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1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 80 页 共 80 页1 绪论自20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。近十年轻钢建筑工程得到迅速的发展，其具有施工周期短、综合经济效益好、抗震性能好、宜于拆卸搬迁等优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了更广泛的应用。本次毕业设计课题为戴南新源环保有限公司厂房设计，结构类型采用门式钢架结构，其目的是培养我们综合运用所学基础知识、专业知识与技能去分析和解决工程中实际问题，使自己了解和掌握工程
2、问题的力学建模以及工程结构的计算机分析，培养自己的综合素质和能力，提高从事本专业的实际工作能力，为今后走上工作岗位打下扎实的基础。毕业设计过程中，需要我们熟悉结构体系的类型并能根据建筑的特点选择合理的结构形式；具备综合运用所学的专业知识及相关的参考资料、规范设计出合理实用的建筑方案的能力；通过对门式刚架进行荷载计算，运用3D3S软件进行内力分析掌握门式刚架设计要点。最后，基于任务书所给的条件及要求：本厂房地处泰州市，根据建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）的有关规定，基本风压为0.4kN/m，基本雪压为0.35kN/m，地面粗糙程度为B类。对本次设计采用的结构形式为轻钢门式刚架结构。
3、门式刚架结构体系通常由轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、冷弯薄壁型钢等构成的门式刚架作为主承重结构，配套用冷弯薄壁型钢（槽钢）作为屋面檩条和墙檩；屋面和墙面为压型钢板；以及相应的支撑系统所组成的结构体系。竖向荷载由围护结构传递至门式刚架梁及柱，随后传递给基础。纵向承载结构由纵向柱列、吊车梁、柱间支撑和基础等组成，厂房承受的水平荷载经由吊车梁、柱间支撑等构件传递至纵向柱列，再传递给基础。本次设计将首先进行厂房的建筑布置及结构布置，根据钢结构设计手册和门式刚架的一些规范，采用3D3S辅助结构设计软件进行计算机建模，根据建模数据设计验算檩条、支撑、抗风柱等构件，选一榀标准榀刚架计算内力并校核梁柱截面
4、是否满足要求，最后设计计算节点域基础，完成整体设计。2 建筑方案设计根据设计要求，厂房整体采用双跨等跨矩形平面布置。两跨均为30m，厂房设15t桥式吊车两台（选用大连重工起重集团有限公司DQQD型），吊车工作级别为A5级，轨顶标高为8.2m。因此，在考虑门窗洞口布置的同时，也应该考虑吊车的空间使用要求和采光通风的需要。具体方案如图2.1所示。图2.1 建筑平面图2.1 定位轴线及柱网布置参照任务书，本次设计为双跨等跨门式刚架厂房结构，跨度都为30m。根据GB50006-2010厂房建筑模数协调标准，纵向柱距布置为6.0m，横向间距为6m。定位轴线及柱网的详细布置方案详见建施02。2.2 立面设
5、计建筑立面布置体现了建筑的外部形象。作为厂房，建筑外观的美观要求较低，但是需要布置大气雄伟。为了保证人员与物资的流通，在两侧山墙各布置了两扇门。基于采光及通风的考虑，在山墙与纵墙都布置大量平开窗，两侧纵墙均布置有封闭高窗用来提高采光效果。基于出入方便考虑，在门洞处均设置有斜坡和雨棚。厂房的立面详细布置方案如图2.2所示。 图2.2 建筑立面图2.3 剖面设计根据任务书要求，轨顶标高8.2m，则柱顶标高：其中H2为轨顶到柱顶的高度，H2=H6+H7+H8。H6为轨顶到小车顶面的距离，根据门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）查吊车规格表可知为2185mm；H7为小车顶面到梁的距离，规范规定应300mm
6、，此处取315mm；H8为梁高，由前知为800mm，则有：根据任务书要求，厂房室内外高差为300mm。本设计的屋面结构形式采用单脊双坡方式，在其他条件都相同的情况下，屋脊两侧各需要一根檩条，而内天沟两侧也各需要一根檩条，因此，多一个屋脊就需要多一根檩条；多一个内天沟也需要多一根檩条。同时也需要增加内天沟、落水管、室内排水沟的用料，设置内天沟还容易因积水、积雪而加大荷载，甚至导致渗漏。如果因为室内排水沟淤塞需要疏通，还将影响正常使用，而对多级多坡不等高刚架，上述的问题更加严重，应尽可能不采用。剖面图如图2.3所示。图2.3 厂房剖面图2.4 采光通风设计根据厂房的设计与生产要求，厂房四面都设有窗
7、户，由于厂房中设有吊车，光线不能很好地进入室内，在吊车梁的上下段布置窗户，下段为平开窗，上段为固定的高窗。这样的设计既解决了厂房的采光问题，又解决了通风问题。2.5 屋面排水设计屋面采用有组织排水，由规范知坡度为1/101/20，取1/10。每个刚架布置一个直径为120mm的PVC雨水管，天沟纵向坡度取1.5%。2.6 厂房的围护设计（1）外墙设计外墙在1.2m以下部分采用240厚的灰砂砖墙，墙下设基础梁支撑在基础上。外墙在1.2m以上部分采用压型钢板，型号为YX28-205-820-0.6。（2）屋面设计屋顶采用压型钢板，型号为：YX351257500.6，用C型檩条与刚架梁连接，檩距为1.
8、5m。（3）地面设计根据任务书的所给条件，厂房内对地面没有特殊要求，由规范可知采用水泥砂浆地面即可。3 结构方案设计为了加强厂房结构的空间整体刚度和稳定性，厂房一般会适当地布置支撑体系，支撑系统包括柱间支撑和屋盖支撑两大部分，其主要作用是传递水平风荷载以及吊车间产生的冲切力。轻型门式刚架厂房由承重结构系统、围护结构系统和支撑系统等三大部分组成，如图3.1所示。其中，主结构有：横向刚架（包括中部和端部刚架）和支撑体系，次结构有：屋面檩条和墙面檩条等；围护结构包括：屋面板和墙板；另外还有基础。图3.1 轻型门式刚架结构组成3.1 结构形式本厂房为钢结构厂的门式刚架结构。当厂房设有吊车时，为了节省材
9、料和有效的发挥钢结构的特点，采用变截面梁，变截面梁分三段，根据以往的工程实际情况，分段处大致为反弯点处，以减小跨中弯矩带来的危害，至结构失稳，故变截面梁分段比为2:6:2。根据钢结构设计手册，一般钢结构的厂房使用铰接柱脚，当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。本厂房的吊车为A5工作制15t桥式吊车，故设计为刚接柱脚。设两对地脚螺栓。对于有桥式吊车的厂房，中柱不宜采用摇摆柱。结构设计计算简图如图3.2所示：图3.2 结构计算简图3.2 结构平面布置根据任务书要求，厂房全长60米，则设计柱距为6m，共11榀刚架。在厂房两层山墙处需要布置抗风柱抵抗侧向风载。由于厂房两跨等跨均为3
10、0m，根据门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）（04SG518-3）的规定，抗风柱的柱距设计为6m，6m，6m，6m。根据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102：2002）规定，门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/101/20。具体坡度可详见建施03。门式刚架轻型钢结构自重轻，且厂房所处地理位置土质良好，因此选用浅基础中的柱下独立基础。柱脚采用刚接柱脚，基础设计为台阶基础。基础的平面布置方式详见结施02，基础的具体参数及形式详见结施04。（1）伸缩缝温度变化将引起结构变形，使厂房结构产生温度应力。故当厂房平面尺寸较大时为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。本
11、次设计的厂房长度为60m，无需在横向上设置伸缩缝。（2）柱距的布置根据厂房建筑统一化基本规则和建筑统一模数制可知，对厂房横向，当厂房跨度L18m时，其跨度宜采用6m的倍数。所以本次设计厂房的柱距取6m。（3）抗风柱布置根据门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）04SG518-3规定抗风柱的间距为：6m，6m，6m，6m。（4）柱间支撑布置根据门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）04SG518-3规定，在厂房的两端开间分别布置两道柱间支撑，上柱和下柱各一道。上柱柱间支撑为单片，连接于柱腹板中心，下柱柱间支撑为双片，连接于柱两侧翼缘里侧。（5）基础布置本次设计内容是钢结构厂房，根据任务书给出的地质条件，本次
12、设计采用阶形式的柱下独立基础。4 3D3S辅助结构设计3D3S软件一款专业的钢结构软件，对设计门式刚架轻钢来说，3D3S可以简单迅速的建模，在节点计算方面更有着异常强大的功能，能自动设计相关节点并且校核优选，由于是基于CAD的一款钢结构设计软件，可以直接在CAD出图。在辅助设计方面更是可以直接校核支撑，设计并出基础图。3D3S软件进行设计时，首先设计刚架模板，然后将模板配置到设定好的柱网中，接着分别对单榀框架进行材性定义和截面定义、荷载布置并计算其内力，再进行围护结构设计如门窗、屋面檩条、墙面檩条、屋面支撑和抗风柱等构件，最后对整体模型进行后处理编辑并输出相应的图纸以及计算书。4.1 刚架布置
13、进入3D3S建模界面，进入模板生成界面，输入相应的模板信息，包括跨度、檐口高、牛腿标高、梁分段比等。接着进入荷载信息界面，输入相应的荷载信息，包括恒载、活载、基本风压等。模板信息和荷载信息输入完成后，建模部分基本完成。进入轴网生成界面，把轴线数和轴线间距输入，轴线就生成完毕。进入刚架布置界面，点击生成的轴线，刚架就可以布置上去。具体操作如图4.1所示。 图4.1 模板生成4.2 吊车布置吊车荷载参数中有相应的吊车信息，如施加吊车的节点和位置，吊车规格等，可根据工程实际情况选用合适的吊车。具体操作如图4.2所示。图4.2 吊车荷载参数信息4.3 抗风柱布置首先从截面库中选择抗风柱的截面，然后按照
14、要求输入抗风柱间距，再选择布置抗风柱的主刚架即可。具体操作如图4.3所示。图4.3 抗风柱布置4.4 屋面檩条和支撑设计布置顺序首先布置屋面檩条，其次进行门窗布置，然后布置墙檩，最后布置屋面支撑、系杆和柱间支撑。在本次毕业设计中，屋面檩条设计的一些参数如图4.4所示，柱间支撑的一些参数如图4.5所示。结构模型如图4.6所示。 图4.4 屋面檩条布置信息 图4.5 柱间支撑布置信息图4.6 厂房结构模型4.5 围护结构的计算围护结构布置完成之后要运用软件进行计算，查看各构件是否满足强度、刚度、稳定性的要求。屋面檩条计算如图4.7所示，墙面檩条计算如图4.8所示。 图4.7 屋面檩条计算 图4.8
15、 墙面檩条计算4.4 门式刚架的后处理单榀设计完成之后，对刚架进行后处理。先对齐模型并生成实体模型，接着进行主结构节点计算参数的设置、主结构节点连接形式的选择（如图4.4所示）、围护结构节点设计和牛腿设计（如图4.10所示），然后对节点归并，主钢架命名和构件编号，最后绘制施工图。图4.9 连接节点形式图4.10 牛腿设计5 构件设计在构件设计中主要包括檩条设计、墙梁设计、抗风柱设计、支撑设计、吊车梁设计。设计包括荷载计算、截面选择以及截面特性的计算、截面验算等。部分构件还需进行稳定性验算、焊缝计算等。5.1 屋面檩条设计檩条选用冷弯薄壁型钢C型，屋面坡度为1/10（=5.71）。檩条跨度6.0m，檩距1.5m，在横梁与屋面檩条之间设置一道拉条。材料采用Q235-BF。（1）荷载计算根据屋面板的受力情况，分别计算永久荷载、屋面均布活荷载和风荷载：（a）永久荷载：屋面压型钢板自重：0.12kN/m2檩条及支撑（含拉条）自重：0.05kN/m2（b）可变荷载：根
