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1、江苏大学学士学位毕业设计（论文）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，
2、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，灰土挤密桩布置图。关键词：轻型钢结构，门式刚架，建筑设计，结构设计，基础设计AbstractThe design for the light steel structure workshop, lightweight portal frame system, light steel construction, light we
3、ight, high strength, large span, steel construction period is short, the corresponding lower investment costs, economic benefits. It has more of a wide range of applications. Light steel roof loads lighter, and therefore smaller bar section, thin. It addition to ordinary steel, lighter weight, mater
4、ial uniformity, accurate and reliable stress calculation, processing and manufacturing simple, high degree of industrialization, transportation, and convenient installation, the general also has easily obtained, the use of materials than the province, the advantages of lighter weight .The design spe
5、cification includes architectural design, structural design and foundation of three parts. Architectural forms part of the specific choice for the construction plane, plant profile design, facade design plant, plant structural design, windows and doors schedule. Part of structural design including p
6、rogram selection, design of crane beam, purlin design, wind column design, bracket design, frame design (hand-counted Computer contrast, internal force combination), node design. The chapters are detailed calculations of the main components of the calculation.Foundation part of the program, includin
7、g ground treatment, foundation design.Part of this design drawings are: plant layout, elevation profiles and node details, the frame construction plans, plant layout purlin wall beam, crane beam construction drawings, layout support, basic floor plan, soil compaction pile layout map .Key Words: Ligh
8、t steel structure，Portal frame，Architectural Design，Structural design，foundation design目 录第1章 设计任务书 . 1 1.1 工程概况 . 11.2 设计原始资料 . 11.3 建筑设计任务及要求 11.4 设计进度 2第2章 建筑设计 . 3 2.1 厂房平面设计 . 3 2.2 厂房剖面设计 . 4 2.3 厂房立面设计 . 5 2.4 厂房构造设计 . 5 2.5 门窗细表 . 7第3章 结构设计 . 83.1 材料选择 . 83.2 柱网布置 . 83.3 屋面布置 . 83.4 柱间支撑布置 .
9、 8 3.5屋盖支撑布置 . 9第4章 结构设计内力计算 10 4.1 屋面压型钢板计算 10 4.2 檩条设计 14 4.3支撑设计 . 17 4.4 墙梁设计 19 4.5 刚架内力计算 19 4.6 刚架梁、柱截面验算 26 4.7 节点设计 32第5章 基础设计 35 5.1 基础选型 35 5.2 基础验算、配筋 36第6章 施工组织设计 37 6.1 工程概况及特点 . 376.2 施工方案 37 6.3工程施工计划 . 426.4施工平面图 . 45第7章 PKPM电算 . 46结束语 56致谢 57参考文献 58第1章 设计任务书1.1 工程概况1. 工程名称：张家港汽车配件厂
10、2#轻钢厂房设计。2. 建设地点：张家港市。3. 建设规模：总建筑面积约为2400平方米。4. 结构形式：双跨双坡单层轻型门式钢结构钢刚架结构。1.2 设计原始资料1.2.1建筑物安全等级为二级；设计使用年限50年，建筑类型为丁类，耐火等级为三级（耐火极限：钢柱不小于2小时，钢梁不小于1.5小时），刷超薄型防火涂料。1.2.2室外计算温度：冬季-5,夏季301.2.3全年主导风向：东南，基本风压0.55 kN/m2，地面粗糙度为B类。1.2.4屋面活载0.50 kN/m21.2.5常年地下水位低于-4m，无侵蚀性，土壤最大冻结深度0.2m。1.2.6基本雪压0.40kN/m2。1.2.7基础埋
11、置在号土层，持力层为粉质粘土，地基承载力特征值为200kN/m2，场地类别为类土。1.2.8场地平整，水电可以就近接通，主要建筑材料供应充足。1.3 建筑设计任务及要求1.3.1 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）1.3.2 结构设计部分1.3.2.1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。1.3.2.2图纸要求 1.结构
12、设计说明2.基础平面布置图、基础详图3.支撑布置图4.连接大样图5.刚架详图1.3.3施工组织设计1.4 设计进度4.1、实习、调研、收集资料1周4.2、建筑设计3周4.3、结构设计1、结构方案确定1周8周2、结构内力计算及位移验算2周3、梁、柱截面验算2周4、节点、柱脚、基础设计1周5、用软件进行电算分析，并与手算结果比较1周6、檩条设计、支撑设计1周4.4、施工组织设计1周4.5、外文翻译1周4.6、机动、答辩2周第2章 建筑设计21厂房平面设计2.1.1建筑平面形式的选择工业建筑中生产工艺要求是其设计主要依据，本厂房的生产工艺流程为直线型，生产工艺流程较简单。充分考虑到生产流程及建筑和结
13、构的简单及合理性，平面采用矩形平面形式。本厂房采用双跨结构。 图2.1 总平面图示意图2.1.2柱网的选择本厂房建筑面积约为2400平方米之间，由于厂房荷载较小，故选择质量较轻，工业化程度较高，施工周期短，结构形式较简单的轻型门式钢架结构。为便于机械化生产，减少造价，柱距为 6m，跨度为218m。2.1.3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，CG；横向定位轴线从左向右依次定为1，2，3，4，5，11。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，连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。2纵向定位轴线对于抗风柱的设置，考虑到跨度为218
14、m，柱距为6m，尽量使抗风柱间距与柱距相近，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。图2.2 平面柱网布置图22厂房剖面设计2.2.1厂房高度的确定屋顶坡度取1/10。厂房顶部标高7.3m。详见剖立面图2.2.2室内外高差的确定为考虑到运输工具进出厂房的便利及防止雨水侵入室内，取厂房室内外高差为150mm。2.2.3厂房天然采光设计根据我国工业企业采光设计标准规定可知，本厂房的采光等级为III级。本厂房拟采用双侧采光。由于侧面采光的效果较好，且侧面开窗经计算满足采光面积，不必开天窗，所以本厂房采用侧面采光。由于单侧采光光线衰减幅度较大，所以采用双侧采光及山
15、墙采光。设窗的宽高尺寸为30001800和3000600,标高分别为1.2m和4.5m。则纵墙上的开窗总面积为：3.01.882+3.00.682=115.2 m山墙上的开窗面积为：3.01.810+3.00.610=72m则开窗总面积为：115.2 +72=187.2 m2.2.4厂房屋面排水设计为了使厂房立面美观，本厂房采用有组织内落内排，即使落水管沿室内柱子落下，将雨水排至地下水管道。考虑到西安的气象条件以及厂房最大高度的限制，厂房屋面排水坡度取1/10，天沟纵向坡度取5 。具体内天沟做法如下图所示。图2.3 边跨内天沟做法示意图2.3厂房立面设计厂房立面利用矩形窗，墙体勒脚等水平构件及
16、其色彩变化形成立面划分形状，使立面简洁大方，具有开朗，明快的效果。立面上，采用底部为1200mm高的砖砌体，表面以水泥砂浆抹面。门窗框口包角板以及女儿墙盖板均采用蓝色钢板，以丰富立面，同时也突出了门窗的重点部位。2.4厂房的构造设计2.4.1外墙本厂房外墙下部为1200mm高240mm厚的砖砌墙体，上部为压型钢板，以避免压型钢板直接着地而产生锈蚀。压型钢板采用保温复合式压型钢板，板外侧采用YX3517565型钢板，内板采用平板式钢板。压型钢板外墙构造力求简单，施工方便，与墙梁连接可靠。转角处以包角板与压型钢板搭接，搭接长度为350mm，以保证防水效果。图2.4 纵墙与山墙角部节点示意图2.4.
17、2外维护结构的保温设计 本厂房设计外围护结构采用压型钢板+矿棉板保温层+压型钢板的构造，室内相对湿度，冬季室内计算温度为，室外设计计算温度为。压型钢板的厚度为0.53mm，矿棉板的导热系数为，维护结构内表面感热阻，外表面感热阻取，根据规范室内相对湿度的车间外墙室内与维护结构内表面之间的允许温差为，则可计算矿棉板保温层厚度如下：，要求，即，考虑到保温层的规格，可取矿棉板保温层厚度为50mm。2.4.3屋顶构造本厂房屋面采用压型钢板有檩体系，即在钢架斜梁上放置C型冷轧薄壁钢檩条，再铺设压型钢板屋面。压型钢板凹槽沿排水方向铺设，以利于排水，排水坡度取1/10。具体构造如下图。图2.5 屋脊节点示意图
18、2.4.4散水构造厂房周围做宽1200mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示：图2.6 散水构造示意图2.5门窗明细表表2.1 门窗明细表门窗编号尺寸数量长（mm）宽（mm）M1450040006C11800300026C2600300026第3章 结构设计3.1材料的选择材料选择根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中的相关规定选取，由于本厂房是轻型门式刚架结构，本身没有吊车，钢架承受荷载也较小，所以厂房梁、柱、檩条等结构构件可选用Q235钢，又由于厂房对材料的冲击韧
19、性无特殊要求，所以质量等级可以选用B级，且厂房对钢材无特殊要求，为了节省造价，可采用沸腾钢，因此，长房梁、柱、檩条、压型钢板等结构构件均可选用Q235B钢材。3.2柱网布置本厂房建筑面积约为2400m，由于本厂房荷载较小，故选用质量较轻、工业化程度较高、施工周期短、结构形式较简单的轻型门式刚架结构。其中柱距6m，采用218m的双坡双跨。3.3屋面布置根据屋面压型钢板的规格，檩条沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中6.3.1之规定，由于檩条跨度为6m9m，故采用实腹式檩条。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中6.3.5和
20、6.3.6之规定，应在檩条二分点处设置一道拉条，拉条采用10圆钢，圆钢拉条设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，屋脊拉条为刚性。图3.1 屋面布置图3.4柱间支撑布置根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中4.5.2之规定应在厂房两端第一柱间设置柱间支撑，并应在中间一个柱间设置柱间支撑，柱间支撑分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑布置。两端设上柱支撑，中间设上下柱支撑。在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。3.5屋盖支撑布置由于本厂房长60m，宽36m，根据门式刚架轻型房屋结构技术规程CECS102：2002中4.5.2之规定，在厂房两端第一个柱间支撑设
21、置横向水平支撑。此外，还应在厂房中间柱间内设置屋盖横向水平支撑，并应在上述相应位置设置刚性系杆。第4章 结构设计内力计算4.1 屋面压型钢板计算本厂房屋面采用W600长尺屋面板，基板厚度1.0mm，材质为Q235B.F，板的强度设计值为，弹性模量。板截面形状如图4.1所示：图4.1 板截面示意图4.1.1计算板截面特性根据板型截面尺寸计算所得的各板元尺寸、倾角、弧段等尺寸均已标明在上图中。由于上下翼缘宽度不等且其宽度比分别为48.6及63.6，均大于限值要求，故应分别按正弯曲及负弯曲计算板有效截面特性，计算时弧角均按折角简化计算。1正弯曲时板的有效截面特性(1)除板件、外，其余板件对形心轴的几
22、何特性计算如表4.1：表4.1几何特性计算表 板件号板件宽度/cm至形心轴距离/cm各板元对自身形心轴的惯性矩312.7213165.362149.74606.53902535772.552.3612.930.4392.7略63.781.836.9212.72.873.540.090.320.03略82.40593.075090775.3(2)板件有效宽度计算。宽厚比，故应按下式迭代计算其有效宽度。对于板件 计算如表4.2所示：表4.2几何特性计算表迭代假定按迭代计算的各板元宽度总和重心矩/cm板件拉应力 假定95.096.24216.53f=205需第二次迭代 假定95.516.21196.
23、7f=205可以(3)压型钢板有效截面特性重心矩：有效惯性矩：有效抵抗矩： 2.负弯曲时板的有效截面特性(1)除板件外，其余板件对板件形心轴的几何特性见表4.3：表4.3 几何特性计算表板件号板件宽度/cm至形心轴距离/cm各板元对自身形心轴的惯性矩19.7213126.361642.724.561359.3770.64606.53902535773.7752.360.0963.7811.1542.15469.943.0973.5412.945.7589.0983.96663.56007.33776.86(2)板件有效宽度计算。宽厚比，需迭代计算其有效宽度。 迭代时尚应考虑由腹板宽厚比限制腹板
24、最大受压边缘应力的条件，故应假定。负弯矩迭代计算见表4.4：表4.4 负弯矩迭代计算结果迭代假定按迭代计算的各板元宽度总和重心矩/cm板件拉应力 假定93.57.09150.25f=205可以(3)压型钢板有效截面特性 重心矩： 有效惯性矩：有效抵抗矩：4.1.2压型钢板整体刚度及刚度容许承载力（表4.5）表4.5压型钢板整体刚度及刚度容许承载力按抗弯最大承载力按允许挠度最大承载力正弯曲时最大正弯矩（边跨跨中弯矩）跨中相对挠度限值为1/200，按正弯曲时取值负弯曲时最大负弯矩（中支座弯矩）4.1.3腹板抗弯及抗剪强度验算1腹板抗弯强度验算由以上计算可知，板负弯矩控制最大承载力2708.7N/m
25、按前所述，应核算负弯矩时腹板最大受压边缘的应力，此时容许值为： 满足要求2腹板抗剪强度验算腹板宽厚比：容许剪应力：板上荷载仍取整体控制荷载，按多跨连续支撑，则支座处板截面最大剪力：由4块腹板承受，满足要求4.1.4腹板局部承压强度验算按板为多跨连续支撑时，中间支座反力：此反力由4块腹板承受，其分布宽度取100t，即100mm验算如下：，满足要求。4.1.5板截面折算强度验算截面取中间支座截面，该处板计算力为：截面承载力为：验算式为：验算表明，折算强度容许的承载力不满足相关要求，故尚应降低。其值降低为：化为计量：4.2檩条设计4.2.1 荷载标准值（对水平面投影）（1）永久荷载压型钢板（两层 含
26、保温层） 檩条（包括拉条） （2）可变荷载由设计任务书可知，屋面均布活荷载标准值 ，雪荷载，计算时取两者的较大值。基本风压根据建筑结构荷载规范GB5009-2001中4.5.1之规定：施工或检修集中荷载标准值为 ，将屋面均布荷载转换为线荷载（3）内力计算1）永久荷载与屋面荷载组合1.2 永久荷载+1.4 max屋面均布活荷载、雪荷载 弯矩设计值：2）永久荷载与风荷载组合风荷载高度变化系数取，按建筑结构荷载规范风荷载体型系数取边缘带吸力，即1.0永久荷载+1.4风吸力荷载垂直屋面的风荷载标准值：檩条线荷载标准值弯矩设计值：4.2.2 截面选择及截面特性选用C16060203.0,C型冷弯薄壁型直
27、卷边槽钢查表得其截面特性如下： 按图及参数，得 近似取，界面上翼缘有效宽度比，应考虑有效截面。同时跨中截面有空洞削弱，统一考虑0.9的折减系数，则有效截面抵抗距为：屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转计算、点的强度为：图4.2檩条截面示意图按毛面积计算的截面应力：（在允许范围内满足要求）4.3.支撑设计 根据CECS102:2002的要求：屋盖的横向支撑和柱间的支撑一般设置在温度区段端部或第一或第二开间区。柱间支撑布置如图4.3：图4.3 刚架柱间支撑布置图 （1）柱间支撑设计：柱间支撑计算简图见图4.4. 按CECS102：2002 附录A： 按GB50009-2001 低于10m 取 按一半山墙荷
28、载的考虑节点活荷载标准值： 即节点荷载设计值： 图4.4 柱间支撑计算图 柱间支撑构件为柔性构件只能承受拉力。则： 直杆的反力设计值： 斜杆的反力设计值：（2）杆件验算直杆承受压力采用C240100202.5按轴心压杆进行验算，斜杆受拉采用圆钢就按轴心拉杆验算。 1）直杆：截面性质 强度验算：满足要求 刚度：满足要求稳定性：只需要验算平面外的稳定性：B类截面查表得，满足要求。 2）斜杆：截面性质 强度验算： ，满足要求。 刚度验算：张紧的圆钢不需要考虑长细比。 44墙梁设计墙板采用加JXB42-333-1000型岩棉夹芯彩色钢制夹芯板。墙梁选用冷弯薄壁卷边槽钢C160602020，跨中设拉条一
29、道。4.5 结构内力计算梁、柱截面的初步选择表4.6 梁、柱截面尺寸及特性结点,1,0,0结点,2,0,5.5结点,3,18,0结点,4,18,7.3结点,5,36,0结点,6,36,5.5单元,1,2,1,1,0,1,1,1单元,2,4,1,1,1,1,1,1单元,4,6,1,1,1,1,1,1单元,6,5,1,1,1,1,1,0单元,4,3,1,1,0,1,1,0结点支承,1,4,0,0,0结点支承,3,4,0,0,0结点支承,5,4,0,0,0单元荷载,1,3,3.3,0,1,0单元荷载,5,3,3.3,0,1,180单元荷载,4,3,3.3,0,1,180单元荷载,2,3,2.59,0
30、,1,90,1单元荷载,3,3,2.59,0,1,90,1尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,0.5,0.5,0.0,-2.5,18,18.0,-2.5,18,36.0,-2.5尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,0.5,0.5,-3,0,5.5,-3,5.5尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,0.5,0.5,-6,0,7.3,-6,7.3单元材料性质,1,5,-1,-1,0,-1,-1END123456( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )( 5 )图4.6 结构简图18185.57.31234563.32.592.593.33.3图4.6 永久荷载计算简图（kN）杆端内力值 ( 乘子 =
31、 1)-杆端 1 杆端 2- -单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-1 -40.7523775 -8.94214490 0.00000000 -22.6023775 -8.94214490 -49.18179692 -11.1467873 21.6004295 -49.1817969 -6.50792398 -24.7882042 -78.01486213 -6.50792398 24.7882042 -78.0148621 -11.1467873 -21.6004295 -49.18179694 -22.6023775 8.94214490 -49.1817969 -40.75237
32、75 8.94214490 -0.000000005 -48.0352449 -0.00000000 0.00000000 -72.1252449 -0.00000000 -0.00000000- 123456-40.75-22.60-6.51-11.15-11.15-6.51-22.60-40.75-48.04-72.13图4.7 轴力图（kN）123456-8.9421.60-24.7924.79-21.608.94图4.8 剪力图（kN）123456( 3 )-49.18-49.18-78.0141.30-78.01-49.1841.30-49.18图4.5.5 弯矩图（kNm）活载作用
33、下内力计算：18185.57.31234563.33.3图4.9 活载计算简图杆端内力值 ( 乘子 = 1)-杆端 1 杆端 2- -单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-1 -26.1227859 -10.2567149 -0.00000000 -26.1227859 -10.2567149 -56.41193212 -12.8051271 24.9725622 -56.4119321 -7.42655313 -28.8131780 -91.14987213 -7.42655313 28.8131780 -91.1498721 -12.8051271 -24.9725622 -56.4
34、1193214 -26.1227859 10.2567149 -56.4119321 -26.1227859 10.2567149 -0.000000005 -55.8624281 -0.00000000 0.00000000 -55.8624281 -0.00000000 -0.00000000-123456( 2 )( 3 )-26.12-7.43-12.81-12.81-7.43-26.12-55.86图4.10 轴力图（kN）123456( 2 )( 3 )-10.2624.97-28.8128.81-24.9710.26图4.11 剪力图（kN）123456-56.41-56.41-
35、91.1547.84-91.15-56.4147.84-56.41图4.12 弯矩图（kNm）左风载作用下内力计算：18185.57.31234560.825-3.3-2.145-1.825图4.13 左风载作用计算简图杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2- - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 29.8397088 13.9925800 0.00000000 29.8397088 9.45508009 64.4810654 2 12.3773183 -28.7508043 64.4810654 12.3773183 30.9454568 84.3314508 3 13.2636441 -22.0821989 84.3314508 13.2636441