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1、本科生毕业设计(论文)题 目:飞羽钢厂单层轻钢工业厂房设计 英文题目:系 :土木工程系专 业:土木工程班 级: 土木工程系 班学 生: 学 号: 指导教师:职称:指导教师:职称:摘要 80年代末期随着改革开放，沿海地区部分三资企业的一些工程开始采用轻钢建筑。此后，我国技术人员在学习、消化国外先进技术的基础上，结合我国的具体情况研制开发了轻钢结构建筑用的各种设备。20多年来国内逐渐形成了具有一定规模的轻钢结构专业厂家。为了适应轻钢结构的快速发展，相应的规程、规范手册也逐渐编制完善。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
2、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，结构设计和两部分。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。结构设计部分包括方案选择，吊车梁设计，檩条设计，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。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
3、房檩条墙梁布置图，吊车梁施工图，支撑布置图。关键词：轻型钢结构，门式刚架，建筑设计，结构设计Abstract目录摘要1Abstract21文献综述11.1轻钢结构发展现状及特点11.2轻钢结构住宅体系的优点11.3轻型门式刚架结构总概21.3.1门式刚架轻型房屋钢结构设计要点及其概述21.3.2门式刚架轻型房屋钢结构适用范围21.3.3门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求31.4钢结构在国外发展状况41.5钢结构在国内发展状况52工程概况72.1工程概况72.2设计方法72.3设计步骤83建筑部分设计931厂房平面设计93.1.1建筑平面形式的选择93.1.2柱网的选择93.1.3定位轴线的划分9
4、32厂房立面设计103.2.1室内外高差的确定103.2.2厂房天然采光设计103.2.3厂房屋面排水设计103.3厂房立面设计113.4建筑剖面设计113.5厂房的构造设计113.5.1外墙113.5.2外维护结构的保温设计123.5.3屋顶构造133.4.4散水构造134墙面结构布置155结构设计165.1结构体系的选择165.1.1门式刚架165.1.2屋面系统165.1.3吊车梁系统175.1.4围护结构体系175.2材料选择185.2.1钢材种类185.2.2保证项目185.2.3连接材料196檩条设计206.1荷载标准值206.1.1基本资料206.1.2永久荷载206.1.3可变
5、荷载标准206.2内力计算206.3截面选择及截面特性206.3.1受压板件的稳定系数216.3.2受压板的有效宽度216.3.3有效净截面模量236.4强度计算246.5挠度计算256.6构造要求256.7檩条在风吸力作用下的稳定计算256.7.1抗扭弹簧刚度Ct计算256.7.2考虑自由翼缘约束影响的修正系数计算266.7.3对主轴y-y的弯矩计算276.7.4计算286.7.5 x的计算286.7.6应力计算287抗风柱设计387抗风柱设计387.1 荷载计算387.1.1恒载387.1.2风荷载387.1.3单根抗风柱承受的均布线荷载设计值为：387.2 内力分析387.3 截面选择3
6、97.4 强度验算397.5 稳定性验算397.5.1平面内稳定397.5.2平面外稳定性397.6 挠度验算408钢架计算418.1荷载计算418.1.1恒载计算418.1.2活荷载的计算418.1.2吊车及吊车荷载428.1.3地震荷载448.2内力计算458.2.1荷载作用下的内力458.2.2活载作用下的内力49结论69参考文献71在 学 取 得 成 果73致 谢741文献综述1.1轻钢结构发展现状及特点80年代末期随着改革开放，沿海地区部分三资企业的一些工程开始采用轻钢建筑。此后，我国技术人员在学习、消化国外先进技术的基础上，结合我国的具体情况研制开发了轻钢结构建筑用的各种设备。20
7、多年来国内逐渐形成了具有一定规模的轻钢结构专业厂家。为了适应轻钢结构的快速发展，相应的规程、规范手册也逐渐编制完善。当前，国内轻钢建筑上部结构造价在总体上尚略高于传统的砖、混结构，这是影响部分业主或投资者选用的一个原因。实际上只关注这一点是片面的，上部结构造价占工程总投资的比例很小，其采用不同建筑形式引入的差价则更小。不应以此单一因素为结构材料选择的决定性因素。按现代的观点，轻钢建筑综合经济效益评价指标至少要包含以下方面：总投资成本、投资回报期、建筑的适用性、环保因素等1。轻钢结构即轻型钢结构建筑体系，是以热轧轻型 H 钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构
8、钢材和高效功能材料为主，以各类高效装饰连接材料为辅组装而成，能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑1。1.2轻钢结构住宅体系的优点钢结构住宅体系是指由维护、墙体及隔断结构与钢管架支承结构共同组成的住宅体系。这种住宅体系与传统结构体系相比具有以下优势： 1、由于采用了轻型屋顶及墙体结构，而且其支撑钢结构的材料强度高，用料省，体型小，所以自重较轻。结构重量轻节省了减少了运输和吊装费用，基础负载也相应减少,减低了基础造价。 2、由于钢材强度高，房屋自重轻，故以钢骨架作支承结构时,可建造开间、进深较大的房屋，而且所需构件的截面小，在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5% -7% 。
9、 3、钢结构具有良好的延性,抗震性能好且受损轻，而且由于钢材便于加工,灾后容易修复。 4、钢结构除基础外,构件全部由专业工厂标准化生产,建筑质量容易保证;工业化程度高，施工速度快，施工周期比传统建筑可缩短一半;各部件运抵现场组装，施工现场文明,现场湿作业少，噪声粉尘和建筑垃圾也少;施工作业受天气及季节影响较少,并且可以工厂制作与现场安装平行进行，甚至一些标准化的住宅体系，可以随订货，随建造,大大缩短建造周期和资金占用时间。1.3轻型门式刚架结构总概1.3.1门式刚架轻型房屋钢结构设计要点及其概述其设计要点为：1结构和构件应保证整体稳定和局部稳定，在可能产生最大应力的部位或区域，应避免焊接接头；
10、节点如支撑节点、柱脚、横梁与柱节点等的破坏，不应先于构件全截面的屈服；2梁与梁、梁与柱以及柱脚连接要做成刚性(柱脚也有做成铰接，摇摆柱的两端都应是铰接)，梁柱连接最好采用螺栓端板连接；3选材应注意选用高品质钢材，不要用沸腾钢，应保证其物理指标，对钢材中碳、磷、硫、氮等的含量应严格控制，必要时应进行抽检；4设计中尽可能避免焊接连接，若实在无法避免，要将含碳量控制在0.22%以下，尤其不能使用Q235A级钢。构件尽量使用实腹式热轧H型钢，刚架一般采用实腹式变截面梁和柱；5设计时应根据屋面抗风等级对屋面板、擦条及紧固件明确提出承载力要求，以避免在风吸力作用下屋面遭到破坏；6对门式刚架要进行合理的优化
11、设计，优化目标是在满足规范对结构刚度、强度、稳定性的约束下，实现用钢量最小 3。门式刚架可布置为柱底铰接、柱底刚接，单跨、多跨，高低跨、带毗屋，屋面单坡、多坡，无夹层、有夹层，单体、多体等纷繁的结构形式。1.3.2门式刚架轻型房屋钢结构适用范围跨度大或高度较高的门式刚架，CECS102:20024适用于主要承重结构为单跨或多跨单层门式刚架轻型房屋，其屋面和墙面维护体系应为轻型屋盖和轻型外墙，即主要采用金属压型钢板的屋面、墙面。不仅因为轻型屋面和墙面重量轻，且可利用其应力蒙皮效应，有利于加强作为平面结构的门式刚架的整体刚度。这是轻型门式刚架结构区别于普通钢结构的重要特点。GB50018-2002
12、5指出，现场实测表明，具有可靠连接的压型钢板维护体系的建筑物，其承载能力和刚度均大于按裸骨架算得的值。这种因维护体系在自身平面内的抗剪能力而加强了的结构整体工作性能的效应称为受力蒙皮作用，或称为蒙皮效应。考虑受力蒙皮效应不仅能节省材料和工程造价，还能反映结构的真实工作性能，提高结构的可靠性。一般门式刚架的跨度不宜大于36m，檐口高度不大于15m。跨度太大或檐口太高，刚架构件自身的刚度较大，屋面或墙面的蒙皮刚度相对较小，其加强刚架结构整体刚度的作用不大，几乎可忽略不计，CECS102:2002就不再适用了。因此，对于跨度大于36m或檐口高度大于15m的情况，可采用门式钢架这种结构形式，但应遵照钢
13、结构设计规范（GB50017-2003）6相关规定进行设计。跨度大于等于36m的实腹式门式刚架，由于梁的高度较大，轻钢房屋梁的翼缘跨度一般不大，隅撑冷弯薄壁型钢檩条体系提高的侧向刚度较小，须采取措施防止梁受压翼缘的屏幕外失稳。刚架跨度不小于60m或更大时，斜梁宜采用折线形或截面采用桁架形式，屋盖支撑处设置横向水平支撑外，必须设置纵向水平支撑，支撑杆件及系杆应采用型钢，不宜采用冷弯薄壁型钢构件。有局部夹层的门式刚架，所谓局部夹层仅限于面积较小的内置轻型办公室，当采用混凝土楼板时，对设防烈度在7度和以上地区，若使用要求许可，最好把局部夹层与主体结构用防震缝分开7。因为夹层结构与主体结构相连，房屋的
14、平面刚度变化较大，使主体结构的内力分布发生变化，对整幢房屋在水平荷载作用下的受力不利。1.3.3门式刚架轻型房屋钢结构的设计要求主刚架：主刚架一般假设成平面结构，按弹性方法分析内力和变形。对于单层钢结构工业厂房所要考虑的荷载是风荷载、雪荷载、吊车荷载、结构自重和屋面活载，地震作用基本不起控制作用。主刚架截面通常采用薄板和中厚板焊接的工形截面，腹板的高厚比在100以上，但较少布置加劲肋，按有效截面理论计算构件的强度，充分利用钢材屈曲后强度，钢板厚度基本不会超过20mm。吊车梁：门式刚架轻型房屋钢结构多采用20吨以下的中、轻级工作级别吊车，由于轻型钢结构厂房中的吊车产生的横向荷载比较小，一般不需要设置制动结构，采用加强受压翼缘方式提高吊车梁的整体稳定性，吊车梁的上翼缘与腹板采用熔透对接焊缝连接,下翼缘与腹板采用角焊缝连接。抗风柱：抗风柱的上端采用弹簧板与刚架梁相连，下端设置单独的基础，弹簧板由一块钢板折叠而成，竖向刚度很弱，上部的钢架梁可以自由变形，节点不传递竖向力。在水平方向弹簧板不容易发生变形，刚度很大，能够保证水平荷载的传递。抗风柱的柱脚节点同正常钢柱的柱脚，分刚接和铰接两种形式。而对门刚架轻钢结构的抗风柱来说，采用什么样的柱脚节点对抗风柱的设计影响不大，但对于基础的设计则非常
