重型钢结构厂房毕业设计计算书

'南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作者:鞠扬学号：120105119系：机械工程系专业:土木工程题目:重型机械厂金工装配车间设计教授惠颖指导者：(姓名)(专业技术职务)余洋讲师评阅者：(姓名)(专业技术职务)2016年5月 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要重型机械厂金工装配车间主要承担大型建筑机械等的加工、装配任务。其跨度为36米，内设160/50T桥式吊车一台，包括建筑设计、结构设计、支撑布置、内力计算与组合、主要承重构件设计和施工图绘制。通过毕业设计，使学生综合运用土木工程专业所学知识，对钢结构工业厂房的设计方法有比较深入的了解。关键词建筑设计结构设计结构计算 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleHeavymachineryfactorymetalworkingassemblyworkshopdesignAbstractHeavymachineryfactorymetalworkassemblyworkshopismainlyresponsibleforlargeconstructionmachineryprocessing,assemblytasks.Thespanis36meters,within160/50Tbridgecrane,oneTaiwan,includingarchitecturaldesign,structuraldesign,supportlayout,internalforcecalculationandcombination,themainload-bearingcomponentsdesignandconstructiondrawing.Throughthegraduationdesign,theprofessionalknowledgeofstudentsintheintegrateduseofcivilengineering,thedesignmethodofsteelstructureworkshophavemorein-depthunderstanding.KeywordsArchitecturaldesignStructuredesignStructurecalculation 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页目次1引言52建筑设计62.1平面设计62.2剖面设计82.3立面设计102.4其它设计103结构选型及整体布置123.1选择钢结构的必要性123.2柱网布置123.3屋架、框架的形式和相关尺寸123.4屋盖支撑的布置133.5柱间支撑布置143.6抗风柱的布置154荷载计算154.1计算单元的划分以及计算简图的确定164.2永久荷载164.3可变荷载194.4风荷载214.5地震作用235内力分析与组合235.1框架内力计算的准备235.2框架内力分析计算315.3框架内力组合336柱的计算376.1柱的计算长度和容许长细比376.2柱截面的计算396.3缀条与柱的连接焊缝456.4柱肩梁的计算456.5柱脚的计算47 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页1引言为了可以很好的回顾所学钢结构相关的知识，此次的设计选择了有吊车的重型钢结构厂房，并采用大型混凝土屋面板和墙板围护结构。文章从建筑、结构、施工图三个方面对厂房的设计过程作了简单的说明，设计的过程中难免会有遗漏或者不妥的地方，希望老师给予指正。1.1工程概况这是一个新建的机械装配车间，厂址在武汉，厂房长120m，宽36m，总建筑面积4320m2；内设一台160/50T桥式吊车；该厂房采用大型混凝土屋面板和墙板围护结构。1.2地质水文及气象条件地质水文及气象条件如表1-1所示。建筑等级I地下水性质无侵蚀性最冷月平均温度3.4℃地下水位标高最高-8M最热月平均温度28.8℃土壤情况及性质密实粘性土室外计算温度冬季-2℃夏季33℃许可耐压力砌置深度2米时30N/cm2常年降雨量1043.3mm主导风向及风速东北1.9M/s最大积雪厚度0地震设计烈度6度表1-1地质水文及气象条件表1.3生产车间工艺、组成及要求（1）装配车间设计主要承担设备的加工、装配任务，工艺流程为：仓库机械加工热处理中间仓库部件装配总装配油漆检验（2）总装配跨：轨顶标高21米，内设160/50T桥式吊车一台。（3）总装配车间是冷加工车间，由于加工零件及加工工序多，精度要求高，地面与上部运输频繁，机床设备及操作工人多，要求车间自然光线好，采光等级为三级，火灾危险性属戊类。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页2建筑设计2.1平面设计2.1.1厂房平面的布置形式由于厂房内设置一台160/50T桥式吊车，该吊车的跨度为34m，由此确定该厂房为单跨；根据生产工艺等要求，确定该厂房为单层。所以厂房平面形式为矩形，如图2-1所示。图2-1厂房平面布置图2.1.2柱网的确定根据《厂房建筑模数协调标准》（GBJ6-86）的要求：当跨度尺寸≧18m时，按60M模数递增，即合理跨度可取18m，24m，30m和36m；柱距采用60M数列，即6m，12m，18m等。由于厂房为36×120m，综合规范要求等方面的影响因素，确定该厂房的跨度为36m，柱距为6m。柱网布置如图2-2所示。图2-2柱网布置图2.1.3定位轴线的确定 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（1）横向定位轴线通常用等数字标识；除了边柱和变形缝处，其它都是从柱子的中心通过；墙的内缘与边柱的外缘相重合，定位轴线内缩750mm，如图2-3所示。图2-3边柱轴线内缩示意图（2）纵向定位轴线通常用等字母标识；标定了横向构件屋架，也是大型屋面板边缘的位置。吊车规格与工业建筑跨度的关系为：L-LK=2e式中LK——吊车的跨度，取34m；L——厂房的跨度，该厂房为36m；e——吊车轨道中心至纵向定位轴线的距离，由于该吊车为160/50T，所以e取1m，如图2-4所示。图2-4吊车跨度与厂房跨度示意图2.1.4变形缝的设置 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页普通钢结构厂房的温度区段的最大长度如表2-1所示。结构情况温度区段长度/m纵向温度区段（垂直屋架跨度方向）横向温度区段（沿屋架跨度方向）柱顶刚接柱顶铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋220120150热车间和采暖地区的飞非采暖房屋180100125露天结构120\表2-1温度区段最大长度表因为该厂房长120m，宽36m，按照上表所述的要求，可以不设置温度缝。而且厂房为规整的长方形结构，可以不设置抗震缝和沉降缝。2.2剖面设计2.2.1单层工业厂房相关高度的确定（1）厂房柱顶标高的确定H=H1+h6+h7式中：H—柱顶标高，应符合3M模数；  H1—吊车轨道顶面标高（m），本设计为21m；  h6—吊车轨顶至小车顶面的高度（mm），本设计为5290mm；  h7—小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（mm），取值为500mm。则H=21000+5290+500=26790mm，取3M的模数H=27000mm。柱顶标高，吊车轨道顶面标高，吊车轨顶至小车顶面的高度，小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸如图2-5所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图2-5厂房柱顶标高示意图（2）室内地坪标高的确定为了防止雨水浸入室内，同时考虑到单层工业厂房运输工具进出频繁，若室内外高差过大则会出入不方便，所以取150mm。2.2.2采光设计设计要求该厂房的采光等级为三级，查《采光标准》可知，该厂房采光要求的窗地面积比为1:4。由于厂房跨度为36m，超越单侧采光所能解决的范围，所以该厂房将在侧墙采用双侧开窗采光。并将侧窗分为上下两段布置，即高侧窗和低侧窗。高侧窗有两排，分别为3×1.5m和3×1m，低侧窗为3.9×5.1m，经计算满足窗地比的要求。为方便工作和不使吊车梁遮挡光线，一般高侧窗的下沿比吊车梁顶面高出600mm；低侧窗下沿一般应略高于工作面的高度，工作面高度取900mm。2.2.3通风设计为了节约环保，本厂房采用自然通风，除了高低侧窗户的布置外，在左山墙立面设一道3.6×3.6的汽车门，在厂房的北立面设一道4.5×5.4的火车门。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页2.3立面设计为了使立面简洁大方，比例恰当，达到完整均匀，节奏自然，色调质感协调统一的效果。本厂房的立面采用水平划分的手法，在水平方向设整排的矩形窗，组成水平条带，增加立体感。在左山墙立面设有3600×3600的汽车门，在北立面4500×5400的火车门；门上设有外挑的900mm的雨棚。如图2-6所示。图2-6厂房南立面图2.4其它设计2.4.1墙面、屋面和地面的设计（1）根据当地的水文气象条件，武汉属于夏热冬冷地区，“防热为主，兼顾保温”，均采用轻质高强度的压型钢板，内夹发泡型保温材料用来保温隔热。墙厚240mm，墙板通过墙梁与钢架柱相连。（2）屋面采用两层压型钢板，内填发泡型保温材料，自身就具有良好的防水作用，无需额外做防水层。屋面檐口部分采用有组织排水方式。（3）室内地面构造如图2-7所示。图2-7室内地面构造图2.4.2排水、散水与坡道设计由于该厂房较高，武汉的年降雨量较大，故采用有组织排水的方式。落水管间距为12m。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页外围散水坡度i=5%，宽600㎜；为了方便车辆进出，大门入口的坡道坡度i=7.5%，并设有防滑条。如图2-8所示。 图2-8排水、散水与坡道设计图2.4.3防火设计钢结构厂房具有耐火性能低的弱点，在未进行防火处理的情况下，其本身虽然不会起火燃烧，但火灾时，强度会迅速下降。容易出现塑性变形，发生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。由于该厂房的防火等级为戊类，根据生产工艺和安全防火要求，在厂房的左山墙立面设置一个3600×3600的汽车门，在北立面设置一个4500×5400的火车门。各个钢构件均涂防火材料。2.4.4楼梯在厂房两头各设置一个吊车梯，在外墙设置一个消防检修梯，由于高度为30.6m，所以楼梯的设置中，设有梯间休息平台。3结构选型及整体布置3.1选择钢结构的必要性与其他材料的结构相比，钢结构有如下优点：钢材强度高，结构自重轻；材质均匀，且塑性韧性好；加工和焊接性能好；密封性好；钢材可重复利用。由于该厂房跨度为36m，高度为30.6m，混凝土结构对这样的厂房无法适用，钢材强度高、自重轻的优势特别适合。3.2柱网布置 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页厂房的长为120m，跨度为36m，根据要求取柱距为6m，故采用6×36m的柱网。柱网布置如图3-1所示。图3-1柱网布置图3.3屋架、框架的形式和相关尺寸框架柱与屋架刚接。使其内力分布较均匀。框架跨度36m，端部高度2m，屋架布置如图3-2所示。图3-2屋架布置图由于该厂房为重型钢结构厂房，所以将柱脚做成刚接来增加横向框架的刚度，承重柱采用阶形柱。上柱为工字型钢柱，下柱为格构式钢柱，上柱和下柱的截面尺寸如图3-3和3-4所示。图3-3上柱截面图 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图3-4下柱截面图3.4屋盖支撑的布置屋盖支撑包括横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆(檁条)。3.4.1上弦横向水平支撑布置弦横向水平支撑设在横向温度区段的两端，横向水平支撑的间距L0不宜超过60m，由于厂房的长120m>60m，所以在温度区段中部也设置一道横向水平支撑。上弦横向水平支撑布置如图3-5所示。图3-5上弦横向水平支撑布置图3.4.2下弦横向水平支撑布置与上弦支撑布置在同一柱间，它也形成一个平行弦桁架，位于屋架下弦平面。下弦横向水平支撑布置如图3-6所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图3-6下弦横向水平支撑布置图3.4.3下弦纵向水平支撑在屋架下弦端节点间设置纵向支撑。纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭合框，加强了屋架的整体稳定性，并提高了厂房的纵向刚度。3.4.4垂直支撑垂直支撑如图3-7所示。图3-7垂直支撑图3.5柱间支撑布置上层柱间支撑要在下层柱间支撑布置柱间设置外，还在每个温度区段的端布设置。柱间支撑布置如图3-8所示。图3-8柱间支撑布置图3.6抗风柱的布置采用整体式体系，山墙柱上搭墙梁，墙梁跨度为6m；在山墙处设置抗风柱，柱距为6m。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页4荷载计算4.1计算单元的划分以及计算简图的确定4.1.1计算单元的划分为了计算方便，将厂房的空间结构简化为平面结构进行计算。并近似地认为各个横向平面框架之间以及各个纵向平面框架之间是互不影响的，各自独立工作。横向框架的间距、荷载相同，因此取出有代表性的一榀中间横向框架作为计算单元，如图4-1所示。图4-1计算单元划分图4.1.2计算简图的确定计算简图中，H为柱脚低至屋架下弦重心线与柱顶交点间的距离,即柱高，H1为上柱高度，为7.6m；H2为下柱高度，为19.4m，总高度为27m。上柱与下柱偏心距e1为500mm。计算简图如图4-2所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图4-2计算简图4.2永久荷载4.2.1屋盖自重油毡防水屋面（三毡四油铺小石子）0.40kN/㎡20mm厚水泥砂浆找平层0.02×20＝0.40kN/㎡80mm厚泡沫混凝土保温层0.08×6＝0.48kN/㎡预应力大型墙板（包括灌缝）1.40kN/㎡屋架及支撑自重0.12＋0.011×36＝0.52kN/㎡荷载总和3.20kN/㎡屋架作用于框架柱的计算简图为下图所示，屋架间距6m。Q为屋盖线荷载.Q=6×3.20=19.2kN/m，屋面恒荷载计算简图如图4-3所示。图4-3屋面恒荷载计算简图 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页4.2.2集中荷载屋架反力3.3×36/2=59.4kN偏心距e0.5m集中荷载产生的弯矩M1=59.4×0.5=29.7kN·m4.2.3柱及吊车梁的自重（1）上柱自重（上柱自重标准值=上柱体积×7850kN/m3×1.1）A上=18×940+2×30×500=46920mm²P上=1.2×A上H1×7850kG/m3×1.1=36.95kN上柱截面尺寸如图4-4所示。图4-4上柱截面图（2）下柱自重（下柱自重标准值=下柱体积×7850kG/m3×1.3）A下=30×530+（200-16）×16×2+16×167×2+2×30×500+16×540=66828mm2P下=1.2×A下H2×7850kG/m3×1.3=174.63kN下柱截面尺寸如图4-5所示。图4-5下柱截面图（3）吊车梁自重A吊=2×25×500+18×1300=48400mm2 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页P吊=1.2×A吊H×7850kG/m3×1.4=38.30kNM1=P吊ac-P上e1=38.30×0.7-35.01×0.5=9.31kN·m吊车梁截面尺寸如图4-6所示。图4-6吊车梁截面图4.2.4外墙自重采用轻骨料混凝土保温墙板作为围护结构，其密度为14kN/m3。为简化计算，将变阶处以上的外墙自重荷载以及窗自重荷载视为一个集中荷载，并作用于变阶节点处；将下部带形窗上部的外墙自重荷载以及窗自重荷载视为一个集中荷载，并作用于带形窗上部节点处，下部带形窗的窗下板视为直接支承在基础梁上。在计算单元A轴线中，支撑在框架柱上的墙板荷载通过支托传递给框架柱，其负荷范围为6m，支撑在墙架柱上的墙板荷载通过支托传递给墙架柱，并直接传递给基础。即变阶处集中荷载：轻骨料混凝土保温墙板（3.6＋2.6）×0.24×6×14＝124.99kN嵌缝0.10×6.2＝0.62kN钢窗3.6×6×0.45＝9.72kN抹灰0.02×6.2×20＝2.48kN---------------------------------------------------------------------小计137.81kN下部带形窗上部节点处：轻骨料混凝土保温墙板（3.6＋5.5）×0.24×6×14＝183.45kN嵌缝0.10×9.1＝0.91kN钢窗（3.6＋5.4）×6×0.45＝24.3kN抹灰0.02×9.1×20＝3.64kN 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页---------------------------------------------------------------------小计212.3kN由于在B轴线处车间与其它车间相连，为了方便车间之间的联系，设置悬挂墙架柱，将墙架柱自重及其承担的外墙自重荷载传递到上部托架，再经过托架传递到框架柱。框架柱承受的外墙荷载：轻骨料混凝土保温墙板6×0.24×6×14＝120.96kN嵌缝0.10×6＝0.6kN抹灰0.02×6×20＝2.4kN---------------------------------------------------------------------小计123.96kN托架传来荷载0.5×123.96×2＝123.96kN即B轴线变阶处的外墙荷载为123.96×2＝247.92kN4.3可变荷载4.3.1屋面活荷载本厂房屋面为不上人屋面，均布活荷载标准值取0.3kN/㎡，武汉屋面雪荷载值为0.4kN/㎡，在可变荷载计算时，只取均布活荷载与雪荷载两者中的较大值，该厂房不考虑积灰荷载。屋面线荷载q=q0×6=1.4×0.4×6=3.36kN/m屋架反力上下柱的偏心距e=0.5m集中荷载所产生的弯矩M1=60.48×0.5=30.24kN·m屋面活荷载计算简图如图4-7所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图4-7屋面活荷载计算简图4.3.2吊车荷载（1）竖向荷载本厂房采用160/50T桥式吊车，查表得最大轮压Pmax=335kN，最小轮压Pmin=103kN。吊车梁支座反力影响线如图4-8所示。图4-8吊车梁支座反力影响线图Dmax=Pmax∑yi=1.4×335×（1+0.86+0.63+0.49+0.59+0.45+0.22+0.08）=2026.08kNDmin=（Pmin/Pmax）·Dmax=（103/335）×2026.08=1622.49kN（2）横向荷载横向荷载计算简图如图4-9所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图4-9横向荷载计算简图HK=K(g+Q)/ng=小车自重标准值=63.3tQ=最大起重量=160tK=0.08因此HK=0.08×（630＋1600)/8=22.33kNT=γ.HK.∑y1=1.4×22.33×（0.34+0.49+0.63+0.86+1+0.59+0.45+0.22+0.08）=135.05kN4.4风荷载风荷载标准值，式中，βz—z高度处的风振系数；μs—风荷载体型系数，根据表1.1得μs=-0.6；μz—z风压高度变化系数，离地面20m时，μz=1.25；离地面30m时，μz=1.42。风压高度变化系数按柱顶离室外天然地坪的高度27.15m取值，得μz=1.37。当厂房高宽比小于1.5时，μz=1，本厂房高宽比为0.75<1.5，所以μz=1；查《建筑荷载规范》可知，武汉的基本风压W0=0.35kN/㎡；计算简图如图4-10所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图4-10风荷载计算简图风载体型系数如图4-11所示。αμs≤15030°≥60°-0.60+0.8图4-11风载体型系数图（1）Wk1为屋架端部传给框架柱的集中荷载（2）W2为屋面传给框架柱的集中荷载（3）q为墙面传给框架柱的线风荷载集中力的合力W=（Wk1+Wk2）×1.4=2.42kNWk’=（Wk1’+Wk2’）×1.4=-6.07kN风荷载计算简图如图4-12所示。图4-12风荷载计算简图 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页4.5地震作用这个厂房是6级抗震，根据抗震设防烈度的要求，该厂房不考虑地震作用的计算。5内力分析与组合5.1框架内力计算的准备5.1.1横梁及上下柱惯性矩的选取（1）屋架折算惯性矩的近似计算I0=(A1y12＋A2y22)k式中A1，A2－屋架在跨中处的上弦杆和下弦杆的截面面积；y1,y2–屋架在跨中的上弦杆重心线和下弦杆重心线至中和轴的距离；k为折减系数，屋架坡度为1/10,查表得k为0.7。折减系数k与屋架坡度关系如表5-1。坡度1/81/101/12k0.650.70.8表5-1折减系数k与屋架坡度关系表A1=43.9×2=87.8cm2A2=37.6×2=75.2cm2I0=(A1y12+A2y22)×k=0.7×[87.8×(350/2–2.91)2+75.2×(350/2-3.98)2I0=3.37×106cm4(2)上柱惯性截面（实腹式）：Is=1.8×943/12+2×(50×33/12+50×3×48.52)=830487.6cm4(3)下柱（格构柱）折算惯性矩：I下=(A1x12+A2x22)×0.9A1=223cm2，A2=386.4cm2A=A1+A2=609.4cm2X2=(52×3×(200-1.5)+2×76.51×9200-5.69-3.0))/609.4=98.8cmX2=200-98.8=101.2cm 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页Ix=(223×101.2+386.4×98.8)×0.9=5450095cm4上柱截面如图5-1所示。图5-1上柱截面图下柱截面如图5-2所示。图5-2下柱截面图5.1.2杆端有单位变形时的支座反力（1）柱 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（2）梁梁的弯矩与刚度计算图如图5-3所示。图5-3梁的弯矩与刚度计算图横梁的轴向变形很小，在计算中忽略框架横向侧移变形。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页5.2框架内力分析计算5.2.1内力分析的几点说明（1）横梁和柱子的轴向变形很小，所以计算中不考虑。（2）荷载符号规定，水平向右为正，竖直向下为正，弯矩顺时针方向为正。（3）M在受拉一侧。（4）手算吊车刹车力作用下的内力内力分析如图5-4所示。图5-4内力分析图所得弯矩图、剪力图、轴力图如图5-5所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图5-5内力图5.2.2电算其它荷载内力（荷载，弯矩，剪力，轴力图）（1）屋盖自重内力图如图5-6所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图5-6屋盖自重内力图(2)外墙自重内力图如图5-7所示。图5-7外墙自重内力图（2）吊车竖向荷载内力图如图5-8所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图5-8吊车竖向荷载内力图（4）屋面活荷载内力图如图5-9所示。图5-9屋面活荷载内力图（5）风荷载内力图如图5-10所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图5-10风荷载内力图（5）柱及吊车自重内力图如图5-11所示。图5-11柱及吊车自重内力图（6）永久荷载作用及内力图如图5-12所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图5-12永久荷载作用及内力图5.3框架内力组合5.3.1内力组合表内力图荷载类型M（kN·m）N（kN）V（kN）1.屋面活荷载2.竖向吊车荷载Dmax 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页3.竖向吊车荷载Dmin4.吊车水平荷载（左刹）5.吊车水平荷载（右刹）6.风荷载（左风）7.永久荷载5.3.21-1截面柱简图：吊车荷载风荷载 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页永久荷载屋面活荷竖向荷载水平荷载DmaxDmin左刹右刹左吹截面1-1设计值M268.5135.3-6.756.75192.5-192.578.19N178.143.40010.54-10.544.53V-15.6-8.660000-6.69组合I（+Mmax）选项√√√√√M1.2×268.5+1.4×0.9×(135.3+6.76+192.5+78.19)=842.6N1.2×178.1+1.4×0.9×(43.4+10.54+4.53)=283.4V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.08组合II（-Mmax）选项√√√√M1.2×268.5+1.4×0.9×(-6.67-192.5-89.3)=-30.36N1.2×178.1+1.4×0.9×(-10.54-4.53)=194.8V-1.2×15.6+1.4×6.69=-9.4组合III（+Nmax）选项√√√√√M1.2×268.5+1.4×0.9×(135.3+6.76+191.5+78.19)=838.5N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+10.64+4.53)=290V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.06组合IV（-Nmax）选项√√√√M1.2×268.5+1.4×0.9×(-6.67-192.5-89.3)=-30.41N1.2×179.1+1.4×0.9×(-10.64-4.53)=195.8V-1.2×15.6+1.4×6.69=-9.4组合V√√√ 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（Vmax）选项M1.2×268.5+1.4×0.9×(134.3+78.19)=588.6N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+4.53)=276.6V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.065.3.32-2截面柱简图：永久荷载屋面活荷吊车荷载风荷载竖向荷载水平荷载DmaxDmin左刹右刹左吹右吹截面设计值M190.785.83-6.766.76191.5-191.530.13-30.13 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页1-1N179.144.40010.64-10.644.53-4.53V-15.6-8.660000-6.696.69组合I（+Mmax）选项√√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+6.76+191.5+30.13)=624.8N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+10.64+4.53)=290V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.06组合II（-Mmax）选项√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(-6.67-191.5-30.13)=-58.8N1.2×179.1+1.4×0.9×(-10.64-4.53)=195.8V-1.2×15.6+1.4×6.69=-9.4组合√√√√√III（+Nmax）选项M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+6.76+191.5+30.13)=624.8N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+10.64+4.53)=290V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.06组合IV（-Nmax）选项√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(-6.67-191.5-30.13)=-58.8N1.2×179.1+1.4×0.9×(-10.64-4.53)=195.8V-1.2×15.6+1.4×6.69=-9.4组合V（Vmax）选项√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+30.13)=374.95N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+4.53)=276.6V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-6.69)=-38.065.3.43-3截面柱简图：永久荷载屋面活荷吊车荷载风荷载竖向荷载水平荷载DmaxDmin左刹右刹左吹右吹设计值M190.785.83-6.586.58191.5-191.548.35-48.35 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页截面1-1N179.144.4-137940410.64-10.644.53-4.53V-15.6-8.6600-47.347.3-10.313.36组合I（+Mmax）选项√√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+6.58+191.5+48.35)=646.5N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+404+10.64+4.53)=798.04V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-10.3)=-102.3组合II（-Mmax）选项√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(-6.58-191.5-48.35)=-81.6N1.2×179.1+1.4×0.9×(-1379-10.64-4.53)=-1564.4V-1.2×15.6+1.4×(47.39+13.36)=57.82组合III（+Nmax）选项√√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+6.58+191.5+48.35)=647.5N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+10.64+404+4.53)=799.04V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-10.3)=-102.2组合IV（-Nmax）选项√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(-6.58-191.5-48.35)=-81.7N1.2×179.1+1.4×0.9×(-1379-10.64-4.53)=-1564.4V-1.2×15.6+1.4×(47.39+13.36)=57.82组合V（Vmax）选项√√√√M1.2×190.7+1.4×0.9×(85.83+48.35-47.3)=338.31N1.2×179.1+1.4×0.9×(44.4+10.64+4.53)=290V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-10.3)=-102.25.3.54-4截面柱简图：吊车荷载风荷载 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页永久荷载屋面活荷竖向荷载水平荷载DmaxDmin左刹右刹左吹右吹截面1-1设计值M218104.4-6.586.58803.7-803.7527.3-467.7N300.544.4-137940410.64-10.644.53-4.53V-15.6-8.6600-47.347.3-48.937.7组合I（+Mmax）选项√√√√√M1.2×218+1.4×0.9×(104.4+6.58+803.7+527.3)=2077.8N1.2×300.5+1.4×0.9×(44.4+404+10.64+4.53)=944.7V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-48.9)=-319.3组合II（-Mmax）选项√√√√M1.2×218+1.4×0.9×(-6.58-803.7-467.7)=-1348.7N1.2×300.5+1.4×0.9×(-1379-10.64-4.53)=-1418.7V-1.2×15.6+1.4×(47.39+37.7)=88.5组合III（+Nmax）选项√√√√√M1.2×218+1.4×0.9×(104.4+6.58+803.7+527.3)=2078.6N1.2×300.5+1.4×0.9×(44.4+404+10.64+4.53)=944.6V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-48.9)=-319.1组合IV（-Nmax）选项√√√√M1.2×218+1.4×0.9×(-6.58-803.7-467.7)=-1348.6N1.2×300.5+1.4×0.9×(-1379-10.64-4.53)=-1417.7V-1.2×15.6+1.4×(47.39+37.7)=89.3组合V√√√√ 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（Vmax）选项M1.2×218+1.4×0.9×(104.4+803.7+527.3)=2070.1N1.2×300.5+1.4×0.9×(44.4+10.64+4.53)=435.65V-1.2×15.6+1.4×0.9×(-8.66-47.3-48.9)=-319.46柱的计算6.1柱的计算长度和容许长细比6.1.1各段柱在平面内的高度、最大轴向力和相对惯性矩：上段柱H1=760cm；N1=-290kN；I1=1下段柱H2=1940cm；N2=-242.6kN；I2=6.566.1.2柱段的线刚度比和计算参数：由《钢结构手册》查得μ值为：μ=2.07,系数μ乘以折减系数0.8即，。6.1.3各段柱在平面内的计算长度为：上柱:下柱:6.1.4各段柱在平面外的计算长度为：上段柱：下段柱：柱的计算长度如图6-1所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图6-1柱的计算长度图6.2柱截面的计算柱的截面尺寸如图6-2所示。下柱的截面尺寸上柱的截面尺寸图6-2柱的截面图6.2.1上柱（实腹式柱）A1=479.2cm2I1x=830487.6cm4W1x=I1x/50=830487.6/50=16610cm3回转半径：i1x=I1y=2×30×502+94×1.82/12=69078cm4W1y=I1y/25=2763cm3i1y=第一组合：N=290Mmax=838.5 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页第二组合：Nmax=290M=838.5（1）强度计算假设扣除翼缘上2-21.5螺栓孔的面积，即：An=469.2-2×(21.5×3)=340.2cm2Wnx=W1x×An/A1=12043cm3r=1.05（满足要求）（2）平面内稳定性验算H01=1148cm焊接工字钢对x轴为b累截面，查表得（满足要求）（3）平面外稳定性的验算焊接工字钢对Y轴为b类截面，查表得（满足要求）（4）腹板局部稳定性计算计算腹板与上，下翼缘交界处的应力 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页由于（满足要求）（5）翼缘局部稳定计算b=(500-18)/2=241mmb/t=241/30=8.0<（满足规范要求）6.2.2下段柱（格构式柱）（1）屋盖肢AR=223cm2重心轴y0=4.6cmIRx=53×32/12+53×3×(4.6-1.5)2+2×2867+2×61.44×(5.69+3-4.6)2=9437cm4i1x=IRy=533×3/12+2×2867+2×61.44×(30-5.69)2=115513cm4i1y=（2）吊车肢Ad=386.4cm2Idx=2×3×503/12+54×1.62/12=62518cm4idx=12.7cm 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（3）整体柱的截面特性A2=223+386.4=609.4cm2重心轴y0=386.4×（200-4.6）/609.4=101.2cmI2x=(223×101.2+386.4×98.8)×0.9=5450095cm4i2x=在计算柱长度系数时，格构式柱的截面惯性矩乘以0.9即：I‘2x=0.9×I2x=5450095cm4（4）格构式柱斜缀条采用L140换算长细比βmx=1.0下柱截面属于b类截面查表得稳定性计算（5）屋盖肢稳定性验算 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页格构式缀条之间的距离是200cm，故,平面外计算长度。屋盖肢属于b类截面，（6）吊车肢稳定性验算故,平面外计算长度吊车肢截面属于b类截面，查得计算稳定性（满足要求）6.2.3缀条的计算（1）下柱缀条的计算 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页如图6-3所示。图6-3下柱缀条图柱最大剪力为V=319.3kN此值大于154.14kN应该采用V=319.3kN进行计算（2）横缀条的计算横缀采用L125808以角钢长边与柱子相连，角钢短边设有附加缀条，以减少其计算长度，l0x=195.4cml0y=120cm角钢的面积A=15.99cm2ix=4.01cmiy=2.29cm横缀条的内力N=V/2=159.7kN计算其稳定性，缀条截面无任何对称轴，属c类截面，查表得（3）斜缀条的计算斜缀计算采用L125808 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页l0y=120cmcosθ=195.4/279.6=0.698斜缀条内力N=319.3/2cosθ=228.7kN此截面为c类截面查得6.3缀条与柱的连接焊缝6.3.1横缀条与柱的连接焊缝设角钢背肢焊缝hr1=10mm肢尖焊缝hf2=6mm肢背焊缝：取值为130mm；肢尖焊缝：取值为80mm6.3.2斜缀条与柱连接计算设角钢背肢焊缝hf1=10mm肢尖焊缝hf2=6mm肢背焊缝： 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页取值为180mm；肢尖焊缝：取l=165mm6.4柱肩梁的计算柱肩梁如图6-4所示。(a)(b)图6-4柱肩梁图上柱与下柱连接处设肩梁；肩梁形式采用单臂式，其高度取下柱截面高度的0.5-0.6，现采用肩梁高1000mm；上柱最不利组合：M=624.8kN.mN=290kN选用肩梁腹板厚度tw=30mm,其截面模量为：W=twh2/6=5000cm3如上图所示 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页P2=145-644.12=-499.12kNRB=789.12×97/200=382.7kNRA=789.12-382.7=-42.7kN6.4.1肩梁腹板的计算Mmax=382.7×(2-0.97)=394.2kN.mV=449.12-42.7=406.42kN肩梁腹板的抗弯强度：<215Mpa；肩梁腹板的抗剪强度：6.4.2连接焊缝的计算焊缝1共2条，取焊缝厚度h1=10mm有效长度l1=2×60h1=1200mm焊缝剪应力=449.12×103/（0.7×10×1200）=53.5Mpa<160Mpa；焊缝2共4条，取焊缝厚度hf=10mm有效长度l1=4×60h1=2400mm焊缝剪应力=789.12×103/（0.7×10×2400）=47Mpa<160Mpa；焊缝3共4条，取焊缝厚度hf=10mm有效长度l1=4×60h1=2400mm焊缝剪应力=382.7×103/（0.7×10×2400）=22.8Mpa<160Mpa6.5柱脚的计算柱脚如图6-5所示。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页图6-5柱脚图柱脚计算可采用前面下段柱屋盖肢和吊车肢截面稳定性计算的内力，即：屋盖肢N1=1945kN吊车肢N2=2418kN6.5.1柱脚底板计算（1）柱底板尺寸底板高度构造要求为：L=600+2×20+2×45=730mm，设底板宽度B=680mm基础采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2,不考虑局部承压提高系数，则柱底板下混凝土的压应力为：屋盖肢吊车肢（2）板底厚度的计算a:屋盖肢的底板a1×b1=310×326=101060mm2查的故 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页t=,采用30mm厚。b:吊车肢的底板a1×b1=310×326=101060mm2查的故t=,采用30mm厚。6.5.2锚栓计算下段柱对锚栓的最不利内力组合：组合1Mmin=-1349kN.mN=1419kN组合2M=-2078kN.mNmin=945kN锚栓的最大拉力组合1：组合2：屋盖肢和吊车肢各采用2个锚栓，每个锚栓的拉力为：1501.3/2=750.65kN查表得锚栓直径采用80mm。6.5.3锚栓加劲助的计算（1）加劲助承受剪力为：V=750.65/2=375.3kN加劲助采用-200×14×400，其抗剪强度为：（2）加劲助与支承顶板的连接焊缝采用hf=10mm焊缝长度为：lw=200-2×10=180mm=375.3×103/（0.7×2×10×180）=149Mpa<160Mpa 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页（3）加劲助与靴板的连接焊缝采用hf=10mm焊缝长度为：lw=400-2×10=380mm6.5.4柱脚底板和靴板的计算（1）加劲助q1=3.9×50=195N/mmq2=3.9×326/2=635.7N/mmR=195×310/2+635.7×310/4=79492NM=195×3102/8+635.7×3102/12=7.43×106N.mm设加劲助高为200mm，厚为20mm；截面模量：W=20×2002/6=13333mm3抗弯强度：抗剪强度：设加劲助与靴板及加劲助的连接焊缝为hf=10mm，所以=79492/（0.7×2×10×160）=35.5Mpa<160Mpa（2）加劲助q1=3.9×310=1209N/mm 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页加劲助传来的集中荷载：p=2R=2×79492=158984N加劲助近似地按照悬臂梁计算。剪力：R=158984+1209×326/2=356051N弯矩：M=1209×3262/4+158984×326=83.95×106N/mm假设加劲助高为650mm，厚为20mm，计算：截面模量：W=20×6502/6=1.408×106mm3抗弯强度：抗剪强度：加劲助与柱的连接焊缝hf=10mm(3)靴板的计算靴板可近似地按悬臂梁计算。q1=3.9×45=175.5N/mmq2=3.9×310/2=604.5N/mm由加劲助传来的集中荷载P=79492N假设屋盖肢的靴板高度为650mm，厚为20mm。吊车肢靴板与此同时。靴板的最大剪力为：V=175.5×304+604.5×254/2+79492=130123.5N最大弯矩为：M=175.5×3042/2+604.5×2542/4+79492×254=38.05×106N·mm 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页靴板的截面模量为：W=20×6502/6=1.408×106mm3抗弯强度：抗剪强度：靴板与屋盖肢的角钢连接焊缝，可取屋盖肢的内力N1=1945kN，设连接焊缝hf=10mm,共有四条焊缝。6.5.5柱肢与柱脚板底的连接计算屋盖肢、靴板、加劲助与柱脚的连接焊缝厚度hf=10mm。（1）靴板与底板的焊缝有效长度：；（2）柱腹板与底板的焊缝有效长度：；（3）加劲助与底板的焊缝有效长度：；（4）加劲助与底板的焊缝有效长度：；焊缝应力： 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页结论毕业设计是大学四年生活的最终成果，题目是重型机械厂金工装配车间设计。本次的任务主要包括厂房的建筑建筑布局、结构设计以及图纸的绘制。我开始很茫然，经过查阅大量的资料和老师的指点后，有了明确的方向。一步一个脚印，先是做了建筑设计，书写建筑设计说明书，绘制建筑图；接下来做结构设计。结构设计是这次设计的难点，包括支撑的布置、内力的计算、各节点的设计等。这次的毕业设计使我对本专业有了更深的认识，更让我熟悉了土木工程厂房设计的重点与难点。为了这次设计，我查阅了大量的学术资料和我们的专业课程书籍，消除了很多的知识盲点。 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页虽然这次设计的过程很繁琐，但在导师的耐心指导和同学的帮助下，经过一段时间的努力，把整套设计流程都做完了，形成了最终的设计成果。通过这次的设计，更让我体会到做事的严谨性。相信这次的毕业设计做完了，从中学到的不仅仅是专业知识，还有很多做事的态度。致谢我刚拿到设计题时感觉很迷茫，是惠颖老师细心地指导让我有了明确的方向。她提供了很多与该厂房设计相关的重要信息，在一次又一次的授课后，又帮我们仔细地批改我们的设计图和说明书，让我的设计有了规范的样子。通过这次设计，培养了我们的严谨态度，锻炼了我们的吃苦耐劳和创新的精神。这将非常有利于我们今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！在这次设计的过程中，也得到了一些同学的帮助，在此一并表示感谢！ 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页参考文献[1]曹平周、朱召泉.钢结构.第二版[M].北京：科学技术文献出版社，2002[2]李廉锟.结构力学.第五版[M].北京：高等教育出版社，2009[3]刘鸿文.材料力学.第五版[M].北京：高等教育出版社，2010[4]郭昌生.钢结构设计.第一版[M].杭州：浙江大学出版社，2007[5]陈绍蕃.钢结构设计原理.第三版[M].北京：科学出版社，2005[6]沈祖炎.房屋钢结构设计.第一版[M].北京：中国建筑工业出版社，2008[7]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.第七版[M].北京：高等教育出版社,2009[8]李爱群、程文瀼.混凝土结构.第五版[M].北京：中国建筑工业出版社,2012[9]同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆大学.房屋建筑学.第四版[M].北京：中国建筑工业出版社，2005 本科毕业设计说明书（论文）第56页共56页[10]陈绍蕃.钢结构基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2003[11]王国周.钢结构原理与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2003[12]钢结构设计手册编委会.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004[13]靳百川.轻型房屋钢结构构造图集[M].北京：中国建筑工业出版社，2002[14]钢结构设计计算实例编委会.钢结构设计计算与实例[M].北京：人民交通出版社，2008[15]上官子昌.钢结构设计计算实例讲解.[M].化学工业出版社,北京：2013'