(3) 计算则 计算跨中区格的局部稳定性为：，满足要求。其他区格，经计算均能满足要求，计算从略。3.3.6.4挠度计算3.3.7焊缝计算(1) 上翼缘与腹板连接焊缝取。(2) 下翼缘与腹板连接焊缝取。(3) 支座加劲肋与腹板的连接焊缝取。3.3.8支座加劲肋计算取平板支座加劲板的宽度为100mm，厚度为10mm。承压面积：支座加劲肋的端面承应力为：稳定计算：从上得知：属b类截面，查表可以知道，所以按照下列公式来计算支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：。吊车梁施工图见图纸。3.4刚架设计 初步拟选用等截面刚架来设计，刚架柱及钢

26、架柱都选用型截面。3.4.1 荷载计算3.4.1.1恒载计算屋面压型钢板及保温层自重标准值 0.35 檩条（包括拉条）自重标准值 0.05刚架梁自重标准值 0.15墙梁及压型钢板自重标准值 0.3钢窗自重标准值 0.4刚架柱自重标准值 0.153.4.1.2活荷载的计算（1）、屋面均布竖向活荷载设计值 0.3 （2）、雪荷载标准值：由建筑结构荷载规范GB50009-2001中6.2之规定有：（3）风荷载标准值墙面风荷载标准值：由于厂房梁柱交点处与自然地面间的距离为9.9 m，基本风压，则根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002中附表A之规定取风荷载标准值为：墙面迎风面：墙面背

27、风面：屋面风荷载标准值：屋脊处与自然地面间的距离为11.1m，根据建筑结构荷载规范GB50009-2001中表7.2.1和表7.3.1得：（以左吹风为例）左边迎风面： 右边背风面： 3.4.1.3吊车及吊车荷载本厂房只有一跨，且只有一台10t吊车，吊车梁两端设计为铰接， L=6m。（1）、一台吊车时最大轮压作用下牛腿的最大反力： （2）、一台吊车时最小轮压作用下牛腿的最大反力： （3）、一台吊车时横向荷载作用下的最大反力：3.4.1.4作用在刚架上的荷载标准值计算：（1）作用于柱上的恒荷载：由于侧墙上大部分面积为窗，所以可以以钢窗和墙梁中的自重较大值来计算，并且考虑刚柱自重，则柱上线荷载为：（

28、2）、屋面与檩条引起的线荷载：（考虑刚架梁自重）则：（3）、吊车梁自重引起的恒载标准值：竖向力为：弯矩为：（4）、由于屋面活荷载值等于雪荷载值，所以取屋面活荷载，则由屋面活荷载引起的线荷载：则： （5）、风荷载（以左吹风为例）墙面对柱子的荷载：左边柱上的线荷载：右边柱上的线荷载：由于女儿墙上风荷载引起的左边柱柱顶的集中水平力为：0.37861.4=3.18kN由于女儿墙上风荷载引起的右边柱柱顶的集中水平力为：0.23661.4=1.98屋面对梁的荷载：左边迎风面上的线荷载：右边迎风面上的线荷载：（6）、吊车荷载. 最大轮压作用于A柱列A柱列所受竖向力及弯矩，B。柱列所受竖向力及弯矩， 最大轮压

29、作用于B柱列A柱列所受竖向力及弯矩，B柱列所受竖向力及弯矩，. 横向荷载作用于AB跨吊车刹车荷载 依照建筑结构荷载规范GB50009-2001取最大轮压之和的10既取刹车荷载为7.497kN3.4.2 内力计算其中手算刚架的活载和恒载的内力，具体计算过程如下 建立力法方程 做3.4.2.1恒载作用下的内力（1） 由于本厂房是对称结构，故取结构的一半进行计算，计算简图a：（2） 选取基本结构和基本未知力 如图b：（3） 建立力法方程（4） 计算系数和自由项作出 图，如图 则：其中， 代入力法方程求解得： ,则用叠加法计算：手算恒载内力图如下：恒载弯矩图恒载剪力图恒载轴力图3.4.2.2活载作用下

30、的内力（1） 由于本厂房是对称结构，故取结构的一半进行计算，计算简图a：（2） 选取基本结构和基本未知力 如图b：（3）建立力法方程（4）计算系数和自由项作出 图 代入力法方程求解得： ，则用叠加法计算：手算活载内力图如下：活载弯矩图活载剪力图活载轴力图3.4.2.3 吊车刹车荷载作用下的内力（3） 由于本厂房是对称结构，但是荷载不对称，故取全结构结构的一半进行计算，计算简图a：（4） 选取基本结构和基本未知力 如图b：（3）建立力法方程（4）计算系数和自由项作出 图 代入力法方程求解得： ，则用叠加法计算：手算活载内力图如下：吊车刹车荷载弯矩图吊车刹车荷载剪力图吊车刹车荷载轴力图3.4.2.

31、4 左风荷载作用下的内力由于本厂房是对称结构，但是荷载不对称，故取全结构进行计算，计算简图a： 可将竖向风荷载分解为如上图所示对称荷载和反对称荷载a.对称荷载作用于对称结构做图如下计算过程同上可得内力图为弯矩图剪力图轴力图另同理画出反对称结构、侧向反对称结构的内力图叠加一起可得风荷载的内力图如下：左风弯矩图左风剪力图左风轴力图3.4.2.5吊车靠近柱（左柱）时的吊车竖向荷载内力图计算简图吊车竖向荷载弯矩图吊车竖向荷载剪力图吊车竖向荷载轴力图3.4.3内力组合构件及截面内力及组合号永久荷载活荷载风荷载吊车刹车吊车靠近柱左右左右左右左柱A标准值作用下内力M69.3836.61-97.4338.63

32、-20.4920.4913.93-28.20N-47.71-21.616.2911.50-0.610.61-117.66-32.69V-19.97-10.5127.728.69-3.75-3.75-6.516.51组合一M1.2(69.38)+0.91.4(36.61+38.63+13.94+20.49)=220.38 .N1.2(-47.71)+0.91.4(-21.6+11.5+0.61-117.66)=-220.51 V1.2(-19.97)+0.91.4(-10.51+8.69-3.75-6.51)=-51.12组合二 M1.2(69.38)+0.91.4(-97.43-20.45-2

33、8.20)=-100.8N1.2(-47.71)+0.91.4(16.29-1.81-32.69)=-119.96V1.2(-19.97)+0.91.4(27.72-3.75+6.51)=14.44组合三M1.2(69.38)+0.91.4(-97.43+20.45)=-13.74N1.2(-47.71)+0.91.4(16.29+1.81)=-34.45V1.2(-19.97)+0.91.4(27.72+3.75)=15.69组合四M1.2(69.38)+0.91.4(36.61+38.63+13.94-20.45)=168.85 N1.2(-47.71)+0.91.4(-21.6+11.5

34、-1.81-117.66)=-222.79 V1.2(-19.97)+0.91.4(-10.51+8.69-3.75-6.51)=-51.12B标准值作用下内力M-123.23-67.4464.9522.027.337.33-50.55-36.27N-47.71-21.616.2911.5-0.610.61-117.66-32.96V-19.97-10.515.09-5.3300-6.516.51M1.2(-123.23)+0.91.4(64.95+7.33)= 129.88N1.2(-47.71)+0.91.4(16.290.61)= -37.5V1.2(-19.97)+0.91.4(5.09)= 17.55 M1.2(-123.23)+0.91.4(-67.44+22.02+7.33-36.27)=-201.57N1.2(-47.71)+0.91.4(-21.6+11.5-0.61-117.66)=-217.4V1.2(-19.97)+0.91.4(-10.51-5.33+0-6.51)=-52.13M1.2(-123.23