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    【轻型钢结构厂房毕业设计】轻型钢结构

    时间:2020-03-26 10:06:09 来源:早教700网 本文已影响 早教700网手机站

    毕业设计(论文) 题目:上海浦东新区南汇祝桥镇某轻钢厂房设计 学 院:
    土木工程 专 业:
    土木工程 学 号:
    学生姓名:
    指导教师:
    起讫日期:2014.03-2014.06 目 录 摘要与关键词 1 摘要:
    1 关键词:
    1 Abstract: 2 Key Words: 2 前 言 3 1.1 国内外钢结构建筑的现状和发展前景 3 1.2 门式刚架特点及适用范围 3 1.2.1 门式刚架结构有以下特点 3 1.2.2 适用范围 4 1.3 本文所做工作 4 第一部分 设计资料 5 1. 工程概况 5 2. 设计原始资料 5 2.1水文地质 5 2.2气象条件 5 3. 设计其他资料 5 4. 设计任务要求 6 4.1 建筑设计 6 4.2 结构设计 6 5. 参考书目 7 第二部分 建筑设计 8 1. 建筑平面设计 8 1.1 厂房平面形式的选择 8 1.2 柱网的选择 8 1.3 定位轴线的划分 8 1.4 辅助构件的定位 9 2. 建筑剖面设计 9 2.1 厂房高度的确定 9 2.2 采光设计 10 2.3 通风设计 10 2.4 厂房的保温,隔热设计;

    11 3. 定位轴线的确定 11 4. 各种构造的做法 11 第三部分 结构计算 13 1. 结构体系选择 13 1.1 门式刚架 13 1.2 屋面系统 13 1.3 吊车梁系统 14 1.4 围护结构体系 14 1.5 基础 14 2. 材料选择 15 2.1 钢材种类 15 2.2 保证项目 15 2.3 连接材料 15 3. 檩条设计 16 3.1 檩条的选择和在屋架上的布置和搁置 16 3.2 荷载标准值 16 3.3 内力计算 17 3.4 截面选择及截面特性 18 3.5强度验算 18 3.6稳定验算 18 3.7 挠度计算 19 3.8构造要求 19 4. 墙架设计 20 4.1计算数据和资料 20 4.2墙梁所受荷载标准值:
    20 4.3墙梁所受荷载设计值 20 4.4 内力计算 20 4.5 截面验算 21 4.6 风荷载作用下的挠度 21 4.7 抗风柱设计 21 5. 吊车梁设计 23 5.1 吊车基本资料 23 5.2 吊车荷载计算(按两台同型号吊车考虑) 23 5.3 内力计算 23 5.4 截面选择 26 5.5 截面特性 26 5.6 强度计算 28 5.7 稳定计算 28 5.8 挠度计算 29 5.9 疲劳验算 29 6、刚架内力分析和设计 30 6.1 门式刚架资料 30 6.2 荷载取值 30 6.3 各部分作用荷载 31 6.4 吊车荷载 31 6.5 内力计算 32 6.6 内力组合 46 6.7 截面验算 49 7、节点设计 57 7.1 梁、柱节点设计 57 7.2 刚架横梁屋脊处节点连接 59 7.3 柱脚设计 60 7.4 牛腿设计 63 8 基础设计 66 8.1 地基承载力特征值和基础材料 66 8.2 基础底面内力及基础底面积计算 66 8.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 67 8.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 69 9. 柱间支撑设计 70 9.1 上段支撑设计 70 9.2 下段支撑设计 71 致 谢  73 摘要与关键词 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、自重更轻等优点。

    本设计说明书包括建筑设计,结构设计和地基基础三部分。

    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(手算电算对比,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。

    地基基础部分包括地基处理方案,基础设计。

    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,基础设计 Abstract and Key Words Abstract: The design for the light steel structure plant, the use of 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, 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 material to be used than the provinces, the advantages of lighter weight . The design specification, including architectural design, structural design and foundation of three parts. Architectural design for the construction plane to some of the specific forms of choice, plant profile 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 (hand-counting computer comparison, combination of internal forces), the node design. Chapters detail the main components of calculus calculation. Foundation programs include ground handling, foundation design. 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, . Key Words: Light steel structure,Portal frame,Architectural Design,Structural design,foundation design 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。我国的轻钢结构发展较晚,特别是门式轻型钢结构在我国的应用发展大约始于20世纪80年代初期。今二十年来特别特别是中国工程建设标准化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》于1998年颁布实施后,其应用得到迅速发展。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,我国钢材产量已居世界首位,而且国家也在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 1.2.1 门式刚架结构有以下特点 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。

    1.2.2 适用范围 门式刚架通常用于跨度为9-36m,柱距为6m,柱高为11.4m,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。

    1.3 本文所做工作 目前国内对轻钢门架结构的设计经验还不够丰富,有吊车荷载作用下的门式刚架结构的设计资料及经验还较为缺乏,本文通过研究门式轻钢工业厂房建筑设计和结构设计理论,探讨了带吊车轻钢厂房的主要设计思路和设计方法。在学习知识的同时,能够系统地进行钢结构工程的设计,独立分析与解决实际问题的能力,培养创新精神,提高能力,增强素质,以便毕业后能够在房屋建筑、地下建筑、隧道、矿井等,方向并能从事钢结构工程设计、研究、施工、管理、投资、技术开发等工作。同时相应的巩固、加深已学过的基础和专业知识,提高综合运用基础和专业知识的能力,熟悉土木工程专业钢结构设计的程序和方法、了解我国有关土木工程建筑的方针和政策,了解工程建设的基本程序,熟悉土木工程专业的有关规范和标准,学习调查研究的方法,深入实际了解已有的设计所存在的问题,在设计中克服这些不足,改进设计方案,了解工程中的常用做法,增强工程意识,提高工程实践能力。设计完成后,进行各个不同情况的用钢量计算和比较,得出相关结论。

    第一部分 设计资料 1. 工程概况 1、本课题来源于一个虚拟工程——上海浦东新区南汇祝桥镇某轻型钢结构厂房。厂房总高度6.000m;
    建筑面积1563.25m2,建筑层数一层;
    主体采用门式刚架结构;
    本工程室内标高0.000m,相当于绝对标高12.000m。

    本工程建筑类别为三级,耐久年限为二级,建筑物耐火等级为三级,屋面防水等级为Ⅲ级,抗震设防烈度为7度,丁类厂房。

    2. 设计原始资料 2.1水文地质 地基土层自上而下为:人工填土,层厚0.6~1.0m;
    褐黄色粘土,层厚4.0~4.5m,fak=80KN/m2 γ=19KN/m3;
    灰色淤泥质粉土,层厚20~22 m, fak=70 KN/m2,γ=18KN/m3;
    暗绿色粘质粉土,未穿,fak=160 KN/m2,γ=20KN/m3。地下水位在自然地表以下0.8m,水质对结构无侵蚀作用。

    2.2气象条件 1、基本风压W0=0.55 KN/m2,基本雪压为0.2 KN/m2。

    2、活荷载 3、屋面活荷载标准值: qk=2.0 KN/m2;

    4、楼面活荷载标准值:qk=4.2 KN/m2;

    5、抗震设防:抗震设防烈度:7度;
    抗震等级:三级;

    6、场地类别;
    Ⅳ类;
    设计基本地震加速度:0.10g;

    3. 设计其他资料 3.1 车间采光面积比为1/6~1/4,屋脊坡度12.5%。

    3.2 车间地坪荷重10KN/m2,均采用水磨石地面,全部地坪待设备基础完工后再施工。

    3.3 厂房设4.8m×2.8m大门两个,门上有挡雨棚,外挑1800mm。

    3.4 车间内设桥式吊车一辆,软钩,吊车工作级别位A3(轻级工作制),具体参数如下:
    桥式软钩吊车性能参数 起重量Q(t) 跨度lk(m) 基本尺寸(mm) 起重机量(t) 最大轮压(KN) 大车宽B 大车轮距K 轨面至车顶高度H 轨中心至大车外边缘B1 大车 小车 P1 P2 5 16.5 3166 2700 891 230 7.69 0.38 50.3 16.1 4. 设计任务要求 4.1 建筑设计 4.1.1 图纸内容:建筑平面图、正立面、剖立面、节点详图2~3个,门窗明细表、必要的文字说明,完成二号图纸两张。

    4.1.2 建筑设计说明书内容:设计任务简介、平、立、剖面设计说明、承重及围护结构选择和布置、主要节点构造说明。

    4.2 结构设计 4.2.1 图纸内容:
    1)基础的结构布置和基础施工图;

    2)柱、吊车梁、柱间支撑等布置图;

    3)屋面檩条布置图、墙架布置图;

    4)节点图(柱脚、檩托、牛腿、柱和梁交接处);

    5)刚架图。

    4.2.2 说明部分:
    1)结构方案 2)承重构件(包括屋面板、檩条、吊车梁、柱、基础、支撑系统和平台系统的选型说明) 4.2.3 计算部分 1)要求完成厂房刚架(横向及纵向)内力分析及柱的一个完整设计,其具体内容为:
    2)对厂房横向刚架进行荷载计算 3)内力分析及截面设计 4)基础的设计及配筋 5)檩条、墙架及柱间支撑的设计 6)平台系统设计 7)采用PKPM中的STS程序计算刚架内力 4.2.4 计算书要求:
    书写工整、计算准确、必要的示意图不得徒手画、应有大概的比例 5. 参考书目 (1)建筑设计部分:
    [1]建筑结构荷载规范 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002. [2] CESCS102 :2002 ,《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》[S].北京:中国计划出版社,2003  [3]李国强等.《工程结构荷载与可靠度设计原理》(第三版).北京:中国建筑工业出版社,2005年6月. [4] 沈祖炎等.《钢结构基本原理》(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2005年1月. [5] 弓晓芸.轻钢结构建筑的应用及发展[J].工业建筑,2002,30(4) [6] 翟红.我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展概况  [7]钢结构厂房在我国的发展方向http://www.td-gjg.com/News_View459.html [8] 苑辉.钢结构设计 [M].北京:中国计划出版社,2006年8月:253-265  [9] GB 50017-2003,《钢结构设计规范》[S].北京:中国计划出版社,2003  [10]陈绍蕃.《钢结构-房屋建筑钢结构设计》(第二版).[M].北京:中国建筑工业出版社,2007年7月. [11] 赵熙元等。《建筑结构设计资料集钢结构分册》[M].北京:中国建筑工业出版社,2007年3月:98-113 [12]东南大学等.《混凝土结构-混凝土结构设计原理》(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008年11月 第二部分 建筑设计 1. 建筑平面设计 1.1 厂房平面形式的选择 有跨度18m确定该厂房为单跨双坡,由生产工艺和起吊高度确定为单层,故该厂房平面形式选为矩形。这种平面形式较适应工段间联系紧密,运输路线短捷,形状规整,经济的生产厂房,且这种平面形式由于宽度不大,室内采光和通风较容易解决。矩形形式规整,结构,构造简单,造价低,施工快,再者由于该生产线规模较小,采用此平面形式完全可以满足使用上和工艺上的要求。

    1.2 柱网的选择 由车间的长,宽,跨度尺寸柱距的要求确定柱子的位置,柱在平面中排列所形成的网络为柱网。柱网的选择实际上是厂房跨度和柱距的选择。

    综合考虑门式刚架的合理跨度有9m、12m、15m、18m,檩条的跨度有0.9 m、1.2 m、1.5 m以及荷载性质和类型等各方面的影响因素,确定沿厂房纵向跨度取为18m,柱距取目前我国的基本柱距6m。

    在1、15号轴线靠山墙处各设两根抗风柱,且柱距为6m,距离A、B号定位轴线间距离各为6m,且抗风柱的外侧即为1、15号轴线。

    1.3 定位轴线的划分 本厂房设计中,纵向定位轴线由下向上依次定为A,B,C,D;
    横向定位轴线从左向右依次定为1,2,3,4,5……,15 。

    1.3.1 横向定位轴线 中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合,厂房的纵向结构构件如屋面板,吊车梁,连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。

    1.3.2 纵向定位轴线 对于抗风柱的设置,考虑到跨度为18m,柱距为6m,所以6m设置抗风柱。厂房边柱外缘与外墙内缘重合,边柱中心线与纵向定位轴线重合。

    1.4 辅助构件的定位 1.4.1 在D号轴④、⑤和⑨、⑩轴线间设4.8m×2.8m的大门两个,主要供材料和人员的出入,大门上设人行小门,门上有挡雨棚,外挑1800mm。

    1.4.2 在满足车间采光面积比为1/6~1/4的前提下,在厂房两侧纵墙和一侧横墙上开窗,柱间窗户尺寸为4.8m×1.8m。

    1.4.3 吊车梯设在⑤、⑥定位轴线间靠近A号轴线一侧,吊车梯为焊接钢梯,侧面和顶角均设有护栏。

    1.4.4 外围散水坡度i=5%,宽80mm,大门入口的坡道坡度i=10%,且设有防滑条,宽为150mm。

    1.4.5 室内外高差为150mm,室外地面标高为-0.150m,在厂房的外围四周±0.000m以上1.2m范围均为砌体砌筑的墙体,兼作窗台并支撑墙板。

    2. 建筑剖面设计 厂房的生产工艺流程对剖面设计的影响很大,因而在满足生产工艺要求的前提下,经济合理的确定厂房高度及有效利用和节约空间,解决好厂房的采光和通风,使其有良好的室内环境,合理的选择屋面排水,围护结构的形式及其构造,使厂房具有随气候条件变化影响小的围护功能,进而保证生产的正常进行及为工人创造良好舒适的生产环境,同时满足建筑工业化要求。

    2.1 厂房高度的确定 单层厂房的高度是指地面至屋架下表面的垂直距离,一般情况下,屋架下表面的高度即是柱顶与地面之间的高度,所以单层厂房的高度即是地面到柱顶的高度。

    由生产工艺、生产设备、货物起吊高度、其中与运输和其他各方面的要求,初步确定轨顶标高为4.80m,钢结构厂房梁柱的截面高度为跨度的1/30~1/45,即在400mm~600mm之间,暂取梁柱截面高度为600mm,吊车梁高度取600mm,选轨道P22,截面高度为93.66mm,由设计资料所给出的桥式软钩吊车性能参数查得,轨面至车顶高度H=891mm,小车顶面至屋架下弦底部的安全高度取300mm,由此确定柱顶标高。

    2.1.1 有吊车厂房柱顶标高的确定 厂房柱顶标高:H=H1+h6+h7 式中:H—柱顶标高,应符合3M模数 H1—轨顶标高 h6—轨面至车顶高度 h7—小车顶面至屋架下弦底部的安全高度 则H=4800+891+300=5991mm,取3M的模数H=6000mm=6.00m。

    2.1.2 厂房高度的确定 厂房高度的标高:H′=H+h 式中:h—横梁截面高度 则H′=6000+400=6400mm。

    屋脊标高的确定:H″= H′+L/2×i 式中:H″—屋脊标高 L—厂房跨度 i—屋脊坡度(轻型门式刚架坡度宜取1/20—1/8,在雨水较多的地区取较大值) 则H″=6400+=7525mm=7.53 m。

    2.2 采光设计 由于天然光的照度时刻都在变化,室内工作面上的照度也随之改变,因此,采光设计不能用变化的照度来作依据,而是采用采光系数的概念来表示采光标准。

    设计书中规定的车间采光面积为1/6~1/4,则试设计在侧墙开窗采光,且为双侧采光。在吊车梁处设置高侧窗,提高了远离窗户处的采光效果,改善了厂房光线的均匀程度,所设低窗宽4.8m,高为1.8m,高侧窗宽为4.8m,高为0.6m,采光面积为1.8×4.8×26+0.6×4.8×28=305.28m2,满足要求。

    2.3 通风设计 厂房的通风方式有两种,即自然通风和机械通风,该厂房采用自然通风。自然通风是利用空气的自然流动将室外的空气引入室内,将室内的空气和热量排至室外,针对该厂房的特点可利用室内外的温差造成的热压和风吹向建筑物而在不同表面上造成的压差来实现通风换气,不失为一种经济合理的通风方式。因此,在厂房的平面布置上要使厂房长轴与夏季主导风向垂直,冬季通风则需注意适当降低进风侧窗高度,以侧墙上的侧窗和山墙上的大门作为主要的通风道。

    2.4 厂房的保温,隔热设计;

    为保证厂房的围护结构具有一定的保温性能和在构造上的严密性,屋面和墙面均采用轻质高强的压型钢板,内夹一定厚度的聚苯板用来保温隔热。

    3. 定位轴线的确定 单层厂房的定位轴线是确定厂房主要承重构件位置的基准线,同时也是设备安装,施工放线的依据。依据我国现行的《厂房建筑模数协调标准》中的规定,定位轴线的划分与柱网布置是一致的,通常把厂房定位轴线划分为横向和纵向。垂直与厂房长度方向的称为横向定位轴线,平行于厂房长度方向的称为纵向定位轴线。

    除山墙处端部刚架柱的横向定位轴线与抗风柱内缘相重合外,其余横向定位轴线与中间柱的中心线相重合,纵向定位轴线与吊车轨中心线的距离为750mm。端部排架柱的中心线自端部横向地位轴线内移600mm,因此端部实际柱距减少了600mm,为5400mm。

    4. 各种构造的做法 4.1 散水做法,工程做法见(98J9-散4/69) 4.2地面做法,工程做法见(98J1-地8/60) 4.3坡道做法,工程做法见(98J9-坡3/70) 4.4雨篷做法 雨棚施工图 第三部分 结构计算 1. 结构体系选择 1.1 门式刚架 根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(CECS102-98)4.2.2条,关于门式刚架建筑尺寸的规定:门式刚架跨度宜为9~36m,以3M为模数;
    高度宜为4.5~9.0m;
    刚架的间距,及柱网轴线在纵向的间距宜为6m。采用轻型屋盖和轻型外墙的单层厂房,车间内设5t的轻型工作制吊车,分析以上所给资料,无论从技术的角度还是经济的角度来看,选用门式刚架操作为本厂房的主要承重结构体系,完全满足使用上和功能上的要求,又因为轻型屋面的应用使屋面荷载大幅降低,使其自身具有优越的抗震性能从而提高整个房屋的抗震能力,因此,在本设计中,门式刚架的柱、梁截面均选用等截面的实腹焊接工字形截面,为提高整个厂房的整体性和稳定性,柱脚的连接形式采用刚接柱脚,梁柱之间的连接采用高强螺栓,总体设计力求技术先进,经济合理,使用方便。

    1.2 屋面系统 1.2.1 屋面板 根据(CECS102-98) 6.6.2条,屋面板选用双层压型钢板内夹聚苯保温板的轻型屋面结构,其具有轻质、高强、美观、耐用、覆盖面积较大、用料省、连接简单、施工方便、利于工业化生产,而且抗震、防火、可满足不同尺寸的要求。压型钢板间的搭接所用紧固件设于波峰之上,横向搭接与主导风向一致,且采用错缝铺法,一般错开1~2波即可,以免重叠搭接。

    1.2.2 檩条 根据(CECS102-98)6.3檩条设计规定,在本设计中选用卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条,卷边槽钢檩条适用于屋面坡度小于1/3的情况,其界面在使用中互换性大,用钢量省等特点,跨度为6m,高度取跨度的1/35~1/50,最后由计算确定截面尺寸。同时,檩条跨度大于4m时,应在跨中位置设置拉条或撑杆。

    1)檩距取1.5m,檩条的布置使腹板垂直屋面坡面,对槽钢檩条,宜将上翼缘卷边朝向屋脊方向,以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩,宜采用双脊檩条方案。

    2)檩条的连接,与屋面可靠连接,以保证屋面能起阻止檩条侧向失稳和扭转,与压型钢板屋面连接,宜采用带橡胶垫圈的自攻螺钉,与屋架、刚架的连接设置角钢檩托,以防止檩条在支座处的扭转变形和倾覆,檩条端部与檩托的连接螺栓不少于2个,并沿檩条高度方向设置。

    3)拉条与撑杆 为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转,保证其整体稳定性而设置拉条,做起侧向支撑点。在檩条跨度位置设置一道拉条(规范:i=1/10,檩跨>4m设一道;
    跨度>6m在檩跨三分点出各设一道)。

    为了减小屋架上弦平面外的计算长度,并增强其平面外的稳定性,可将檩条与屋架上弦横向水平支撑在交叉点处相连,使檩条兼作支撑的竖压杆,参加支撑工作。在檐檩和其相邻的檩条间设撑杆,撑杆采用钢管内设拉条的做法。在檐口处设置斜拉条和撑杆。

    1.3 吊车梁系统 在本设计中,车间内设一辆起重量为5t的桥式软钩轻级工作制吊车,考虑到其起重量小,吊车梁采用6m跨度的焊接工字形截面。为增强其整体稳定性,保证桥式吊车在梁上的平稳行驶,采用加强受压翼缘且沿梁全长均为同一截面的吊车梁。每隔一定距离在梁的上翼缘平面外设侧向支撑点。通过计算确定梁的截面尺寸使之满足承载力的要求,端跨吊车梁的连接与中间跨的有所区别。

    1.4 围护结构体系 1.4.1 砖墙 墙面标高1.2m以下采用240砖墙,作为窗户下窗台和上部墙板的支撑段,同时也对地下潮气的上升起到一定的阻止作用,使墙板和柱免受腐蚀。

    1.4.2 压型钢板墙 墙面标高1.2m以上的所有墙体均采用彩色夹心保温压型钢板,根据门窗尺寸和墙架间距选用合适的压型刚板来满足轻质、美观、耐用、保温、施工简便、抗震、防火等方面的要求。

    1.4.3墙架 墙架的截面形式选为C型,跨度同柱距选为6m,开口方向参见墙梁布置图。在墙梁的跨中设一道拉条,作为墙梁的竖向支撑,在最上端的两相邻墙梁间设斜拉条将其以下拉条所受的拉力传于柱。墙板与墙梁的连接采用自攻螺栓,对于单侧挂板的墙梁,板的自重会对墙梁产生偏心,为消除偏心的作用,拉条连接在挂板一侧1/3板与柱间距处。拉条直径为8~12㎜。

    1.5 基础 由于柱脚处荷载较小,故考虑采用独立基础。阶梯形的刚性独立基础为主要的选择形式,在刚性角的范围内确定台阶的高宽尺寸,垫层采用C10混凝土厚度为100㎜,基础混凝土标号不小于C25,构造钢筋直径为8~10㎜,间距为150~200㎜。

    2. 材料选择 2.1 钢材种类 钢结构所用钢材主要有两个种类,即碳素结构钢和低合金高强度结构钢。在本设计中选用碳素结构钢作为结构构件的主要用钢。

    钢材强度主要由其中碳元素含量的多少来决定,对建筑结构用钢而言,在满足强度的前提下,还要具有一定的塑性和韧性,随着含碳量的增加,碳素钢的强度也在提高,而塑性和韧性却在降低。综合考虑结构和构件的重要性,荷载性质,连接方法,工作条件等方面,Q235钢是较理想的钢号。

    钢结构的元件是型钢及钢板,在本设计中门式刚架结构用钢结构体系中,首选型钢,其次为焊接钢板制作构件,考虑到刚架梁柱截面较大,没有合适的型钢可造,故采用焊接工字形截面的焊接成型钢来满足结构用钢的要求,还有吊车梁用钢也只能选用焊接钢板组成的工字形钢。其余的小柱,檩条,墙架,小梁,板材均可直接由热轧型钢,冷弯薄壁型钢和热轧钢板表中选用,这样可以减少制作工作量,提高工业化水平,加快施工速度,进而降低工程造价。

    2.2 保证项目 本设计中的门式刚结构厂房用钢的主要牌号是Q235钢,依据所处的不同环境和所承受的荷载效用以及结构的重要性,采用不同的质量等级,同时也具备不同的保证项目。

    对于需要验算疲劳的焊接结构,如刚架,吊车梁,上海地区冬季最低温度处于0℃和-20℃之间,应选用由0℃冲击性能和合格C级钢,对无需验算疲劳的其他构件,宜采用Q235A钢的保证项目中,碳含量,冷弯试验合格和冲击韧性值没有必要的保证条件。

    2.3 连接材料 在本设计中所涉及的所有连接所用钢材,如焊条,螺栓的钢材应与主体金属的强度相适应。焊条选用E43系列焊条,采用手工电弧焊,连接螺栓分为普通螺栓和高强螺栓两种。横梁跨中拼接点,梁柱拼接点所用螺栓一律为高强螺栓,其余为普通螺栓连接。初步确定高强螺栓为10.9级,柱脚与基础的刚性连接采用锚栓,锚栓钢号也为Q235。

    3. 檩条设计 3.1 檩条的选择和在屋架上的布置和搁置 实腹式檩条的截面高度h,一般为跨度的1/35~1/50,故初步选用檩条为卷边槽形冷弯薄壁型钢C180×70×20×2.5。

    实腹式檩条的截面均垂直于屋面坡面,且卷边C型槽钢的上翼缘肢尖(即卷边)朝向屋脊方向(以减小屋面荷载偏心而引起的扭矩)。屋脊檩条的布置采取双檩方案,双脊檩之间的间距为0.2m,双脊檩与跨中线等距(0.1m),且此双檩条由圆钢相连,其余檩条水平邻距为1.5m,跨度6m,于1/2跨度处设一道拉条,在檐口处还设有撑杆和斜拉条。屋面为压型钢板,屋面坡度i=1/8(α=7.12°),为限制檐缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲所设的撑杆的要求为长细比[λ]≤ 200,选用外径Φ16mm,壁厚3mm的钢管。

    檩条和撑杆布置图 3.2 荷载标准值 1)永久荷载标准值 压型钢板(两层含80mm保温层) KN/m² 檩条及支撑 KN/m² ――――――――――――――――――――――――― KN/m² 2)可变荷载标准值 根据建筑结构荷载规范(GB 50009-2012)可取荷载如下:屋面均布活荷载0.5KN/m²,雪荷载0.2KN/m²,计算时取两者的较大值0.5KN/m²,基本风压0.55KN/m²。

    3.3 内力计算 1) 永久荷载与屋面活荷载组合(1.2 永久荷载+1.4 max{屋面均布活荷载、雪荷载}) 檩条线荷载: 弯矩设计值:
    2) 永久荷载与风荷载组合(1.0永久荷载+1.4风吸力荷载) 风荷载高度变化系数取µZ=1.0(高度小于10m,B类地面粗糙度),按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)表A-2,风荷载体型系数取边缘带µs= - 1.40(吸),则垂直屋面的风荷载标准值:
    檩条线荷载: 弯矩设计值:
    3.4 截面选择及截面特性 选用卷边槽形冷弯薄壁型钢C180×70×20×2.5 近似取200N/m,截面上翼缘有效宽厚比,,考虑有效截面,同时跨中有孔洞削弱,统一考虑0.95的折减系数,则有效净截面抵抗矩:
    3.5强度验算 既定屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转,由此计算檩条截面两个转折点处的强度为:
    = = 满足要求。

    3.6稳定验算 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(跨中设有一道拉条):
    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。

    3.7 挠度计算 按恒载+活载标准值考虑:
    满足要求。

    3.8构造要求 故此檩条在平面内外均满足要求。

    4. 墙架设计 4.1计算数据和资料 轻型门式刚架,跨度18m,柱高6.0m,屋面坡度i=1/8(α=7.12º),计算最大梁间距1.8m,下设1350高砖墙,承受墙面板自重,墙梁仅考虑其自身重量的弯曲,其主要承受墙面板传来的风压力与风吸力,墙梁最大间距1.8m,中间设一道拉条.外侧挂墙板,墙梁和拉条材料均为Q235B,墙梁初选截面为:C型钢,墙梁自重:;
    基本风压标准值ω0=0.55KN/㎡,根据《建筑结构荷载规范》地面粗糙度系数按B类取值,高度5~10m之间,风压高度变化系数μz=1.0,风荷载体型系数μs按CECS102:2002中,对封闭式房屋,端墙风压力的体型系数为0.8,风吸力的体型系数μs为-0.5. 4.2墙梁所受荷载标准值:
    水平荷载:
    迎风风载:
    背风风载:
    竖向荷载:
    墙梁自重:
    4.3墙梁所受荷载设计值 水平荷载:
    迎风风载:
    背风风载:
    竖向荷载:
    4.4 内力计算 墙板下端与1.2m砖墙砌体相连,且板板之间有可靠的连接,因此墙梁只承受自重,不考虑拉条作用,墙梁按简支梁计算。

    4.5 截面验算 初步选用C180×70×20×2.0型冷弯薄壁型钢作为墙梁。

    1)强度验算,C180×70×20×2.0平放,开口朝上,窗台位置下,开口向下 全截面有效 全截面有效 正应力验算:
    切应力(C型墙梁卷边处圆弧半径取厚度的3倍) 4.6 风荷载作用下的挠度 ,满足要求。

    4.7 抗风柱设计 1)设计数据与荷载取值 墙梁C180×70×20×2.0,墙梁及压型钢板自重标准值0.40 KN/m2。

    按《钢结构设计手册》表11-2选用的是普通高频焊接H型钢H200×150×3.2×4.5,因为要忽略墙架垂直荷载的偏心矩,由柱的截面特性可知,柱的单位重量为15.39kg/m,柱重为15.39×9.8×1.2×10-3=0.18KN/m。

    风荷载计算,对于山墙,属于向风面,其风载体形变化系数,风压高度变化系数,因此风压标准值有:
    则一根抗风柱所承担风荷载为:
    2)内力计算 最大轴力:
    N=6×4.8×0.4×1.2+6×0.18=14.90KN 最大弯矩:
    3)截面特性 A=19.51cm2, Wx=147.59cm3, ix=8.67cm 4) 强度计算 5) 稳定计算 ⅰ)弯矩作用平面内稳定性计算 =1.0,由附表值查的=0.756(b类) ⅱ) 弯矩作用平面外的稳定性 基于墙梁和墙板的支撑作用,可不验算其稳定性。

    ⅲ) 挠度验算 由于柱为上端铰接,下端固定,一般可不验算其在水平荷载的挠度。

    5. 吊车梁设计 5.1 吊车基本资料 吊车梁选用焊接工字形截面的简支吊车梁系统,跨度为6m,无制动结构,支撑与钢柱,采用加强受压翼缘的方式提高吊车梁的整体稳定性。焊接吊车梁的钢材型号为Q235钢,焊条为E43钢,桥式软钩吊车性能参数如下表所示:
    桥式软钩吊车性能参数 起重量Q(t) 跨度lk(m) 基本尺寸(mm) 起重机量(t) 最大轮压(KN) 大车宽B 大车轮距K 轨面至车顶高度H 轨中心至大车外边缘B1 大车 小车 P1 P2 5 16.5 3166 2700 891 230 7.69 0.38 50.3 16.1 5.2 吊车荷载计算(按两台同型号吊车考虑) 吊车荷载的动力系数μ=1.05,吊车荷载分项系数γQ=1.4,n=2(一侧轮子数) 1)吊车竖向荷载设计值:
    2)吊车竖向荷载设计值:
    5.3 内力计算 1. 吊车梁的最大弯矩及相应力剪力分析:
    1)两个轮子作用于梁上时(图1) 最大弯矩点(C)的位置为:
    最大弯矩为:
    最大弯矩处的相应剪力为:
    图1 吊车梁计算简图(两轮) 图2 吊车梁计算简图(三轮) (a) 弯矩;

    (b)剪力 (a)弯矩;

    (b)剪力 2)三个轮子作用于梁上时(图2) 最大弯矩点(C)的位置为:
    最大弯矩为:
    最大弯矩处的相应剪力为:
    3)四个轮子作用在梁上 (如图3) 最大弯矩点(C点)的位置为:
    最大弯矩为:
    最大弯矩处的相应剪力为:
    图3 吊车梁计算简图(三轮) (a)弯矩;

    (b)剪力 经过分析可得,按三轮作用在梁上的时候考虑。

    2. 最大剪力(梁端支座处,按照图8-5b考虑)kN 3.有水平荷载产生的最大弯矩 5.4 截面选择 1. 腹板高度的确定 经济高度:
    按容许挠度值取:
    梁高h值应接近经济高度h≈hec=600mm 2. 吊车梁腹板厚度的确定 按经验公式:
    按剪力确定:
    因两种结果均小于8mm,故按规范要求取=8mm。

    3. 吊车梁翼缘尺寸的确定 但应大于200mm,故取300×12(考虑轨道宽度的要求)。

    5.5 截面特性 毛截面特性:
    净截面特性(预选螺栓为Ф21.5) 上翼缘对y轴的特性:
    5.6 强度计算 1. 正应力 上翼缘 下翼缘 2. 剪应力 3. 腹板的局部压应力 集中荷载增大系数 5.7 稳定计算 1. 梁的整体稳定性 故应计算结构的整体稳定性 则整体稳定性:
    2. 腹板的局部稳定性 按构造配置横向加筋肋 5.8 挠度计算 对于等截面吊车梁应有:
    符合要求 5.9 疲劳验算 恒载不影响计算应力幅。因此仅按吊车荷载计算, 按疲劳计算的构件和连接分类,可得容许应力幅,吊车梁欠载效应的等效系数查表可知为,则 (安全) 6、刚架内力分析和设计 6.1 门式刚架资料 单层厂房采用单跨双坡门式刚架,刚架跨度18m,柱高6.0m,共有15榀刚架,柱距6m,屋面坡度1/8,屋面及墙面板为压型钢板,中间夹有80㎜厚的聚苯板保温层,檩条墙梁为薄壁卷边C型钢,间距1.5m,钢材采用Q235钢,焊条E43型,刚架尺寸及风荷载体型系数(取端区)如下图所示:
    6.2 荷载取值 1)屋面永久荷载标准值 0.8mm厚压型钢板 0.30 檩条及支撑 0.10 刚架斜梁自重 0.15 0.55 2)可变荷载标准值 屋面均布活荷载0.5 KN/m2,雪荷载0.2 KN/m2,计算时取两者的较大值0.5 KN/m2 3)风荷载标准值 基本风压ω0=0.55 KN/m2,地面粗糙系数按B类考虑,风荷载高度变化系数按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009—2001的规定采用,当高度小于10m时,按10m高度的数值采用,μz=1.0,风荷载体型系数μs取值见图。

    4) 吊车荷载 桥式软钩吊车性能参数 起重量Q(t) 跨度lk(m) 基本尺寸(mm) 起重机量(t) 最大轮压(KN) 大车宽B 大车轮距K 轨面至车顶高度H 轨中心至大车外边缘B1 大车 小车 P1 P2 5 16.5 3166 2700 891 230 7.69 0.38 50.3 16.1 5)柱子上荷载 墙梁及压型钢板自重标准值 0.40 6.3 各部分作用荷载 1) 屋面荷载 恒载 标准值 0.55×6=3.3KN/m 设计值 3.3×1.2=3.96 KN/m 活载 标准值 0.5×6=3.0KN/m 设计值 3.0×1.4=4.2 KN/m 2) 柱荷载 恒载 标准值 0.40×6×6.0+3.3×6=34.2KN 设计值 34.2×1.2=41.04 KN 活载 标准值 3.0×6=18.0KN 设计值 18.0×1.4=25.2KN 3) 风荷载 ⅰ向风面 柱上 标准值 qwk=1.05×0.55×1.00×0.8×6=2.77 KN/m 设计值 qw=2.77×1.4=3.88 KN/m 横梁上 标准值 qwk=1.05×0.55×1.00×(-0.6)×6=-2.08 KN/m 设计值 qw=(-2.08)×1.4=-2.91 KN/m ⅱ背风面 柱上 标准值 qwk=1.05×0.55×1.00×(-0.5)×6=-1.73 KN/m 设计值 qw=1.73×1.4=2.43 KN/m 横梁上 标准值 qwk=1.05×0.55×1.00×(-0.5)×6=-1.73KN/m 设计值 qw=1.73×1.4=2.43 KN/m 6.4 吊车荷载 200 2700 200 根据《厂房建筑模数协调标准》的要求,边列柱处吊车梁中心线至柱轴线的距离按750mm考虑。

    6.5 内力计算 内力计算采用弹性分析法。用梁,柱平均刚度将梁,柱简化为等截面刚梁,然后采用结构力学求解器进行求解。

    图6-5 门式钢架计算简图 1. 屋面恒载内力图(设计值) 图6-5-1a 屋面恒载示意图 表6-5-1 屋面恒载作用内力表 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -24.50 32.85 -81.67 -20.08 -2.51 55.94 2 -20.08 2.51 55.94 -24.50 -32.85 -81.67 3 -35.64 20.24 -81.67 -35.64 20.24 39.76 4 -35.64 -20.24 39.76 -35.64 -20.24 -81.67 图6-5-1b 轴力图N 图6-5-1c剪力图V 图6-5-1d 弯矩图M 2. 屋面活载内力图(设计值) 图6-5-2a 屋面活载示意图 表6-5-2 屋面活载作用内力表 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -25.99 34.85 -86.62 -21.30 -2.66 59.33 2 -21.30 2.66 59.33 -25.99 -34.85 -86.62 3 -37.80 21.47 -86.62 -37.80 21.47 42.17 4 -37.80 -21.47 42.17 -37.80 -21.47 -86.62 图6-5-2b 轴力图N 图6-5-2c剪力图V 图6-5-2d 弯矩图M 3. 左侧风荷载内力图(设计值) 图6-5-3a 左风荷载示意图 表6-5-3 左风荷载作用内力表 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 14.98 -24.84 67.79 14.98 1.56 -37.78 2 14.91 -2.18 -37.78 14.91 19.86 42.41 3 21.56 -12.33 42.41 21.56 2.25 12.19 4 26.50 35.07 -72.77 26.50 11.79 67.79 图6-5-3b 轴力图N 图6-5-3c剪力图V 图6-5-4d 弯矩图M 4. 右侧风荷载内力图(设计值) 图6-5-4a 右风荷载示意图 表6-5-4 右风荷载作用内力表 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 14.91 -19.86 42.41 14.91 2.18 -37.78 2 14.98 -1.56 -37.78 14.98 24.84 67.79 3 26.50 -11.79 67.79 26.50 -35.07 -72.77 4 21.56 -2.25 12.19 21.56 12.33 42.41 图6-5-4b 轴力图N 图6-5-4c剪力图V 图6-5-4d 弯矩图M 5. 吊车内力图(最大轮压在左 设计值) 图6-5-5a 吊车荷载示意图 表6-5-5 吊车荷载作用内力表(最大轮压在左) 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -205.33 -18.48 -3.58 -205.33 -18.48 -85.12 2 3.59 -18.48 71.56 3.59 -18.48 49.39 3 -17.89 -5.85 49.39 -17.89 -5.85 22.86 4 -17.89 -5.85 22.86 -17.89 -5.85 -3.66 5 -18.78 -1.26 -3.66 -18.78 -1.26 -15.14 6 -3.59 18.48 -15.14 -3.59 18.48 7.04 7 -70.46 18.48 -43.13 -70.46 18.48 45.58 图6-5-5b 轴力图N 图6-5-5c剪力图V 图6-5-5d 弯矩图M 6. 吊车内力图(最大轮压在右 设计值) 图6-5-6a 吊车荷载示意图 表6-5-6 吊车荷载作用内力表(最大轮压在右) 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -70.46 -18.48 45.58 -70.46 -18.48 -43.13 2 -3.59 -18.48 7.04 -3.59 -18.48 -15.14 3 -18.78 1.26 -15.14 -18.78 1.26 -9.40 4 -18.78 1.26 -9.40 -18.78 1.26 -3.66 5 -17.89 5.85 -3.66 -17.89 5.85 49.39 6 3.59 18.48 49.39 3.59 18.48 71.56 7 -205.33 18.48 -85.12 -205.33 18.48 3.58 图6-5-6b 轴力图N 图6-5-6c剪力图V 图6-5-6d 弯矩图M 7. 吊车内力图(水平向左 设计值) 图6-5-7a 吊车荷载示意图 表6-5-7 吊车荷载作用内力表(水平向左) 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 -1.19 -8.43 29.79 -1.19 -8.43 -10.67 2 -1.19 0.00 -10.67 -1.19 0.00 -10.67 3 -0.15 1.18 -10.67 -0.15 1.18 -5.34 4 -0.15 1.18 -5.34 -0.15 1.18 0.00 5 0.15 1.18 0.00 0.15 1.18 10.67 6 1.19 0.00 10.67 1.19 0.00 10.67 7 1.19 -8.43 10.67 1.19 -8.43 -29.79 图6-5-7b 轴力图N 图6-5-7c剪力图V 图6-5-7d 弯矩图M 8. 吊车内力图(水平向右 设计值) 图6-5-8a 吊车荷载示意图 表6-5-8 吊车荷载作用内力表(水平向左,最大轮压在右) 单元 编码 杆端1 杆端2 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 1.19 8.43 -29.79 1.19 8.43 10.67 2 1.19 0.00 10.67 1.19 0.00 10.67 3 0.15 -1.18 10.67 0.15 -1.18 5.34 4 0.15 -1.18 5.34 0.15 -1.18 0.00 5 -0.15 -1.18 0.00 -0.15 -1.18 -10.67 6 -1.19 0.00 -10.67 -1.19 0.00 -10.67 7 -1.19 8.43 -10.67 -1.19 8.43 29.79 图6-5-8b 轴力图N 图6-5-8c剪力图V 图6-5-8d 弯矩图M 6.6 内力组合 1. 选取控制截面。

    由于刚架布置,恒载和活载作用下对称,故选取左半跨为例进行计算。选取控制截面如图所示:
    图6-6-1 刚架控制界面图 2. 最不利内力组合 计算控制截面取柱底、牛腿处、柱顶、梁端及梁跨中截面。

    对于刚架梁,截面可能的最不利内力组合有:
    A.1.2×恒荷载标准值+1.4×活荷载标准值 B.1.2×恒荷载标准值+1.4×风荷载标准值 C.1.2×恒荷载标准值+1.4×吊车荷载标准值 D.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(活荷载标准值+风荷载标准值) E.1.2×恒荷载标准值+1.4×1.0×(活荷载标准值+吊车荷载标准值) F.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(风荷载标准值+吊车荷载标准值) G.1.2×恒荷载标准值+1.4×0.9×(风荷载标准值+活荷载标准值+吊车荷载标准值) 3. 梁、柱截面最不利内力组合 梁端截面:
    (1)Mmax及相应的N、V;

    (2)Mmin及相应的N、V 梁跨中截面:(1)Mmax及相应的N、V;

    (2)Mmin及相应的N、V 对于刚架柱,截面可能的最不利内力组合有:
    (1)Mmax及相应的N、V;

    (2)Mmin及相应的N、V (3)Nmax及相应的±Mmax、V ;

    (4)Nmin及相应的±Mmax、V 构件号 截面 荷载 项目 内力 恒荷载 活荷载 吊车荷载 风荷载 内力组合 左Dmax 右Dmax 左Tmax 右Tmax 左风 右风 Nmax及M,V Nmin及M,V Mmax及N,V ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 项目 组合值 项目 组合值 项目 组合值 1-1 N(KN) 35.64 37.80 205.33 70.46 1.19 -1.19 -26.50 -21.56 ①+②+③+⑤ 279.95 ①+⑦ 9.14 ①+0.9*(②+④+⑤+⑧) -14.22 V(KN) -20.24 -21.47 -18.48 -18.48 -8.43 8.43 35.07 2.25 -68.62 14.83 -61.76 M(KNM) 39.76 42.17 -3.58 45.58 29.79 -29.79 -72.76 12.19 115.29 -33.00 156.52 2-2 N(KN) 35.64 37.80 205.33 70.46 1.19 -1.19 -26.50 -21.56 ①+②+③+⑤ 279.95 ①+⑦ 9.14 ①+②+③+⑤ 279.95 V(KN) -20.24 -21.47 -18.48 -18.48 -8.43 8.43 16.44 -9.41 -68.62 -3.80 -68.62 M(KNM) -57.38 -60.86 -85.12 -43.13 -10.67 10.67 50.85 29.37 -214.03 -6.88 -214.03 3-3 N(KN) 35.64 37.80 -3.59 3.59 1.19 -1.19 -26.50 -21.56 ①+②+④+⑤ 78.21 ①+0.9*(③+⑥+⑦) 7.50 ①+②+④+⑤ 78.21 V(KN) -20.24 -21.47 -18.48 -18.48 0.00 0.00 11.70 -12.33 -60.19 26.34 -60.19 M(KNM) -81.67 -86.62 49.39 -15.14 -10.67 10.67 67.79 42.41 -194.10 33.40 -194.10 内力组合表1 注:内力计算的“+、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。

    截面 荷载 项目 内力 恒荷载 活荷载 吊车荷载 风荷载 内力组合 左Dmax 右Dmax 左Tmax 右Tmax 左风 右风 Mmax相应的V、N Mmin相应的V、N |V|max相应的M、N ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 项目 组合值 项目 组合值 项目 组合值 4-4 N(KN) 24.50 25.99 17.89 18.78 0.15 -0.15 -14.98 -14.91 ①+②+④+⑤ 69.42 ①+0.9*(③+⑤+⑧) 27.32 ①+②+④+⑤ 69.42 V(KN) 32.85 34.85 -5.85 1.26 1.18 -1.18 -24.84 -19.86 70.14 -10.77 70.14 M(KNM) -81.67 -86.62 49.39 -15.14 -10.67 10.67 67.79 42.41 -194.1 -8.66 -194.1 5-5 N(KN) 22.29 23.65 17.89 18.78 0.15 -0.15 -14.98 -14.91 ①+②+③+⑥ 63.68 ①+0.9*(④+⑤+⑦) 25.85 ①+②+④+⑤ 64.87 V(KN) 15.17 16.10 -5.85 1.26 1.18 -1.18 -11.64 -8.84 24.24 18.95 33.71 M(KNM) 27.23 28.88 22.86 -9.40 -5.34 5.34 -14.92 -22.68 84.31 0.54 41.37 6-6 N(KN) 20.08 21.30 17.89 18.78 0.15 -0.15 -14.98 -14.91 ①+② 41.38 ①+0.9*(④+⑤+⑦) 22.56 ①+②+③+⑥ 59.12 V(KN) -2.51 -2.66 -5.85 1.26 1.18 -1.18 1.56 2.18 -5.17 -7.43 -12.2 M(KNM) 55.94 59.33 -3.66 -3.66 0.00 0.00 -37.78 -37.78 115.27 18.64 111.61 内力组合表2 注:内力计算的“+、-”号规定:弯矩图以刚架外侧受拉为正,轴力以杆件受压为正,剪力以绕杆端顺时针方向旋转为正。

    6.7 截面验算 1. 刚架柱 (1) 截面选择 初选截面如下表6-7-1所示 表 6-7-1 刚架柱截面特性表 部位 截面简图 截面特性 刚架柱 1-1 2-2 3-3 截面 500×300×11×15 截面积A=146.4cm² 惯心矩I=60800cm I=6770cm 回转半径i=20.4cm i=6.80cm 抵抗矩W=2520cm W=451cm (表中数据依据《钢结构基本原理》附录3) (2) 强度验算 1-1截面处最不利组合 2-2截面处最不利组合 3-3 截面处最不利组合 均满足要求。

    (3) 整体稳定性验算 1)平面内稳定 柱脚为刚接时 μ=1.0,故平面内计算长度为:
    长细比:
    稳定性验算:
    取2-2截面处最不利组合 ——弯矩作用平面内,按轴心受压构件的稳定系数, 根据,b类截面查得;

    ——参数,;

    ——等效弯矩系数,对于有侧移框架柱。

    2) 平面外稳定 柱间支撑布置如图2-45所示 图2-45 柱间支撑布置 上柱段计算长度 下柱段计算长度 上柱段 取3-3 截面处最不利组合 ——弯矩作用平面外,按轴心受压构件的稳定系数, 根据,b类截面查得;

    ——等效弯矩系数,;

    ——均匀弯矩作用时构件的整体稳定系数, 取。

    ②下柱段 取1-1截面处最不利组合 取2-2截面处最不利组合 —弯矩作用平面外,按轴心受压构件的稳定系数, 根据,b类截面查得;

    —等效弯矩系数,;

    —均匀弯矩作用时构件的整体稳定系数,由近似公式得 。

    (4) 局部稳定性验算 1)翼缘局部稳定 翼缘宽厚比 满足要求。

    2) 腹板局部稳定 上柱段 腹板高厚比 取3-3 截面处最不利组合 应力梯度 因此取30 ① 下柱段 取1-1截面处最不利组合 应力梯度 取2-2截面处最不利组合 应力梯度 2 刚架梁 (1)截面选择 表 6-7-1 刚架柱截面特性表 部位 截面简图 截面特性 刚架梁 4-4 5-5 6-6 截面 500×300×11×15 截面积A=146.4cm² 惯心矩I=60800cm I=6770cm 回转半径i=20.4cm i=6.80cm 抵抗矩W=2520cm W=451cm (表中数据依据《钢结构基本原理》附录3) (2)强度验算 取4-4截面最不利组合 正应力:
    剪应力:
    (3) 整体稳定验算 1)平面内稳定 斜梁坡度为1:8,不超过1:5,因轴力很小可按压弯构件计算其强度和平面外稳定,不计算平面内稳定。

    2) 平面外稳定 在边跨每隔四根檩条设置一侧向支撑,故, 取4-4截面最不利组合 ——弯矩作用平面外,按轴心受压构件的稳定系数, 根据,b类截面查得;

    ——等效弯矩系数,既有横向荷载又有端弯矩,杆端产生反向曲率 ——均匀弯矩作用时构件的整体稳定系数,由近似公式得 (4)局部稳定验算 1)翼缘局部稳定 翼缘宽厚比 满足要求 2) 腹板局部稳定 取4-4截面最不利组合 应力梯度 (5)刚架侧移计算 查《钢结构》可知,钢架柱顶位移限值[u]=l/400 沿柱高度均布水平荷载作用下柱顶等效水平力:
    吊车水平荷载PC作用下的侧移时,柱顶等效水平力H可取 则 则柱顶水平力作用下的侧移u为:
    满足要求。

    7、节点设计 7.1 梁、柱节点设计 1. 梁柱的节点:
    刚架横梁与刚架柱连接采用端板竖放的连接方式。螺栓采用10.9级M16高强度摩擦型螺栓进行连接 1)节点构造及螺栓布置 (1)节点的构造见图7-1 图7-1 梁柱节点构造和端板 (2) 螺栓的布置 端板螺栓应成对对称布置, 在受拉和受压翼缘都应布置 。并且宜使用螺栓群中心与翼缘中心重合或接近,因此采用将端板伸出截面高度如图13所示:
    2)螺栓强度验算 螺栓采用10.9级M20高强度摩擦型,查得每个螺栓预应力P=155KN,构件接触面采用喷砂处理,摩擦面抗滑采用连接处传递内力直接用4-4截面内力即:
    M =194.1KN·m N = 69.42KN, V = 70.14KN (1)螺栓抗剪验算:
    每个螺栓抗滑承载力设计值为:
    螺栓群的抗剪承载力设计值:
    ,满足要求。

    (2)每个 螺栓承受的拉力 ,满足要求。

    (3)最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算:
    ,满足要求。

    3)端板设计 端板的平面—300×700 (1)端板的厚度:按两边支撑类端板计算 选取端板厚度20mm,满足要求。

    (2)端板设螺处腹板的强度:
    ,满足要求。

    4)梁柱节点域验算 ,满足要求。

    综上,梁柱节点采用端板竖放的方式连接,端板为300×700,螺栓选用10颗10.9级M20摩擦型高强螺栓。

    7.2 刚架横梁屋脊处节点连接 1. 节点构造及螺栓布置 同梁柱连接一样采用端板竖放,螺栓连接的方式、节点的构造、端板及螺栓的布置见图7-2所示。

    图7-2 梁柱节点构造和端板 2. 螺栓强度验算 螺栓采用10.9级M20高强度摩擦型,查得每个螺栓预应力P=155KN,构件接触面采用喷砂处理,摩擦面抗滑采用连接处传递内力直接用6-6截面内力即:
    M =111.61KN·m N = 59.12KN, V = 12.2KN (1)螺栓群的抗剪承载力 ,满足要求 (2)各螺栓承受的拉力 (3)最外排螺栓在拉、剪共同作用下的验算:
    ,满足要求 (4)端板的厚度:按三边支撑类考虑 选取端板厚度20mm,满足要求。

    (5)端板设螺处腹板的强度:
    ,满足要求 7.3 柱脚设计 1. 柱脚处的内力设计值取1-1截面:
    M=115.29KN.m N=279.95KN(压) V=68.62KN 2. 确定底板面积 基础抗压强度为C25,锚栓钢号为Q235,焊条为E43型系列焊条,手工焊,连接焊缝均为角焊缝,考虑局部承压强度的提高,混凝土的抗压强度设计值fc=11.9N/mm2,初步确定 ,,地板上锚栓的孔径d=60mm柱脚节点如图7-3所示:
    图7-3-1 柱脚底板平面示意图 尺寸满足要求。

    3. 确定底板厚度 为负值,所以柱脚需要锚栓来承担压力。

    对于三边支承及两边相邻支撑板:
    对于区格:
    图7-3-2 相应区格内的最大应力为:
    对于区格Ⅱ:
    相应区格内的最大应力为:
    则:,假定板件厚度大于16mm,此时, 由此计算底板厚度为:
    取 4. 锚栓设计 锚栓计算简图如下:
    图7-3-3 锚栓计算简图 由于所以柱脚处有拉应力,且拉应力的合力应由锚栓来承担。

    则锚栓所承受的拉力为:
    则锚栓所需要的有效截面面积:(为锚栓抗拉强度设计值,) 考虑到锚栓应留有一定余量,所以选取Q235锚栓M20,采用双螺帽。

    7.4 牛腿设计 1. 拉应力计算 牛腿根部弯矩 ;

    牛腿根部截面惯性矩 ;

    牛腿根部截面抗弯模量 ;

    最大拉应力 ;

    满足要求。

    2. 剪应力计算 力作用点处腹板中点剪应力最大。

    截面惯性矩 ;

    腹板中点以上截面面积矩 ;

    最大剪应力 ;

    , 满足要求。

    3. 折算应力计算 验算牛腿根部腹板与翼板相交点折算应力。

    该点以上截面面积矩 该点剪应力 该点拉应力 该点折算应力 满足要求。

    4. 焊缝计算 角焊缝抗拉,抗剪强度设计值 。

    翼板周边角焊缝长 ;

    腹板周边角焊缝长 ;

    翼板角焊缝高度 ;

    腹板角焊缝高度 。

    取。

    抗弯验算 抗剪验算 腹板边缘的折算应力 , 则折算应力为 满足要求。

    8 基础设计 8.1 地基承载力特征值和基础材料 本工程地质情况如下:
    地基土层自上而下为:人工填土,层厚1.0m;
    褐黄色粘土,层厚4.0m,fak=180KN/m2,γ=19KN/m3;
    灰色淤泥质粉土,层厚20 m, fak=90 KN/m2,γ=18KN/m3;
    暗绿色粘质粉土,未穿,fak=160 KN/m2,γ=20KN/m3。地下水位在自然地表以下0.8m,水质对结构无侵蚀作用。

    按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),假定基础宽度小于3m,即按3m考虑,埋深1.5m,褐黄色粘土的空隙比e=0.94(>0.85),查得ηb=0,ηd=1.0。

    基础采用C30混凝土, 钢筋采用HPB235,fy=210N/mm2,钢筋的混凝土保护层厚度为40mm;
    垫层采用C10混凝土,厚100mm。

    8.2 基础底面内力及基础底面积计算 相应的荷载效应标准组合时的内力值为:
    采用锥形基础,假定基础高度, 考虑偏心荷载作用,将基础底面积扩大1.3倍,即A:
    采用 基础,且b<3m,不需要对地基承载力特征值修正。基础的形状、尺寸及布置如图。

    验算基础底面压力:
    基础和回填土重:
    基础的总垂直荷载:
    基底总力矩:
    总荷载偏心:
    则需重新选取基础底面面积,修改为 基础和回填土重:
    基础的总垂直荷载:
    基底总力矩:
    总荷载偏心:
    故基础底面尺寸满足要求。

    本工程地基基础设计等级按丙级考虑,按规范规定,地基可不作变形验算。

    8.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 基础底面净压力计算 荷载偏心距 则基底净反力:
    基础冲剪验算 面积上基底反力计算 按面积上作用的计算 验算冲切破坏面的抗剪承载力 满足要求,基础不会发生冲切破坏。

    柱边基础弯矩计算 柱边与远侧基础边缘距离 柱边处的地基净反力:
    8.3 验算基础变阶处的受冲切承载力 长边方向 选配φ14@200,As=1540mm2。

    短边方向 选配φ10/12@200,As=958mm2。

    9. 柱间支撑设计 每一温度区段的每一柱列都应设置柱间支撑。本设计中只有一个温度区段,且长度小于150m,因此在温度区段中部和两端设置柱间支撑。由于是等截面柱,故柱间支撑沿柱中心线设置单片支撑。厂房个柱列的柱顶,均应设置通长的水平压杆。

    门式刚架结构中的交叉支撑可按拉杆设计,可认为受压斜杆不受力,采用C型钢。联系杆按刚性系杆设计。交叉支撑和联系杆都用Q235钢材。

    当地基本风压为,建筑平面尺寸为,边柱柱顶标高6.000m,室外地坪标高-0.150m,则屋顶至地面平均高度 山墙边缘带宽度 山墙中间区宽度为 显然中间区受荷载面积大于端区,因此按中间区进行设计。山墙所受风荷载简化为作用于柱顶的节点力。当同一柱列设置多道柱间支撑时纵向力在支撑间可平均分配。

    9.1 上段支撑设计 有效受载面积 迎风面风荷载体型系数,山墙中间区上柱段迎风面风荷载 背风面风荷载体型系数,风荷载 本设计中每一柱列均设置3到支撑,则平均分配到每一道支撑的纵向力 (1)斜腹杆 轴拉力 按截面承载力确定斜腹杆截面:
    由于拉杆不必考虑稳定性问题,因此上段支撑斜腹杆用实心杆。

    (2)联系杆 计算长度,按截面承载力:
    受压支撑构件的允许长细比,按长细比要求截面最小回转半径 综合两者,选用C1402.0冷弯薄壁槽钢。

    (3)验算其稳定性:
    冷弯薄壁槽钢属于b类截面 查表可得轴心压杆稳定系数 满足要求。

    9.2 下段支撑设计 有效受载面积 迎风面风荷载 背风面风荷载 下段支撑除承受山墙传来的风荷载外,还承受来自吊车刹车产生的纵向水平荷载:
    平均分配到每一道支撑的纵向力 (1)斜腹杆 轴拉力:
    按截面承载力确定斜腹杆截面:
    (2)联系杆 计算长度,按截面承载力:
    受压支撑构件的允许长细比,按长细比要求截面最小回转半径 综合两者,选用C1402.0冷弯薄壁槽钢。

    (3)验算其稳定性:
    由之前对上端联系杆的验算知轴心压杆稳定系数 ,满足要求。

    致 谢  毕业设计已经接近了尾声,这也意味着我的大学生活就要结束了,学生活一晃而过,回首走过的岁月,心中倍感充实,当我写完这篇毕业论文的时候,有一种如释重负的感觉,感慨良多。  首先,我要特别感谢我的指导老师XX老师。做设计的过程是艰辛的,但是在我的努力之下还是完成了。在这个过程中XX老师给了我很大的的帮助,没有他的尽心指导和严格的要求,我也不会顺利完成这次设计。每次遇到难题,我最先做的就是向XX老师寻求帮助,而XX老师每次不管忙或闲,总会在每个周一准时与我们见面,然后一起商量解决的办法。XX老师平日里工作繁多,但我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,论文提纲的确定,中期论文的修改,后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来,XX老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向XX老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。  其次,还要感谢这四年来教我知识的老师们,毕业论文能够顺利完成,你们也都有很大的功劳。  最后,要向这四年大学生活期间所有帮助过我的同学们以及各位朋友们说一声谢谢。  这次的毕业设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;
    训练综合运用钢结构设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;
    巩固、加深和扩展有关钢结构设计方面的知识等方面有重要的作用。  写作毕业论文是一次再系统学习的过程,毕业论文的完成,同样也意味着新、生活的开始。希望在新的生活中可以取得更大的进步。

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