轻型门式刚架毕业设计计算说明书.doc

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1、毕业设计说明书轻型门式刚架毕业设计专 业 土木工程 学 生 张 亨 指导教师 左咏梅 河北工程大学科信学院2021年5月30日摘 要该工程为钢结构板材车间，本设计为单层单跨双坡钢结构厂房，承重结构采用刚架结构体系。门式刚架轻钢结构能有效地利用材料，构件尺寸小，重量轻，而且可以在工厂批量生产，保证质量，工地连接简便迅速，施工周期短。本设计的特点在于刚架柱采用变截面柱，这样受力更加合理，材料利用率大大提高。在手算过程中，为简化计算，将该厂房简化为横向承受主要荷载的平面刚架结构，屋架与柱顶的连接视为刚接，柱与根底的连接视为铰接。结构的纵向的简化为铰接体系，即将纵向结构的所有节点均视为铰接点，纵向荷载

2、主要通过屋面水平支撑和柱间支撑承受。设计说明书主要是是根据资料既定的建筑要求对厂房的结构进行设计。所以建筑设计内容只是简单的介绍了厂房的根本建筑概况，而后着重对厂房进行结构设计。结构设计包括：根据建筑方案确定结构布置，选取计算模型，荷载计算，刚架截面尺寸估算，刚架构件验算，刚架节点设计，吊车梁设计，牛腿设计，抗风柱设计，檩条设计，墙梁设计，柱间支撑设计及刚架柱和抗风柱下独立根底的设计。设计过程中使用结构力学求解器对结构的内力进行计算，使用Excel对内力进行组合，使用CAD绘制构件的计算简图、节点详图等，最后使用Word对设计内容录入。关键词：钢结构 刚架体系 门式轻钢 构件设计 Abstra

3、ctThe project for sheet steel structure workshop design, the design of steel structure workshop for single single span double slope, bearing structure adopts frame structure system. Portal rigid frame light steel structure can effectively use of materials, small size, light weight, and can be mass p

4、roduction in the factory, quality assurance, site connection is simple rapid, short construction period. Characteristics of this design is to frame column with variable cross section column, such stress more reasonable, greatly improve the material utilization ratio.In hand is the process, to simpli

5、fy the calculation, the workshop is simplified to horizontal main load under plane rigid frame structure, roof and pillars connection as just answer, connection as a hinged column and foundation. Vertical simplified as articulated system structure, the vertical structure of all nodes are considered

6、to be articulated point, vertical load is mainly through the roof level between support and support.Design specification is mainly according to the requirements of the data set building structure design of workshop. So construction design content is simply describes the present situation of the basi

7、c building block of the plant, and then focuses on building structure design. Structure design including: according to the structure arrangement of the scheme in the construction of calculation model, load calculation, rigid frame cross-section size estimation, just structure calculation, frame node

8、 design, design of crane beam, bracket design, wind column design, purlin design, design of wall beam, column bracing design and frame column and wind resistance design of independent foundation under column.Used in the design of structural mechanics solver on the structural internal force calculati

9、on, using Excel on internal force combination, the use of CAD drawing component diagram calculation, detail drawings, etc., finally use the Word to design content.Keywords: steel structure gate type light steel frame system component design目 录0.绪论10.1 概论10.2 建筑平面布置10.3 建筑立面布置及采光设计21.荷载计算31.1 计算模型的选取

10、31.2 屋盖永久荷载标准值31.3 屋面活载和雪载31.4 轻质墙面及柱自重标准值31.5 风荷载标准值31.6 吊车荷载标准值42.内力计算52.1 在恒荷载作用(标准值)下52.2 在活荷载作用(标准值)下72.3 在风荷载作用(标准值)下92.4 在吊车竖向荷载作用(标准值)下112.5 在吊车水平荷载作用(标准值)下132.6 内力组合153.刚架设计173.1 截面形式及尺寸初选173.2 构件验算183.3节点设计234.吊车梁和牛腿设计274.1 吊车梁设计274.2牛腿设计325.抗风柱设计365.1 荷载作用365.2 截面选取365.3 内力计算375.4 截面验算385

11、.5 抗风柱铰接柱脚设计396.其它构件设计406.1檩条设计406.2 墙梁设计416.3 柱间支撑设计427.根底设计447.1 刚架柱下独立根底447.2 山墙抗风柱下独立根底45鸣 谢47参考文献48附件1 英文参考文献原文复印件及译文附件2 毕业实习报告轻型门式刚架设计学生：张亨 指导教师：左咏梅河北工程大学科信学院土木工程专业结构设计方向0 绪论0.1 概论某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度24m，长度60m，柱距6m，檐口标高，屋面坡度1/10。设有2台电动桥式起重机，一台为10t，一台为5t。考虑经济、制造和安装方便，檩条采用H型钢，墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢。钢材

12、主要采用Q345钢，根底混凝土标号C20，焊条采用E50型。地面以下5m厚土质为e大于0.85的粘性土，地基承载力特征值均为。刚架计算模型及风荷载体形系数如以下图所示。图0-1计算模型及风荷载体形系数0.2 建筑平面布置厂房采用单跨双坡结构，矩形截面，长60m，跨度为24m，建筑面积在1440平方米左右，柱距为6m，横向定位轴线从左向右依次定为1，2，3，4，5，11，中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，厂房的纵向结构构件如屋面板，吊车梁，连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。纵向定位轴线由下向上依次定为A，B，C，D，E,对于抗风柱的设置，考虑到跨度为24m，柱距为6m，尽量使抗风柱间距与

13、柱距相近，所以6m设置抗风柱。厂房边柱外缘与外墙内缘重合，边柱中心线与纵向定位轴线重合。图0-2平面柱网布置图 0.3 建筑立面布置及采光设计厂房室外地坪标高为-0.300m，室内地坪标高为0.000，牛腿标高为6.850m，轨顶标高为m，柱顶标高为8.900m，在标高为1.800m处布置高1.8m，宽4.2m的窗户，在标高为7.700m处沿厂房纵向通长布置高1.200m的采光板，为增加厂房的采光性，在屋面上沿横向布置4条通长的宽度为0.75m的采光板。窗户的采光面积：墙面采光板的采光面积：屋面采光板的采光面积：总的采光面积：窗地比：1 荷载计算 1.1 计算模型的选取取一榀刚架进行分析，柱脚

14、采用铰接，刚架梁采用等截面，刚架柱采用变截面。1.2 屋盖永久荷载标准值彩色钢板 0.40 保温层 0.60 檩条 0.08 刚架梁自重 0.15 合计 1.23 屋面恒载标准值： 1.3 屋面活载和雪载 屋面活和雪载载标准值：1.4 轻质墙面及柱自重标准值 柱身恒载标准值：1.5 风荷载标准值根本风压：。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为和，背风面柱及屋面分别为和。以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式计算，查表，取，取值如下图。地面粗糙度B类迎风面 侧面， 屋顶，背风面 侧面， 屋顶，1.6

15、吊车荷载标准值吊车横向水平荷载标准值 吊车竖向荷载标准值Dmax作用在A柱，Dmin作用在B柱。牛腿顶面标高，柱顶标高，牛腿顶面处截面 2 内力计算根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：注：剪力图：“+表示方向“；轴力图：拉为正，压为负。弯矩图：上部受拉为正，下部受拉为负。2.1 在恒荷载作用(标准值)下： 图2-1恒荷载作用下计算简图图2-2恒荷载作用下轴力图图2-3恒荷载作用下剪力图图2-4恒荷载作用下弯矩图2.2 在活荷载作用(标准值)下：图2-5活荷载作用下计算简图图2-6活荷载作用下轴力图图2-7活荷载作用下剪力图图2-8活荷载作用下弯矩图2.3

16、 在风荷载作用(标准值)下：图2-9风荷载作用下计算简图图2-10风荷载作用下轴力图图2-11风荷载作用下剪力图图2-12风荷载作用下弯矩图由对称性可知，右风作用下，刚架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。2.4 在吊车竖向荷载作用(标准值)下：图2-13吊车竖向荷载作用下计算简图图2-14吊车竖向荷载作用下轴力图图2-15吊车竖向荷载作用下剪力图图2-16吊车竖向荷载作用下弯矩图2.5 在吊车水平荷载作用(标准值)下图2-17吊车水平荷载作用下计算简图图2-18吊车水平荷载作用下轴力图图2-19吊车水平荷载作用下剪力图图2-20吊车水平荷载作用下弯矩图2.6 内力组合：2内力统计截面内力

17、恒载活载左风荷载右风荷载吊车竖向荷载Dmax吊车竖向荷载Dmin吊车水平荷载吊车水平荷载柱端BNQ00M牛腿NQM柱端ANQM00000000梁端BN QM梁端CNQM002.6.2组合方式刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据?建筑结构荷载标准?(GB500092001)的规定，采用荷载效应的根本组合：0SR。本工程结构构件平安等级为二级，。对于根本组合本工程不进行抗震验算，荷载效应组合的设计值S从以下组合值中取最不利值确定：A恒荷载标准值活荷载标准值B恒荷载标准值风荷载标准值C恒荷载标准值吊车荷载标准值D恒荷载标准值活荷载标准值+风荷载标准值E恒荷载标准值活荷载标准值+吊车荷载标准值F恒

18、荷载标准值风荷载标准值+吊车荷载标准值G恒荷载标准值风荷载标准值+活荷载标准值+吊车荷载标准值最不利内力组合的计算控制截面取柱底、牛腿处、柱顶、梁端截面。对于刚架梁，截面可能的最不利内力组合有：梁端截面： (1)Mmax及相应的N、V；(2)Mmin及相应的N、V对于刚架柱，截面可能的最不利内力组合有：(1)Mmax及相应的N、V； (2)Mmin及相应的N、V(3)Nmax及相应的Mmax、V；(4)Nmin及相应的Mmax、V2.6.3内力组合值：部位内力组合组合方式内力值NQM柱端BMmaxEMminFNmaxENminF牛腿MmaxEMminFNmaxENminB柱端AMmax0Mmi

19、n0NmaxE-82.560NminB0梁端BMmaxEMminF梁端CMmaxDMminC3 刚架设计3.1 截面形式及尺寸初选部位截面名称面积mm2IX106mm4IY 106mm4WX104mm3WY104mm3iXmmiYmm钢架横梁H9002808121197637261钢架柱柱顶H90034012141867235065柱底H300340121411472129833.2构件验算：3构件宽厚比验算3柱计算长度平面内计算长度： ICO/ IC1 = 19033/ 228094柱的线刚度K1= IC1/h = 228094 mm3 梁的线刚度K2= Ib/2s = 166095/24

20、mm3K2/K1，查CECS102：2002 得ur=0.86 Hox = 89000.86 = 7654 mm平面外计算长度：考虑压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支撑点，但为了平安起见计算长度按两个墙梁间距考虑，即3刚架柱的验算抗压弯验算柱顶： 牛腿： 柱底： M=0，N= KN抗剪验算柱截面的最大剪力是= -82.56 kN，考虑到仅有支座加劲肋， =5.34.，满足要求。弯剪压共同作用下的验算： 因为，按公式进行验算，其中整体稳定性验算构件的最大内力：N=kN，M=kNm刚架柱平面内的整体稳定性验算：刚架柱的计算长度 ，满足要求。最外排一个螺栓

21、的抗剪、抗拉承载力验算：端板厚度验算按加劲肋类端板计算: 梁柱节点域的剪应力验算螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值： ， 取3梁梁连接节点设计螺栓强度验算梁梁连接节点采用级M30高强摩擦型螺栓连接，如以下图所示。构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值如下：kN，kN，M=kNmH 900280812 b a 图3-2梁梁连接节点螺栓抗拉承载力验算：螺栓抗剪承载力验算： ，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：端板厚度验算按加劲肋类端板计算: 螺栓处腹板强度验算翼缘内第二排第一个螺栓的轴向拉力设计值： , 取3

22、铰接柱脚设计刚架柱与根底铰接，采用平板式铰接柱脚。根底采用C20混凝土，.a.柱脚内力设计值如下： b.柱脚底板尺寸确定 底板反力为，满足要求。 图3-3刚架柱柱脚构造c.底板厚度确定按三边支承计算：d. 抗剪连接计算由于柱脚铰接，柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底的水平剪力，此水平剪力可由柱脚与混凝土根底间的摩擦力来抵抗。此时摩擦力，满足要求。、4.吊车梁和牛腿设计4.1吊车梁设计最不利轮位：图4-1吊车最不利轮位 故吊车处于最不利轮位时，吊车梁计算简图如下：6000图4-2吊车梁计算简图吊车梁在荷载作用下的受力图：图4-3吊车梁剪力图图4-4吊车梁弯矩图4.吊车梁截面设计4.1.梁的高度经济要求：

23、刚度要求：4.1.2.2腹板的厚度经验公式： 抗剪要求近似计算：局部挤压应力的计算：4.1.2.3翼缘尺寸 4.钢轨自重0.38 KN/m 吊车自重 1.17 KN/m吊车自重、钢轨自重、吊车竖向荷载对吊车梁x-x轴产生的内力：图4-5吊车梁竖向荷载作用下计算简图图4-6吊车梁竖向荷载作用下剪力图图4-7吊车梁竖向荷载作用下弯矩图吊车横向水平力对吊车梁y-y轴产生的内力：图4-8吊车梁横向水平荷载作用下计算简图图4-9吊车梁横向水平荷载作用下剪力图图4-10吊车梁横向水平荷载作用下弯矩图截面验算 a.正应力验算b.剪应力验算c.腹板局部压应力d.折算应力验算轮压影响范围内：轮压影响范围外：e.

24、刚度计算4.2 牛腿设计荷载计算吊车梁自重：钢轨自重：吊车自重：由吊车最大轮压引起的支座反力标准值为：那么牛腿根部承受的剪力：截面选择牛腿选用BH850500812 偏心距为e=550mm外伸长度为，截面高度， 截面宽度 ，翼缘板厚度 ，腹板厚度，那么：图4-11牛腿示意图截面特性 图4-12牛腿根部截面示意图牛腿根部截面：抗弯强度抗剪强度腹板计算高度边缘处折算应力 和的最不利组合出现在腹板边缘，因此验算公式为：焊缝验算根据角焊缝尺寸构造要求的限制，即： 故取 。腹板上竖向焊缝的有效截面面积为：图4-13牛腿焊缝截面示意图全部焊缝对X轴的惯性矩为： 焊缝最外边缘的截面模量为：翼缘和腹板连接处的

25、截面模量为：在弯矩作用下角焊缝最大应力：牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用：满足要求。5.抗风柱设计5.1荷载作用1墙重2风荷载标准值根本风压：。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为和，背风面柱及屋面分别为和。背风面 侧面5.2截面选取选用HT400200截面特性：5.3内力计算图5-1抗风柱风荷载作用下计算简图图5-2抗风柱风荷载作用下弯矩图图5-3抗风柱风荷载作用下剪力图跨中截面受自重作用下的轴力：5.4截面验算抗弯强度验算：抗剪强度验算：整体稳定性验算：平面外整体稳定性验

26、算：因设有柱间支撑，8900 = 6764mm5.5抗风柱铰接柱脚设计刚架柱与根底铰接，采用平板式铰接柱脚。根底采用C20混凝土，.a.柱脚内力设计值如下： b. 柱脚底板尺寸确定 图5-4抗风柱柱脚构造底板反力为，满足要求。c. 底板厚度确定按三边支承计算：6.其它构件设计6.1檩条设计1屋面恒载彩色钢板 0.40 保温层 0.60 檩条 0.08 合计 1.08 2 屋面活载和雪载 3检修施工的集中荷载 荷载组合A恒载+屋面活载B恒载+检修或施工集中荷载控制荷载组合为A，故作用在每根檩条单位长度上的线荷载为：对x轴，由引起的弯矩，按单跨简支梁计算跨中最大弯矩:对y轴，由引起的弯矩，考虑拉条

27、的侧向支撑作用，按双跨连续梁计算支座最大弯矩:选用H200100截面特性： 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，故不必验算檩条的整体稳定性，只对檩条进行强度验算强度验算：挠度验算：6.2墙梁设计1墙重2风荷载标准值根本风压：。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为和，背风面柱及屋面分别为和。背风面 侧面选用C20070202截面特性：内力计算： 由于夹心板与墙梁外侧紧固连接，可不验算墙梁的整体稳定性。强度验算：挠度验算：6.3柱间支撑设计6.3.1风荷载：根本风压：。根据地面粗糙度类别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，体型系数山墙迎