1、武汉科技大学本科毕业设计 I 摘 要 本设计 是 轻型钢结构厂房，采用 的是 轻型门式 钢 架体系， 建筑质量轻，强度高 且 跨度大 ， 钢结构建筑施工工期 较 短，相应 的 降低投资成本 ,在 国内 有着较为广泛的应用前景。 轻型钢结构屋面荷载较轻， 所以 杆件截面较小、较薄。它除 了 具有普通钢结构 自重较轻、材质均匀、加工制造简单、 应力计算准确可靠、 运输安装方便 、 工业化程度高等特点外，还具有用料较省、 取材方便、 自重更轻等优点。 本设计主要为结构设计。 结构设计部分包括结构选型和布置、荷载计算、吊车梁设计、抗风柱设计、檩条和墙梁设计、门式钢架设计、支撑设计 、 基础设计 、 节
2、点设计。各 部分 都 详细演算 了 主要 构件 的计算过程 。 本次设计图纸部分有： 结构设计说明书 、 厂房平面图 、 立面剖面 、 节点详图 、 刚架施工图 、 吊车梁施工图 、厂房檩条墙梁布置图、 支撑布置图 、 基础平面布置图 。 关键词： 轻型钢结构 厂房 ； 门式刚架； 结构设计； 门式钢架 设计。 武汉科技大学本科毕业设计 II Abstract The design for the light steel structure plant, the use of light portal frame system, the construction of light steel
3、structure light weight, high strength, large-span, steel structure construction period short, lower investment costs, economic benefits. In China it has a more extensive application prospects. Light steel structure of the roof load lighter, and thus a smaller cross-section bar, thin. In addition to
4、its ordinary lighter weight steel structures, material uniformity, accurate and reliable stress calculation, simple processing, a high degree of industrialization, transport and other features easy installation, the general also has easy material to be used than the provinces, the advantages of ligh
5、ter weight . The design specification is structural design.Part of the structural design, including program selection, the design of the crane beam, purlin design, pillar of wind-resistant design, corbel design, rigid frame design (hand-counting computer comparison, combination of internal forces),
6、the node design. Chapters detail the main components of calculus calculation. Foundation programs include ground handling, foundation design. Part of the design drawings are as follows: plant floor plan, Node elevation profiles and detailed, Frame Construction ,wall-beam purlin plant layout map, con
7、struction of crane beam map, support layout map, foundation plan, lime-soil compaction pile layout map . Key Words: Light steel structure plan； Portal frame； Structural design； Rigid frame design 武汉科技大学本科毕业设计 III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1绪论 . 1 2 结构选型及布置 . 1 2.1 结构选型 . 1 2.2 材料的选择 . 1 2.3 柱网布置 . 2
8、 2.4 屋面布置 . 2 2.5 柱间支撑及布置 . 3 2.6 屋盖支撑及布置 . 3 2.7 墙面结构布置 . 4 3 荷载计算 . 4 3.1 永久荷载统计 . 4 3.2 活荷载统计 . 4 3.2.3 吊车荷载 . 5 3.3 整个厂房各部分作用的荷载（标准值与设计值） . 6 4 吊车梁的设计 . 7 4.1 内力计算 . 7 4.2 截面选型 . 9 4.3 截面验算 . 10 4.4 加劲肋计算 . 12 4.5 疲劳强度验算 . 13 4.6 挠度验算 . 14 4.7 焊缝连接计算 . 14 5 抗风柱设计 . 14 5.1 荷载计算 . 15 5.2 内力分析 . 15
9、 5.3 截面选择 . 16 5.4 强度验算 . 16 5.5 稳定性验算 . 16 5.6 挠度验算 . 17 6 屋面檩条设计 . 17 6.1 荷载 . 17 武汉科技大学本科毕业设计 IV 6.1.2 可变荷载 . 18 6.2 荷载 组合 . 18 6.2.1 1.2 恒载 +1.4 屋面均布荷载 . 18 6.2.2 1.0 恒载 +1.4 风吸力荷载 . 18 6.3 析内 力分 . 19 6.4 截面选择和截面特性 . 20 6.4.1 选檩条 . 20 6.4.2 应力计算 . 20 6.4.3 受压板件的稳定系数 . 21 6.4.4 受压板件的有效宽度 . 22 6.4
10、.5 有效面积的截面模量 . 23 6.5 强度验算 . 24 6.6 稳定性计算 . 24 6.7 绕度计算 . 25 6.8 构造要求 . 25 7 墙梁设计 . 25 7.1 荷载计算 . 26 7.2 内力分析 . 27 7.3 截面选型及验算 . 28 7.4 强度计算： . 32 7.5 稳定计算： . 33 7.6 挠度计算： . 33 7.7 拉条计算 . 34 7.7 构造计算： . 34 8 门式刚架设计 . 34 8.1 荷载分析 . 34 8.2 作用在刚架上的线荷载标准值 . 35 8.3 钢架计算简图 . 37 8.4 预估截面 . 37 8.5 内力计算 . 38
11、 8.6 荷载组合 . 47 8.7 截面验算 . 47 9 节点设计 . 72 9.1 斜梁与边柱的连接节点 . 72 9.2 中柱与双边斜梁连接节点 . 74 武汉科技大学本科毕业设计 V 9.3 梁梁端板节点 . 76 9.4 屋脊端板节点 . 76 9.5 边柱和中柱柱脚设计 . 78 9.6 牛腿设计 . 82 11 支撑构件设计 . 85 11.1 屋面横向水平支撑 . 85 10.2 柱间支撑 . 85 12 基础设计 . 89 12.1 基础 的选择 . 89 11.2 基础埋深 . 89 11.3 基础尺寸的确定 . 89 11.5 基础截面配筋计算 . 93 参考文献 .
12、95 致谢 . 96 武汉科技大学本科毕业设计 1 1 绪论 结构体系指 的是 “ 结构构件采用较薄板件，设计时 需要 考虑板件局部失稳后后继强度的钢结构体系 ” 。门式刚架是目前国内应用最广泛的轻型钢结构 之一 ， 属于平面结构，它 是 在纵向构件、 支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系 。 结构只有组成 了 空间稳定整体 后 ，才能承担各种荷载 以及 其他外在效应。所以在考虑建筑功能 以及 经济条件下后本设计选用单层轻型门式刚架结构。 本 仓库 建筑面积 为 3456 2m ， 是 单层钢结构建筑。单层 仓库 为四坡双跨门式刚架 , 长度 为 78m， 跨度为 24m+24m，宽度 为
13、 48m，刚架柱距 6m， 柱高 9.00m， 屋面坡度 为 8%,屋面板为压型钢板 ， 檩条采用薄壁卷边 C 型，檩条间距 为 1.5m，墙梁间距 为 2.0m。门式 刚架采用 Q345 钢， 抗风柱、 屋面檩条、 墙梁 采用 Q235B 钢，焊条采用 E43 型，外墙墙面为彩色压型钢板 ，在 AD 跨设置一台 5t 吊车，牛腿标高 为 6.50 米。 建筑 安全等级为二级，结构设计使用年限 为 50 年。 地基基础设计等级为丙类。 建筑 防火等级为二级。 2 结构选型及布置 2.1 结构选型 经 过 分析，由于本 仓库 荷载较小， 所以 选用质量较轻、工业化程度高、施工周期短、结构形式较
14、为 简单的轻型门式刚架结构。梁、柱 等 节点为刚性连接的门式钢架具有结构简 单 、受力合理 、刚度良好 、使用空间大 以 及施工方便等特点，并 且便于工业化、 商品化的制品生产 。 与轻型维护材料配套的轻型钢结构框架体系已 经 广泛应用于建筑结构中。单层门式钢架适用于一般工业 以及民用建筑、 公用建筑、商业建筑，也可 以 用于吊车起重量不大（ Q 15t）且跨度不大的工业厂房。 2.2 材料的选择 材料 的 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(3.3 材料中 3.3.1 第 2 条的规定 )选取 。 本厂房 为 轻型门式刚架结构，厂房柱、梁、吊车梁
15、等 构件选用 Q345 钢。 抗风柱、 檩条、压型钢板柱间支撑等结构构件均选用 Q235钢材。 焊条 的 选用： Q235 钢与 Q235 钢、 Q235 钢与 Q345 钢之间的焊接连接采用 E43 型焊条； Q345 钢与 Q345 钢之间的焊接采用 E50 型焊条。 武汉科技大学本科毕业设计 2 2.3 柱网布置 本 仓库 建筑面积 为 3456m，其中柱距 为 6m。 对于跨度的选择，应尽量选择较大的跨度。跨度较大可以扩大柱网这 ， 样可以 提高建筑 的通用性，扩大生产 储存 面积，节约用地， 并且可以 加快建设速度，提高吊车的服务范围 。 因此 本仓库 采用 24 m 的跨度。并根据
16、要求设为双跨。柱网布置 如图 2.1 所示。 图 2.1 柱网布置图 2.4 屋面布置 根据屋面压型钢板规格，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 的 规定，由于檩条跨度为 6m 9m， 所以采用实腹式檩条。根据门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102： 2002 中 6.3.5 和6.3.6 的 规定，应在檩条中间设置一道拉条 。 拉条采用 8 圆钢，圆钢拉条 应 设在距檩条上翼缘 1/2 腹板 的 高度范围内，屋脊拉条为刚性。如图 2.2 所示。 武汉科技大学本科毕业设计 3 图 2.2 拉 条布置图 2.
17、5 柱间支撑及布置 根据门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102： 2002 中 4.5.2 的 规定应在厂房两端 的 第一柱间设置柱间支撑，并 且 应在中间 的 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 的 第二跨设上下柱支撑，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，组成几何不变体系。当有起重量不小于 5t 的吊车时，柱间宜采用型钢支撑，形式为十字交叉。如图 2.3 所示。 图 2.3 柱间支撑 2.6 屋盖支撑及布置 由于本 仓库 长 78m，宽 48m，根据门式刚架轻型房屋结构技术规程 CECS102： 2002中 4.5.2
18、 的 规定， 可以 将整个厂房划分为一个温度区段。因此 应 在厂房两端第一个柱间 支撑设置横向水平支撑。 并且 还应在厂房中间 的 柱间内设置屋盖横向水平支撑，并 且 应武汉科技大学本科毕业设计 4 该 在上述相应位置 处 设置刚性系杆。 2.7 墙面结构布置 根据墙板板型和规格，墙梁的布置 应 沿高度方向 间隔每 2.0m 布置一道，根据冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002 中 8.4.2 的 规定，本 仓 库 跨度 为 6m，应在跨中 的 中间处设置一道拉条，拉条承担的墙体自重通过斜拉条传 导 至承重柱和墙架 柱，且该 每隔 5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体 的 自重，
19、拉条为 8圆钢。 根据门式刚架轻型房屋 钢 结构技术规程 CECS102： 2002 中 6.4.2 的规定 ，应设置门柱 、 窗柱，且由于门柱、窗柱需承受墙板重及自重，应考虑为双向受弯构件。 3 荷载计算 3.1 永久荷载统计 0.8mm 厚压型钢板标准值 2/20.0 mKN 檩条及支撑 标准值 2/5.10 mKN 刚架斜梁自重标准值 2/20.0 mKN 合计 2/55.0 mKN 轻质墙面和墙梁 标准值 2/25.0 mKN 刚架柱自重标准值 mKN/.501 3.2 活荷载统计 3.2.1 雪荷载 按照设计要求：对 于 不上人屋面一般按取 2/.50 mmkN （标准值）取用雪荷载
20、： 0ss rk ，查 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001， 襄樊 市 50n 时基本雪压 20 /05.0 mKNS ，22 /50.0/50.01 mmkNmmkNS k 3.2.2 风荷载 风荷载： 0ww zszk ， 查建筑结构荷载规范 GB 50009-2001， 襄樊 左 风作下的风荷载体形系数 s 如图 3.1 50n 时，基本风压为 20 /35.0 mKNw ，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程附录 武汉科技大学本科毕业设计 5 A.0.1 条：基本风压，按现行国家标准建筑结构荷载规范 GB 50009 的规定值乘以1.05 采用；故基本风压取 20 /683.05.
21、0135.0 mKNw ，地面粗糙等级为 B 级，风振系数 1z 。 图 3.1 左 风作用下 风荷载体形系数 s 2201 /.2 8 60/35.002.18.00.1 mmKNmmKNwuuW zsz 2202 /. 2 1 40/35.002.16.00.1 mmKNmmKNwuuW zsz 2203 /791.0/35.002.1.500.1 mmKNmmKNwuuW zsz ）（ 2204 /34.10/35.002.1.400.1 mmKNmmKNwuuW zsz ）（2205 /34.10/35.002.1.400.1 mmKNmmKNwuuW zsz ）（ 2206 /34.10/35.002.1.400.1 mmKNmmKNwuuW zsz ）（ 3.2.3 吊车荷载 本仓库 吊车采用 A5 级 5t电动桥式吊车，小车重 为 2.0t ，吊车总重 为 21.4t，最大轮压 Pmax=90KN ， 最 小 轮 压 Pmin=42KN 。 24m 内 一 台 5t 吊 车 如 下 图 所 示 。
