双跨钢结构厂房毕业设计土木工程专业钢结构毕业设计.doc

理工学院毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 建工学院 专 业： 土木工程 题 目： 秦皇岛某机械厂钢结构厂房2号 生产车间设计 指导教师： 于海丰 评阅教师： 2013年 06 月 摘 要 本设计工程为秦皇岛某机械厂房2号厂房设计24米双跨门式钢结构厂房，每跨各设置一 20t梁式吊车。主要依据钢结构设计规范GB500172003 和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002 等国家规范，综合考虑设计工程的规模、跨度、高度及用途，依据“适用、经济、在可能 条件下注意美观”的原则，对各组成部分的选型、选材、连接和经济性作了比较，最终选 用单层门式钢架的结构形式。梁、柱节点为刚性连接的门式钢架具有结构简洁、刚度良好、 受力合理、使用空间大及施工方便等特点，便于工业化，商品化的制品生产，与轻型维护 材料相配套的轻型钢结构框架体系已广泛应用于建筑结构中，该单层门式刚架结构是以轻型焊接H型钢（变截面）作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（C型）做檩条、墙梁；以压型钢板做屋面、墙面；采用50mm玻璃棉作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系；梁柱均采用 Q235 钢，10.9 级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用 E43 型焊条，柱脚刚性连接，梁与 柱节点也刚性连接；屋面和墙面维护采用双层彩色聚苯乙烯夹芯板；另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。关键词：轻型钢结构门式刚架内力分析双层彩色聚苯乙烯夹芯板节点 AbstractThe project is 78 meters in length and each 18-meter span seted one crane. The project designed strictly complies with the relavant stipulations of the “CODE FOR DESIGN OF STEEL STRUCTURES (GB50017-2003)” and “TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT-WEIGHT BUILDINGS WITH GABLED FRAMES (CECS102:2002)”, and some others. Synthesize the scale of the consideration design engineering and across a principle for span and use, according as" applying, economy, under the possible term attention beautifully", Connecting method, structure type and material of each part which consist of a light-weight steel villa are analyzed, then choose the construction form that use single layer a type steel. The beam, pillar node is a light steel construction frame system that rigid and copular a type steel a ware for having construction Simple, just degree goodly, suffering dint reasonablely, using space bigly and starting construction convenience etc. characteristics, and easy to industrialization, commercializing produce, thinking with light maintenance material the kit the already extensive applying in the building construction inside, the single-storey gabled structure is to light welding h-shaped steel (uniform) as the main load bearing frame, with cold-formed steel (type c) do Purlin beams and walls; to steel do roofing, wall; a 50mm glass wool as an insulation material and appropriate settings supported a light house in architecture.; we can choose the section of beam and columniation. Next, checking computations of stability calculation of the plane structure. The steel beam and column employs Q235 carbon structural steel. Connection bolts are high strength bolt of friction type with behavioral grade10.9. Common bolts are rough type made by Q235-B.F steel. Rod for manual welding usually adopts E43. Rigid connections apply to the column leg and the connection of column and beam adopts hinged connection. The metope and roofage adopts the double-decked colored polystyrene clamps the circuit board. Otherwise, it is analyzed that the forced state of the bracing system for a steel factor building under wind load, and the design of a bracing truss for a building with larger width. Avoid some errors in the design of brace, tension rod, and tension rod joints.Keywords ： Lightweight steel structures; gabled frame; the internal force analyzes; The double-decked colored polystyrene clamps the circuit board; joint 目 录前言1.1 国内外钢结构建筑的现状和发展前景- 11.2 门式刚架特点及适用范围- 1第一章 基本资料和设计依据一、 工程概况- 2二、 设计原始资料- 2三、 设计内容和要求- 2四、 计算内容- 2五、 图纸要求- 3第二章 厂房结构选型及布置一、 结构选型及方案论证- 3第三章 建筑设计一、 平面设计- 4二、剖面设计- 4三、立面设计- 5四、构造设计- 54.1 外墙- 54.2 外围护结构的保温设计- 54.3 外围护结构的保温设计- 54.4 散水构造- 5第四章 结构设计一、檩条设计- 61.1 荷载标准值（对水平投影面）- 61.2 截面选择- 61.3 内力计算- 71.4 强度验算- 81.5 稳定性验算- 81.6 挠度计算- 9二、吊车梁设计2.1 吊车荷载计算- 92.2 内力计算- 92.3 截面特性- 102.4 强度验算- 102.5 稳定验算- 112.6 挠度计算- 11三、 刚架设计3.1 荷载计算- 123.2 各部分作用荷载- 133.3 截面及截面特性，初选梁、柱截面及截面特性- 133.4 刚架内力计算- 143.5 刚架各计算截面内力标准值汇总表及内力组合表- 26四、构件验算4.1柱验算- 334.2梁验算- 37五、 节点设计5.1 梁柱节点设计- 395.2 梁梁节点设计- 405.3 柱脚节点设计- 425.4 牛腿节点- 43六、墙梁设计6.1 荷载计算- 446.2 内力分析- 446.3 截面选择与验算- 456.4 拉条计算- 47七、砖墙下基础梁的设计7.1 纵向砖墙下基础梁的设计- 477.2 山墙砖墙基础梁设计- 48八、柱间支撑设计8.1 风荷载内力- 498.2 柱间支撑的内力计算- 498.3 杆件截面选择- 50九、 抗风柱设计9.1 荷载计算- 519.2 柱截面选择- 529.3 内力分析- 529.4 稳定性验算- 529.5抗风柱柱脚计算- 539.6 抗风柱基础设计- 54十、 钢架柱基础设计10.1基础的选择- 5510.2基础深埋- 5510.3基础设计- 55十一、柱脚设计11.1 A柱柱脚- 5911.2 B柱脚- 60十二、PKPM计算总 结- 134致 谢- 135主要参考文献- 136前 言1.1 国内外钢结构建筑的现状和发展前景 轻型钢结构是近十年来发展最快的领域，美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上，日本的轻钢住宅已占住宅建筑的25%。轻型钢结构专用设计软件可在短时间内完成设计、绘图、工程量统计及工程报价，在制作上也实现了高度的标准化及工厂化。钢结构工业化、商品化程度高，施工速度快，综合效益高，市场需求量大，已成为工程各界的共识。轻型钢结构的“轻”有两个含义，一是采用轻型材料，二是钢材消耗量低。所以轻型钢结构门式刚架在工业厂房、仓库、飞机库、集贸市场、体育场馆、航空港、商业建筑中越来越得到人们的青睐。随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构，是我国生产力发展到一定阶段的必然产物。目前，国家逐步调整政策鼓励发展钢结构，我国大力发展钢结构的条件已经成熟，正步入钢结构发展的黄金时期。1.2 门式刚架特点及适用范围 采用轻型屋面，不仅可减少梁柱截面尺寸，基础也相应减小；在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。设中间柱可减少横梁的跨度，从而降低造价。中间柱采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小；刚架的侧向刚度籍檩条的隅撑保证，省去纵向刚性构件，并减小翼缘宽度；刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用；刚架的腹板可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度，故腹板高度比可比钢结构设计规范（GB50017-2003）规定为大，即可减少腹板厚度；竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。在轻屋面门式刚架中，地震作用一般不起控制作用；支撑可做得较轻便，将其直接或用水平节点连接在腹板上，可采用张紧的圆钢；构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快捷，土建施工量小。 适用范围：门式刚架通常用于跨度为9-36m，柱距为6m，柱高为4.5-9m，设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑（超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑）。设置桥式吊车时起重量不宜大于20t、属于中、轻级工作制的吊车（柱距6m 时不宜大于30t）；设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。第一章 基本资料和设计依据一、工程概况（一）工程名称：秦皇岛某机械厂钢结构厂房2号生产车间。 （二）建设地点：拟建建筑物位于秦皇岛市郊。（三）建设规模：总建筑面积约2500平方米，双跨厂房。每跨均设有一台起重量为20t软钩中级工作制（A5）吊车（吊车采用大连重工起重集团DSQD型）。（四）结构类型：全钢单层双跨轻钢门式刚架结构。二、设计原始资料（一）气象条件1. 常年主导风向：东北-西南风;基本风压、基本雪压查荷载规范。2. 最大冻土深度：0.55m。（二）工程地质条件1. 建筑场地持力层属粉质粘土，地基承载力特征值125 kN/m2。2. 稳定地下水埋深约15.5m，属潜水类型，对混凝土结构不具腐蚀性。3. 抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05g，场地类别为类，设计地震分组：第三组。4. 地基处理及基础方案：根据场地岩土工程条件和建筑物荷载特点，建议本工程采用天然地基。三、设计内容与要求建筑设计部分1）总平面图（1：500）及建筑设计说明2）底层平面图及屋顶平面图（1：100）3）正立面、侧立面、剖面图（1：100）2）结构设计部分四、计算内容：1）结构方案的确定 包括结构选型、基础型式的确定和主要承重构件截面尺寸的确定。2）结构内力计算及位移验算。3）梁、柱截面验算4）节点、柱脚、基础设计5）用软件进行电算分析，并与手算结果比较。6）檩条设计、支撑设计。7）吊车梁设计、基础设计8）外文参考资料翻译。五、图纸要求 1）结构设计说明2）基础平面布置图3）吊车梁祥图，柱间支撑布置图4）檩条、拉条、支撑布置图5）屋面檩条布置图，连接大样图6）刚架图第二章 厂房结构选型及布置一、结构选型及方案论证因车间功能为装配零部件，吊车吨位较小（起重量<20t），屋面活载和恒荷载都较小，跨度不大，故采用轻型门式刚架结构。又为了零件存储运输方便，故采用双跨门式刚架，且采用结构简单，制作安装方便的双跨双坡门式刚架为最佳方案。二、结构布置厂房长度54米，故可不设温度区段，柱间支撑设在端部，隔一跨设一道中间设一道，共3道。檩条和墙檩间距1.5m，在檩条跨中设置两道拉条，在侧墙顶部设斜拉条。柱网布置图如下图： 柱网布置图第三章 建筑设计根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、连接方法、钢材厚度和工作温度等因素综合考虑，本设计所用钢材均采用Q235钢。屋面采用保温复合式压型钢板，外层板板厚0.8mm，型号为；YX35-175-65。内板采用平板式钢板。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果。设置矿棉板保温层，其厚度为50mm。基础混凝土等级C25，钢筋为I级。高强螺栓和地脚锚栓均为10.9级。焊条采用E43系列。 一、平面设计根据题目所给条件：双跨门式轻钢钢结构，跨度取24米，长54米。参照工程应用实例，厂房平面布置为双跨矩形平面。其柱网采用6m×24m，纵向定位轴线与柱外缘重合(详见施工图)。抗风柱距分别取8m。二、剖面设计厂房高度的确定：根据吊车起吊高度的要求和所选吊车规格数据资料，初步确定轨顶标高为7.2m，轨面至车顶高度取H=1870mm，小车顶面至屋架下弦底部的安全高度取500mm，由此确定柱顶标高。则H=7200+1870+500=9570mm，取3M的模数H=9600mm=9.6m。厂房室内外高差按一般值取150mm，屋面坡度取1:12。则厂房的高度为9.6+12×1/12=10.6m。三、立面设计采用竖向压型钢板外墙及钢窗，形成竖向线条的立面效果，改变厂房长度和高度尺度扁平视觉效果，使厂房显得庄重、挺拔。立面图见施工图纸。四、 构造设计4.1 外墙 本厂房外墙下部为600mm高240mm厚的砖砌墙体，上部为压型钢板，以避免压型钢板直接着地而产生锈蚀。压型钢板采用保温复合式压型钢板，板外侧采用YX35-175-65型钢板，内板采用平板是钢板。压型钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果。4.2 外围护结构的保温设计 本厂房设计外围护结构采用压型钢板+矿棉板保温层+压型钢板的构造，室内相对湿度，冬季室内计算温度为16度，室外设计计算温度为负5度。压型钢板的厚度为0.53mm，矿棉板的导热系数为，维护结构内表面感热阻，外表面感热阻取，根据规范室内相对湿度的车间外墙室内与围护结构内表面之间的容许温差为7.5度，则可计算矿棉板保温层厚度如下： 要求 ，即 考虑到保温层的规格，可取矿棉板保温层厚度为50mm。4.3 外围护结构的保温设计 本厂房屋面采用压型钢板有檩条体系，即在钢架斜梁上放置C型冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型干板屋面。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，排水坡度取。4.4 散水构造 厂房周围做宽1200mm的混凝土散水，散水坡度取，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1:2.5水泥砂浆抹面。 第四章 结构设计一、檩条设计本厂房为封闭式建筑，屋面材料为压型；屋面坡度：。檩条跨度6m，于二分点处设一道拉条，水平檩距1.5m；钢材采用Q235B。1.1 荷载标准值（对水平投影面）1.1.1 永久荷载标准值 压型钢板 KN/m²檩条及支撑 KN/m²KN/m²1.1.2 可变荷载标准值屋面均布活荷载0.5KN/m²，雪荷载0.25KN/m²，计算时取两者的较大值0.6KN/m²；基本风压0.45KN/m²。1.2 截面选择选用C160×70×20×3 图 檩条 验算有效截面： ， 且，故檩条全截面有效。1.3 内力计算1.3.1 永久荷载与屋面活荷载组合檩条线荷载: 标准值 设计值 弯矩设计值： 1.3.2 永久荷载与检修或施工集中荷载组合 作用于每个檩条上的线荷载： 标准值p=0.3×1.5=0.45KN/m 设计值p=1.2×0.45=0.54KN/m 作用于每一根檩条上的检修或施工集中荷载为：标准值 1.0KN/m 设计值 1.2KN/m 弯矩设计值： 1.4 强度验算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，计算A、B点的强度为： 满足要求。1.5 稳定性验算跨中段上翼缘受压有面板约束，稳定性不用计算；仅计算风吸力作用跨中段下翼缘稳定性。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,故全截面有效,同时不计孔洞削弱,则 受弯构件的整体稳定性系数：查表得 风吸力作用使檩条下翼缘受压,稳定性计算公式为: 满足要求。1.6 挠度计算按恒载+活载标准值考虑： 满足要求。二、吊车梁设计 吊车梁跨度 L=6m,无制动结构,钢材采用普通Q235B热扎I型钢,单轴对称,上翼缘加强。起重量Qt跨度 Sm最大轮压Pmax KN最小轮压Pmin KN轮距 Kmm吊车宽度Bmm吊车重量GKN小车重gKN2022.515645.05000604019.42.9912.1 吊车荷载计算吊车竖向荷载动力系数=1.05,横向水平荷载系数，吊车竖向荷载分项系数，吊车梁自重影响增大系数取1.04竖向计算轮压P=P=229.32 横向水平力 H=7.89 2.2 内力计算2.2.1 吊车梁的最大弯矩及相应剪力a=1.0m,由结构力学知识可知,当合力与P对称地分布与梁跨中两侧时,P 作用点截面的弯矩达到最大值,则a=0.25m.此时最大的弯矩为: M=相应剪力 V=2.2.2 吊车梁的最大支座剪力 2.2.3 吊车梁最大水平弯矩 M2.3 截面特性 采用上下翼缘等宽式工字型截面 ，取梁的经济高度为：h=600mm ， ，2.4 强度验算正应力计算： 突缘支座剪应力： 腹板的局部压应力： 2.5 稳定验算2.5.1梁的整体稳定性 双轴对称工字形截面 =用代替， 满足整体稳定性要求。2.5.2 腹板的局部稳定性 满足腹板局部稳定性要求。2.6 挠度计算 满足要求。三、刚架设计3.1 荷载计算3.1.1 屋面自重（标准值，沿坡向）0.8mm厚压型钢板 0.20 檩条及支撑 0.10 刚架斜梁自重 0.20 0.50 3.1.2 屋面活载（标准值）屋面雪荷载（标准值） 0.25，小于屋面活荷载（标准值） 0.50，又两者不同时考虑，取大值。屋面活荷载 0.50 3.1.3 基本风压0.45地面粗糙等级B级，按门式刚架轻型钢结构技术规程CECS102:2002,取封闭式建筑类型中间区风载体型系数），如下图： 风荷载体形系数3.2 各部分作用荷载3.2.1 屋面恒荷载 标准值：0.50××6=3.01 设计值：3.01×1.23.613.2.2 屋面活荷载标准值：0.50××63.01 设计值：3.01×1.44.213.2.3 风荷载左风时 3.2.4 吊车荷载根据厂房建筑模数协调标准的要求，中列相邻的吊车梁中心线按1500mm计算。边列柱处吊车梁中心线至柱轴线的距离按7500mm考虑。 吊车竖向荷载： 吊车横向荷载： 3.3 截面及截面特性，初选梁、柱截面及截面特性梁柱采用国内焊条H型钢。1对A、C柱 型号： 2对梁和B柱 型号 ： 3.4 刚架内力计算根据结构力学知识，由对称性可知：3.4.1 恒载作用下的内力计算：3.4.2 活载作用下的内力计算：3.4.3 左风荷载作用下内力计算： 轴力图3.4.3 右风荷载作用下内力计算：右风荷载计算简图 轴力图 剪力图 弯矩图3.4.4 吊车水平向右荷载作用下内力计算：轴力图剪力图弯矩图3.4.5 吊车水平向左荷载作用下内力计算：轴力图剪力图弯矩图3.4.6 吊车最大竖向荷载作用于边柱时内力计算：轴力图 剪力图弯矩图3.4.7 吊车最大竖向荷载作用在中柱内力计算： 轴力图 剪力图3.5 刚架各计算截面内力标准值汇总表及内力组合表四、构件验算图4-1各不利截面名称图