土木工程轻型门式刚架毕业设计

辽宁科技大学本科生毕业设计第 I 页长春天缘集团加工间建筑结构设计摘 要本随着我国工业的快速发展和钢结构技术的进步与更新，门式钢架结构逐步取代了传统的钢筋混凝土排架结构或砖排架结构，尤其是大型工业厂房的结构设计。本设计是单层单跨门式刚架结构，门式刚架是典型的轻型钢结构，它具有造价低、重量轻、安装方便、施工周期短等优点。设计内容主要包括建筑设计和结构设计两个部分，其中，建筑设计包括厂房平面、立面、剖面设计，结构设计包括构件选型、檩条设计、墙梁设计、刚架设计、构件验算、节点设计、抗风柱设计、基础设计。刚架内力计算后，根据情况进行组合，并用 PKPM 软件进行了校核。本设计通过正确的设计思路和严谨的设计方法，达到了结构的安全性、适用性、耐久性要求。通过对门式刚架的探讨，并总结几点应注意的问题。关键词：门式刚架、建筑设计、结构设计、内力计算与组合、PKPM辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页The architectural and structural design of processing workshop in Changchun Tianyuan GroupABSTRACTWith Chinas rapid industrial development and technological progress and update steel,portal frame structure gradually replaced the traditional structure of reinforced concrete or brick bent bent structure, especially in the structural design of large industrial plants. This design is a monolayer and single span portal frame structure. The typical portal frame light steel structure, it has a low cost, light weight, easy installation, short construction period. The design content mainly includes the architectural design and structural design of two parts, among them, the architectural design including building plane design, elevation design and section design, structural design including component selection, purlin design, wall beams design, frame design, component calculation and node design, wind column design, foundation design, etc. Internal force is calculated and combined according to the situation, with the results were checked by PKPM software. Through correct design thinking and rigorous method, this design finally meets the requirements of the safety, applicability and durability of the structure. This article, discussion, and summarize a few points should be noted that the problem through the door frame.Key words：portal frame structure; architectural design; structural design; internal force calculation and combination; PKPM辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页目 录1 绪论 .11.1 门式刚架特点 .11.2 国内外轻型门式刚架结构研究现状 .21.3 本文所做工作 .32 设计资料 .52.1 工程概况 .52.2 设计原始资料 .53 建筑设计 .63.1 建筑平面设计 .63.1.1 柱网布置与定位轴线.63.1.2 支撑布置 .63.1.3 屋盖布置 .63.1.4 构造措施 .63.2 剖面设计 .63.2.1 厂房高度的确定 .73.2.2 采光设计 .73.2.3 通风设计 .83.2.4 厂房的保温隔热设计.83.2.5 构造措施 .83.3 建筑立面设计 .84 构件选型 .94.1 压型钢板选择 .94.2 柱截面选择 .94.3 梁截面选择 .94.4 檩条选型 .94.5 拉条的设置 .10辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页4.6 吊车梁选型 .10 4.7 钢轨型号 .105 檩条设计 .115.1 屋面檩条 .115.1.1 计算简图 .115.1.2 荷载计算 .115.1.3 内力计算 .12 5.1.4 截面选择 .135.1.5 强度验算 .145.1.6 稳定性验算 .145.1.7 挠度计算 .155.1.8 刚度验算 .15 5.2 墙梁 .155.2.1 墙面布置 .155.2.2 荷载计算 .155.2.3 内力计算 .16 5.2.4 有效截面计算 .165.2.5 净截面模量计算 .195.2.6 强度验算 .195.2.7 稳定性验算 .195.2.8 挠度计算 .20 6 刚架设计 .216.1 计算简图 .216.2 梁柱截面特征 .226.3 荷载计算 .226.3.1 屋面恒载计算 .22 6.3.2 屋面活载 .236.3.3 其它.23辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页6.3.4 风荷载 .236.3.5 吊车荷载 .246.4 内力计算及组合 .246.4.1 恒载作用下内力图 .24 6.4.2 活载作用下内力图 .296.4.3 风荷载作用下内力图.316.4.4 吊车横向荷载作用下内力图 .386.4.5 吊车竖向荷载作用下内力图 .43 6.4.6 内力组合 .507 构件验算 .547.1 构件宽厚比的验算 .547.2 刚度验算 .557.3 有效截面特性 .567.3.1 柱有效截面特性 .56 7.3.2 梁有效截面特性 .577.4 强度验算 .587.5 稳定性计算 .587.6 位移计算 .598 节点设计 .618.1 梁柱节点设计 .618.1.1 连接螺栓计算 .618.1.2 端板厚度计算 .628.1.3 节点域剪力验算 .638.1.4 端板螺栓处腹板强度验算 .63 8.2 梁梁节点设计 .638.2.1 连接螺栓计算 .638.2.2 端板厚度计算 .648.2.3 节点域剪力验算 .65 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页8.3 牛腿节点 .659 基础设计 .679.1 基本资料 .679.2 作用于基础顶面上的荷载计算 .679.3 基础尺寸及埋置深度 .689.4 验算持力层地基承载力.699.5 基础高度验算 .699.6 基础底板配筋计算 .719.7 杯壁配筋 .7410 抗风柱设计 .7510.1 荷载计算 .7510.2 柱截面选择 .7510.3 内力分析 .7510.4 强度验算 .7610.5 稳定性验算 .7610.5.1 平面内稳定性 .7610.5.2 平面外稳定性 .7710.5.3 位移验算 .7710.6 抗风柱基础设计 .7710.6.1 基本资料 .7810.6.2 作用于基础顶面上的荷载计算 .7810.6.3 基础尺寸及埋置深度 .7910.6.4 验算持力层地基承载力 .7910.6.5 基础高度验算 .8010.6.6 基础底板配筋计算.8111 PKPM 校核 .8211.1 设计主要依据.8211.2 结果输出 .82辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页结论 .98致谢 .99参考文献 .100辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 门式刚架特点（1）用钢量少，自重量轻门式钢架轻钢结构采用防水、维护一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料组成，大大减轻结构本身的荷载重量。其承重构件普通采用高强钢材，这样可以有效减轻结构自重。通常门式钢架轻钢结构的重量只有钢筋混凝土结构的 1/81/10，是普通钢结构重量的 1/21/3,充分体现了新材料的优势。（2）适用性强，设计符合美观、经济、实用的原则相对于传统的钢架而言，门式轻型钢结构从跨度、柱距布置灵活，单跨、多跨等方面可随意组合。这些组合可应用于不同工艺、不同规模、不同用途的各类建筑中，表现出了极大的适应能力。钢架结构一方面外观新颖别致，可塑性极强，富有时代感；另一方面造价合理，投资见效快，综合效益好，空间使用率高，在各个建筑施工中基本都可以使用。（3）钢架结构施工速度快、周期快钢构件工厂生产具有效率高，生产精度高，产品质量稳定的特点，在实际工地拼装中，施工简便迅速、施工工期短，例如一栋 500010000 的单层工业厂房仅需 3 个2m月工期就可以完成钢架结构施工。1.2 国内外轻型门式刚架结构研究现状钢结构厂房是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构厂房占非住宅建筑投资的 50%以上。目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的厂房结构模式产生较大冲击。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。钢结辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页构工业化、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。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。多年来，我国一些厂房建设主要是粗放性建设，一些建筑以现场手工湿作业生产方式为主，不仅生产率低、建设周期长，而且能耗高、环境压力大，一些厂房、住宅的质量和性能难以保证，寿命周期难以实现，而轻型钢结构厂房解决了上述难题，这一钢结构厂房形式不仅能够给用户营造更舒适，安全的使用空间，而且在提高厂房建设质量和产业化方面可发挥重要的、积极的作用。钢结构厂房鉴于经济性、安全性能(抗震、防火)以及耐久性能的综合考虑，越来越多的企业厂房开发商转而经营轻钢结构厂房，钢结构厂房的价值很快得到普遍认可，钢结构在美国建筑市场上占着很大的比例，虽然国情不同，但也可以看出钢结构厂房已经成为未来厂房的发展方向。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页随着国民经济的迅速的发展，人们对建筑建造方面的要求越来越高，对安全、舒适、健康、绿色等高品质的需求越来越强烈，钢结构厂房满足了人们对理想厂房的要求，与此同时，近年来我国建筑政策一直以节能、产业化为导向，因此，在这样的背景下，我国有很多相关责任人先后出台了一系列推动轻钢结构厂房发展的产业扶持政策。在我国相关会议上，关于推进厂房产业现代化，提高钢结构厂房质量,提出要积极开发和推广使用钢结构厂房，正式认可了这一建筑结构形式，明确树立了建筑节能节地、节水、节材、的目标，钢结构厂房成为了新型开发的新起点。目前，国内钢材产量充足，有了一批轻型钢结构厂房建设经验和科技成果，钢