上海浦东新区轻型钢结构厂房毕业设计（论文）.doc
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目录
毕业设计（论文）
题目：
上海浦东新区南汇祝桥镇某轻钢厂房设计
学院：
土木工程
专业：
土木工程
学号：
10124390
学生姓名：
桑成生
指导教师：
胡宝琳
起讫日期：
2014.03-2014.06
目录
摘要与关键词 1
摘要：
1
关键词：
1
Abstract:
2
KeyWords:
2
前言 3
1.1国内外钢结构建筑的现状和发展前景 3
1.2门式刚架特点及适用范围 3
1.2.1门式刚架结构有以下特点 3
1.2.2适用范围 4
1.3本文所做工作 4
第一部分设计资料 5
1.工程概况 5
2.设计原始资料 5
2.1水文地质 5
2.2气象条件 5
3.设计其他资料 5
4.设计任务要求 6
4.1建筑设计 6
4.2结构设计 6
5.参考书目 7
第二部分建筑设计 8
1.建筑平面设计 8
1.1厂房平面形式的选择 8
1.2柱网的选择 8
1.3定位轴线的划分 8
1.4辅助构件的定位 9
2.建筑剖面设计 9
2.1厂房高度的确定 9
2.2采光设计 10
2.3通风设计 10
2.4厂房的保温，隔热设计； 11
3.定位轴线的确定 11
4.各种构造的做法 11
第三部分结构计算 13
1.结构体系选择 13
1.1门式刚架 13
1.2屋面系统 13
1.3吊车梁系统 14
1.4围护结构体系 14
1.5基础 14
2.材料选择 15
2.1钢材种类 15
2.2保证项目 15
2.3连接材料 15
3.檩条设计 16
3.1檩条的选择和在屋架上的布置和搁置 16
3.2荷载标准值 16
3.3内力计算 17
3.4截面选择及截面特性 18
3.5强度验算 18
3.6稳定验算 18
3.7挠度计算 19
3.8构造要求 19
4.墙架设计 20
4.1计算数据和资料 20
4.2墙梁所受荷载标准值：
20
4.3墙梁所受荷载设计值 20
4.4内力计算 20
4.5截面验算 21
4.6风荷载作用下的挠度 21
4.7抗风柱设计 21
5.吊车梁设计 23
5.1吊车基本资料 23
5.2吊车荷载计算（按两台同型号吊车考虑） 23
5.3内力计算 23
5.4截面选择 26
5.5截面特性 26
5.6强度计算 28
5.7稳定计算 28
5.8挠度计算 29
5.9疲劳验算 29
6、刚架内力分析和设计 30
6.1门式刚架资料 30
6.2荷载取值 30
6.3各部分作用荷载 31
6.4吊车荷载 31
6.5内力计算 32
6.6内力组合 46
6.7截面验算 49
7、节点设计 57
7.1梁、柱节点设计 57
7.2刚架横梁屋脊处节点连接 59
7.3柱脚设计 60
7.4牛腿设计 63
8基础设计 66
8.1地基承载力特征值和基础材料 66
8.2基础底面内力及基础底面积计算 66
8.3验算基础变阶处的受冲切承载力 67
8.3验算基础变阶处的受冲切承载力 69
9.柱间支撑设计 70
9.1上段支撑设计 70
9.2下段支撑设计 71
致谢 73
上海大学土木工程系毕业设计轻型钢结构厂房设计计算书
摘要与关键词
摘要：
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，结构设计和地基基础三部分。
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，门窗明细表。
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。
地基基础部分包括地基处理方案，基础设计。
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，厂房檩条墙梁布置图，吊车梁施工图，支撑布置图，基础平面布置图。
关键词：
轻型钢结构，门式刚架，建筑设计，结构设计，基础设计
AbstractandKeyWords
Abstract:
Thedesignforthelightsteelstructureplant,theuseoflightportalframesystem,theconstructionoflightsteelstructurelightweight,highstrength,large-span,steelstructureconstructionperiodshort,lowerinvestmentcosts,economicbenefits.InChinaithasamoreextensiveapplicationprospects.Lightsteelstructureoftheroofloadlighter,andthusasmallercross-sectionbar,thin.Inadditiontoitsordinarylighterweightsteelstructures,materialuniformity,accurateandreliablestresscalculation,simpleprocessing,ahighdegreeofindustrialization,transportandotherfeatureseasyinstallation,thegeneralalsohaseasymaterialtobeusedthantheprovinces,theadvantagesoflighterweight.
Thedesignspecification,includingarchitecturaldesign,structuraldesignandfoundationofthreeparts.
Architecturaldesignfortheconstructionplanetosomeofthespecificformsofchoice,plantprofiledesign,plantdesignelevation,thestructureofplantdesign,doorandwindowschedules.
Partofthestructuraldesign,includingprogramselection,thedesignofthecranebeam,purlindesign,pillarofwind-resistantdesign,corbeldesign,rigidframedesign（hand-countingcomputercomparison,combinationofinternalforces）,thenodedesign.Chaptersdetailthemaincomponentsofcalculuscalculation.
Foundationprogramsincludegroundhandling,foundationdesign.Partofthedesigndrawingsareasfollows:
plantfloorplan,Nodeelevationprofilesanddetailed,FrameConstruction,wall-beampurlinplantlayoutmap,constructionofcranebeammap,supportlayoutmap,foundationplan,.
KeyWords:
Lightsteelstructure，Portalframe，ArchitecturalDesign，Structuraldesign，foundationdesign
前言
1.1国内外钢结构建筑的现状和发展前景
轻型钢结构是近十年来发展最快的领域，美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上，日本的轻钢住宅已占住宅建筑的25%。
轻型钢结构专用设计软件可在短时间内完成设计、绘图、工程量统计及工程报价，在制作上也实现了高度的标准化及工厂化。
钢结构工业化、商品化程度高，施工速度快，综合效益高，市场需求量大，已成为工程各界的共识。
我国的轻钢结构发展较晚，特别是门式轻型钢结构在我国的应用发展大约始于20世纪80年代初期。
今二十年来特别特别是中国工程建设标准化协会编制的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》于1998年颁布实施后，其应用得到迅速发展。
钢结构作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。
特别是在我国大中城市中，人多、土地资源少，而人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大范围应用钢结构，是我国生产力发展到一定阶段的必然产物。
目前，我国钢材产量已居世界首位，而且国家也在逐步调整政策鼓励发展钢结构，我国大力发展钢结构的条件已经成熟，正步入钢结构发展的黄金时期。
1.2门式刚架特点及适用范围
1.2.1门式刚架结构有以下特点
采用轻型屋面，不仅可减少梁柱截面尺寸，基础也相应减小；在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面，为长坡面排水创造了条件。
设中间柱可减少横梁的跨度，从而降低造价。
中间柱采用钢管制作的上下铰接摇摆柱，占空间小；刚架的侧向刚度籍檩条的隅撑保证，省去纵向刚性构件，并减小翼缘宽度；刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比；变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用；刚架的腹板可按有效宽度设计，即允许部分腹板失稳，并可利用其屈曲后强度，故腹板高度比可比《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定为大，即可减少腹板厚度；竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视。
在轻屋面门式刚架中，地震作用一般不起控制作用；支撑可做得较轻便，将其直接或用水平节点连接在腹板上，可采用张紧的圆钢；构构件可全部在工厂制作，工业化程度高。
构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快捷，土建施工量小。
1.2.2适用范围
门式刚架通常用于跨度为9-36m，柱距为6m，柱高为11.4m，设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑（超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑）。
设置桥式吊车时起重量不宜大于20t、属于中、轻级工作制的吊车（柱距6m时不宜大于30t）；设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。
1.3本文所做工作
目前国内对轻钢门架结构的设计经验还不够丰富，有吊车荷载作用下的门式刚架结构的设计资料及经验还较为缺乏，本文通过研究门式轻钢工业厂房建筑设计和结构设计理论，探讨了带吊车轻钢厂房的主要设计思路和设计方法。
在学习知识的同时，能够系统地进行钢结构工程的设计，独立分析与解决实际问题的能力，培养创新精神，提高能力，增强素质，以便毕业后能够在房屋建筑、地下建筑、隧道、矿井等，方向并能从事钢结构工程设计、研究、施工、管理、投资、技术开发等工作。
同时相应的巩固、加深已学过的基础和专业知识，提高综合运用基础和专业知识的能力，熟悉土木工程专业钢结构设计的程序和方法、了解我国有关土木工程建筑的方针和政策，了解工程建设的基本程序，熟悉土木工程专业的有关规范和标准，学习调查研究的方法，深入实际了解已有的设计所存在的问题，在设计中克服这些不足，改进设计方案，了解工程中的常用做法，增强工程意识，提高工程实践能力。
设计完成后，进行各个不同情况的用钢量计算和比较，得出相关结论。
第一部分设计资料
1.工程概况
1、本课题来源于一个虚拟工程——上海浦东新区南汇祝桥镇某轻型钢结构厂房。
厂房总高度6.000m；建筑面积1563.25m2，建筑层数一层；主体采用门式刚架结构；本工程室内标高0.000m，相当于绝对标高12.000m。
本工程建筑类别为三级，耐久年限为二级，建筑物耐火等级为三级，屋面防水等级为Ⅲ级，抗震设防烈度为7度，丁类厂房。
2.设计原始资料
2.1水文地质
地基土层自上而下为：
人工填土，层厚0.6~1.0m；褐黄色粘土，层厚4.0~4.5m，fak=80KN/m2γ=19KN/m3；灰色淤泥质粉土，层厚20~22m,fak=70KN/m2，γ=18KN/m3；暗绿色粘质粉土，未穿，fak=160KN/m2，γ=20KN/m3。
地下水位在自然地表以下0.8m，水质对结构无侵蚀作用。
2.2气象条件
1、基本风压W0=0.55KN/m2，基本雪压为0.2KN/m2。
2、活荷载
3、屋面活荷载标准值:
qk=2.0KN/m2；
4、楼面活荷载标准值：
qk=4.2KN/m2；
5、抗震设防：
抗震设防烈度：
7度；抗震等级：
三级；
6、场地类别；Ⅳ类；设计基本地震加速度：
0.10g；
3.设计其他资料
3.1车间采光面积比为1/6～1/4，屋脊坡度12.5%。
3.2车间地坪荷重10KN/m2，均采用水磨石地面，全部地坪待设备基础完工后再施工。
3.3厂房设4.8m×2.8m大门两个，门上有挡雨棚，外挑1800mm。
3.4车间内设桥式吊车一辆，软钩，吊车工作级别位A3（轻级工作制），具体参数如下：
桥式软钩吊车性能参数
起重量Q（t）
跨度lk（m）
基本尺寸（mm）
起重机量（t）
最大轮压（KN）
大车宽B
大车轮距K
轨面至车顶高度H
轨中心至大车外边缘B1
大车
小车
P1
P2
5
16.5
3166
2700
891
230
7.69
0.38
50.3
16.1
4.设计任务要求
4.1建筑设计
4.1.1图纸内容：
建筑平面图、正立面、剖立面、节点详图2～3个，门窗明细表、必要的文字说明，完成二号图纸两张。
4.1.2建筑设计说明书内容：
设计任务简介、平、立、剖面设计说明、承重及围护结构选择和布置、主要节点构造说明。
4.2结构设计
4.2.1图纸内容：
1）基础的结构布置和基础施工图；
2）柱、吊车梁、柱间支撑等布置图；
3）屋面檩条布置图、墙架布置图；
4）节点图（柱脚、檩托、牛腿、柱和梁交接处）；
5）刚架图。
4.2.2说明部分：
1）结构方案
2）承重构件（包括屋面板、檩条、吊车梁、柱、基础、支撑系统和平台系统的选型说明）
4.2.3计算部分
1）要求完成厂房刚架（横向及纵向）内力分析及柱的一个完整设计，其具体内容为：
2）对厂房横向刚架进行荷载计算
3）内力分析及截面设计
4）基础的设计及配筋
5）檩条、墙架及柱间支撑的设计
6）平台系统设计
7）采用PKPM中的STS程序计算刚架内力
4.2.4计算书要求：
书写工整、计算准确、必要的示意图不得徒手画、应有大概的比例
5.参考书目
（1）建筑设计部分：
[1]建筑结构荷载规范[S].北京：
中国建筑工业出版社，2002.
[2] CESCS102 :
2002 ，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》[S].北京：
中国计划出版社，2003
[3]李国强等.《工程结构荷载与可靠度设计原理》（第三版）.北京：
中国建筑工业出版社，2005年6月.
[4] 沈祖炎等.《钢结构基本原理》（第二版）[M].北京：
中国建筑工业出版社，2005年1月.
[5] 弓晓芸.轻钢结构建筑的应用及发展[J].工业建筑，2002，30（4）
[6]翟红.我国门式刚架轻型房屋钢结构的发展概况
[7]钢结构厂房在我国的发展方向http:
//www.td-
[8] 苑辉.钢结构设计 [M].北京：
中国计划出版社，2006年8月：
253-265
[9] GB 50017-2003，《钢结构设计规范》[S].北京：
中国计划出版社，2003
[10]陈绍蕃.《钢结构-房屋建筑钢结构设计》（第二版）.[M].北京：
中国建筑工业出版社，2007年7月.
[11] 赵熙元等。
《建筑结构设计资料集钢结构分册》[M].北京：
中国建筑工业出版社，2007年3月：
98-113
[12]东南大学等.《混凝土结构-混凝土结构设计原理》（第四版）[M].北京：
中国建筑工业出版社，2008年11月
第二部分建筑设计
1.建筑平面设计
1.1厂房平面形式的选择
有跨度18m确定该厂房为单跨双坡，由生产工艺和起吊高度确定为单层，故该厂房平面形式选为矩形。
这种平面形式较适应工段间联系紧密，运输路线短捷，形状规整，经济的生产厂房，且这种平面形式由于宽度不大，室内采光和通风较容易解决。
矩形形式规整，结构，构造简单，造价低，施工快，再者由于该生产线规模较小，采用此平面形式完全可以满足使用上和工艺上的要求。
1.2柱网的选择
由车间的长，宽，跨度尺寸柱距的要求确定柱子的位置，柱在平面中排列所形成的网络为柱网。
柱网的选择实际上是厂房跨度和柱距的选择。
综合考虑门式刚架的合理跨度有9m、12m、15m、18m，檩条的跨度有0.9m、1.2m、1.5m以及荷载性质和类型等各方面的影响因素，确定沿厂房纵向跨度取为18m，柱距取目前我国的基本柱距6m。
在1、15号轴线靠山墙处各设两根抗风柱，且柱距为6m，距离A、B号定位轴线间距离各为6m，且抗风柱的外侧即为1、15号轴线。
1.3定位轴线的划分
本厂房设计中，纵向定位轴线由下向上依次定为A，B，C，D；横向定位轴线从左向右依次定为1，2，3，4，5……，15。
1.3.1横向定位轴线
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。
1.3.2纵向定位轴线
对于抗风柱的设置，考虑到跨度为18m，柱距为6m，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。
1.4辅助构件的定位
1.4.1在D号轴④、⑤和⑨、⑩轴线间设4.8m×2.8m的大门两个，主要供材料和人员的出入，大门上设人行小门，门上有挡雨棚，外挑1800mm。
1.4.2在满足车间采光面积比为1/6～1/4的前提下，在厂房两侧纵墙和一侧横墙上开窗，柱间窗户尺寸为4.8m×1.8m。
1.4.3吊车梯设在⑤、⑥定位轴线间靠近A号轴线一侧，吊车梯为焊接钢梯，侧面和顶角均设有护栏。
1.4.4外围散水坡度i=5%，宽80mm，大门入口的坡道坡度i=10%，且设有防滑条，宽为150mm。
1.4.5室内外高差为150mm，室外地面标高为-0.150m,在厂房的外围四周±0.000m以上1.2m范围均为砌体砌筑的墙体，兼作窗台并支撑墙板。
2.建筑剖面设计
厂房的生产工艺流程对剖面设计的影响很大，因而在满足生产工艺要求的前提下，经济合理的确定厂房高度及有效利用和节约空间，解决好厂房的采光和通风，使其有良好的室内环境，合理的选择屋面排水，围护结构的形式及其构造，使厂房具有随气候条件变化影响小的围护功能，进而保证生产的正常进行及为工人创造良好舒适的生产环境，同时满足建筑工业化要求。
2.1厂房高度的确定
单层厂房的高度是指地面至屋架下表面的垂直距离，一般情况下，屋架下表面的高度即是柱顶与地面之间的高度，所以单层厂房的高度即是地面到柱顶的高度。
由生产工艺、生产设备、货物起吊高度、其中与运输和其他各方面的要求，初步确定轨顶标高为4.80m，钢结构厂房梁柱的截面高度为跨度的1/30～1/45，即在400mm～600mm之间，暂取梁柱截面高度为600mm，吊车梁高度取600mm，选轨道P22，截面高度为93.66mm，由设计资料所给出的桥式软钩吊车性能参数查得，轨面至车顶高度H=891mm，小车顶面至屋架下弦底部的安全高度取300mm，由此确定柱顶标高。
2.1.1有吊车厂房柱顶标高的确定
厂房柱顶标高：
H=H1+h6+h7
式中：
H—柱顶标高，应符合3M模数
H1—轨顶标高
h6—轨面至车顶高度
h7—小车顶面至屋架下弦底部的安全高度
则H=4800+891+300=5991mm，取3M的模数H=6000mm=6.00m。
2.1.2厂房高度的确定
厂房高度的标高：
H′=H+h
式中：
h—横梁截面高度
则H′=6000+400=6400mm。
屋脊标高的确定：
H″=H′+L/2×i
式中：
H″—屋脊标高
L—厂房跨度
i—屋脊坡度（轻型门式刚架坡度宜取1/20—1/8,在雨水较多的地区取较大值）
则H″=6400+=7525mm=7.53m。
2.2采光设计
由于天然光的照度时刻都在变化，室内工作面上的照度也随之改变，因此，采光设计不能用变化的照度来作依据，而是采用采光系数的概念来表示采光标准。
设计书中规定的车间采光面积为1/6～1/4，则试设计在侧墙开窗采光，且为双侧采光。
在吊车梁处设置高侧窗，提高了远离窗户处的采光效果，改善了厂房光线的均匀程度，所设低窗宽4.8m,高为1.8m，高侧窗宽为4.8m，高为0.6m，采光面积为1.8×4.8×26+0.6×4.8×28=305.28m2，满足要求。
2.3通风设计
厂房的通风方式有两种，即自然通风和机械通风，该厂房采用自然通风。
自然通风是利用空气的自然流动将室外的空气引入室内，将室内的空气和热量排至室外，针对该厂房的特点可利用室内外的温差造成的热压和风吹向建筑物而在不同表面上造成的压差来实现通风换气，不失为一种经济合理的通风方式。
因此，在厂房的平面布置上要使厂房长轴与夏季主导风向垂直，冬季通风则需注意适当降低进风侧窗高度，以侧墙上的侧窗和山墙上的大门作为主要的通风道。
2.4厂房的保温，隔热设计；
为保证厂房的围护结构具有一定的保温性能和在构造上的严密性，屋面和墙面均采用轻质高强的压型钢板，内夹一定厚度的聚苯板用来保温隔热。
3.定位轴线的确定
单层厂房的定位轴线是确定厂房主要承重构件位置的基准线，同时也是设备安装，施工放线的依据。
依据我国现行的《厂房建筑模数协调标准》中的规定，定位轴线的划分与柱网布置是一致的，通常把厂房定位轴线划分为横向和纵向。
垂直与厂房长度方向的称为横向定位轴线，平行于厂房长度方向的
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