门式刚架钢结构毕业设计

'摘要轻型门式刚架结构是工业厂房、城市公共建筑的一种重要结构形式。随着我国经济的发展，工业厂房的数量日益增多。轻钢结构以其质量轻、样式美观、施工速度快、工业化程度高、综合经济效益明显等优点得到了迅速的发展。本设计是单层单跨双坡轻钢结构工业厂房，采用门式刚架结构：跨度24米，柱距6m,长度为66m设有一台10吨、A5级桥式吊车。根据城市规划、各种建筑工程规范及参考资料，结合设计资料，完成了建筑设计、结构设计。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，墙梁设计，抗风柱设计，支撑设计，刚架设计，节点设计，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；基础的结构平面布置和基础施工图，柱及柱间支撑布置图，刚架及屋面支撑平面布置图，屋面檩条布置图，墙架布置图，刚架图，节点图。[关键词]门式刚架,轻钢结构,建筑设计,结构设计,基础设计Abstract第78页 ·Lightportalframestructureisanindustrialfactorybuilding,citypublicbuildingoneoftheimportantstructureform.Withthedevelopmentofourcountry"seconomy,increasingthenumberofindustrialbuilding.Lightsteelstructurewithitslightquality,beautifulstyle,constructionspeedisquick,theadvantagesofhighdegreeofindustrialization,comprehensiveeconomicbenefitisobviousgotrapiddevelopment.·Thisdesignissinglesinglespandoubleslopelightsteelstructureindustrialbuilding,adoptgantryframestructure:span24meters,thecolumnfrom6m,lengthof66mhasalevel10tons,A5bridgecrane.Accordingtocityplanning,allkindsofconstructionengineeringstandardsandreferencematerials,combiningwiththedesigndata,completedthearchitecturaldesign,structuraldesign.·Thechoiceoftheformofspecificpartsofthearchitecturaldesignarchitecturalplane,workshopsectiondesign,factorybuildingfacadedesign,thestructureofthebuildingdesign,doorsandWindowslist.·Structuredesignincludingschemeselection,designofcranebeam,purlindesign,wallbeamdesign,windcolumndesign,thesupportingdesign,framedesign,nodedesign,foundationdesign.·Thisdesigndrawingpartsare:plantfloorplan,elevationsectionanddetaildrawings;Basicstructurelayoutandconstructiondrawing,supportarrangementbetweencolumnandcolumn,frameandroofsupportlayout,roofpurlinlayout,wallframelayout,framediagram,thenodegraph.·[Keywords]portalrigidframe,lightsteelstructure,architecturaldesign,structuraldesign,foundationdesign第78页 目录第1章建筑设计61.1工程概况61.2设计原始资料61.3设计的任务与要求61.4建筑平面设计71.5建筑立面设计81.6建筑剖面设计81.7其他建筑构造10第2章吊车设计142.1设计资料142.2吊车荷载计算142.3内力计算152.4截面选择162.5截面特征182.6强度验算192.7梁的整体稳定性验算202.8局部稳定性验算202.9支座加劲肋计算202.10挠度计算222.11焊缝计算22第3章檩条计算233.1基本资料233.2荷载及其效应组合233.3计算有效截面24第78页 3.4计算有效净截面模量273.5重新验算1、2点强度283.6稳定性验算283.7挠度验算293.8构造要求30第4章墙梁计算314.1基本资料314.2荷载计算314.3内力计算314.4强度计算314.5挠度计算32第5章抗风柱设计335.1内力计算335.2截面几何特性335.3强度验算345.4弯矩作用平面内的稳定性计算345．5弯矩作用平面外的稳定性计算355.6局部稳定355.7挠度计算36第6章柱间支撑376.1柱下端计算376.2柱上端计算39第7章刚架计算417.1永久荷载417.2活荷载417.3吊车及吊车荷载427.4作用在刚架上的荷载标准值42第78页 7.5刚架内力计算437.6内力组合537.7截面验算56第8章节点计算618.1柱脚计算618.2牛腿计算648.3梁柱连接设计算688.4.梁梁连接设计算72第9章地基基础计算769.1基础的选择769.2基础埋深769.3基础设计77结束语81参考文献82致谢83第78页 第1章建筑设计1.1工程概况本设计为钢结构单跨双坡门式刚架轻型厂房,工程所在地设在广东河源。厂房长度为(柱距)6m×11（榀数-1），跨度为24m，柱高9m，屋面坡度为1/10，采用等截面柱和梁，有吊车，起重量为10t，工作级别为A5的吊车一台。基础为钢筋混凝土独立基础。1.2设计原始资料本工程结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0，设计基准期为50年。广东河源地区基本风压为0.3kN/,基本雪压0kN/，场地条件为Ⅱ类，地面粗糙度为B类，地震烈度为6度。设计将该单层厂房基础埋在2号土层，持力层为棕黄粘土，持力层厚度为4.9m,地基承载力特征值为200kN/，场地类别为Ⅱ类土。对于屋面均布活荷载根据《轻型钢结构常用资料速查手册》第258页，表7-9可知，压型钢板等轻质屋面取0.30kN/。钢材采用Q345钢，檩条墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，围护构件采用压型钢板，螺栓连接采用高强度螺栓摩擦型连接。1.3设计的任务与要求1.3.1建筑设计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、主要节点构造说明等。第78页 图纸内容：建筑平面图（2个）、立面图（2个）、剖立面（1个）、节点详图（2～3个），门窗明细表、必要的文字说明，采用一号图纸完成。1.3.2结构设计3.2.1图纸内容：基础的结构平面布置和基础施工图；柱及柱间支撑布置图；刚架及屋面支撑平面布置图、屋面檩条布置图、墙架布置图；刚架图；节点图（柱脚、柱和梁交接处、横梁屋脊拼接处及横梁拼接处）。采用一号图纸完。3.2.2说明部分：结构方案、承重构件（包括屋面板、檩条、柱、基础、支撑系统选型说明）和连接形式等。3.2.3计算部分对厂房一榀横向刚架进行荷载计算、内力分析、截面设计及节点设计；基础的设计及配筋；檩条、墙架及柱间支撑的设计。3.2.4计算书要求：计算步骤清晰，计算过程准确、计算时有相应的计算简图及必要的节点连接示意图。1.4建筑平面设计本厂房平面设计考虑到现在较常用的刚架承重方案，采用轻型门式刚架。考虑柱距的经济性和受理的均匀合理性，所以纵向柱距取6m。厂房柱距方向总长度120m<300m,横向跨度24m<150m,无需设置温度伸缩缝。此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用较为简单平面布置。对于建筑物大门的设置，考虑到有中级吊车出入，在左右山墙上采用4.5m×4.5m的推拉门。建筑物纵向墙体考虑到人员及设备的出入方便上，采用3.6m×3.6m的推拉门。屋顶为不上人屋顶，屋顶排水采用有组织外檐沟排水，层顶排水坡度为10%，檐沟内排水坡度为0.02。柱网布置图如图1-1所示：第78页 图1-1柱网布置图1.5建筑立面设计考虑到排架结构的优点，柱间尽量多用窗，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门2个，均匀布置。除了在1.2米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯通的窗以减轻自重和增加厂房内部通风的功能。悬挂式雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。1.6建筑剖面设计1.6.1厂房高度的确定厂房柱标高设为8.7m,轨顶标高6.6m。满足《厂房建筑模数协调标准》规定的柱顶标高H应为300mm的倍数。轨顶的标高H1取为600mm的倍数。由于厂房内有吊车作业，柱顶标高按下式来确定：H=H1+h6+h7=6.6+1.0+1.1=8.7m式中：H——柱顶标高（m），必须符合3M的模数；H1——吊车轨顶标高（m），一般由设计人员提出；h6——轨顶至小车顶面的距离，由吊车规格表查得为0.975m，取为1.0mm第78页 h7——小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离，应考虑到屋架的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为220mm，湿陷性黄土地区一般不小于300mm，为了检修吊车梁方便这里取为1.1m；牛腿标高：H1-0.7(轨道加吊车梁高)=6.6-0.7=5.9m1.6.2室内地坪标高的确定在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面需设置高差，以防止雨水倒灌侵入室内。但为了便于运输工具出入厂房和不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，在该厂房设计中高差取值为300mm。确定室内地坪标高为±0.000m，室外标高为-0.300m。1.6.3厂房屋面排水设计为了使厂房立面美观，本厂房采用有组织内落内排，即使落水管沿室内柱子落下，将雨水排至地下水管道。考虑到河源地区的气象条件,一级厂房最大高度的限制，厂房屋面排水坡度取1/10，天沟纵向坡度取2%。具体内天沟做法如下图1-2所示：图1-2边跨内天沟做法示意图第78页 1.7其他建筑构造1.7.1屋顶的确定本设计中厂房屋面采用有檩体系，即在刚架斜梁上设置C型冷弯薄壁型钢檩条，再铺设0.6mm厚的镀锌压型彩涂板做成屋面。它施工速度快、重量轻、表面带有色彩涂层、防锈、耐腐蚀、美观。屋顶坡度考虑屋面排水需要，屋面坡度为1:10。1.7.2地面的确定由于厂房内有重型物品的堆放或车辆行驶，由此考虑建筑物的地面构造采用混凝土实铺地面。地面在铺设时，将开挖的土回填夯实后，在上面铺设碎石或三合土，然后用1：3水泥砂浆找平，然后再铺设混凝土面层。由于在该厂房中有焊接，会产生火花，为了避免出面意外，地面采用特殊的不发光地面。地面做法如下图所示。图1-3厂房地面做法1.7.3门口坡道做法在厂房的大门外，应做行车坡道。坡度取1：8，根据前面定出的室内外高差300mm,则可求出外坡道的水平长度为300×8=2400mm第78页 。坡道的构造做法是：素土夯实，20mm厚1：3水泥砂浆面层，50mmC20混凝土填层，坡道布置如下图所示：图1-4门口坡道示意图图1-5坡道做法示意1.7.4散水构造厂房周围做宽900mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散水构造由下至上为素土夯实，80厚碎砖打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂浆抹面。具体做法如下图所示：第78页 图1-6散水构造示意图1.7.5雨棚的确定该厂房设计中取雨棚高出门洞300mm，由前面确定出的南北与东西方向的门高分别为3.6m与4.5m，即得南北与东西方向的雨棚标高分别为3.9m与4.8m。雨棚尺寸确定如下：厚度为300m，外挑为2400mm，宽度略比门洞尺寸宽，取南北与东西方向分别为4.6m与5.5m。1.7．6屋脊的确定屋面板采用0.6mm厚的镀锌压型彩涂板，屋面的连接形式及构造见下图：图1-7屋脊连接构造第78页 1.7.7门窗表表1-1门窗表第2章吊车设计资料：吊车总重量：8.8t，小车:4t,跨度22.5m,最大轮压：74.95kN，最小轮压：19.23kN，B=3500mm，W=3000mm，H1=975mm，轨道型号38kg/m。2.1设计资料第78页 图2-1吊车轮压示意图吊车总重量：8.84吨，最大轮压：74.95kN，最小轮压：19.23kN。2.2吊车荷载计算吊车荷载动力系数α=1.05，吊车荷载分项系数γQ=1.4则吊车荷载设计值为竖向荷载设计值P=α∙γQ∙Pmax=1.05×1.4×74.95=110.18kN横向水平荷载设计值T=γQ×0.12×(Q+g)2n=1.4×0.12×(100+40)2×2=5.88kN水平荷载设计值H=γQ×0.1×Pmax,k=1.4×0.1×74.95=10.49kN2.3内力计算2.3,1吊车梁中最大弯矩及相应的剪力第78页 如图位置时弯矩最大]图2-2C点最大弯矩Mmax对应的截面位置两个轮子作用于吊车梁时，最大弯矩点位置为a2=a1/4=3000/4=750mm考虑吊车来那个自重对内力的影响，将内力乘以增大系数βw=1.02,则最大弯矩好剪力设计值分别为：MmaxC=βwp(l2-a2)2l=1.02×2×110.18×(3-0.75)26=189.65kN.mVC=βwp(l2-a2)l=1.02×2×110.18(3-0.75)6=84.29kN2.3.2吊车梁的最大剪力如图位置的剪力最大图2-3A点受到剪力最大时截面的位置RA=1.02×110.18×3.56+1=177.94kNVmax=177.94kN2.3.3水平方向最大弯矩第78页 MH=HPMmaxC=10.49110.18×189.65=18.05kN.m2.4截面选择钢材为Q345，估计翼缘板厚度不会超过16mm，故抗弯强度设计值为f=310N/mm2;腹板的厚度也不超过16mm，故抗弯强度为fV=180N/mm22.4.1梁高初选容许最小高度由刚度条件决定，按容许挠度值()要求的最小高度为：hmin≥0.6fllv=0.6×6000×500×295×10-6=531mm由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩W=1.2Mmaxf=1.2×189.65×=771.46×103mm3梁的经济高度为：he=73W-300=342mm。取hw=550mm。2.4.2确定腹板厚度按抗剪强度要求计算腹板所需的厚度为：tw=1.2Vmaxhwfv=1.2×177.94××180=2.16mm按经验公式：tw=h03.5=5503.5=6.70mm根据构造要求，腹板厚度一般取2mm的整数倍，则取tw=10mm。2.4.3确定翼缘尺寸第78页 b≈15~13h0=15-13×550=110~183.3mm上翼缘尺寸取-340mm×15mm，下翼缘尺寸取-240mm×15mm.螺栓选用M22d=24mm根据梁受压翼缘自由外伸宽度b1与其厚度t之比应满足《钢结构设计规范》GB50017-2003第4.3.8条规定:bt<15235fyb1t==11.33<=12.4满足局部稳定要求2.4.4制动结构与支撑构件制动结构与支撑构件，其中制动板选花纹钢板—8054，边梁为槽钢[25a吊车梁截面及吊车梁系统组成构件见图：图2-4吊车梁截面2.5截面特征(1)吊车梁对x轴的截面特性：吊车梁毛截面面积：A=55×1.0+34×1.5+24×1.5=142cm2y1=34×1.5×1+55×1.5+27.5+24×1.5×(1.5+55+1)142=26.2cm第78页 y2=58-26.2=31.8cmIx=112×34×1.53+34×1.5×25.22+112×24×1.53+24×1.5×30.82+112×1×553+55×1×(582-26.2)2=80850cm4净截面惯性矩(假设X-X与毛截面的相同）Inx=Ix-2×1.5×1.5×26.2=80732cm4起重机梁抗弯净截面系数：Wx上=.2=3086cm3Wx下=.8=2542cm3(2)制动结构对y轴的截面特性,制动边梁[25a的截面特性：A01=34.91cm2Iy01=176cm4X01=2.1cmW01=268.7cm3ix01=9.81cmIx01=3359.1cm4b=78cmtw=7mmSx01=157.8cm3制动梁净截面积：An=34-2×1.5×1.5+80.5×0.4+34.91=113.61cm2制动梁截面重心至起重机梁腹板中心之间的距离：=80.5×0.4×56.8+34.91×100-4113.61=45.6cmIy=112×343×1.5+34×1.5×45.62+176+34.91×(100-4-45.6)2+112×0.4×80.53+80.5×0.4×(56.8-45.6)2=cm4Wy1=.6=4852cm3Wy2=.6+17=3534cm32.6强度验算(1)正应力上翼缘正应力：σ=MmaxcWx上+MHWy1=189.65×+18.05×=65.18N/mm2<310N/mm2(满足要求)第78页 下翼缘正应力：σ=MmaxcWx下=189.65×=75N/mm2<310N/mm2（满足要求）(2)剪应力计算的突缘支座处剪应力：τ=1.2Vmaxhwtw=1.2×177.94××10=39N/mm2<180N/mm2(满足要求)(3)腹板的局部压应力采用QU80钢轨，轨高130mm。lz=a+5hy+2hR=50+5×15+2×130=385mm集中荷载增大系数Ψ=1.0，腹板的局部压应力为：σc=ΨPtwlz=1.0×110.18×10310×385=28.6N/mm2<295N/mm2(4)腹板计算高度边缘处折算应力为计算方便偏安全的取最大正应力和最大剪应力验算。Mmaxc=189.65×106N.mm,σ=MIXy=189.65××104×(550-290-15)=57.5N/mm2τ=VS1Ixtw=84.29×103×340×15×(550-7.5-290)80850×104×10=13.4N/mm2则折算应力为：σeq=σ2+σc2-σ.σc+3τ2=57.52+28.62-57.5×28.6+3×13.42=54.9N/mm2<β1f=1.1×310=341N/mm2β1——当σ与σc同号时，β1取1.1。2.7梁的整体稳定性验算由于吊车梁设有制动体系,梁的侧向稳定性有可靠保证,故可不计算梁的整体稳定。第78页 2.8局部稳定性验算h0tw=55010=55<=66,故按构造配置横向加劲肋。2.9支座加劲肋计算图2-5吊车梁支座构造简图取平板支座加劲板的宽度为100mm，厚度为10mm。承压面积：Ace=100×10=1000mm2支座加劲肋的端面承应力为：σce=RmaxAce=177.94×=177.94N/mm21.5t=1.515=5.81mm。(3)支座加劲肋与腹板的连接焊缝hf=Rmax2×0.7lwffw=177.94×1032×0.7×(550-12)×200=1.18mm取hf=6mm。第78页 第3章檩条计算3.1基本资料屋面采用实腹式檩条，坡度0.1，选用冷弯c型卷边型钢，跨度，檩距为1.5m，中间设一道拉条，檩条及拉条钢材均为Q345。3.2荷载及其效应组合永久荷载：压型钢板自重为0.3kN/m2，檩条及拉条自重为0.05kN/m2，合计0.35KN/m2。可变荷载：屋面均布荷载为0.3kN/m2，广东河源雪荷载取0kN/m2。风荷载：A=1.5×=9m2<10m2,μs=1.5logA-2.9=-1.47w=usuzw0=-1.47×1.01×0.3×1.05=-0.47kN/mm2图3-1屋面檩条计算简图第一种组合：1.2×永久荷载+1.4×活荷载q=1.2×0.35×1.5+1.4×0.3×1.5=1.26kN/m活荷载起控制作用：qx=qsinα=1.26×sin5.710=0.13kN/mqy=qcosα=1.26×cos5.710=1.3kN/mMx=18qyL2=18×1.3×62=5.85kN.mMy=132qxL2=132×0.13×62=0.15kN.m第78页 第二种组合：1.0×永久荷载+1.4×风荷载q=1.0×0.35×1.5-1.4×0.47×1.5=-0.462KN/m风荷载起控制作用：qx=qsinα=0.462×sin5.710=0.046KN/mqy=qcosα=0.462×cos5.710=0.46KN/mMx=18qyL2=18×0.46×62=2.08KN.mMy=132qxL2=132×0.046×62=0.052KN.m选用C200×70×20×2.0型冷弯薄壁型卷边槽钢，截面特性如下：图3-2檩条计算简图A=7.27cm2Ix=440.04cm4ix=7.78cmWx=44.00cm4Iy=46.71cm4iy=2.54cmWxmax=23.22cm3Wymin=9.35cm3g=5.71kg/m3.3计算有效截面因qy产生的应力较大，故验算L/2处截面，并设屋面能阻止檩条侧向位移和扭转。第78页 3.3.1用毛截面模量计算板件的压应力σ1=MxWx+MyWymax=5.85×10344+0.15×10323.22=139.41N/mm2<310N/mm2σ2=MxWx-MyWymin=5.85×10344-0.15×1039.35=116.91N/mm2<310N/mm2σ3=-MxWx+MyWymax=-5.85×10344+0.15×10323.22=-126.49N/mm2<310N/mm2σ4=-MxWx-MyWymin=-5.85×10344-0.15×1039.35=-149N/mm2<310N/mm23.3．2计算系数ψ和α腹板为加劲肋板件ψ=σminσmax=-126.49139.41=-0.91<0,取α=1.15由《轻型钢结构设计指南》查得板件的受压稳定系数计算公式：k=7.8-6.29ψ+9.78ψ2=7.8-6.29×-0.91+9.78×(-0.91)2=21.62上翼缘为部分加劲肋板件ψ=σminσmax=116.91139.41=0.84α=1.15-0.15ψ=1.15-0.15×0.84=1.024由《轻型钢结构设计指南》查得板件的受压稳定系数计算公式：kc=5.89-11.59ψ+6.68ψ2=5.89-11.59×0.84+6.68×0.842=0.8683.3.3计算系数k,k1ρ，求出bct腹板：k=21.62,kc=0.868,σ1=139.41N/mm2根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.3-2得ξ=cbkkc=70200×21.620.868=1.75>1.1,则受压板件的板组约束系数第78页 k1=0.11+0.93(ξ-0.05)2=0.11+0.93(1.75-0.05)2=0.43ρ=205kk1σ1=205×0.43×21.62139.41=3.70bt=2002=100>18αρ=18×1.15×3.7=76.59bt=2002=100<38αρ=38×1.15×3.7=161.69bc=b1-ψ=2001-(-0.91)=104.71mm由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.2-3得:be=21.8αρb/t-0,1∙bc=21.8×1.15×3.72002-0.1×104.71=90.38mmbe1=0.4be=0.4×90.38=36.15mmbe2=0.6be=0.6×90.38=54.23mm扣除面积部分的长度为b2=104.71-90.38=14.33mm上翼缘：k=0.868，b=70mm,c=200mmσ1=139.41N/mm2ξ=cbkkc=70200×0.86821.62=0.572<1.1,则受压板件的板组约束系数k1=1ξ=10.572=1.32由ψ=0.84>0,bc=b=70mmρ=205kk1σ1=205×0.868×1.32139.41=1.30bt=702=35>18αρ=18×1.024×1.3=23.96bt=702=35<38αρ=38×1.024×1.3=50.59由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中公式5.6.2-3得：be=21.8αρb/t-0,1∙bc=21.8×1.024×1.3702-0.1×70=56.74mm由于为部分加劲板,则第78页 be1=0.4be=0.4×56.74=22.70mmbe2=0.6be=0.6×56.74=34.04mm扣除面积的宽度为b1=70-56.74=13.26mm因为下翼缘全截面受拉，所以全截面有效。3.4计算有效净截面模量图3-2有效净截面Ienx=Ix-112b1t3+14b1th2+112tb23+b2th2-be21-b222=440.04×104-112×13.26×23+14×13.26×2×2002+112×2×14.333+14.33×2×2002-36.15-14.3322=404.26cm4Ieny=Iy-112b2t3+b1tZ02+112tb13+b1tbe11+b12-Z02=46.71×104-112×14.33×23+13.26×2×202+112×2×13.263+13.26×2×22.7+13.262-202=45.38cm4wenx=Ienxh/2=404.26×/2=40.43cm3第78页 wenymax=IenyZ0=45.38×10420=22.69cm3wenymin=Ienyb-Z0=45.38×10470-20=9.08cm33.5重新验算1、2点强度σ1=MxWx+MyWymax=5.85×10340.43+0.15×10322.69=151.31N/mm2<310N/mm2σ2=MxWx-MyWymin=5.85×10340.43-0.15×1039.08=128.17N/mm2<310N/mm2因此檩条的强度满足设计要求。3.6稳定性验算已知：h=200mmA=7.27cm2iy=2.54cmWx=44.00cm4Iy=46.71cm4Iw=3672.33cm6It=0.0969cm4查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002表A.1.2得：μb=0.5,ζ1=1.35,ζ2=0.14,ea=h2=202=10cm则η=2ζ2eah=2×0.14×(-10)20=-0.14ζ=4Iwh2Iy+0.165ItIy∙(l0h)2=4×3672.33××46.71×104+0.165×0..71×104×=0.863φbx=4320Ahλy2Wx∙ζ1∙n2+ζ+η235fy=4320×7.27×102×20078.742×44×103×1.35×0.142+0.863-0.14×=1.70>0.7φbx=1.091-0.274φb=1.091-0.2741.70=0.93风吸力作用下檩条下翼缘受压区：σ2=MxφbWx-MyWenymin=5.85×1030.93×40.43-0.15×1039.08=139.07N/mm2<310/mm2因此，稳定性满足要求。第78页 3.7挠度验算正常使用条件下的挠度验算荷载标准值：qk=0.35+0.3=0.65kN/mqky=qkcosα=0.65×cos5.710=0.647kN/mV=5qky∙l4384EIx=5×0.647×1.5×64××2.06×105×440.04×104=18.06mm255.06kN.m满足要求。（3）整体稳定验算N＝-50.4kNM＝-255.06kN·ma.横梁平面内的整体稳定验算计算长度取横梁长度lx=24.12mλx=lxix=.9=113.29<λ=150b类截面，λx345/235=137.26,查得φx=0.357NEx0、=π2EA1.1λx2=3.142×206×103×.1×113.292=2054.37kN,NφxAε+βmxM1-NNEx0、φxWε=.357×14280+1×255.06×1061-50.42054.37×0.357×=109.31N/mm2<310N/mm2（满足要求）b.横梁平面外的整体稳定验算考虑屋面压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支撑点，但为了安全起见计算长度按两个檩条或隅撑间距考虑，即。对于等截面构件λ=0，则有：μs=μw=1.0λy=3000/71=42.25根据试验，轻型H型钢可按b类截面，λy345/235=51.19,查得φy=0.852。φb=1.07-λy×fy235=1.07-42.×=1.01>1.0,取φb=1.0第78页 βt=1.0,则有：NφyAε+βtMφbWε=.825×14280+1.0×255.06×1061.0×=102.71N/mm2<310N/mm2(满足要求)7.7.3刚架柱的验算7.7.3.1抗剪验算柱截面的最大剪力为Vmax=-68.04kN考虑仅有支座加劲肋，则kτ=5.34λw=hwtw37kτ235/fy=46.8375.34×235/345=0.66＜0.8fv=180N/mm2Vd=hwtwfv=500-32×10×180=842.4kNVmax=68.04KN255.06kN.m满足要求。7.7.3.3整体稳定性验算M=-255.06kN·m,N=-82.08kN(1)刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=9000mm,梁长L=24120mm。由公式计算得梁柱线刚度比为：k0=k2/k1=H/L=0.37。由于柱为等截面，根据表查柱的计算长度系数:μ=79k0+4676k0+10=79×0.37+4676×0.37+10=1.39刚架柱的计算长度为lx=μH=1.39×9000=12510mm，则第78页 λx=lxix=.9=58.76<λ=150b类截面，λx345/235=71.19,查得φx=0.745NEx0、=π2EA1.1λx2=3.142×206×103×.1×58.762=7636.57KN,NφxAε+βmxM1-NNEx0、φxWε=.745×14280+1×255.06×1061-82..57×0.745×=106.94N/mm2<310N/mm2（满足要求）(2)刚架柱平面外的整体稳定性验算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，但为了安全起见计算长度按两个墙梁或隅撑间距考虑，即ly=3000mm。对于等截面构件λ=0，则有：μs=μw=1.0λy=3000/71=42.25根据试验，轻型H型钢可按b类截面，λy345/235=51.19,查得φy=0.852。φb=1.07-λy×fy235=1.07-42.×=1.01>1.0,取φb=1.0βt=1.0,则有：NφyAε+βtMφbWε=82.080.825×14280+1.0×255.06×1061.0×=98.43N/mm2<310N/mm2(满足要求)第78页 第8章节点计算8.1柱脚计算资料：柱截面尺寸H500×300×10×16，弯矩设计值为M＝112.93kN·m，压力设计值N＝-197.72kN，剪力设计值为V＝-68.04kN·m，柱脚及锚栓均采用Q345钢，焊条为E50，混凝土为C30。8.1.1确定底板尺寸初步确定L=800mm,B=540mm柱脚布置见图8-2σmax=NA+6MBL2=197.72××540+6×112.93××8002=2.42N/mm2<14.3N/mm2σmin=NA-6MBL2=197.72××540-6×112.93××8002=-1.50N/mm2σmin为负值，说明底板与基础脱离，产生拉应力，该拉应力应由锚栓来承受8.1.2确定锚栓直径第78页 图8-1基座反力示意图c=σmaxσmax+|σmin|L=2.422.42+1.50×800=493.88mma=L2-c3=8002-493.883=235.38mmx=d-c3=700-493.883=535.38mmT=M-N.ax=112.93×106-197.72×103×235.38535.38=124.00kN锚栓采用Q345,查《钢结构》附表1.3fta=180N/mm2锚栓所需的有效截面面积:A=Tfta=124.00×=688.93mm2查《钢结构》附表8，两端各设3个直径为24的锚栓，中间设2个直径为24的锚栓，其有效截面积为353×3=1059mm2>688.93mm3，符合受拉要求。8.1.3确定底板厚度第78页 柱脚布置见下图图8-2柱脚布置示意图因基础所受压力最大，边界条件较不利因此这部分板所受弯矩最大q=2.42N/mm2,由b1=130mm,a1=190mm,b1/a1=0.632查《钢结构》表4.8，得弯矩系数β=0.076M1=βqa12=0.076×2.42×1902=6639.51N.mm设底板厚度超过16mm，即f=295N/mm，t≥6Mmaxf=6×6639.51295=11.62mm,底板厚度取20mm。8.1.4焊缝计算计算压力最大一侧的肢件与加劲板的连接焊缝。第78页 N1=N2+Mx-b1=197.722+112.930.535-0.13=377.70kN假定加劲肋与柱连接的焊脚尺寸,则有N1=0.7∑lhfffw377.70×103=0.7×∑l×8×200,得∑l=337.23mm则单条焊缝所需的实际长度为：337.23/6+16=72.21mm,取,即加劲肋高度取。8.1.5抗剪键的设置根据《钢结构设计规范》GB50017-2003规定，锚栓不能抗剪，剪应力应通过底板和基础顶面的摩擦力来传递，若不满足要求，则需要设置抗剪键。底板受压所承受的总压力为：N=197.72kN底板与混凝土基础间的摩擦力F为（摩擦系数μ由经验取0.4）F=μN=0.4×197.72=79.09kN>V=68.04kN则不需要设置抗剪键。8.2牛腿计算钢材为Q345，采用E50系列焊条，手工焊。连接焊缝采用沿周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺焊，且假定剪孔仅由牛腿腹板焊缝承受。并对工字形翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。牛腿截面采用焊接工字型截面，根部截面尺寸根据剪力和弯矩确定。腹板的厚度由计算确定，但不宜小于10。取牛腿的宽度与柱同宽为300mm。截面尺寸如图所示：第78页 图8-3牛腿截面尺寸图8.2.1荷载计算根据吊车梁的设计，吊车梁截面面积A=116.92×102mm2，Q345钢的密度为7875kg/m3，吊车梁自重:7875×9.8×142×10-6=10.96kN,轨道自重:38×9.8×142×6×10-3=3.16kN由吊车最大轮压引起的支座反力标准值为Dmax=177.94kN则牛腿根部承受的剪力：V=1.2×10.96+3.16+1.4×177.94=266.06kN8.2.2截面选择牛腿选用H500×300×10×16,偏心距为e=750mm，外伸长度为200mm则M=Ve=266.06×0.75=199.55kN.m第78页 图8-4牛腿根部截面示意图8.2.3截面特性A=2×300×16+500-2×16×10=14280mm2Ix=1/12×10×(500-2×16)3+2×[112×300×163+300×16×500-162)2=64783.86×104mm4Wx=Ixy=64783.86×/2=2591.35×103mm3S=300×16×500-162+1/2×(500-162)2×10=1454.42×103mm3S1=300×16×500-162=1161.6×103mm38.2.4强度验算抗弯强度：σ=MγxWx=199.55×1061.05×2591.35×103=73.34N/mm216mm，f=295N/mm2①两边支承类端板：端板外伸时t≥6efewNtewb+2ef+ewf=6×50×55×122.38×10355×300+2×50×50+55×295=16.24mm②无加劲肋类端板第三排螺栓的设计拉力为：Nt2=N2M=My2m∑yi2=255.06×103×1352×(2×1352+2×2102+2×3352)=49.32kNt≥3ewNt20.5a+ewf3×55×49.32×103(0.5×75+55)×295=16.93mm故板厚取20mm满足要求。8.3.3门式刚架斜梁与柱相交的节点域剪应力验算τ=Mdbdctc=255.06××468×8=136.25N/mm2Nt(满足要求)单个螺栓的剪力为:NV=Vn=8.588=1.07kN拉剪共同作用下，受力最大螺栓的承载力验算：NVNVb+NtNtb=1.07101.25+111.71180=0.63<1(满足要求)8.4.2确定端板的厚度取端板厚度，f=295N/mm2伸臂类端板：t>6efNtbf=6×50×111.71××295=19.46mm故取板厚t=20mm满足要求。8.4.3焊缝计算因剪力较小，梁的腹板与端板焊缝可按构造要求，取hf=6mm焊接。第78页 第9章地基基础计算9.1基础的选择由于本设计采用的上部结构为轻型门式刚架结构，荷载较小，所以选择基础形式为钢筋混凝土独立基础，根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中8.2.2其构造要求是：1、锥形基础的边缘高度不小于200mm，阶梯形基础每阶高度宜在300-500mm；2、基础下垫层不小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10；3、底板受力钢筋直径不小于10mm，间距不小于100mm，不大于200mm，钢筋保护层厚度不小于40mm；4、基础混凝土强度等级不低于C20。所以，在本设计中，采用柱下独立基础，在结构的每根柱下均设基础，基础材料为C30（ft=1.43N/mm）混凝土和HPB300（=270N/mm）钢筋，垫层为100mm厚C10混凝土。9.2基础埋深表9-1河源地质情况表层次地层描述状态湿度厚度()层底深度()地基承载力标准值容重1杂填土  1.41.4 162棕黄粘土硬塑稍湿3.54.9200173粘土可塑湿1.86.725017地质情况如上表所示，根据本设计中建筑上部荷载和设计要求中的持力层深度，选定基础埋深为自天然地面下1.7m，基础下设100mm厚C10混凝土垫层，所以垫层底面标高为-2.100m（室内外高差为300mm）。第78页 9.3基础设计9.3.1确定基底尺寸荷载设计组合值：M=112.93kN.m,V=-46.94kN,N=-197.72kN荷载标准组合值：MK=92.81kN.m,VK=-38kN,NK=-158.98kN由教材《基础工程》查得：粘性土：ηb=0.3,ηd=1.6。按照《建筑地基规范》承载力表进行地基承载力特征值进行深度修正：fa=fak+ηbγb-3+ηdγmd-0.5其中，γm=16×1.4+17×(1.7-1.4)1.7=16.2kN/mm2首先假定基础底面宽度，则fa=fak+ηdγmd-0.5fa=200+1.6×16.2×1.7-0.5=231.1kpad取值按室外标高算起。按中心荷载初步估计基础面积A0(若考虑荷载偏心影响，将基底面积扩大40%)。A0=1.4Fkfa-γGd=1.4×158.98231.1-20×1.7=1.16m2初选基底面积A=l×b=3×2.4=7.2m2>1.16m2且b=2.4m<3m，不需再对进行宽度修正。验算基底边缘最大压力Pk,max基底处总竖向力：Fk+Gk=158.98+20×7.2×1.7=403.78kN基础处总力矩Mk=92.81-38×1.7=28.21kN.m偏心距：e=MkFk+Gk=28.21403.78=0.070(满足要求)基底平均压应力:Pk=Fk+GkA=403.787.2=56.71kpaFi=53.51kN满足要求βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当基础高度h≤800时，βhp取1.0。9.3.3基础底板配筋第78页 (1)1—1截面地基净反力设计值的最大值pj,max对柱边1—1截面产生的弯矩为：地基净反力设计值的最大值对柱边1—1截面产生的弯矩为：MⅠ=148[pj,max+Pj2b+bc+pj,max-Pjb](l-ac)2=14840.54+29.812×2.4+0.54+40.54-29.81×2.4×3-0.82=40.78kN.m——基底平均净反力设计值，pj=1.35×FkA=1.35×158.987.2=29.81kpaASⅠ=MⅠ0.9fyh0=40.78×1060.9×270×450=370.16mm2按构造配置钢筋10ϕ@200（As=1179mm2）(2)2—2截面沿短边方向荷载没有偏心，故2—2截面的弯矩按轴心荷载作用下的公式计算：MⅡ=124pjb-2bc22l+ac=124×40.54×2.4-2×0.542×2×3+0.8=21.25kN.mASⅡ=MⅡ0.9fyh0=21.25×1060.9×270×450=198.28mm2按构造配置钢筋10ϕ@200（As=943.2mm2）基础详图见施工图。结束语第78页 本次设计综合运用了我在大学四年所学的专业知识进行了结构设计。本次设计为轻钢厂房，主要设计有：吊车梁设计，檩条设计，墙梁设计，抗风柱设计，支撑设计，刚架设计，节点设计，基础设计等。在老师的指导下在规定的时间内完成任务书中所规定的任务,从中学习、掌握和提高了综合应用所学的理论知识进行分析问题和解决工程实际问题的能力，并能熟练运用office、AutoCAD、力学求解器、天正等软件。同时在设计中也存在一些问题和不足，如截面的选择太偏安全而不经济，所选结构不能充分利用其性能，结构之间的连接设计不够好等。希望在将来的设计和工作中不断提高专业知识和经验，使设计和工作更加完美。参考文献[1]国家标准，《钢结构设计规范》（GB50017——2003），中国计划出版社,2003[2]国家标准，《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），中国建筑工业出版社，2012第78页 [3]国家标准，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002），中国计划出版社，2003[4]国家标准，《冷弯薄壁型钢结构技术规程》（GB50018——2002），中国计划出版社，2002[5]国家标准，《建筑地基基础设计规范》（GB50007——2011），中国建筑工业出版社，2012[6]国家标准，《房层建筑制图统一标准》（GBT50001——2010），中国出版社，2011[7]国家标准，《建筑设计防火规范》（GB50016-2006），中国计划出版社，2011[8]戴国欣，《钢结构》，武汉理工大学出版社，2007.12[9]包世华，《结构力学Ⅰ》，第二版，高等教育出版社，2006.12[10]杨小平，《基础工程》，华南理工大学出版社，2010.05[11]沈蒲生，《混凝土结构设计原理》第四版，高等教育出版社，2012.02[12]李必瑜，《房屋建筑学》，第三版，武汉理工大学出版社，2008.01[13]白国良，《荷载与结构设计方法》，第二版，高等教育出版社，2010.01[14]黎钟，《轻型钢结构设计指南》，中国建筑工业出版社，第二版，2005.8[15]李星荣，《钢结构连接节点设计手册》，中国建筑工业出版社，2005.4[16]钢结构设计手册编写委员会，《钢结构设计手册（上册）》，第三版，中国建筑工业出版社，2004.01第78页 致谢历时近半年的毕业设计即将结束，回首这段日子，我最想感谢的是在此过程中一直严格、细致、认真指导我设计的陈老师。是她不厌其烦的为我修改图纸，是她事无巨细的为我讲解设计要点。在此过程中，陈老师严谨的治学态度、务实的为学方法、渊博的专业知识以及高度的责任感令我由衷地敬佩，我不仅学到专业知识，更被陈老师严格认真的态度所感染。给予我很多有益的建议，给我提出许多改进意见。在这里，我还要向与我同组的各位同学表示感谢，曾辉、邓志波等同组同学在我做毕业设计期间也给了我很大的帮助，在这些日子里，他们和我一块努力奋斗共进共退，相互鼓励相互扶持，在我的毕业设计过程中提出了很多建设性的意见，并给了我很多启发，谨向他们表示感谢。感谢学院的全体领导和老师，他们四年期间对我的帮助与教诲，我永远不会忘记，他们的音容笑貌仍旧不时浮现在我的眼前，各位老师鲜明地个性特点和人格魅力将是我回忆中的大学生涯重要的组成部分。你们深厚的学术功底和诲人不倦的高尚师德将让我受用一生。感谢那些与我朝夕相处了四年的同班同学们给予我的关心、友谊和帮助，是他们给了我美好而难忘的学习生活。最后，将此论文献给鼓励我和支持我的家人、亲人和朋友，谢谢他们的支持。第78页'