轻型门式钢架厂房焊接结构及工艺设计.wps

沈阳理工大学毕业设计1开 题 报 告开 题 报 告题目名称轻型门式刚架厂房焊接结构及工艺设计题目来源A 自拟课题题目类型 1 工程设计导师姓名赵铁钧学生姓名唐诗普班级学号0905010613专 业材料成型及控制工程焊接方向具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献）一、一、课题背景和意义被喻为“绿色工厂”的钢结构厂房体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势1。最近在我国建筑工程领域中已经出现了产品结构调整，长期以来混凝土和砌体结构一统天下的局面正在发生变化，钢结构厂房以其自身的优越性引起业内关注，已经在工程中得到合理的、迅速的应用，所以钢结构厂房的发展前景美好2。众所周知，建筑钢结构是一个复杂的系统工程，它包括钢结构设计等 13 个主要工艺流程。焊接应用技术对整个工艺流程起到决定性的作用3。在钢结构行业的主要工艺流程中，焊接技术对整个流程起到决定性的作用。以热轧型钢（角钢、工字钢、槽钢、钢管等）、钢板、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索作为基本元件，通过焊接、螺栓或铆钉连接将基本构件连成能够承受外载荷的结构称为钢结构4。目前钢结构已经在国门经济各部门获得非常广泛的应用。不仅在传统工业部门，如工业与民用建筑业的建筑结构，交通运输业的船舶、车辆、飞机、桥梁，电力部门的高架塔桅，水工建筑中的闸门、大型管道以及机械工业中的工程机械、重型机械等方面，而且在近年来新兴的航空业、海洋工程中都大规模应用了钢结构5。钢结构有如此广泛的应用，原因在于它具有以下的特点：1、强度高、重量轻 钢才的强度要比混凝土高很多倍，因此当承受载荷和周围环境相同时，用钢才制成的结构自重较轻，所需截面积较小，运输和架设方便。2、塑性和韧性好 钢材具有良好的塑性，一般情况下，不会偶然超载或局部超载造成突然的断裂破坏，而是实现有塑性变形的征兆，可以及时采取补救的措施。钢材的良好韧性，对加载在其上的动载荷有很好的适应性，为结构的安全提供了可靠的保证6。3、材质均匀 钢材的内部组织均匀，各个方向的物理力学性能大致相同，很接近各向同性体，在一定的应力范围内，钢材处于理想的弹性状态，与工程力学所采用的基本假定 沈阳理工大学毕业设计2较符合，故计算结果准确可靠7。4、制造方便 钢结构是由各种加工制成的型钢和钢板组成的，采用焊接、螺栓或铆接等工艺制成基本构件，运到现场装配拼接。所以制造简单、施工周期短、效率高，且修配、更换方便。这种工厂制造、工地安装的施工方法，具备了成批大件生产和成品精度高等优点，同时为降低造价、发挥投资的经济效益创造了条件8。二、二、国内外研究现状 轻型门式刚架厂房是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构厂房占非住宅建筑投资的 50%以上。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的厂房结构模式产生较大冲击9。目前还存在着种种不尽人意或有待提高的方面，但钢结构厂房的发展潜力巨大，前景广阔。我国 30 年来的改革开放和经济发展，已经为钢结构厂房体系的应用创造极为有利的发展环境。首先，从发展钢结构厂房的主要物质基础来看，自 1996 年开始我国钢的总产值就已超过 1 亿吨，居世界首位。而且随着钢材产量和质量持续提高，其价格正逐步下降，钢结构厂房的造价也相应有较大幅度的降低。与之相应的是，钢结构厂房配套的新型建材也得到了迅速发展。其次，从发展钢结构厂房的技术基础来看，在普通钢结构厂房、薄壁轻钢结构厂房、高层建筑钢结构厂房、门式刚架轻型房屋钢结构厂房、网架结构、压型钢板结构、钢结构厂房焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨（型钢）混凝土结构等方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准已发行。有关钢结构厂房的规范规程的不断完善为钢结构厂房体系的应用奠定了必要的技术基础，为设计提供了依据。第三，从发展钢结构厂房的人才素质来看，经过几年来的发展，专业钢结构厂房设计人员已经形成一定的规模，而且他们的专业素质在实践中得到不断提高。而随着计算机在工程设计中的普遍应用，国内外钢结构厂房设计软件发展迅猛，软件功能日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计，施工图绘制提供了极大的便利条件10。国外的门式刚架体系已经进入了设计、分析、出图程序化（如大型通用化设计软件包Loseke Building System Software）、构件加工、安装施工、经营管理一体化流程的时代。同时在建造方面也发生了变化。业主不是带图纸委托加工，而是向承包商定购某种轻型钢结构房屋，承包商在规定时间内按业主要求按质建成并交付使用。而且很多公司都有自己的系列，沈阳理工大学毕业设计3以商品的形式交付使用。门式刚架钢结构体系已经普及到了各个领域内。日本工程界目前正就主刚架在地震力作用时保有水平耐力(即构件达到塑性阶段时的承载力)所需的 Ds 值的取法(Ds 为地震空间结构分维，反映地震空间结构的相似性)，大断面 Z 型冷弯薄壁型钢檩条及墙梁、高强度螺栓在椭圆孔处的受力状态等几个方面进行研究。现今我国已建成的门式刚架轻钢结构房屋已达 800 多万 m2，而且以每年约 100 万 m2的速度增加。这是个前所未有的大好机遇，必将带动建筑业产品结构的调整，促进建筑结构向轻型化、系列化发展11。目前国内门式刚架结构优化设计研究领域取得了较好的成绩。研究了门式刚架工业厂房最优柱距的问题，有了详细的数据。在优化算法和敏度分析的研究上也已经取得了显著的成果。我国学者采用渐近满应力法，研究开发了门式刚架结构优化设计软件 SOA。采用 GIG(General Interactive Gradient)一般梯度法，研究了门式刚架在荷载作用下的优化，与传统设计方法相比，取得了较好的效果。采用离散复合形优化方法，依据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:98)，建立了门式刚架轻型结构离散变量优化的数学模型，在3D3S(V3.0)软件的基础上编制了门式刚架的结构优化程序12。使用遗传算法，对门式刚架进行了包括离散和连续变量的截面、形状混合优化的研究，并与 PFCAD 系统相结合，形成了一个完整的门式刚架轻型房屋设计与优化系统13。同时国内的设计软件开发也大大提高，逐渐普及自行开发的设计软件。如我国自行开发的门式刚架轻型房屋设计系统 PFCAD、PKPM 及同济大学开发的 3D3S 等软件14，15 。三、三、课题主要内容设计参数：跨度 40m，长度 100m，地点：沈阳1.钢结构厂房的梁、柱的设计选择及平面布置；2.绘制刚架立面图；3.吊车梁的设计计算：起重量 10T，跨度 20m；4.编写主要焊接件的焊接工艺卡片；5.编写设计说明书四、课题研究方案 根据设计任务书内容，首先明确相应的设计内容，学习钢结构设计的知识。查找资料，认真学习相关参考文献，如轻型钢结构设计规程、轻型钢架构结构设计规范 并且结合焊接手册制定详细的进度计划，在老师的指导和监督下按质按量完成毕业设计的内容，沈阳理工大学毕业设计4用 Auto cad 进行绘图，重视校核避免不必要的返工16，17 。具体过程如下：（a）分析课题，查阅相关文献，写出文献综述；（b）结构计算及强度校核；（c）设计工件坡口形式草图，确定最终工艺方案；（d）用 CAD 画出装配图及零件图；（e）最后毕业设计总结、修改、完善、撰写毕业论文；（f）毕业答辩。五、日程安排第 1 周第 3 周 熟悉课题，查阅文献，确定课题研究方案，完成开题报告；第 4 周第 6 周 钢结构厂房的设计计算，绘制草图；第 7 周第 8 周 绘制厂房平面布置图、刚架立面图；第 9 周第 11 周 吊车梁的设计计算，并绘制装配图；第 12 周 编写主要焊接件的焊接工艺卡片；第 13 周第 14 周 撰写论文、准备答辩；第 15 周 答辩六、参考文献1 GB500172003 钢结构设计规范，北京：中国计划出版社，20032 GB 50009-2001 建筑结构荷载规范，北京：中国计划出版社，2001 3 王国凡主编，钢结构焊接制造，化学工业出版社，20044 戴为志 高良 主编，轻型门式钢结构焊接技术培训教程，化学工业出版社，20095 弓晓芸.轻型门式钢结构建筑的应用及发展，工业建筑，2002，30（4）6 李一凡，刘福胜,孙勇.门式刚架轻型结构房屋的发展现状，2006 7 张其林主编 轻型门式钢架计算原理及设计实例，同济大学 2003 8 中国机械工程学会焊接学会焊接手册，第三版 机械工业出版社 2008 9上海市标准，轻型钢结构设计规程（DBJ08-68-97），上海，1998；10 中国工程建设标准化协会标准，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:98），北京，1999；11中国工程建设标准化协会标准门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）(送审稿)12中华人民共和国国家标准冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB500018-2002），中国建 沈阳理工大学毕业设计5筑工业出版社，2002，北京；13中华人民共和国国家标准冷弯薄壁型钢结构技术规范（GBJ18-87），北京；14中华人民共和国国家标准钢结构设计规范(GBJ17-88),北京；15中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2002，北京；16田锡唐焊接结构，机械工业出版社，1996；17陈裕川焊接工艺评定手册，机械工业出版社，1999.10；填表说明:题目类型:1、工程设计；2、应用研究；3、理论研究；4、其它；（选 1、2、3、4）。题目来源:A、自拟课题；B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选 A、B、C）。开题报告内容使用宋体小四字号指导教师意见 指导教师(签字):年 月 日学院意见 学院院长(签字):年 月 日