式门钢架钢结构单层厂房设计说明书-学位论文.doc

河北工程大学土木工程学院毕业设计说明书 2013年门式钢架钢结构单层厂房设计目 录摘要 Abstract0.绪论-11.建筑设计-11.1设计条件-11.2建筑平面设计-21.3剖面设计-31.4立面设计-41.5墙体做法-51.6吊车及吊车梁-51.7地面做法-52.结构方案与结构分析-62.1结构方案与结构体系-62.2荷载计算-72.3钢架计算-103.结构构件设计-403.1刚架柱设计-403.2抗风柱设计-423.3吊车梁设计-433.4牛腿设计-453.5檩条设计-463.6墙架设计-473.7基础设计-473.8隅撑设计-484.技术经济分析-484.1工程概况-484.2工程特征-484.3价格标准-494.4造价分析-49参考文献-50鸣谢-51摘 要本设计工程为邯郸地区一66米双跨钢结构，每跨各设置一10t梁式吊车。主要依据钢结构设计规范)GB50017-2003和门式刚架轻型房屋钢结构技术规程GECS 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己广泛应用于建筑结构中，本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平而内外的稳定性;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 门式钢架 内力分析 双层彩色聚苯乙烯夹芯板节点AbstractThis project in handan area is a 66m double-span steel structure, each cross sets up a 10t beam crane. The project designed strictly complies with the relavant stipulations of the CODE FOR DESIGN OF STEEL STRUCTURES (GF50017-2003) and TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT WEIGHT BUILDINGS WITH GABLED FRAMES (CECS 102:2002), 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 analysed, 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 industrialisation, commercializing produce, thinking with light maintenance material the kit the already extensive applying in the building construction inside, this design is to proceeds the building, construction design to the structural and actual engineering in light steel and calculation. The tractate includes the internal force analyzes and combines, based on these analyses; we can choose the section of beam and calumniation. Next, checking computatians of stability calculatian 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 grade 10.9. 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 Bauble-decked colored polystyrene clamps the circuit board. otherwise, it is analysed that the forced state of the bracing system for a steel factor building under wind land, 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 jpints.Keywords:Lightweight steel structures; gabled frame; the internal force analyzes; The double-decked colored polystyrene clamps the circuit board;joint邯钢钢材包装物主厂房设计学生： 指导教师：河北工程大学土木工程学院土木工程专业建筑结构与施工管理方向0绪论钢结构体系国其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。随着国家经济建设的发展，长期以来混凝土和砌体结构一统人下的局面正在发生变化。钢结构产品在大跨度空间结构、轻钢门式结构、多层及小高层住宅领域的建筑口益增多，应用领域不断扩人。从西气东送、西电东输、南水北调、青藏铁路、2008年奥运会场馆设施、钢结构住宅、西部大开发等建设实践来看，一个发展建筑钢结构行业和市场的势头正在我国出现。十年来的改革开放和经济发展，已经为钢结构体系的应用创造了极为有利的发展环境。 从发展钢结构的主要物质基础看:钢材的发展是钢结构发展的关键因素。为适应建筑市场的需要，成品钢材将朝着品种齐全材料标准化力一向发展。国产建筑钢结构用钢在数量、品种和质量上发展都很快，热轧H型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，为钢结构发展创造了重要的条件。其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧H型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。 从设计、生产、施工专业化水平看:钢结构行业经过几年的发展，专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高。一批有特色有实力的专业研究所、设计院不断研究和升发出钢结构设计软件和新技术。日前，国内许多钢结构设计软件相继问世，可分别适应轻钢结构、网架结构、高层钢结构、薄壁拱形结构的设计需要。随着计算机技术在工程设计中的普遍应用，钢结构设计软件功能的日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计、施工图绘制提供了极大的便利。 展望未来，随着经济建设的蓬勃发展和交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁和大型公共场所等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛。这将为钢结构的发展提供更多的机会，钢结构产业兴旺发展的新局面就在眼前。1建筑设计11设计条件111自然条件建筑场地地段情况该厂房位于邯钢路以南，西临主干道中华大街，交通方便。场区西侧距主干道（30米宽）中心线30米，场区南北长70米，东西长40米，内部道路及绿化由设计确定。建筑面积约2000平方米。主导风向：冬季西北风，夏季东南风。土壤冻结深度：0.4米。场地地基情况：见表1。抗震设防烈度：7度。表1 土层分布及土的物理力学性质指标土层编号埋深范围土层描述与鉴别土的主要物理力学指标0.00.8杂填土，褐黄色，以粉土为主，含大量碎砖、灰渣、树根等，潮湿，可塑=17kN/m30.84.2粉质粘土，黄褐色，很湿，可塑状态，含云母等=18.7kN/m3，e=0.900Es=6.0MPa，fak=115kPa 4.2粉土，灰褐色，饱和，可塑至软塑（本层未被打穿）=18.5kN/m3，e=1.050 fak=95kPa112建筑物层数与层高层数：1层。柱顶标高：9.5m。跨度：2跨，跨度分别为12m，18 m。柱距：标准6.0m。结构系统：采用门式刚架结构屋面坡度：1：12 1：18113设备条件：市场内的采暖、电力、上下水道均由市内管网直接提供。12建筑平面设计1.2.1车间平面形式及柱网布置柱网应根据工艺、建筑面积、结构和经济要求布置。按施工要求，厂房的横向柱距、纵向柱距应满足生产工艺、使用和发展要求。柱的位置和厂房的地上设各、起重及运输通道、地下设备和设各基础、地下管道相协调。按结构要求，柱网布置应尽量简单，避免在同一区段内设置纵横跨。按经济要求，纵向柱距常对钢材用量和造价有较大影响。增大柱距，柱和基础的材料用量减少。综合考虑以上原则并结合本工程实际情况，本设计采用跨度分别为12m、18m的双跨两坡门式轻型钢结构厂房。柱距为6m，厂房纵向长度是6m* 11=66m。中柱处定位轴线经过柱的形心，边柱处定位轴线在柱的外边缘处。如建筑平面布置图所示。 建筑平面布置图1.2.2变形缝设计门式刚架轻型房屋钢结构技术规程规定门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度(伸缩缝间距)，应符合下列规定:纵向温度区段不大于300m ;横向温度区段不大一于150m。本厂房纵向长度为66m,横向跨度为30m,固可不用设置变形缝。1-3剖面设计1.3.1柱顶标高的确定厂房柱标高设为9. 6m，轨顶标高6. 6m。满足厂房建筑模数协调标准规定的柱顶标高H应为300mm的倍数。厂房的剖面简图如下图所示。 剖面图1.3.2采光设计厂房采光的效果直接关系到生产效率、产品质量以及工人的劳动卫生条件，它是衡量厂房建筑质量标准的一个重要因素。为了满足室内采光要求，采用侧面和顶部相结合的混合采光。在屋面铺设透明玻璃纤维聚酷采光板带，并在外墙设置双排式带窗，窗总高为3. 0m。1. 3. 3通风设计该厂房采用自然通风，单层厂房的自然通风利用空气的热压和风压作用进行的。在两山墙处各设置一个大门，在两边纵墙处也各设置两个大门。则总共6个门，来满足通风要求。1.3.4厂房屋面构造及屋面排水本厂房为双跨两坡有檩条屋面，屋面坡度分别为1：12和1:18, 屋盖和围护结构采用双层保温彩板内填聚氨酯泡沫保温材，外形样式为波纹式。在屋脊两侧铺设玻璃纤维聚酯采光板带。屋面为不上人屋面，固将女儿墙设置成900mm高。该厂房屋面采用外排水方式，按照规范中规定的每个雨水管的汇水面积不超过200m的原则，每隔12m设置一个雨水管(汇水面积为12m* 18m=216,略大于200和12m*12m=144 )，共12个雨水管。采用热镀锌钢管雨水管，并将雨水管分布在柱的外侧。雨水管的布置如屋顶平面图所示。 屋面排水示意图 1-4立面设计本厂房采用左右两跨非对称式结构，厂房前后也非对称。采用内排水方式，这样厂房造型统一、简介、轮廓分明、整洁大方，给人以鲜明而强烈的印象。 正立面图 侧立面图厂房主体颜色为白色，并辅以少量灰色，给人以清新明快的感觉。厂房的正立面图和侧立面图如上图所示。1.5墙体做法标高0.000-1.200范围内采用240mm厚混凝土实心砌块，M10水泥砂浆砌筑，用白色耐水性涂料装饰砌体外墙部分； 墙体部分(用于车间标高1.200m以上部分):墙体部分为工字型钢柱上锚固墙梁，在墙梁上挂彩板; 彩板部分(用于车间标高1.200m以上部位):外墙为60厚双层压型钢板内填聚氨酯泡沫夹芯板，颜色为白色，导热系数o. 4wmk。1.6吊车及吊车梁本厂房内设10t梁式吊车(地面操控)两部，型号为LED型电动单梁起重机，工作制度为A5，吊车梁标高6m。1-7建筑构造设计1.7.1地面做法因厂房内地面无特殊要求，固采用水泥砂浆地面，其具体做法为:素土夯实60mm厚石灰炉渣垫层;20mm厚1:3水泥砂浆找平层;l0mm厚1:2水泥砂浆(随捣随抹平)。1.7.2散水做法在厂房外墙周围设置散水，散水宽度为l000mm,散水坡度为3，具体做法为:素土夯实;70mm厚C10混凝土;15mm厚水泥砂浆。混凝土散水沿长度方向每6米设一道伸缩缝，缝宽20mm,缝内嵌防水油膏，散水与外墙交接处设置通长分格缝，分格缝宽为15mm，用沥青麻丝嵌缝，以防止外墙下沉时将散水拉裂。1. 7. 3坡道做法室内比室外标高差为150mm，用坡道连接室内外，坡道面为水泥锯齿状，距门边距离为200mm，坡道宽为1. 5m，长为4.6m，坡度为20%，锯齿坡道以方便汽车进出厂房。1.7. 4防潮层室内地坪标高与地圈梁顶面标高一致，可将地圈梁兼做防潮层，起防潮作用。1. 7. 5门窗做法令大门采用金属钢门，门宽为4. 2m，高为3. 85m，为双扇外开门，布置位置如厂房的平面图所示。在门口顶上500mm处设置300mm厚的轻型钢质雨篷，雨篷挑出1. 5m，长为4. 6m。令所有窗采用90系列铝合金窗。有两种形式的窗，分别是自动控制的中悬窗和平推窗。中悬窗规格有两种，1200mm * 1200mm和600mm *1200mm，均符合3M模数倍数的。平推窗规格有一种，1200mm * 1200mm。令外墙门窗玻璃均采用绿色中空镀膜玻璃。1.7.6防锈防火措施 因为钢材的最大弱点就是易锈蚀、不耐火，固应对钢材做防锈防火的措施。采用在钢构件、配件表面涂防锈防火油漆来达到对钢材的防锈防火作用。其具体要求为:钢制构件、配件全部红丹打底，不露面部分红丹不刷油漆，露面部分构件表面采用喷丸法或喷砂法除锈，除锈等级为Sa2. 5，然后在制造厂涂环氧类底漆二度，安装后(包括焊接)在拼接点处补涂环氧富锌二度。 油漆颜色:钢质构件、配件均采用绿色油漆。1.7.7建筑结构预留孔洞、预理件等，施上时应与水、电、通风等有关工种图纸密切配合施工。1.7.8.本说明的部分，按钢结构设计中的有关国家规范执行。2.结构方案与结构分析2. 1结构方案与结构体系2.1.1设计依据业主提供的设计任务书，城市规划通知书，以及现行的国家规范规程等。如下:建筑结构荷载规范GB50009-2001钢结构设计规范GB50017-2003 建筑抗震设计规范GB50011-2010 混凝上结构设计规范GB50010-2010 钢结构设计手册第3版，上册。 轻型钢结构设计指南第2版(实例与图集) 建筑结构荷载设计手册第2版 钢结构连接节点设计手册第2版。2.1.2结构形式及布置 建筑物的结构形式应满足传力可靠，受力合理的要求。又该车间有10t吊车两台，故选择采用刚架结构。刚架结构传力明确，构造简单，施工亦较方便。本车间主要为冷加工车间，采光要为二级，车间采用双跨布置，无天窗，每个车间设置两台吊车，屋盖系统采用轻钢结构屋架体系，围护结构采用保温彩板。柱网尺寸应最大限度的满足建筑使用功能要求，然后根据造价最省的原则，充分考虑加工，安装等因素综合确定。由于钢结构承载能力高而质轻，与钢筋混凝上结构相比，钢结构应采用较大的柱网尺寸，在节约造价的同时提高房屋的利用率。综合以上条件，柱网尺寸纵向和横向均取6m.(结构平面布置图见图) 结构布置图 2.1.3材料选择 主厂房钢柱采用Q235-B钢材，柱腹杆，柱间支撑，屋架上下弦，屋架腹杆均采用0235-B钢材，材料性能应满足低合金高强度结构钢(GB/T1591)的要求，焊接材料应与之相适应，手工焊采用E50系列焊条，满足低合金钢焊条(GB/T5118)的要求，自动焊和半自动焊的焊丝应满足熔化焊用钢丝(GB/T1295)的要求。基础采用柱下钢筋混凝上独立基础，钢筋采用热轧HRB335级钢筋，混凝上采用C30，基础下100厚混凝上垫层采用C15。 1.2米以下墙体采用机制黄河淤泥烧结砖MU10，砂浆采用M5(0. 000以下，水泥砂浆;0. 000以上，混合砂浆)。屋盖系统采用轻钢结构屋架体系，维护结构采用保温彩板。2. 2荷载计算 2.2.1恒载标准值: 屋面:100mm厚聚苯乙烯泡沫塑料夹芯板 0.14kN/ 檩条及支撑 0.05kN/ 刚架斜梁自重 0.11kN/ 0.30kN/则恒载标准值为: 0.30 x 6=1.8KN/m则恒载设计值为：1.2*1.8=2.16 KN/m2.2.2可变荷载标准值: 由于刚架的受荷水平投影面积为36 * 6 = 216 60，故按建筑结构荷载规范取屋面活荷载(按不上人屋面考虑)标准值为0.40 KN/;雪荷载为Sk=rSo=1.0*0.25= 0.25 KN/。取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.40 KN/。则可变荷载标准值为:0.40 x 6=2.4 KN/m。可变荷载设计值为：1.4*2.4=3.36 KN/m2.2.3风荷载计算风压值=0.35KN/m2，柱顶标高为9.5米，室外天然地坪标高为-0. 300m, h1=0.4m ,h2=1.0m，地面粗糙程度为B类，刚架计算宽度为B=6m。风荷载阵风系数按柱顶高z=9.8m处取为z=1:风荷载高度变化系数按现行国家建筑结构荷载规范风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度为，取值查表得，在离地面l0米时，z=1.0,在离地而5米时，z=1.0，用插入法求出离地而9.8米处z=1.0 风荷载体形系数左风作用下刚架的风荷载示意图 故1k=zsz0B=1.0*0.8*1.0*0.35*6=1.68 KN/m 2k=zsz0B =1.0*0.5 *1.0*0.35*6=1.05KN/m 3k=zsz0B=1.0*0.6*1.0*0.35*6=1.26 KN/m 4k=zsz0B=1.0*0.5*1.0*0.35*6=1.05 KN/m1=1.4*1.68=2.35 KN/m2=1.4*1.05=1.4*1.05=1.47 KN/m3=1.4*1.26=1.76 KN/m4=1.4*1.05=1.47 KN/m2.2.4地震荷载: 本场地地震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0. 15g，则查规范得水平地震影响系数的最大值为max=0.12。地震分为第一组，设计特征周期为0. 45s,建筑场地类别为类。采用底部剪力法，结构阻尼比取为=0.05。本设计假定一榀门架在考虑地震作用时为单自由体系(如下图所示)，质点位置在柱顶处。G屋盖=1.8*30=54KNG吊车梁=8340*10(-6)*6*7850*10*4*10(-3)=15.71KNG柱=8480*10(-6)*10.1*7850*10*3*10(-3)=20.17KNG纵墙=0.13*9.6*6000*2=14.98KN计算周期时：G=1.0G屋盖+0.5G吊车梁+0.25G柱+0.25G纵墙=81.44KN计算地震作用时：G=1.0G屋盖+0.75G吊车梁+0.5G柱+0.5G纵墙=94.16KN通过在柱顶施加一单位荷载求得一榀刚架的柔度=0.25*10-6N/m，则刚度K=1/=4*106周期T=2（m/K）=2*【8144*10-6/4】=0.283s因为T【0.1s，Ts】所以1=max=0.12底部总地震剪力FEK=1Geq=0.12*94.16=11.30KNFE=1.4*11.30=15.82KN2.2.5吊车荷载吊车采用采用北京起重运输机研究所LDB型10t软钩中级工作制(A5)电动单梁吊车，吊车选用资料如表2所示:表2 吊车参数起重量Q （t）工作制度跨度 S（m）起升高度（m）基本尺寸（mm）轨道型号重量（t）轮压（KN）BWHPmaxPmin10A510.592500200080038kgm4.2863.417.6410A516.593000250087538kgm5.8070.9511.07吊车梁支座反力影响线跨度12m：Dmax,k1=63.41*(1+2/3)=105.68KN Dmax,1=1.4*105.68=147.95KNMmax，1=Dmax，1e=147.95*0.75=110.96KNm Dmin，1=Pmin/PmaxDmax，1=7.64/63.41147.95=17.82KNMmin，1=Dmin，1e=17.82*0.75=13.37KNmT1k=0.12*（G+g）/2*no=0.12*100/4=3KNTmax，1=T1k*Dmax。1/Pmax=3*147.95/63.41=7KN跨度18m：Dmax,k2=70.95*(1+2/3)=118.25KN Dmax,2=1.4*118.25=165.55KNMmax，2=Dmax。2e=165.55*0.75=124.16KNmDmin，2=Pmin/PmaxDmax，2=11.07/70.95165.55=25.83KNMmin，2=Dmine=25.83*0.75=19.37KNmT2k=0.12*（G+g）/2*no=0.12*100/4=3KNTmax，2=T2*Dmax，2/Pmax=3*165.55/70.95=7KN2.3刚架计算2.3.1内力分析恒载恒载的设计值为2.16KN/m，取A, B, C三柱的截面尺寸为H600*250*6*10,斜梁截面尺寸为H550*250*6*10。计算简图见下图，内力计算采用清华大学结构力学求解器，材料性质中EA采用无穷大，EI采用各杆件相对刚度。恒载分布图刚架弯矩图（KNM）刚架轴力图（KN）刚架剪力图（KN）坚向可变荷载竖向可变荷载设计值为3.36kN/m。计算简图见下图，内力计算采用清华大学结构力学求解器，材料性质中EA采用无穷大，EI采用各杆件相对刚度。竖向可变荷载分布图则刚架在竖向可变荷载作用卜的内力图如下图所示：刚架弯矩图（KNM）刚架轴力图（KN）刚架剪力图（KN）风荷载计算分别考虑左半跨在左风和右风作用下刚架各截面的内力值。左风分布图及其内力图如下图所示。左风分布图左风弯矩图（KNM）左风轴力图（KN）左风剪力图（KN）右风分布图及其内力图如下图所示：. 右风分布图右风弯矩图（KNM）右风轴力图（KN）右风剪力图（KN）地震荷载计算在柱项作用一地震水平集中作用力15.82kN，分别考虑左震和右震作用时刚架各截面的内力值。左震分布图及其内力图如下图所示：. 左震分布图（KN）左震弯矩图（KNm）左震轴力图（KN）左震剪力图（KN） 右震分布图及其内力图如下图所示：右震分布图（KN）右震弯矩图（KNm）右震轴力图（KN）右震剪力图（KN）吊车荷载计算吊车荷载组合比较多，故先取刚架左半跨作为研究对象，求出当Dmax作用在左柱Tmax向左、Dmax作用在左柱Tmax向右、Dmax作用在右柱Tmax向左及Dmax作用在右柱Tmax向右这四种基本情况，再用Excel组合好所有吊车组合，求得各控制截面在吊车荷载作用下的最大M和最小M，选出相对应内力值。下图为吊车荷载组合的其中两种情况作为示意。Dmax1在A柱Dmax1在A柱弯矩图Dmax1在A柱轴力图Dmax1在A柱剪力图Dmax1在B柱Dmax1在B柱弯矩图Dmax1在B柱二轴力图Dmax1在B柱剪力图Tmax1向右Tmax1向右弯矩图Tmax1向右轴力图Tmax1向右剪力图Tmax1向左Tmax1向左弯矩图Tmax1向左轴力图Tmax1向左剪力图Dmax2在C柱Dmax2在C柱弯矩图Dmax2在C柱轴力图Dmax2在C柱剪力图Dmax2在B柱Dmax2在B柱弯矩图Dmax2在B柱轴力图Dmax2在B柱剪力图Tmax2向右Tmax2向右弯矩图 Tmax2向右轴力图Tmax2向右剪力图Tmax2向左Tmax2向左弯矩图Tmax2向左轴力图Tmax2向左剪力图 内力组合 - 荷载组合内力组合恒载+0.9(任意两种或两种以上活载)恒载+任一种活载组合项目M（KN