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土木工程毕业设计(免费下载)目 录摘 要 . Abstract . 1 建筑设计 . 11.1 建筑平面设计 . 11.2 建筑立面设计 . 41.3 建筑平面设计 . 62 结构方案设计说明 . 72.1 构件截面尺寸及材料选择 . 72.2 结构体系抗震防火要求 . 73.荷载统计 . 93.1恒荷载统计 . 93.2活荷载统计 . 93.3整个厂房部分作用的荷载 . 124.各种荷载作用下的内力分析 . 164.1手算内力标准值 . 164.2电算内力标准值 . 215.门式刚架计算和选型 . 245.1 截面选型 . 24 5.2 刚架梁验算 . 275.3 刚架柱验算 . 285.4 位移验算 . 326.檩条设计和计算 . 356.1设计说明 . 356.2荷载计算 . 356.3屋面板设计和计算 . 589.1内力及截面验算 . 589.2 强度验算 . 619.3 刚度验算 . 61 10 吊车梁的设计 . 6310.1 吊车梁的设计 . 6311 节点设计 . 7111.1 柱脚设计 . 7111.2 梁柱节点设计 . 7311.3 牛腿 . 7911.4 抗风柱的计算 . 8112 基础设计计算 . 8412.1 基础设计资料 . 8412.2 基础底面尺寸设计 . 8413 全文总结 . 9114 参考文献 . 4515 致谢 . 95附录：内力组合计算表 . 96 1 建筑设计本建筑依据其功能要求设计成单层的单坡双跨刚架承重厂房，适用于门式刚架轻型房屋钢结构规程（CECS102）。建筑占地面积为：105m×48m=5040 m2。平面详细情况见建筑物的平面图。功能布置依据所给出的建筑功能和相关规范要求，进行建筑内部的设计如下： 1.1 建筑平面设计本厂房平面设计考虑到现在较常用的刚架承重方案，采用轻型门式刚架。考虑柱距的经济性和受理的均匀合理性，所以纵向柱距取7.5m。此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用较为简单平面布置。对于建筑物大门的设置，考虑到有重型吊车出入，在左右山墙上采用4.5m×4.5m的推拉门。建筑物纵向墙体考虑到人员及设备的出入方便上，采用3.6m×3.6m的推拉门。屋顶为不上人屋顶，屋顶排水采用有组织外檐沟排水，层顶排水坡度为10%，檐沟内排水坡度为0.002。各详细情况表达见图1-1厂房平面图和图1-2屋顶平面图 图1-1 厂房平面图 图1-2 屋顶平面图1.2 建筑立面设计 考虑到排架结构的优点，柱间尽量多用窗，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门2个，均匀布置。除了在1.5米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯通的窗以减轻自重和增加厂房内部通风的功能。悬挂式雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。建筑立面详图见图1-3 1.3 建筑剖面图1-3 正立面图建筑剖面从厂房轴线11-12处剖断，剖断处的各详细表达见图1-31.3.1 建筑做法：12345屋面做法：II 级防水，不上人，保温隔热， 地面做法：01ZJ001，地19，陶瓷地砖地面。总厚135mm. 墙面做法：01ZJ001外墙22，涂料外墙面（一），总厚20mm， 踢脚做法：01ZJ001，踢22（150高），面砖踢脚（一），总厚30mm， 散水做法：01ZJ001，散4，水泥砂浆散水（二），总厚120mm。 5门式刚架的计算和选型5.1截面选型5.1.1 构件截面几何参数梁柱采用国 H 800×350×10×14 Q235 图5-1 梁截面示意图截面特性： 截面面积 A=175.2cm2截面惯性矩 Ix=189717.66cm4 Iy=10010.60cm4 截面抗弯系数 Wx=4742.94cm3 Wy=572.03cm3 截面回转半径 ix=32.91cm2 iy=7.56cm2 2 边柱 H 500×250×8×12Q235 图5-2 边柱截面示意图 截面特性 截面面积 A=98.08cm2截面惯性矩 Ix=42918.81cm4 Iy=3127.03cm4 截面抗弯系数 Wx=1716.75cm3 Wy=250.16cm3 截面回转半径 ix=20.92cm2 iy=5.65cm2 3中柱 H 500×400×8×14Q235 图5-3 中柱截面示意图截面特性 截面面积 A=134.08cm2截面惯性矩 Ix=64356.09cm4 Iy=12802.03cm4 截面抗弯系数 Wx=2574.24cm3 Wy=640.10cm3 截面回转半径 ix=21.91cm2 iy=9.77cm25.1.2 构件宽厚比验算b1701梁： 翼缘 =12.115 t14 腹板hw(800-2´14)=77.210tw2边柱： 翼缘 b121=10.08 t12hw(500-2´14)=59.5=250 8tw腹板 3中柱： 翼缘 b196=14 t14hw(500-2´14)=598tw腹板 5.2 刚架梁的验算1 抗剪验算：剪力 Vmax=190.13 kN190.13´103平均剪应力 t0=24.6 N/mm2=0.114fy (800-2´14)´10hw=77.2<170 无需设置横向加劲肋 tw 2 弯剪压共同作用下验算N=-34.6kN M=885.26kN×m V=190.13kN lw=查表得 kt=5.34 lw=0.903 0.8<lw<1.4fv=1-0.64(lw-0.8)fv=1-0.64´(0.903-0.8)´125=117 N/mm2 Vd=hwtwfv=(800-28)´10´117=903.24kN V<0.5VNd=451.26kN 按公式M£Me MNe=Me-NWe/Ae计算 s=NA±MhwW=34.6´103±885.26´106´386182´103´400=-178 N/mm2 xh175204742.94边缘应力比：b=smaxs=-178182=-0.978mink=0lp=0.519 r=1.0h182e=rhc=hc=182+178´772=390mm 受压区全截面有效Me=Wef=4742.94×1000×215=1019.7 kN×mMNe=M34.6´4742.94´10-6e-NWe/A=1019.7-189717.66´10-8=933.2kN×m 3 斜梁平面外整体稳定性验算斜梁下翼缘受压时，加隅撑作为梁平面外支撑点，梁平面外计算长度取2.4m，即ly=2400mmly<350´1=/mm56 00 不需计算 5.3 刚架柱的验算5.3.1 边柱的验算1 抗剪验算： 柱截面最大剪力 Vmax=80.16 kN平均应力： t=80.16´103=21.05N/mm2=0.114fhw0(500-24)´8y t=59.5w 2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力： N=497.63kN N=474.43kN M=251.85kN×m M=296.71kN×mV=37.54kN V=37.54kN lw=查表得 kt=5.34 lw=0.696 lw<0.8 fv=fv=125N/mm2Vd=hwtwfv=(500-24)´8´125=476kN V<0.5Vd 按公式M£MeN MeN=Me-NWe/Ae计算 NMhw497.63´103251.85´106´4761912N/mm s=±= ±=3AWxh98081716.75´10´500-89b=k0=smax-89=-0.466 smin19112.71lp=0.519 lp<0.8 r=1.0 191´476=324.7mm 受压区全截面有效 191+89he=rhc=hc=Me=Wef=1716.75×1000×215=369.1 kN×m497.63´103M=Me-NWe/A=369.1-´1716.75´103=282.6kN×m>251.85kN×m满9808Ne足要求 3 整体稳定验算 lx=mlx0 lx=900 cm柱截面惯性矩 Ic=42918.81cm4 梁截面惯性矩 IR=189717.66cm4 中柱长度 lR=2411cmK=IClR42918.812411=´=0.606 IRH189717.66900 m=1+(0.1+0.07IR1.5)K=1.20 边柱计算长度 lx=1.2´90=0Ic 10cm8 0lx=lx1080 =49.3 jxr=0.86 0ix20.92EX5p2EA3.142´2.06´10´9808=7451.1kN 1.1l21.1´49.32欧拉临界力为 NN0bmxM1+jxrAe0(1-0j)Wxre1NE=497.63´101.0´251.85´10+=214N/mm2<f=215N/mm20.86´9808(1-497.63´0.86)´1716.75´1037451.136满足要求 4 刚架柱平面外稳定验算考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m ly=300=53.1 查表得 jy=0.842 5.65jbr=1.07-ly244000 =1.0 h=1.0bMN+txxjyAjbWx=497.63´101.0´251.85´1022+=207N/mm<f=215N/mm0.842´98081.0´1716.75´10336 满足要求5.3.2 中柱的验算1 抗剪验算： 柱截面最大剪力 Vmax=110.56 kNh110.56´103平均应力： t0=29.3N/mm2=0.136fy w=59.5 tw(500-28)´8 2 弯剪压共同作用下验算 取二组内力： N=701.84kN M=174.34kN×mV=44.65kN lw=查表得 kt=5.34 lw=0.696 lw<0.8 fv=fv=125N/mm2 Vd=hwtwfv=(500-28)´8´125=472kN V<0.5Vd 按公式M£MeN MeN=Me-NWe/Ae计算 117NMhw701.84´103174.34´106´4762N/mm s=±= ±=3AWxh134082574.24´10´500-12.3边缘应力比： b=smax-13=-0.111 smin117k0=8.64lp=0.533 lp<0.8 r=1.0he=rhc=hc=117´476=428.4mm 受压区全截面有效 117+13Me=Wef=2574.24×1000×215=553.5 kN×m701.84´103M=Me-NWe/A=553.5-´2574.24´103=418.8kN×m>174.34kN×m满足13408Ne要求 3整体稳定验算 lx=mlx0 lx=1140 cm4柱截面惯性矩 Ic=42918.81cm4 梁截面惯性矩 IR=189717. c6m6中柱长度 lR=2411cm K=IClR42918.812411=´=0.478 IRH189717.661140IR1.5)K=1.04 边柱计算长度 lx=1.04´90=0Icm=1+(0.1+0.07lx= 12c4m2.lx1247 =56.9 jxr=0.82 3ix21.91EX5p2EA3.142´2.06´10´13408=7646.7kN 221.1l1.1´56.9欧拉临界力为 NN0bmxM1+jxrAe0(1-N0j)Wxre1NE=701.84´101.0´174.34´10+=136.9N/mm2<f=215N/mm20.823´13408(1-´0.823)´2574.24´1037646.736满足要求 4刚架柱平面外稳定验算考虑墙梁与柱连接处有隅撑，故刚架柱的平面外计算长度取3.0m ly=300=30.7 查表得 jy=0.933 9.77jbr=1.07-ly244000 =1.05 h=1.0bMN+txxjyAjbWx=701.84´101.0´174.34´10+=123.8N/mm2<f=215N/mm230.933´134081.0´2574.24´1036 满足要求5.4 位移验算5.4.1风荷载作用下的位移因为刚架对称，所以只计算在左风下的变形： 图5-5 刚架在左风荷载下的变形V2=1.47mm , V4=1.54 mmV2=1.47/9000=1/6122&lt;V=1/240 满足要求 HV4=1.54/9000=1/7418&lt;V=1/240 满足要求 H5.4.2横梁的竖向挠度 图5-6 刚架在竖向荷载下的变形 屋面恒荷载作用下V3=16mm 屋面活荷载作用下V3=14mm V315+14=1/827.6&lt;V=1/180 满足要求。 L24000 6檩条的设计和计算6.1设计说明屋面做法：复合屋面板。屋面坡度0.1，檩条跨度为刚架跨度7.5m，水平檩条间距0.8m，均匀设置2道拉条。钢材采用Q235F 图6-1 檩条布置简图 6.2 荷载计算1 恒载： 屋面板 0.2 kN/m2檩条（包括拉条）自重 0.1 kN/m 2 活载： 活载（受荷面积60m2） 0.3 kN/m2雪荷载 0.5 kN/m2积灰荷载 0.3 kN/m2 3检修集中荷载（采用等效均步荷载） 1×2/（0.8×7.5）=0.34 kN/m24风荷载 受风面积为：A=7.5´0.8=6风载体型系数为： ms=0.15logA-1.3=-1.183风压高度变化系数：mz=1.07基本风压w0=0.35kN/m2w=1.05msmzw0=1.05´-1.183´1.07´0.35=-0.47kN/m25 荷载组合（设计值）2+1.L4= 1.G1.´2(+0.1´0.2+0.´8)1.´4+(0.5´0.08=8k0.N/3 m0 qx=qcoas=1.20kN2 m/qy=qsina=0.12kN0 m/6.3 Mx=-qyl2=-1/8´1.202´7.52=8.45kN×m 8 =0.12kN/m 图6-3 檩条 My=跨中正弯矩： My=qx2l=1/90´0.12´7.52=-0.075kN×m 90qx2l=1/360´0.12´7.52=-0.019kN×m 3606.4 截面选型和计算6.4.1 截面选型 C160×70×20×3.0 图6-4 檩条截面示意图截面面积 A=9.45cm244截面惯性矩 Ix=373.6 Iy=60.4c 2mc4mx0=2.224cm 6.4.2 截面验算 1 应力计算和稳定验算Mh8.45´106160=181N/mm2 s=´4Ix2373.64´102s1=M(70-2.24)=-6N/mm2 IxM2.24=3N/mm2 Ixs2=腹板smax=184N/mm2 smin=178 N/mm2y=smin-178=-0.967<0 b/t=160/3=53.3 a=1.15 smax184k=7.8-6.29y+9.78y2=7.8+6.29×0.967+9.78×0.9672=23.03 上翼缘 =175 N/mm2 smax=184N/mm2 sminy=smin184=0.951 b/t=70/3=23.3 a=1.150.15y=1.007 smax175k=5.89-11.59y+6.68y2=5.89-11.59´0.951+6.68´0.9512=0.909 腹板 e=0.93=1.1 k1=0.11+=0.3111.7 2(e-0.05)r=b160=80 18ar<bt/<3ar8 t2 上翼缘beb=0.1)c=26.8 be=26.8´2.5=67mm tte=1.1 k1=1.7 r=b=28 18ar<bt/<3ar8 tùúbb0.1úc=23.9e=tútúûbe=23.9×2.5=60 mm下翼缘受压，全截面有效A=(78+70+40+27+24+36+40)´2.5=787.511Ienx=Ix-´2.5´153+15´2.5´45.52+´10´2.53+10´2.5´802=349.8cm41212 11Ieny=Iy-´15´2.53+15´2.5´22.242+´10´2.53+10´2.5´6.762=58.43cm4 1212Wenx=IenyIenx3=43.725cm3 Wenm=26.2c7m yaxh/22.224Ieny7-2.224=12.23cm3 Wenymin= 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转MM8.45´1060.075´106s=+=+=199.4N/mm2<f=205N/mm2 满足要求 WenxWeny437251223045qyl50.9´cos5.7´75004l2 刚度 v=43mm<=50mm 满足要求 384EIx3842.06´105´373.64´104150 7墙梁的设计和计算本工程墙梁采用卷边C形槽钢C 160×70×20×3.0，跨度l=7.5m，间距l=1.5m，在1/3各设一根根拉条，墙梁和拉条均用Q235钢。墙梁自重0.073kN/m。迎风风荷载标准值：qk=1.05szw0ll=1.05×1.0×1.01×0.35×1.5=0.56 kN/m背风风荷载标准值：qk=1.05szw0ll=1.05×1.1×1.01×0.35×1.5=0.62 kN/m本设计中墙梁有一定竖向承载能力，且墙板落地，墙梁与墙板有可靠连接。根据规范要求，可不考虑墙梁自重引起的剪力和弯矩。 图7-1 墙梁布置简图7.1 荷载计算墙梁所受荷载标准值： 水平 q1y=0.56 kN/m2 qy=0.62 kN/m墙梁所受荷载设计值：水平1.4=0.784 kN/m q1y=0.56×2=0.62×1.4=0.868 kN/m qy7.2 内力分析 图7-2墙梁内力计算简图 1 水平荷载q1q2y，y产生的弯矩墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁计算 Mx=1/8 qyl2=1/8×0.784×7.52=5.51 kN·m背风 My=1/8 qyll2=1/8×0.868×7.52=6.1 kN·m2 剪力 水平方向剪力按单跨简支梁计算计算迎风 Vymax=0.5 qyl=0.5×0.784×7.5=2.96 kN 背风 Vymax=0.5 qyll=0.5×0.868×7.5=3.255 kN 3 双弯矩力矩因设有拉条，故可不计算双弯矩。 7.3截面选型及验算7.3.1 截面选型选择C形槽钢160×70×20×3，查表可知其截面特性： 7-3 墙梁截面示意图 截面面积 A=9.45cm2截面惯性矩 Ix=373.64 cm4 Iy=60.42 cm4 图截面抗弯系数 Wx=46.71 cm Wymax=27.17 cm3 Wymin=12.65 cm3 截面回转半径 ix=6.29 cm iy=2.53 cmx0=2.224 cm7.3.2 截面验算由弯矩Mx，Mxl，My引起的截面各角点应力符号如图5.3所示。 1 各板件端部的应力值为：（1） 迎风 si=Mx Wxi5.51´106=-118N/mm2 s1=s2=-467055.51´106=118N/mm2 =6.1´106s1=s2=131N/mm2 467056.1´106s3=s4=-=-131N/mm2 467052 各组成板件有效截面（1） 迎风荷载qy时：腹板为受压的两边支撑板件，smax=s3=118N/mm2 smin=s2=118 N/mm2 y=smin118=-1 b/t=160/3=53.3 a=1.15 smax-1181+9.78×1=23.87 k=7.8-6.29y+9.78y2=7.8+6.29×上翼缘 y=smin118=1 b/t=70/3=23.3 a=1.150.15y=1.0 smax118k=5.89-11.59y+6.68y2=5.89-11.59´1+6.68´1=0.98 腹板 e=0.93=2.161.1 k1=0.11+=0.3191.7 =2(e-0.05)r=b160=53.3<18ar=18´3.637´1.15=75.3 t3腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效上翼缘 e=r=0.4631.1k1=1.7 =1.20ùúbcbe=0.ú1=20tútúûbe=20×3=60 mmy0 b=2bc=2×70/4=35 mm be2=6035=25 mm e15-yé1ùIenx=Ix-2´ê´10´33+10´3´802ú=3352355 mm4 ë12ûWenx=Ienx=41904 mm3 y（2） 背风荷载qly时：腹板为受压的两边支撑板件，smax=s3=131N/mm2 smin=s2=131 N/mm2y=smin131=-1 b/t=160/3=53.3 a=1.15 smax-1311+9.78×1=23.87 k=7.8-6.29y+9.78y2=7.8+6.29×下翼缘 y=smin131=1 b/t=70/3=23.3 a=1.150.15y=1.0 smax131k=5.89-11.59y+6.68y2=5.89-11.59´1+6.68´1=0.98 腹板 e=0.93=2.161.1 k1=0.11+=0.3191.7 =2(e-0.05)r=b160=53.3<18ar=18´3.452´1.15=71.4 t3腹板受压全截面有效。受拉区也全部有效下翼缘 e=r=0.4631.1k1=1.7 =1.20 ùúbcbe=0.ú1=20tútúûbe=20×3=60 mmy0 b=2bc=2×70/4=35 mm be2=6035=25 mm e15-yé1ùIenx=Ix-2´ê´10´33+10´3´802ú=3352355 mm4 ë12ûWenx=Ienx=41904 mm3 y3 强度和稳定验算（1） 迎风时：由于与墙板的有效连接能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以只需验算其应力满足要求即可：M5.51´106s=135 N/mm2 f=205 N/mm2 Wenx419043´2.94´103t=9.5 N/mm2 fv=120 N/mm22h0t2´160-3´2´3应力满足要求（2） 背风时：此时，由于墙梁受压一侧无墙板连接，不能阻止墙梁的侧向失稳和扭转，所以需验算其平面外失稳和应力： 3VymaxM6.1´106s=146 N/mm2 f=205 N/mm2 Wenx41904 =3Vymax2h=3´3.255´103t160-3´2´3=10.5 N/mm2 f2v=120 N/mm0t2´平面外失稳：k=fh=52.5160=0.33 qx=kqy=0.3´30.8=68 0.kN/m 29Mq2xly0.29´2.52y0=24=24=0.08 kN/m IIé13ùfly=y-êë12´133´3+3´133´222úû=410984mm4 Wflyfly=I22.4=18681mm3Ct1=130n=130´4=720 Ct2=kE/IS=2´2.06´510´1954900/=1500C1t=11=111=720C+t1Ct2720+5.4´10814(1-v2)h(h+e)h24´(1-0.32d)´160´(160+52.5)1602K=Et3+C=5+=35.6 t2.06´10´32720K=0.034R=Kl4/p2EIfly=0.03´25003.14´3.14´2.06´105´410984h=1-0.0125R1+0.198R=1-0.0125´1.41+0.198´1.4=0.361My=hMy0=0.361´0.08=0.03 kN·m l1=3.1499.5ifly=27.6RKl40.03´750040=p2EI=3.14´3.14´2.06´105´410984=113.7flylfly=0.7l0(1+13.1R0)-0.125=0.7´7500´(1+13.1´113.7)-0.125=2106 llfly2106lflyfly=i=27.6=76.3 ln=l=0.76 7fly1 369=1.4 545867f=0.51+a(ln-0.2)+ln2=0.5´(1+0.21´(0.767+0.2)+0.7672)=0.584 c=0.8131æMmaxNöMy16.1´1060.03´106+÷+=()+=174 N/mm2f=205 N/mm2 çcèWexAøWfly0.8544190418681应力和稳定均满足要求 4 刚度验算（1） 迎风时：l5qxl450.5´674500 v= mm =50 mm =´=305150384EIx3842.06´10´3736400（2） 背风时：l5qxl450.6´274500 v= mm =50 mm=´=33150384EIx3842.06´105´3736400刚度满足要求7.4拉条计算跨中布置2根垂直拉条，其计算简图如下所示： 图7-5 拉条内力计算简图当跨中拉条承担一根墙梁的竖向支撑作用时，拉条所受拉力： N=0.37qxl=0.37×0.09×7.5=0.25kN拉条所需截面面积：Nl0.25´103An=1.22mm2 f0.95´215按构造选用18拉条，截面面积50.3mm2,它可以承担10根墙梁的竖向支撑作用。11 节点设计11.1 柱脚设计柱脚采用埋入式，其示意图如图11-1所示 图11-1 柱脚示意图11.1.1 边柱柱脚设计ìM=-28