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1、 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 1 页 共 80 页 1 绪绪论论 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
2、能去分析和解决工 程中实际问题，使自己了解和掌握工程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 0.3
3、5kN/m ，地面粗糙程度为 B 类。对本次设计采用的结构 22 形式为轻钢门式刚架结构。 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
4、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是否 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 2 页 共 80 页 满足要求，最后设计计算节点域基础，完成整体设计。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3 页 共 80 页 2 建建筑筑方方案案设设计计 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
5、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。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 4 页 共 80 页 2.2 立面立面设计设计 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
6、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 剖面剖面设计设计 根据任务书要求，轨顶标高 8.2m，则柱顶标高： 12 HHH 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，此处取 315mm；H8为梁高，由前知为 800mm，则有： 8.22.185+0.315+0.811.5mH
7、 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。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 5 页 共 80 页 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
8、计采光通风设计 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 YX2
9、8-205-820-0.6。 （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 1.5m。 （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。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 6 页 共 80 页 3 结结构构方方案案设设计计 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
10、.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 15
11、t 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 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 7 页 共 80 页 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 30m，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
12、，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
13、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： 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 8 页 共 80 页 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，本次设计采用阶形 式的柱下独立基础。 本本科科毕
14、毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 9 页 共 80 页 4 3D3S 辅辅助助结结构构设设计计 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
15、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 刚架刚架布置布置 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。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 10 页 共 80 页 图 4.1 模板生成 4.2 吊车布置吊车布置 吊车荷载参
16、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 抗风柱布置抗风柱布置 首先从截面库中选择抗风柱的截面，然后按照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。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 11 页 共 80 页 图 4.3 抗风柱布置 4.4 屋面檩条和支撑设计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 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 12 页 共 80 页 4.5 围护结构的计算围护结构的
