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

本科毕业设计 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; joint136本科毕业设计 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1章 基本资料和设计依据1、 工程概况- 22、 设计原始资料- 23、 设计内容和要求- 24、 计算内容- 25、 图纸要求- 3第2章 厂房结构选型及布置1、 结构选型及方案论证- 3第3章 建筑设计1、 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本科毕业设计二、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- 113、 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- 375、 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本科毕业设计八、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- 509、 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- 5410、 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第 136 页 共 143 页本科毕业设计前 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2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16mm) 此时,两边支承类端板(端板外伸时) 取端板厚t=20mm。5.1.3 节点域剪力验算 满足要求。5.2 梁梁节点设计 图5-2梁梁节点形式图5.2.1 螺栓连接螺栓计算采用10.9级，m24摩擦型高强螺栓，构件接触面经喷砂后涂无机富锌漆，预拉力p225kn。抗滑移系数查表得：，这里有。螺栓所受的最大拉力：每个螺栓承受剪力: 每个高强度螺栓的抗剪及抗拉承载力设计值为: 故强度设计满足。5.2.2 端板计算端板厚度t(假设t16mm) 此时,两边支承类端板(端板外伸时) 取端板厚t=25mm。5.3 柱脚节点设计a柱脚的最大反力为：m=0，n=-258.53kn,v=-34.42kn。基础混凝土抗压承载力，锚栓采用4m201柱脚内力计算 底板反力 底板厚度计算：按一边支撑计算 ，因此采用25mm。2抗剪连接件计算 抗剪承载力满足要求，不需要设置抗剪件接件。b柱脚的最大反力为：m=0，n=-371.78kn,v=8.51kn。基础混凝土抗压承载力，锚栓采用4m201柱脚内力计算 底板反力 底板厚度计算：按一边支撑计算 ，因此采用28mm。2抗剪连接件计算 抗剪承载力满足要求，不需要设置抗剪件接件。5.4 牛腿节点5.4.1 荷载计算作用于牛腿根部的剪力v、弯矩m分别为： ，焊缝：上翼缘采用对接焊缝，下翼缘与腹板采用直角焊缝，取。 牛腿根部的净截面特征： 下翼缘外边截面形心处 上翼缘对形心的面积距 5.4.1 牛腿与柱连接焊缝计算 翼缘采用对接焊缝，其受力为牛腿上翼缘焊缝 ：牛腿下翼缘焊缝：腹板采用两条角焊缝， 腹板的焊缝：六、墙梁设计墙梁跨度，下设1200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q235钢。屋面坡度，基本风压标准值。墙梁荷载标准值：墙体自重：；迎风风载：；背风风载：。 图6-1 墙梁内力图6.1 荷载计算6.1.1 墙梁所受荷载设计值竖向： 水平：，6.1.2 墙梁所受荷载标准值竖向：水平：，6.2 内力分析6.2.1 竖向荷载产生的弯矩由于墙梁中间设一道拉条，可视为墙梁支撑点，弯矩如下： 6.2.2 水平荷载产生的弯矩墙梁承担水平方向荷载作用下，按单跨简支梁计算内力，则：迎风：背风：6.2.3 剪力计算在竖向荷载作用下，两跨连续梁的最大剪力 水平方向的剪力按单跨简支梁计算：迎风：背风：6.3 截面选择与验算由初选墙梁截面c 型钢16070203，其截面特性： 6.3.1 各组成板件有效截面考虑到墙梁在跨中处设一道拉条，墙梁需开孔，统一考虑0.9的折减系数，则有效净截面抵抗矩为： 6.3.2 强度验算正应力：根据公式迎风 背风 剪应力 竖向剪应力 水平剪应力 故墙梁的弯曲正应力，剪应力强度均满足要求。6.3.3 稳定验算 背风时，墙梁的主要受压翼缘无约束，需按下式验算稳定性： 已知， 拉条不能作为侧向支撑， 查表知 整体稳定满足要求。6.3.4 挠度验算 竖向：按两跨连续梁计算 水平方向：按单跨简支梁计算 6.4 拉条计算当在跨中处拉一道拉条时，拉条所受拉力： 拉条所需截面积：按构造选用18拉条，截面面积50.3，它可承担6根墙梁的竖向支撑作用。七、砖墙下基础梁的设计7.1 纵向砖墙下基础梁的设计基础梁界面：，采用c30混凝土，hpb235级钢筋。查得： 。7.1.1 基础梁荷载24墙（双面抹灰）单位面积重：基础梁顶面荷载为：则：不需配筋计算。7.1.2 正截面受弯承载力计算 可以选用316， 可以。7.2 山墙砖墙基础梁设计 山墙下基础梁的设计与纵墙下的基础梁设计相同。故截面和配筋完全相