某公司新建单层钢结构厂房钢结构门式钢架计算书

1、 本科毕业论文（设计）（题目：六安某公司新建单层钢结构厂房）本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文（设计）作者签名： 日期： 摘 要本工程为六安某公司新建单层钢结构厂房。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

2、结构建筑施工工期短，相应降低投资成本，经济实惠。本设计就是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。主要对承重结构进行了内力分析和内力组合，在此基础上确定梁柱截面，对梁柱作了弯剪压计算，验算其平面内外的稳定性；梁柱均采用Q235 钢，10.9 级摩擦型高强螺栓连接，局部焊接采用 E43 型焊条，柱脚刚性连接，梁与柱节点也刚性连接；屋面和墙面维护采用双层彩色聚苯乙烯夹芯板；另外特别注重了支撑设置、拉条设置，避免了一些常见的拉条设计错误。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，厂房檩条布置图，吊车梁施工图，支撑布置图，基础平面布置图。关键词： 门式刚架；轻型钢结构；内

3、力分析；节点AbstractThis works for a company in Luan new steel structure Single-layer workshop. The use of light portal frame system, the construction of light steel structure light weight, high strength, large-span, steel structure construction period short, lower investment costs, economic benefits.This

4、 design is to proceeds the building, construction design to the structural and actual engineering in light steel and calculation. The tractate includes internal force analyzes and combines, based on these analyses; can choose the section of beamand columniation. Next, checking computations of stabil

5、ity calculation of plane structure. The steel beam and column employs Q235 carbon structural steel. Connection bolts are high strength bolt of friction type with behavioral grade 10.9. Common bolts are rough type made by Q235B steel. Rod for manual welding usually adopts E43. Rigid connections apply

6、 to the column leg and the connection of column and beam adopts hinged connection. The metope and roofage adopts the double of the decked colored polystyrene clamps the circuit board. Otherwise, it is analyzed that the forced state of the bracing system for a steel factor building under wind load, t

7、he design of a bracing truss for a building with larger width. Avoid some errors in design of brace, tension rod, and tension rod joints.The design drawings are as follows: plant floor plan, Node elevation profiles and detailed, Frame Construction ,wall-beam purlin plant layout map, construction of

8、crane beam map, support layout map, foundation plan .Key Words：Portal frame；Light steel structure；Relation Database；the internal force analyzes；joint 目 录1 设计资料与依据 .11.1 工程概述 .11.2 设计依据 .12 建筑设计 .22.1 地质条件 .22.2 施工与安装条件 .22.3 建筑平面设计 .22.4 雨棚做法 .32.5 散水做法 .33 结构设计与计算 .43.1 设计基本资料 .43.2 荷载计算 .53.3 内力计算

9、 .73.4 门式刚架设计 .363.5 节点设计 .403.6 牛腿设计 .453.7 屋面檩条设计 .473.8 墙架设计 .503.9 吊车梁设计 .523.10 抗风柱设计 .593.11 支撑设计 .613.12 基础设计 .63致谢 .68参考文献 .691 设计资料与依据1.1 工程概述本工程为六安某公司新建单层钢结构厂房，建筑场址位于六安市郊区。本工程拟采用单层门式刚架，柱顶标高9m，跨度21m,设计使用年限为25年，结构安全等级为二级。室内外高差为0.45 m。防火等级为二级，跨间布置一台A4吊车。基本风压：0.35kN/m2 ； 基本雪压：0.55kN/m2；抗震设防烈度为

10、7度，抗震设防类别为丙类；场地为类场地土，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g。地面粗糙度为B类。抗活等级为二级。地质条件：地势较平坦，地表下土层分布均匀，分为四层：第一层杂填土，其厚度1.8 m，地基承载力130kPa，；第二层粘土层，其厚度5 m，地基承载力220kPa，全年主导风向为东南风。地下静止水位距室外地面1.5m，水质对建筑物无腐蚀作用。结论：a 拟建场地地面平坦。b 拟建物基础建议均可埋置于二层粘土层内，地基承载力特征值为220kPa。c 基础开挖时，严禁坑底土被水浸泡或曝晒。1.2 设计依据主要依据钢结构设计规范GB500172003 和门式刚架轻型房屋钢结构技

11、术规程CECS 102:2002等国家规范。2 建筑设计2.1 地质条件(1) 地形条件：地势较平坦，地表下土层分布均匀，分为四层：第一层杂填土，其厚度1.8 m，地基承载力130kPa，；第二层粘土层，其厚度5 m，地基承载力220kPa，全年主导风向为东南风。地下静止水位距室外地面1.5m，水质对建筑物无腐蚀作用(2) 气象资料：基本风压值，基本雪压值。(3) 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。(4) 厂房地面土夯实后上铺混凝土。表层覆盖100mm厚的素混凝土，室内地坪标高为0.000，室外地面标高为0.45m 。地面粗糙度为B类。抗活等级为二级。由于上部结构自重较轻，基础

12、采用柱下独立基础形式，持力层受力状况良好。2.2 施工与安装条件(1) 各种材料保证供应，品种齐全。(2) 施工技术力量雄厚，有足够的运输，吊装设备。(3) 构件加工和预测设施配套，保证工期。2.3 建筑平面设计(1) 屋面采用板宽1000mm，波高130mm的YX130-300-600的压型钢板，有效覆盖宽度750mm，内夹一定厚度的聚苯板用来保温隔热。屋面采用1/20的双坡屋面。(2) 墙体采用双层镀锌压型钢板，钢板间夹一层保温棉。(3) 车间采用铝合金塑钢推拉窗、平开窗，出入门采用夹芯板推拉门2.4 雨棚做法图2.1雨棚做法2.5 散水做法图2.2散水做法3 结构设计与计算3.1 设计基

13、本资料3.1.1 设计基本资料本次车间设计采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱高9m，柱距6m，八榀刚架，屋面坡度1/20；钢材采用Q235B，螺栓采用摩擦型高强度螺栓10.9级和普通螺栓。焊条采用E43，基础混凝土等级C20，柱、梁采用焊接组合梁，柱、梁为等截面，柱脚刚接，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁C型钢。3.1.2 柱网布置 图3.1柱网布置3.1.3 支撑布置图3.2柱间支撑图3.3屋面支撑3.1.4檩条在该屋面体系中，选用卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条，跨度6m，高度取跨度的1/351/50，最后由计算确定截面尺寸。3.2 荷载计算(1) 恒荷载： 压型钢板 0.25 檩条（包括拉条） 0

14、.05 刚架斜梁自重 0.21合计 0.51 恒荷载标准值：0.516=3.06kN/m(2) 活荷载：屋面活荷载 0.50雪荷载 0.55活荷载标准值 0.556=3.3kN/m (3) 风荷载：基本风压 0.35风载体型系数如图所示。 图3.4风载体型系数示意图柱顶高度9m，风压高度变化系数，则风荷载标准值为： (4) 吊车荷载拟A4吊车起重量为5t：起重量Q (t)最大轮压Pmax (t)最小轮压Pmin (t)吊车总宽度B (mm)吊车轮距W (mm)54.231.0735003000表3.1吊车信息标准值： 吊车横向水平荷载，每个轮子的水平刹车力的最不利位置同， (5) 地震作用本场

15、地地震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0.1g，则查规范得水平地震影响系数的最大值为=0.12。地震分为第一组，设计特征周期为 0.35s，建筑场地类别为类。采用底部剪力法，结构阻尼比取为。 通过在柱顶施加一单位荷载求得一榀刚架的柔度则刚度周期底部总地震剪力3.3内力计算本次设计刚架柱截面初选焊接组合型H型钢，截面尺寸H400280612，材质为Q235B，截面特性： 刚架梁截面初选焊接组合型H型钢，截面尺寸H5002801214，材质为Q235B，截面特性： 本设计通过结构静力学公式手算内力，得出门式刚架分别在恒荷载、活荷载、吊车荷载、风荷载、地震荷载作用下的弯矩、轴力、剪力图，最终的数据

16、进行下一步的荷载组合3.3.1内力手算3.3.1.1恒荷载作用下的内力 M图Q图N图图3.5恒荷载作用下的内力图3.3.1.2活荷载作用下的内力 M图Q图N图图3.6活荷载作用下的内力图3.3.1.3风荷载作用下的内力(1) 左半跨吸力 图3.7左半跨吸力作用下的M图(2) 右半跨吸力 图3.8右半跨吸力作用下的M图(3) 左柱身迎风 图3.9左柱身迎风作用下的M图(4) 右柱背风吸力 图3.10右柱身背风作用下的M图 (5) 左屋面高度吸力 图3.11左屋面高度吸力作用下的M图(6) 右屋面高度吸力 图3.12右屋面高度吸力作用下的M图(7)左风作用下的内力图M图Q图N图图3.13左风作用下

17、的内力图(8) 右风作用下的内力图M图Q图N图图3.14右风作用下的内力图3.3.1.4吊车荷载作用(1) 吊车最大水平荷载，从左向右且仅作用在左侧柱时刚架内力计算 吊车最大水平荷载从左向右作用时刚架的总内力图为分别作用在左侧柱和右侧柱上两内力图的叠加，叠加结果如下：M图Q图N图图3.15吊车横向水平荷载作用下的内力图(2) 最大竖向荷载作用在左侧柱时刚架内力计算 (3) 相应于作用在左侧柱时，最小竖向荷载作用在右侧柱产生的内力 如上两内力叠加，即得作用在左侧柱上的总内力图，叠加图如下：M图Q图N图图3.16吊车竖向荷载作用下的内力图3.3.1.5地震荷载作用在柱顶作用一地震水平集中作用力P=

18、10.89kN，分别考虑左震和右震作用时刚架各截面的内力值。(1) 左震 M图Q图N图图3.17左震作用下的内力图(2) 右震M图Q图N图图3.18右震作用下的内力图3.3.2内力组合本设计内力组合的计算控制截面取柱脚、柱顶、牛腿上截面、梁端截面。控制截面的内力种类有轴向力N、弯矩M、和水平剪力V。最不利的三种内力组合如下：(1) 与相应的、组合；(2) 情况下及相应；(3) 情况下及相应内力组合（以左半跨为例）中取构件最不利内力组合分别为：柱：柱脚截面 M=142.39，N=-112.9kN，V=-28.74kN 牛腿上截面 M=-123.82，N=-88.45kN，V=-35.96kN 柱

19、顶截面 M=-234.18，N=-85.84kN，V=-35.96kN梁： 梁柱节点 M=-234.18，N=-57.15kN，V=84.96kN 梁跨中 M=227.73，N=-57.4kN，V=3.02kN表3.2内力组合表构件号截面荷载 项目内力恒荷载活荷载吊车荷载风荷载内力组合Dmax在左侧Dmin在左侧Tmax左风右风Nmin及M,VNmax及M,VMmax及N,V项目组合值项目组合值项目组合值1-1M(kN.m)-77.68-83.778.27-5.884.055434.751.2*+1.4 (+)-9.661.2*+1.4 (+)-234.181.2*+1.4 (+)-234.1

20、8N(kN)-32.13-34.650.67-0.670.3921.0415.37-13.8-85.84-85.84V(kN)-13.27-14.31-3.313.3108.448.83-9.46-35.96-35.962-2M(kN.m)-44.7-48.116.542.394.0531.216.11.2*+1.4 (+)2.291.2*+1.4 (+)-123.821.2*+1.4 (+)-123.82N(kN)-34.4-34.650.67-0.670.3921.0415.37-16.52-88.45-88.45V(kN)-13.27-14.31-3.313.3109.767.51-8.

21、95-35.96-35.963-3M(kN.m)41.7645.041.6314.7011.55-43.52.11.2*+1.4 (+)11.911.2*+1.4(+)142.391.2*+1.4 (+)172.57N(kN)-39.9-34.650.67-0.670.3921.04-15.89-23.12-112.9-95.16V(kN)-13.27-14.31-3.313.312.413.19-1.57-0.45-28.74-32.941-1M(kN.m)-77.68-83.778.27-5.884.055434.751.2*+1.4 (+)-33.911.2*+1.4 (+)-234.1

22、81.2*+1.4 (+)-234.18H(kN)-14.86-14.29-3.27-3.348.599.489.580.942-57.15-57.15V(kN)31.4333.89-0.84-0.512.54-20.59-14.9121.0884.9684.962-2M(kN.m)84.0490.63-0.54-0.540-46.44-46.441.2*+1.4 (+)41.661.2*+1.4 (+)227.731.2*+1.4 (+)227.73H(kN)-13.25-16.02-3.27-3.348.599.489.582.87-57.4-57.4V(kN)0.660.71-0.84-

23、0.5100.490.530.353.023.023.4 门式刚架设计3.4.1刚架柱截面选择本次设计刚架柱截面初选焊接组合型H型钢，截面尺寸H400280612，材质为Q235B，截面特性： 3.4.2刚架柱验算选取最不利内力组合：，(1) 强度验算： 强度满足要求。(2) 平面内稳定验算：，属B类截面，查受压构件的稳定系数表，得。平面内稳定满足要求。(3) 平面外稳定验算：，属C类截面，查受压构件稳定性系数表，得。将数据代入公式中平面外的稳定满足要求。(4) 局部稳定验算：翼缘外伸宽厚比 ，满足要求。腹板高厚比 ，满足要求。(5) 刚度验算： 刚度满足要求。3.4.3 刚架梁截面选择刚架梁

24、截面初选焊接组合型H型钢，等截面，截面尺寸H5002801214，材质为Q235B，截面特性： 3.4.4 刚架梁验算选取最不利内力组合：，强度验算： 故截面边缘正应力比值 由于,用代替, 当，即此时截面全部有效。同时受到压弯作用， ，不设加劲肋，则 当时， ，故截面强度满足要求。 (2) 稳定验算： 平面外计算长度，截面惯性矩，属C类截面，查受压构件的稳定系数表，得。将数据代入公式中则稳定性满足要求。(4) 局部稳定验算：翼缘外伸宽厚比 ，满足要求。腹板高厚比 ，满足要求。(5) 刚度验算： 刚度满足要求。3.4.5侧移计算查轻型门式刚架表3-1，柱顶在风荷载标准值作用下的位移限值为。按公式

25、 3.5 节点设计3.5.1 梁柱节点采用如图所示的连接形式： 图3.19梁柱节点图连接处最不利一组内力组合值：，3.5.1.1 螺栓验算 采用10.9级M20摩擦型高强螺栓，连接表面采用喷砂处理，查表得抗滑移系数，每个高强螺栓预拉力。每个螺栓拉力：螺栓群的抗剪力为： 满足要求最外排一个螺栓的抗剪，抗拉力为： 满足要求3.5.1.2端部厚度验算端部厚度取为t=20mm， b=280mm按伸臂类端板计算，满足要求。3.5.1.3梁柱节点域的剪应力验算 3.5.1.4 螺栓处腹板强度验算 3.5.2 梁跨中节点采用如图所示的连接形式：图3.20梁跨中节点图连接处最不利一组内力组合值：，3.5.2.

26、1 螺栓验算采用10.9级M20摩擦型高强螺栓，连接表面采用喷砂处理，查表得抗滑移系数，每个高强螺栓预拉力。单个螺栓受剪，受拉承载力设计值为： 最外排螺栓的抗剪，抗拉力为：，满足要求3.5.2.2端部厚度验算端部厚度取为t=20mm， b=280mm按伸臂类端板计算，满足要求。3.5.2.3螺栓处腹板强度验算3.5.3柱脚节点设计采用如图所示的连接形式：图3.21柱脚节点图连接处最不利一组内力组合值：，边柱柱脚采用刚接方式与基础相连，地脚螺栓采用M36锚栓，采用双螺帽，材质为Q235钢，查表得抗拉承载力，周边角焊缝。3.5.3.1底面截面特征钢筋混凝土基础为C20，查混凝土结构设计规范表得混凝

27、土抗压强度为底板对基础顶面的压应力： 3.5.3.2验算锚栓直径受压区底板长度柱脚底板中心到受压区合力的距离锚栓拉力一个锚栓的拉力，满足要求基础反力受压区的最大压应力，满足要求3.5.3.3柱脚底板厚度在底板的三边支撑部分因为基础所受压力最大，边界条件较不利，因此这部分受的弯矩最大。取。查表得钢板的强度设计值取钢板厚度：取底板厚度，满足要求3.5.3.4 焊缝计算不考虑加劲肋等补强板件与底板连接焊缝作用，而且H型截面柱与底板连接处翼缘采用周边角焊缝连接，角焊缝尺寸为。槽钢与底板之间的连接焊缝承受剪力为：焊缝的总长度为：则此连接焊缝所需的焊脚尺寸为：，满足要求3.6 牛腿设计图3.22牛腿设计图

28、3.6.1牛腿根部截面验算作用于牛腿根部的弯矩M和剪力V牛腿根部的净截面为：形心轴以上面积对形心轴的面积矩为：净截面惯性矩为：净截面抵抗矩为：下翼缘外边缘的正应力为：，满足要求截面形心处的剪应力为：，满足要求截面腹板下端抵抗矩为：下翼缘对形心轴的面积矩为： 腹板下端的正应力为：腹板下端的剪应力为：腹板下端的折算应力为：满足要求3.6.2牛腿与柱的连接焊缝计算设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，且假定剪力仅有牛腿腹板焊缝承受，。腹板上竖向焊缝有效截面面积为：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截面模量为：在弯矩作用下角焊缝的最大应力为：满足要求。牛腿翼缘和腹板交

29、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。3.7 屋面檩条设计檩条跨度6m，檩条间距1.5m跨中设一道拉条，。檩条采用冷弯薄壁C型钢檩条，钢材采用Q235B，焊条采用E43型。图3.23屋面檩条计算图3.7.1 荷载计算恒荷载标准值：设计值：活荷载标准值： 设计值：荷载组合：3.7.2 内力计算弯矩设计值3.7.3截面选择3.7.3.1 截面选择檩条初步选用 截面应力计算：（压）（压）（拉）（拉）均满足要求。3.7.3.2受压板件的稳定系数永久荷载与风荷载吸力组合风荷载标准值：设计值： 查表得 稳定性满足要求3.7.3.3 挠度计算，满足要求3.7.3.4 构造要求，构造满足要

30、求3.8 墙梁设计刚架跨度21m，高度9m，屋面坡度5%，房屋维护墙采用中间夹保棉的压型钢板，墙梁最大间距1.5m，最大跨度7.5m,基本风压，采用冷弯薄壁C型钢，钢材采用Q235B，焊条采用E43型,结构布置如图所示。图3.24山墙墙架布置图3.8.1荷载计算风荷载标准值 根据建筑荷载规范，地面粗糙度系数按B类，风压高度变化系数，风荷载体型系数取，。垂直于房屋山墙的风荷载标准值：均布风荷载设计值：作用于墙梁水平风荷载设计值：3.8.2截面选择初选墙梁为,图3.25山墙墙梁计算图设墙梁自重设计值为墙梁按简支计算，只计算强度不验算稳定性。截面应力：（压）（压）（拉）（拉）均小于，满足要求。有效净

31、截面模量3.8.3 强度验算3.8.4 挠度计算 3.8.5 构造要求 构造满足要求3.9 吊车梁设计 吊车梁跨度6m,一台A4吊车起重量为5t，跨度L=21m，最大轮压4.23t，最小轮压1.07t，吊车总宽3.500m，吊车轮距3.000m，轨道高度0.134m，材料选用Q235B。图3.26吊车轮位示意图3.9.1内力计算3.9.1.1 求 图3.27轮位示意图查表得3.9.1.2求: ，查表得 横向水平荷载标准值设计值3.9.1.3求:图3.28轮位示意图3.9.1.4 求:3.9.2 截面选择3.9.2.1 梁高(1) 按经济条件确定：梁的毛截面模量(2) 按允许挠度值确定：(3)

32、建筑净空无要求初选梁高。3.9.2.2腹板厚度(1) 按经验公式：(2) 按抗剪要求：取3.9.2.3 翼缘尺寸为使截面经济合理，选用上、下翼缘不对称工字形截面，所需翼缘板总面积按下式近似计算上、下翼缘面积按0.6和0.4分配。上翼缘面积, 下翼缘面积。初选上翼缘板，下翼缘板。翼缘板外伸宽度 3.9.3 验算3.9.3.1 截面特性：吊车梁上翼缘：3.9.3.2 强度验算(1) 正应力上翼缘:下翼缘：(2) 剪应力突缘支座处剪应力为：(3) 腹板局部承压：3.9.3.3 稳定性验算(1) 整体稳定性：整体稳定性满足要求。(2) 局部稳定：翼缘：腹板：，应按构造配置横向加劲肋。3.9.3.4 加

33、劲肋计算(1) 横向加劲肋的外深宽度为：取。横向加劲肋厚度为：所以横向加劲肋尺寸为。(2) 支座加劲肋：采用强度验算：整体稳定验算：此截面属b类截面，查表得。3.9.3.5 刚度验算3.9.3.6 焊缝连接计算(1) 上翼缘与腹板连接焊缝：上翼缘对中和轴面积距取。(2) 下翼缘与腹板的连接焊缝：下翼缘对中和轴的面积矩(3) 支座加劲肋与腹板连接焊缝：均满足要求。3.10 抗风柱设计 刚架跨度21m，檐口高度9m，每侧山墙设置2根抗风柱，山墙墙面板及墙梁自重为，基本风压标准值为，抗风柱初选截面为。3.10.1 荷载计算墙面恒载标准值 风荷载标准值 根据建筑荷载规范，地面粗糙度系数按B类，风压高度

34、变化系数，风荷载体型系数取，。垂直于房屋山墙的风荷载标准值：单根抗风柱承受的均布线荷载设计值：恒载 风荷载 3.10.2 内力分析忽略墙架梁垂直荷载的偏心矩，柱自重为。抗风柱的最大轴压力为 最大弯矩为 剪力为 3.10.3 截面验算截面特性：3.10.3.1弯矩作用平面内的稳定验算，满足刚度要求。，查表得，满足要求。3.10.3.2 弯矩作用平面外稳定验算，查表得。，满足要求。3.10.3.3局部稳定验算翼缘外伸宽厚比 ，满足要求。腹板高厚比 ，满足要求。3.11 支撑设计3.11.1 柱间支撑3.11.1.1 荷载计算：基本风压，风压高度变化系数，风压体型系数。风压设计值 集中风荷载 吊车纵向水平制动刹车力。3.11.1.2 内力计算：(1) 上柱支撑斜杆内力。杆件拉力设计值：截面选择：杆件2-3的净面积 取圆钢，取钢管，(2) 下柱支撑斜杆内力，采用双角钢支撑。属于B类截面，查表得。压杆在循环荷载下的应力降低系数交叉支撑斜杆截面验算：，下柱支撑满足要求。3.11.2 屋面支撑屋面横向水平支撑与柱间支撑布置相协调，并配置形成上、下整体共同工作的空间体系。在屋面上与柱间支撑相同的区间设置