钢结构农厂机械厂生产车间毕业设计开题报告.doc

毕业设计开题报告课题：方强农场机械厂生产车间设计 专 业 土木工程（建筑工程） 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 1 本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述钢结构厂房在我国工业建筑中应用越来越普遍，并逐渐向复杂化、大型化、多功能化方向发展，实际工程中出现的一批下部为框架上部为门式刚架混合结构形式的钢结构厂房就是其中代表之一。这类厂房综合了框架结构和门式刚架的特点：下部由于布置设备、仓储、办公等的需要，往往做成框架结构；而上部结构只需承担屋面荷载（有时承受起重量较小的吊车荷载），并需要大空间，因而可布置成门式刚架。方强农场机械厂生产车间就是这样一个结构形式，下部钢框架，顶层门式刚架，为四类金工车间，总建筑面积6000m2左右，建筑层数4层，抗震设防烈度为7度，第二组，设计地震加速度0.15g，场地为类，地面粗糙度B类。该地区常年多东南风，基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.35kN/m2，平均年降水量1000mm左右。在1855年英国人发明贝氏转炉炼钢法后，强度高且韧性好的钢材在建筑材料领域迅速发展，并发展成为金属结构的主要材料。20世纪初焊接技术以及1943年高强度螺栓连接的出现，更极大地促进了钢结构的发展，使其成为土木工程领域最重要的结构体系之一。传统的工业厂房通常采用钢筋混凝土结构及砌体结构，但这类厂房施工周期长、抗震性能差、对基础的要求高，且较难做成大跨度车间。而相比之下，钢结构厂房具有刚度大、承载力高、自重轻、抗震性能好等优越的结构性能以及工业化制作程度高、施工周期短、环境污染少、大空间分隔灵活、易于改造和加固以及钢材可回收等优点。从而在现代大型工业建筑中得到了越来越广泛的应用，关于钢结构厂房的设计也成为了研究的热点。国外钢铁工业的发展及对钢结构体系本身的研究起步较早，钢结构厂房的出现远早于国内。中国古代在金属结构方面虽有卓越成就，但由于长期受封建制度的束缚及近代帝国主义的侵略，钢结构发展缓慢。钢结构厂房在我国的应用则是随着国民经济的发展和钢材生产量的不断扩大而慢慢发展起来的。建国以前，国民经济落后，冶金工业基础薄弱，规模很小，只有鞍山、本溪和大冶等地的极少数的冶金厂是采用钢结构体系。到了20世纪50年代，仍然由于冶金技术的限制造成钢材短缺，致使钢材一般只用在钢筋混凝土不能替代的地方。虽然钢结构厂房发展缓慢，但是它所展示出的优势却非常明显，这在很大程度上促进了它的应用。20世纪60年代到70年代期间，在包头、鞍山、武汉等等这些地方逐渐建成了一系列跨度大、吨位大的全钢厂房，这替钢结构厂房的发展积累了许多珍贵的经验。到了20世纪8090年代，国家的冶钢技术不断取得突破，我国钢结构厂房的发展同样随着大批复杂大型的全钢厂房的破土而出迈入了新阶段。钢结构厂房具有以下共同特点：大跨度、大开间，空间布置灵活；承载能力高，抗震性能好；钢材材质均匀，力学计算假定的合理性；工业化程度高，符合可持续发展的要求；耐热不耐火，防腐蚀性能差等。钢结构厂房一般采用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢等钢材，根据厂房能承受的吊车荷载吨位人们习惯将钢结构厂房主要分为重型钢结构厂房和轻型钢结构厂房，根据厂房的结构层数人们又习惯将钢结构厂房分为单层钢结构厂房和多层钢结构厂房。随着炼钢技术的不断发展以及钢产量的增加，重型钢结构厂房得到了广泛的应用。该类厂房虽然耗钢量比较大，但是其车间内可以设有大吨位吊车，厂房可以经受住强动力作用，所以对于具有特殊要求的重型工业厂房它是非常适合的，如炼钢车间、轧钢车间、大型冶炼车间等。轻型钢结构厂房结构构件采用较薄的板件，自重轻，用钢量低，施工速度快，其中门式刚架钢结构是最为典型的轻型钢结构，也已经成为现代工业建筑中应用最为广泛的结构形式之一。 从需求以及厂房特点等方面考虑，单层钢结构厂房依然是主要的的结构形式之一。单层厂房形成的空间大、布置灵活、施工速度快，非常适于采用钢结构体系。一般而言，单层钢结构厂房采取的结构形式是由一系列的横向平面承重结构用支撑构件联成空间整体，这非常有利于形成厂房的大空间。在这种结构形式中外荷载主要由横向平面承重结构承担，纵向水平荷载由支撑构件承受和传递。但是横向平面承重结构又可有多种形式，最常见的为横梁与柱刚接的门式刚架和横梁（或桁架）与柱铰接的排架，其中轻型门式刚架是单层钢结构厂房中最常用的结构形式之一。轻型门式刚架是以横向平面门式刚架为承重结构，配套轻型屋盖和墙体维护结构，以及相应的支撑系统所组成的结构体系。随着对工艺技术的要求越来越高，对功能的要求越来越多，这种结构体系在设计上也就逐渐走向复杂化，现在已经有大批设计复杂的这种轻型门式空间结构投入到实际应用中，例如夹层门式刚架，上部结构为门式刚架下部结构为框架的混合结构等等。框架上门式刚架钢结构由下部框架及顶层门式刚架组成，通常下部框架柱与基础刚接，框架梁柱双向刚接，顶层门式刚架纵向往往通过柱间支撑、屋面支撑、刚性系杆、檩条墙梁等组成空间刚性结构。框架上门式刚架钢结构综合了钢框架与门式刚架结构的特点：(1)下部结构由于功能需要，按钢结构框架进行设计，因此下部框架双向刚度均匀，整体性好，能适应复杂工艺设备布置的要求；上部结构只承担屋面的荷载且上部门式刚架能提供大空间，故通常采用轻型屋面，截面也可以做得较小，节省钢材，但其抗侧刚度尤其是纵向抗侧刚度差，故必须通过支撑、系杆等一系列构件将其连成整体，抵抗纵向水平力。(2)对于框架上门式刚架钢结构，下部框架与上部门式刚架的设计应区别对待。顶层可按门规来进行控制分析，下部框架则按钢规进行控制分析。同时，还需考虑上下不同结构形式之间的相互作用和影响，以及上部结构的柱间支撑、屋面支撑及系杆等受力构件对结构整体刚度的影响，应做一个整体空间来分析计算。下部框架及顶层门式刚架的布置，可参考有关钢框架、门式刚架结构布置的内容。但是，由于此类结构有其特殊性，尤其是上、下部受力性能具有明差异，导致其变形不协调，因此在进行结构布置时应特别注意，通过合理设置支撑体系等方法来调节结构上下部的刚度差异，使下部框架与顶层门式刚架能协同工作。在抗震设防地区，此类结构宜设置多道抗震防线，使结构体系适应由支撑梁柱的屈服顺序机制。国外，工业发达国家钢结构厂房的应用和研究较成熟，但大多是针对某一单方面问题的研究，如轻钢钢板蒙皮效应的研究，或者关于某些构件或节点的研究，如梁柱端板连接节点的研究，对钢结构厂房体系的研究，也多限于单层厂房，或多层钢框架的设计研究。 在国内，钢结构厂房体系的应用和研究起步较晚，主要是在引进国外相关资料和软件基础上发展起来的。许多研究人员都只是对各类钢结构厂房设计中出现的较为特殊的问题进行研究，如带摇摆柱的门式刚架的稳定性研究，工字形截面构件腹板屈曲后强度的研究，带吊车厂房门式刚架柱计算长度的研究。国内外对于框架上门式刚架钢结构这种结构体系的研究较少。近年来，虽然中国建筑科学研究院开发的PKPM软件为框架上门式刚架钢结构提供了一套三维整体分析设计的方案，同济大学开发的MTS建筑钢结构设计系统推出了空间门式结构辅助设计模块，另外，也有一些文献为此类结构的设计提出了一些见解和设计思路。但是，在实际应用中，仍存在许多需要特别注意的地方。由于框架上门式刚架钢结构在我国工业建筑中应用得越来越多，但是我国还没有相关规范对这类结构进行具体的规定，导致目前设计人员不知道如何处理这类结构的设计，建议我国规范增加相应条文来具体指导该类结构的设计；同时对于框架上门式刚架钢结构变形限值尤其是柱顶水平位移容许值，该取多少，一般工程偏安全地按钢结构设计规范取值，而在实际操作中这类结构的柱顶水平位移限值是否还可以适当放松，值得进一步探讨。综上所述，我国钢结构厂房产业具有广阔的发展空间，尤其是下部为框架上部为门式刚架的钢结构厂房，这是我选择这个毕业设计课题的重要原因，它能为我以后从事钢结构方面的工作提供一个实践的机会，而且这个课题设计把钢框架与门式刚架结合起来，能使我对钢结构的知识有更深的理解。通过这个毕业设计还能提高我对结构进行合理分析与设计的能力，能让我更好的运用书本知识，同时在设计的过程中更能提高我分析与解决问题的能力，为以后的工作打下一个好的基础！2 设计的基本内容、重点、难点问题和拟采用的研究方法2.1 设计内容方强农场机械厂生产车间的建筑设计、结构设计和简单的施工组织设计2.1.1建筑设计a.总平面设计：总平面布置的内容，安排建筑物的具体位置，标明道路、绿化、停车位；标出相互位置尺寸；总平面布置时，楼前应留有适当的停留空地，满足停车车位的要求。总平面布置按建设地点总平面布置。b.总平面图：按1:500的比例绘图。c.各层平面图：标明开间与进深（柱网）轴线尺寸，画出墙、柱、楼梯、门窗及门的开启方向，底层平面画出散水，室外台阶，画出尺寸线，标注剖切符号。注明图名，比例尺、指北针等。d.典型剖面图：要求表明剖到的板、梁、柱的结构构造关系，檐口处理，门窗口处理构造，勒脚，散水，室内外高差，轴线及看到的部分尺寸，标高，标图名，比例尺，要求剖到楼梯。使用提供的图例，加以必要的说明。e.主要立面图：包括正立面及侧立面图，注明饰面材料及色彩。f.节点构造详图g.画外墙墙身详图1张h.楼梯平面图2.1.2结构设计a. 基础平面布置图及详图b. 各层梁、板布置图c. 框架柱、梁详图d. 各层楼板图e. 主框架详图 f. 支撑布置图及支撑详图g. 其他构件详图h. 锚栓布置图 i. 节点详图j. 墙面檩条拉条布置图2.1.3施工组织设计2.2 重点、难点问题a.总平面设计b.节点的构造设计c.节点的计算d.结构的受力分析e.楼梯梁的计算2.3 实物内容及要求2.3.1 结构设计计算书a、建筑设计说明介绍方案概况及主要技术经济指标；总平面设计-合理地布置建筑的外部使用空间；建筑平面设计-有机地组合内部使用空间。b、结构设计说明工程概况；设计过程；结构方案及布置；构件初估；荷载计算；内力计算及组合；构件及节点设计；基础设计。计算书要求书写整齐，文字简练，程序清晰，数据准确。计算部分可采用表格化。c、施工组织设计2.3.2 图纸建筑施工图（9-12张A2施工图）结构施工图（16-20张A2施工图）2.3.3 专业技术文献翻译要求翻译一篇本专业技术文献资料（3000汉字以上），原件和译文一同放进毕业设计材料袋。2.4 研究方法a.结构理论按照“强节点弱构件”、“强柱弱梁”、“强剪弱弯”的思路研究概率极限状态法：荷载能力极限状态、正常使用极限状态边缘纤维屈服准则、全截面屈服准则、部分发展塑性准则b.到工程现场实习参观c.计算机辅助设计3 完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法3.1 参考文献1 建筑设计资料集1、2、3M.北京：中国建筑工业出版社.2 GB50011-2010建筑抗震设计规范S.3 GB/T 50105-2001，建筑制图标准S.4 GB 500092012，建筑结构荷载规范S.5 GBJ 500172003，钢结构设计规范S.6 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002).北京:中国计划出版社,2003,80-83.7 轻型钢结构设计指南M.北京：中国建筑工业出版社，2004.8 房屋建筑学Z. 北京：中国建筑工业出版社，2003.9 陈绍蕃.钢结构M. 北京：中国建筑工业出版社，2003.10 GB 50205-2001， 钢结构工程施工及验收规范S.11 钢结构设计手册M.北京：中国建筑工业出版社，2004.12 张永.大型钢结构工业厂房的结构体系及设计思路.Chinas ForeignTrade,2011(16),30-333.2 计算机辅助设计a、Auto CADb、天正建筑c、结构力学求解器d、PKPM3.3解决的办法a.去图书馆借阅相关参考书籍b.借助绘图软件c.借助力学求解器d.遇到不会的与同学讨论，也可以去问老师e.参考有关文献（图纸资料）4 设计工作进度计划起讫日期工 作 内 容备 注第3周明确任务要求、完成开题报告、英文翻译、第4周总平面图设计