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1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章 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、公路(铁路)库、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。近年来，随着
2、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，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
3、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
4、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。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
5、主要设计思路和设计方法。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。本次毕业设计得出如下结论：1. 本设计条件：跨度21m，柱距6m，纵向长度72m，檐口高度10.750m。 2.通过本次课程设计，对钢结构设计有了一个更加清楚地认识，掌握了檩条布置、基础布置的相关原理，构件设计、节点设计的分析关键，更加明白要熟悉规范，理解规范，执行规范。第2章 檩条设计本厂房为封闭式建筑，屋面材料为彩色钢板岩棉夹芯板；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。2.1 荷载标准值（对水平投影面）2.1.1 永久荷载标准值 彩色钢板 KN/m檩条及支撑
6、 KN/mKN/m2.1.2 可变荷载标准值屋面均布活荷载0.3KN/m，雪荷载0.3KN/m，计算时取两者的较大值0.3KN/m；基本风压0.45KN/m。2.2 截面选择选用C 图2-1 檩条 ，近似取215N/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： 2.3 内力计算2.3.1 永久荷载与屋面活荷载组合檩条线荷载: 弯矩设计值： 2.3.2 永久荷载与风荷载组合风荷载高度变化系数, 体型系数取第一迎风坡垂直屋面的风荷载标准值檩条线荷载: 弯矩设计值： 2.4 强度验算屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，计算、点的强度为： =
7、= 满足要求。2.5 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。2.6 挠度计算按恒载+活载标准值考虑： 满足要求。2.7 构造要求 故此檩条在平面内外均满足要求。第3章 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。3.1 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，吊车梁自重影
8、响增大系数取1.03竖向计算轮压P=P=582.93 横向水平力 H=21.55 3.2 内力计算3.2.1 吊车梁的最大弯矩及相应剪力a=4.8m,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=1.2m.此时最大的弯矩为:M=648.45相应剪力 V=3.2.2 吊车梁的最大支座剪力 3.2.3 吊车梁最大水平弯矩 M3.3 截面选择吊车梁选用大重新型6.0M吊车梁。起重量：10/50T。吊车梁型号：GDL6-13截面3.4 截面特性 W= W上翼缘对y轴的特性：I W下翼缘对y轴的特性：I W腹板对y轴的特性：I W3.5 强度验算正应力计算
9、： 上翼缘正应力为 下翼缘正应力为突缘支座剪应力： 腹板的局部压应力：吊车轨道型号为QU80, 轨高h,集中荷载在腹板计算高度上边缘的分布长度l折算应力：=204.14N/mm0.6用代替=125.46N/mm16mm) 此时,两边支承类端板(端板外伸时) =6.59mm 取端板厚t=25mm。6.1.3 节点域剪力验算 满足要求。故不需在节点域设置斜加劲肋,按构造要求增加斜加劲肋-。6.1.4 端板螺栓处腹板强度验算在端板设置螺栓处,应满足,此时， 满足要求。估不需设置腹板加劲肋。6.2 梁梁节点设计 图6-2梁梁节点形式图6.2.1 螺栓连接螺栓计算采用10.9级，M24摩擦型高强螺栓，构
10、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 。6.2.2 端板计算设端板厚度t16mm, ，两边支承类端板厚度即为 mm取t=28mm。6.2.3 端板螺栓处腹板强度验算 故不需设置腹板加劲肋。6.3 牛腿节点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，采用引弧板。焊缝面积：上翼缘 腹板 下翼缘 形心位移：牛腿上翼缘焊缝 ：牛腿下翼缘焊缝：下翼缘在F作用下的强度：腹板的焊缝：第7章 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
11、承受墙面板传来的风压力与风吸力，墙梁间距1.5m,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。墙梁荷载标准值：墙体自重：；墙梁自重：；迎风风载：；背风风载：。 图7-1 墙梁内力图7.1 荷载计算7.1.1 墙梁所受荷载标准值竖向：水平： 7.1.2 墙梁所受荷载设计值竖向：水平： 7.2 内力分析7.2.1 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，弯矩如图所示：7.2.2 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：7.2.3 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
12、支梁计算：迎风：背风：7.3 截面验算由初选墙梁截面C 型钢，其截面特性： 7.3.1 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：；7.3.2 强度验算正应力：背风时墙梁所受弯矩较大故墙梁的弯曲正应力满足要求。7.3.3 稳定验算挂板与墙梁连接有可靠保证，故不需计算墙梁的整体稳定性。7.3.4 刚度验算风荷载标准值： 刚度满足要求。7.4 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110拉条，截面面积78.5，它可承担3根墙梁的竖向支撑作用。7.5 横向墙梁设计因横向墙梁所承受的荷载比纵向墙梁所承受
13、的小，故不必进行计算，可直接采用与纵向墙梁相同的型钢。第8章 砖墙下基础梁的设计8.1 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： 。8.1.1 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。8.1.2 正截面受弯承载力计算 可以选用316， 可以。8.2 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同。第9章 柱间支撑设计9.1 风荷载内力 ，风压高度变化系数，体型系数（山墙迎风面），中柱上柱支撑承受山墙传来的风荷载为： 中柱下柱支撑承受的风荷载为：中柱吊车纵向水平制动力（一台吊车，每侧
14、两个刹车轮）为：9.2 柱间支撑的内力计算上柱K形支撑杆件内力（考虑了抗风柱的影响） 图9-1 K形支撑 下柱十字形支撑杆内力9.3 杆件截面选择9.3.1 上柱间支撑采用等边角钢，计算长度上柱容许长细比 所需回转半径，采用单角钢支撑（ ）。 杆件与节点板以角焊缝连接，所需焊缝长度为，每边按构造取=40mm。9.3.2 下柱间支撑采用双角钢拼接（节点板厚度取10mm）， 下柱，所需的回转半径为 ，选用所需焊缝长度 每条焊缝长度为 按构造要求取为55mm。9.4 柱间刚性系杆计算所需选用焊接无缝圆钢管 t=4.0mm, i=2.27cm, A=8.04cm 查表得满足稳定性要求。第10章 抗风柱
15、设计抗风柱与屋架斜梁及基础均采用铰接，柱距7.0m。10.1 荷载计算 图10-1抗风柱计算简图10.1.1 风荷载作用迎风面：背风面：10.1.2 轻质墙面及柱自重 10.2 柱截面选择柱子选用热扎轻型I字钢：I36c10.3 内力分析采用迎风面荷载计算10.4 构件强度验算10.5 稳定性验算10.5.1 平面内稳定性 按A类截面查表得： 取 满足要求。10.5.2 平面外稳定性取， 按A类截面查表得： 满足要求。10.5.3 位移验算风荷载标准值： 满足要求。10.6 抗风柱柱脚计算柱与柱脚底板的连接焊缝为周边角焊缝连接并连续施焊；柱脚落在混凝土强度等级C30的基础短柱上。10.6.1
16、柱脚底板内力设计值 10.6.2 计算指标锚栓采用：Q235B，底板厚度： 柱与柱脚的连接角焊缝：混凝土采用C30级，抗压强度设计值：； 混凝土强度影响系数：。取： 则： 图10-2抗风柱柱脚图在铰接柱脚中，锚栓不需计算，仅需按构造要求取用，因受力很小，故可取锚栓直径d24mm。10.6.3 柱脚底板下混凝土局部受压计算底板下混凝土反力：混凝土局部受压时的强度提高系数：则：10.6.4 底板下后浇层抗剪承载力计算 水平抗剪承载力： 故满足要求。10.6.5 柱脚底板厚度计算 板段弯矩： 图10-3板段尺寸，按悬臂长度 的悬臂板计算其板段弯矩：柱脚底板厚度：按构造要求选用t16mm。焊缝采用周边
17、围焊，焊角尺寸采用。10.7 抗风柱基础设计砖墙下基础梁简支在抗风柱基础上。采用柱下独立基础，取控制内力：，工程地质及水文地质资料：地基容许承载力：； 最高地下水位：自然地坪下1.00m；地下水性质：有弱硫酸盐侵蚀； 地面土质：盐碱土；自然地面绝对标高： 6.00m； 相对标高：-0.300m；地震基本烈度：7度。故采用基础埋深d=1.0m，混凝土强度等级C30，HPB235级钢筋，查得： 。10.7.1 基础底面尺寸确定令，初选底面积：A取。10.7.2 验算荷载偏心距e基底处的总竖向力：基底处的总力矩： 偏心距： 10.7.3 验算基底最大压力和最小压力 满足要求。10.7.4 基础高度验
18、算因基础受轴力很小，按构造取值，即基础底板，锥体高。基础上柱截面尺寸由抗风柱脚板设计可知：ajkpblNp.44.1221.88.25=基础上柱截面尺寸由抗风柱脚板设计可知：图10-4基础形式及高度基础净反力设计值：基底最大净反力设计值：取，则：冲切力：抗冲切力：符合要求。10.7.5 基础底板配筋计算因轴力很小，底板按构造配筋：沿长边方向采用10200,;沿短边方向采用10200,。 图10-5基础配筋图第11章 柱脚设计11.1左边柱柱脚柱尺寸：8503601214，锚栓钢材为Q345，柱与柱脚底板采用完全焊透的对接焊缝，柱脚落在C30的14001000基础短柱上，底板厚度为30mm，锚栓
19、强度为：，混凝土强度影响系数：，混凝土弹性模量，抗压强度为。内力11.1.1柱脚底板厚度的验算图11-1柱脚底板的初选截面如图：按三边支撑的板计算，查表得弯矩系数：其板段弯矩：（）柱脚底板厚度厚度满足要求。11.1.2锚栓验算，因此要验算锚栓受拉是否满足条件。锚栓为6M48，总有效面积受压区高度：锚栓受拉强度验算：满足要求。11.1.3混凝土局部受压计算：混凝土局部受压时的强度提高系数地板下细石混凝土二次浇注层抗剪承载力计算水平抗剪承载力：满足要求。沿柱边周边采用完全焊透的连接焊缝，不必进行焊缝强度验算。11.2中柱柱脚柱尺寸：8503601214，锚栓钢材为Q345，柱与柱脚底板采用完全焊透
20、的对接焊缝，柱脚落在C30的14001000基础短柱上，底板厚度为30mm，锚栓强度为：，混凝土强度影响系数：，混凝土弹性模量，抗压强度为。内力11.2.1柱脚底板厚度的验算图11-2柱脚底板的初选截面如图：按三边支撑的板计算，查表得弯矩系数：其板段弯矩：（）柱脚底板厚度 厚度满足要求。10.2.2锚栓验算，因此要验算锚栓受拉是否满足条件。锚栓为6M48，总有效面积受压区高度：锚栓受拉强度验算：满足要求。11.2.3混凝土局部受压计算：混凝土局部受压时的强度提高系数地板下细石混凝土二次浇注层抗剪承载力计算水平抗剪承载力：满足要求。沿柱边周边采用完全焊透的连接焊缝，不必进行焊缝强度验算。11.3
21、右边柱柱脚柱尺寸：8503601214，锚栓钢材为Q345，柱与柱脚底板采用完全焊透的对接焊缝，柱脚落在C30的14001000基础短柱上，底板厚度为30mm，锚栓强度为：，混凝土强度影响系数：，混凝土弹性模量，抗压强度为。内力11.3.1柱脚底板厚度的验算图11-3柱脚底板的初选截面如图：按三边支撑的板计算，查表得弯矩系数：其板段弯矩：（）柱脚底板厚度满足要求。11.3.2锚栓验算，因此要验算锚栓受拉是否满足条件。锚栓为6M48，总有效面积受压区高度：锚栓受拉强度验算：满足要求。11.3.3混凝土局部受压计算：混凝土局部受压时的强度提高系数地板下细石混凝土二次浇注层抗剪承载力计算水平抗剪承载
22、力：满足要求。沿柱边周边采用完全焊透的连接焊缝，不必进行焊缝强度验算。第12章 钢架柱基础短柱基础短柱都采用14001000，所以控制荷载统一取最大值对称配筋，取三类环境，；纵筋采用HRB335，。且小于，令410810032每边配置320，；箍筋采用8100，锚固长度：将下端做成直钩放在基础底板钢筋网上，箍筋沿纵筋全长布置。截面高度大于600mm，应设纵向构造钢筋，钢筋直径取一边，并加附加箍筋。图10-1第13章 钢架柱基础设计13.1左柱基础顶面内力为：柱底板尺寸为1220580，基础顶面标高为。基础混凝土标号为C30，按刚性基础设计，底板配筋的构造筋。地质情况，用卵石层作为持力层，地基承
23、载力为285kpa，最高地下水位-4.0m，故基础的埋置深度取1.8m。基础梁截面尺寸为25035013.1.1基础荷载：基础梁自重：墙板重： 1.2m砖墙重：13.1.2地基承载力设计值查规范得 土的加权平均密度，基础短柱高0.5m（先默认b小于3m，按照建筑地基基础设计规范此时下式中b取3m）13.1.3确定基础尺寸因为存在偏心，基础底面积考虑增大30%，即为，柱脚底板尺寸为1220580，长短边之比，所以长边，由则取，则，且，故不用修正。验算持力层的承载力基础和回填土重：偏心距：即，产生拉应力，不满足，故应重新扩大基础底面，则取,则。基础和回填土重：偏心距：还是不满足要求，需再扩大底面。
24、基础和回填土自重：偏心距：所以基础底面尺寸为2.55.5m（取整）满足刚性基础要求，故不进行冲切验算。13.2中柱基础基础顶面内力为：柱底板尺寸为：1220580，基础顶面标高为。基础混凝土标号为C30，按刚性基础设计，底板配筋的构造筋。地质情况，用卵石层作为持力层，地基承载力为285kpa，最高地下水位-4.0m，故基础的埋置深度取1.8m。基础梁截面尺寸为25035013.2.1基础荷载只有顶面受力。13.2.2地基承载力设计值查规范得 土的加权平均密度，基础短柱高0.5m（先默认b小于3m，按照建筑地基基础设计规范此时下式中b取3m）13.2.3确定基础尺寸因鉴于左柱计算经验，不用修正，
25、选基础宽b=2.5m，柱脚底板尺寸长短边之比验算持力层的承载力基础和回填土重：偏心距：所以基础底面尺寸为2.5m5.5m， 满足刚性基础要求，所以不用进行冲切验算。13.3右柱基础顶面受力为：柱脚底板尺寸为1220580，基础顶面标高为。基础混凝土标号为C30，按刚性基础设计，底板配筋的构造筋。地质情况，用卵石层作为持力层，地基承载力为285kpa，最高地下水位-4.0m，故基础的埋置深度取1.8m。基础梁截面尺寸为25035013.3.1基础荷载：基础梁自重：墙板重： 1.2m砖墙重：13.3.2地基承载力设计值查规范得 土的加权平均密度，基础短柱高0.5m（先默认b小于3m，按照建筑地基基
26、础设计规范此时下式中b取3m）13.3.3确定基础尺寸鉴于左柱、中柱计算经验，不用修正。柱脚底板尺寸为1220580，长短边之比为，取。基础和回填土重：偏心距：所以基础底面尺寸为5.50m2.5m（取整），满足刚性基础要求，故不进冲切验算。左边住，中柱，右边柱基础如图：101501015081004106M48,锚栓配双螺帽图13-1基础尺寸及配筋图第14章 结 论本次毕业设计得出如下结论： 通过本次课程设计，对钢结构设计有了一个更加清楚地认识，掌握了檩条布置、基础布置的相关原理，构件设计、节点设计的分析关键，更加明白要熟悉规范，理解规范，执行规范。致 谢本次毕业设计中，得到了张丽梅老师和于海
27、丰老师的大力指导，使我按时完成了本次设计，并达到了拟定的目标，取得了预期成果，为我今后的工作与学习打下良好的基础。在此表示特别的感谢！对评阅本设计的老师们表示衷心的感谢！本文设计，难免有不足之处，请大家指出并谅解！参考文献1 钢结构设计规范GB500172003. 北京： 中国计划出版社. 2003.2 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB500182002. 北京： 中国计划出版社. 2003.3 建筑结构荷载规范GB5009-2001. 北京： 中国建筑工业出版社. 2002.4 门式刚架轻型房屋钢构件JG144-2002北京： 中国建筑工业出版社. 2002.5 建筑地基基础设计规范GB5007
28、-2002. 北京： 中国建筑工业出版社. 2002.6 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002. 北京： 中国建筑工业出版社. 2003.7 钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-91北京. 中国建筑工业出版社. 1992.8 周学军. 门式刚架轻钢结构设计与施工. 济南： 山东科学技术出版社. 2003.9 陈绍番 顾强. 钢结构（上、下册）. 北京： 中国建筑工业出版社. 2003. 6 房屋建筑制图统一标准GB/T50001-2001北京： 中国建筑工业出版社. 2002.10 建筑制图标准GB/T50104-2001 北京： 中国建筑工业出版社 2001.11 建筑设计防火规范、GBJ16-87（2001年版） 北京： 中国建筑工业出版社. 2001.12 建筑抗震设计规范GB50011-2001 北京： 中国建筑工业出版社. 2001.13 钢结构施工及验收规范GB50205-2001北京： 中国建筑工业出版社. 2001.14 建筑钢结构焊接规程JGJ81-2002 北京： 中国建筑工业出版社. 2002.15 建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002 北京： 中国建筑工业出版社. 2002.16 汪一骏. 轻型钢结构设计指南（实例与图集）. 北京： 中国建筑工业出版社. 2003. 附表专心-专注-专业