1、中南大学本科毕业设计 目录 目录 摘要 . I Abstract . II 前言 . 1 第一章 建筑设计 . 2 1.1 工程概况 . 2 1.2 建筑 平面 形式选择 . 2 1.3 厂房的 剖面设计 . 3 1.4 立面设计 . 5 第二章 结构设计 . 6 2.1 结构设计 简 述 . 6 2.2 吊车梁设计 . 7 2.3 钢架设计 . 17 2.4 节点设计 . 59 2.5 檩条的设计 . 74 2.6 墙面构件墙梁的设计 . 83 2.7 支撑系统设计 . 89 2.8 抗风柱设计 . 95 2.9 基础设计 . 98 结束语 . 112 参考文献 . 114 中南大学本科毕业
2、设计 摘要 I 摘要 本设计为位于湖南省石门县的门式刚架厂房，总建筑面积为 22592m ， 采用门式刚架轻型钢结构形式，单层双坡双跨。本设计包括建筑设计、结构设计和外文翻译三部分。建筑设计部分又可分为建筑平面设计，剖面设计，立面设计和建筑细部的构造设计。结构设计部分则包括吊车梁设计，刚架设计，节点设计，檩条设计，墙梁设计，支撑设计和基础设计。主刚架结构设计采用弹性设计法，围护结构设计则采用利用截面屈曲后强度的设计方法。建筑施工图包括建筑平面图，屋顶平面图，立面图，剖面图，节点详图和门窗明细表；结构施工图包括基础平面布置图及基础模板配筋图，结构平面布置图，结构立面图，结构屋面图，结构支撑布置图
3、，钢构 件连接节点详图，钢构件详图和檩条布置图。 关键词： 建筑设计 结构设计 门式刚架结构 中级桥式吊车 柱下独立基础 中南大学本科毕业设计 abstract II Abstract The design is a production plant of portal frame of 22592m located in Shimen,Hunan Province.The structure is a light steel portal frame, double slope and double cross.The design includes architectural design
4、, structural design and foreign language translation.Architectural design includes graphic design, profile design , facade design and detail design.Structural design can be divided into crane girder design, frame design, node design, purlins design, wall beam design , support design and foundation d
5、esign .The main frame structures are designed with flexible design method, while the envelopes are designed by considering post-buckling strength of the material.Construction plans include floor plans , roof plans, elevations , profiles, joints detail plans,doors and windows tables;structure constru
6、ction plans include foundation layout maps and template based reinforcement plans, structural layout plan, structure elevation, roof structure map, the map layout of the support structure, steel member connections detail map, steel component details and purlin layout. Keywords: Architectural design;
7、 Structural design; portal frame structure; intermediate bridge crane; independent basis 中南大学本科毕业设计 前言 1 前言 本设计为位于湖南省石门县的钢结构厂房，要求根据 已给 条件设计一座 满足各项功能要求的 工业厂房。本设计 包括两个部分 ， 前 一个 部分是 建筑设计， 要求根据 所给的 的初步方案完成建筑平、立、剖面设计及必要的节点详图构造设计。 后一个部分 为结构设计，主体 结构 采用 的是 轻型门式刚架， 对于次要结构部分，采用人工验算的方法，而针对重要结构或主体部分则主要是通过软件计算来确
8、定结构的安全。具体做法是 先根据经验和 荷载情况 初选各种构件 的 截面，再用结构力学求解器对所选截面进行内力计算，求出内力 数据后再根据应力计算方法进行截面 安全检验。对于重要的主 钢架 结构 采用 的是更加安全的 弹性设计方法， 依据 钢结构设计规范（ GB50017-2003）对各种 构件的强度、刚度及稳定性 进行校核 。 而对于次要的 冷弯薄壁型钢 组成的 围护结构， 就是经济地考虑板件屈曲后强度来检验的。中南大学本科毕业设计 第一章 2 第一章 建筑设计 1.1工程概况 钢结构门式刚架厂房位于湖南省石门县，建筑面积 22592m 。结构形式采用单层双坡双跨，每跨设 20/5t中级 吊
9、车两台。该地区气候 宜人 ，地质条件良好 ，交通便利，地势平坦， 且周围 无污染性的工业厂房。 1.2建筑 平面 形式选择 工业建筑设计的主要依据是生产工艺，本厂房的生产工艺流程为简单的直线型。既要保证建筑和结构的简单合理，又要考虑它们的生产流程，因而决定采用矩形的平面形式，可以参考建筑图部分。 1.2.1 定位轴线 的划分 设计厂房的定位轴线，按从左到右的顺序，横向定位轴线依次编号为 1、 2、 3、4、 12、 13。而按由上到下的顺序，纵向定位轴线依次编号为 A、 B、 C。 1）横向定位轴线。对中间柱来说，截面的中心线与横向定位轴线是重合的，同时也 与柱基础 的 中 心线、刚架 的 中
10、心线 重合；横向定位轴线还是屋面板、吊车梁、连系梁等纵向结构构件的标志长度的界限。 2）纵向中心线。抗风柱设置时，应尽量保证抗风柱间距与柱距接近，考虑到跨度为 m18 ，柱距为 m6 ，故可将厂房的抗风柱间距设为 m6 。对中列柱而言，纵向定位轴线与截面的中心线重合；而对于 边柱来说，纵向定位轴线和边柱外边缘重合，且厂房外墙内缘和边柱外缘重合。 1.2.2 柱网布置 柱网是根据定位轴线布置的，厂房的跨度一般就是纵向定位轴线之间的距离，而横向定位轴线之间的距离就是厂房的柱距。横向定位轴线与纵向定位轴线相交形成的网格称为柱网。选择柱网时要满足厂房的生产工艺要求，并有利于建筑工业化，便于施工。 中南
11、大学本科毕业设计 第一章 3 1） 跨度尺寸的确定 厂房的跨度应通过对运输通道、生产工艺设备及人员活动空间的计算来确定。根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，门式刚架的跨度宜取 936m。根据该工业厂房生产工艺的要求，本设计采用 双跨，跨度取 18m。 2） 柱距尺寸的确定 根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程，门式刚架的柱距，即柱网纵向定位轴线间的距离宜采用 69m，根据实际情况本设计的柱距为 6m。 1.3厂房的 剖面设计 剖面设计应做到以下几点要求：（ 1）满足生产 工艺 需要的 必要 空间；（ 2） 保证 厂房 光线合适，通风顺畅 ；（ 3） 屋面坡度应保证 排水 便利 ；（ 4）施工方便
12、、节约材料且能够满足建筑工业化的要求。 1.3.1 厂房高度的确定 刚架梁下表面到厂房室内地面的距离即为厂房的高度。简单地说 ，它 近似 等于柱顶 到室内 地 面 的 距离 。 而 柱顶标高 一般 通过以下公 式来确定，见图 1。 21: HHH 柱顶标高 543211 hhhhhH 轨顶标高： 吊车梁 轨 道 顶 部到 柱顶 距离 762 hhH 式中各参数的含义如下： 1h ： 的高度起吊物需跨越最大设备 ； 2h ： 距离起吊物和跨越间的安全 ， 通常定 为 400mm500mm； 3h ： 起吊物的最大高度 ； 4h ：吊 绳 的最小 长度 ， 一般取决于起吊物 的 形状 小， 通常
13、大于 1000mm； 5h ：吊钩到 吊车梁 轨 道 顶面的最小 高度 ； 6h ：吊车梁轨 道 顶 面到 小车 上部 的 距离 ， 从吊车参数表中可以获得此数据 ； 7h ：屋架下弦 与 小车顶面之间的 净空尺寸 。 设置此值的目的是保证在地基发生不均匀沉降或屋架在最不利荷载情况下产生最大挠度时，厂房的高度方向 仍然安全。 中南大学本科毕业设计 第一章 4 图 1 厂房高度的剖面图 依照 厂房建筑模数协调标准（ GB/T 50006-2010），厂房 的高度 应采用扩大模数3M 数列。有 吊车 的厂房，牛腿面的高度， 同样 应采用扩大模数 3M 数列（ 1M 表示100mm）。 考虑到吊车参
14、数、生产流程和建筑模数的约束， 本设计中取牛腿面高度为6m，房屋檐口高度为 9.6m。 1.3.2 室内外地坪标高 为了防止雨水侵入室内，要尽量使室内高出室外一定高度；而为了方便地运输各种工具进入厂房，又要保证室内外高差不致于过大，且需在大门处设置 平缓的坡道。综合两者因素，本设计确定室内外高差为 150mm，即室内地面标高定为 0.000m，室外则是 -0.150m。 中南大学本科毕业设计 第一章 5 1.3.3 厂房采光设计 厂房的采光等级 定 为 级， 采用双侧采光，依据 建筑采光设计标准（ GB/T 50033）， 窗地面积比 dAA/c 应大于 4/1 。由于厂房的建筑面积为 225
15、92m ， 所以窗户的总面积 应大于 为 2648m 。 侧墙开窗 加上 两端 山墙 开 窗共 30 个窗 户 ，窗户 的 宽 度取为 m4 ，由 2 个 m2 宽的平开窗组合而成， 所以 窗户 的 总高度 需大于m4.5)430/(648 。 可按高低窗来设置， 低窗高度 取 为 m6.3 ，窗 底 标高为 1.2m ， 而把 高窗高度 定 为 m2 ，窗 底 标高为 m6.6 。窗户总高度为 m6.5 ，满足采光要求。 为了满足 厂房生产工艺 的要 求， 一共 设置 6道 4m4m的门， 两端山墙上共设置 4道门，两侧墙上分别设置一道门，具体情况参考建筑立面图。 1.4立面设计 该厂房的柱
16、距、跨度、高度、屋盖坡度和门窗的尺寸及布置等，都已在前文中设计完毕，在立面设计中应根据以上设计结果，选用屋盖构造形式及材料、墙体构造形式及材料，并确定墙屋面板等的布局和颜色，以达到比例协调、完整均衡的效果，给人以美感，并与周围的环境相融合。屋盖及墙体构造设计结果如下，详见建筑平立面图。 墙体：墙面板选择双侧彩色钢板夹聚苯乙烯保温板，两侧保温板间是 C型檩条。 屋面：屋面板为两层多 波型 V-125压型钢板，中间为 100mm厚的岩棉。屋面板搁置在 C型檩条上，檩条放置在刚架斜梁上。 为防止雨水侵入厂房，除了设置厂房室内外高差，还在厂房周围采用了宽 mm200的混凝土散水。散水坡度取 %10 ，
17、散水构造采用 20C 混凝土。中南大学本科毕业设计 第二章 6 第二章 结构设计 2.1结构设计 简 述 2.1.1 结构选型及布置 本工业厂房为轻型门式刚架结构， 每 一 跨 内都 设有 20/5t 起重量 的桥式吊车。 因为厂房的纵横向长度都不是很大，小于规范的限值，所以设计时没有设置伸缩缝。厂房所选用的钢材为 Q235。主体结构为双跨双坡的实腹式门式刚架，围护结构包括屋面板、墙面板、檩条和墙梁，其中，屋面板和墙面板由压型钢板构成，而檩条和墙梁则是由冷弯薄壁型钢组成。 梁柱都采用等截面 的 H 型 钢 ，柱与梁 刚接， 柱脚 也是 刚接。 檩条墙梁的间距一般取为 1.2m1.5m，设计中檩
18、条取 1.2m，并每隔两根檩条设置一道隅撑；墙梁间距则取为 1.5m， 同样也是每隔两根墙梁设置一道隅撑。檩条墙梁内侧与刚架斜梁或柱子连接，外侧则通过紧固件同压型钢板连接。 在厂房两侧的第一个开间和 FG 开间内设置有 屋盖水平支撑 ，每个开间内分别设置 12 组交叉斜拉杆。 柱间支撑 的 设置 开间与屋盖水平支撑一致，柱间支撑分设于吊车梁上下。在端部的山墙部分，每 6m 处设置一根抗风柱，用来将风荷载传递给屋面支撑。柱下基础选择锥形独立基础。 2.1.2 设计方法 按塑性设计方法验算梁与边柱剪应力节点域，按弹性设计方法验算其他构件。先按建筑结构荷载规范（ GB 50009）统计荷载；再按冷弯薄壁型 钢结构技术规范（ GB 50018）验算檩条、墙梁的强度、刚度和稳定性；按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（ CECS 102）和钢结构设计规范（ GB 50017）验算刚架斜梁、柱的强度、刚度和稳定性。
