杭州单层24m跨钢结构厂房毕业设计计算书.doc

目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 设计资料11.2 荷载信息（标准值）2第二章 结构设计32.1 屋面檩条设计32.2 吊车梁设计82.3 墙梁设计182.4 刚架设计192.5 抗风柱设计532.6 支撑设计572.7 节点设计61第三章 基础设计693.1 刚架柱Z1基础设计693.2 刚架柱Z2基础设计753.3 抗风柱下基础设计75第四章 设计概述804.1 结构设计概况804.2 材料使用统计804.3 参考文献80致 谢82文献综述83开题报告98外文翻译109摘 要轻钢门架由于具有重量轻、造价低、安装方便、施工周期短等优点，近几年在我国发展较快，尤其在工业厂房中已得到广泛的应用。本文即为一带吊车门式轻型钢架单层厂房的设计书。本设计是根据建筑所给的工程设计条件，并依据建筑结构荷载规范、钢结构设计规范、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程等规程规范进行的。内容主要包括工程工况介绍，荷载计算，以及屋面檩条、吊车梁、墙梁、刚架、抗风柱、支撑、节点、基础等部分的设计计算。其中，钢架的设计首先是通过建筑科学研究院 PKPM钢结构设计软件STS进行荷载内力计算和截面优选，然后根据规范公式通过手算对其结果进行验算。其余内容主要通过手算完成。关键词：门式钢架；强度；稳定性；挠度；构造要求AbstractBecause light steel door shelf is light , such advantages as the fabrication cost is low , installation is convenient , the cycle of constructing is short, develop very fast in our country in recent years, especially been already widely used in the industrial factory building . This text is one design book with door type light-duty steelframe of the crane, ten thousand outstanding moderating machine Co., Ltd. building machine shop of Hangzhou by name of the project. Originally design according to the design condition given of the building , according to rules norms , such as design specification of the steel construction , door type light-duty house steel construction technical regulation of rigid frame ,etc., have designed calculating to purlin of the roofing , crane roof beam , strong roof beam , rigid frame , resisting wind post , supporting , node and foundation ,etc. concretly . Among them, the design of the steelframe is to load calculating and sectional optimum seeking of the internal force through research institute PKPM steel structural design software STS of the building at first, then get it right through hands according to the formula of standardizing their results carry on checking computations. Keyword: Door type steelframe; Intensity; Stability; Deflection; Structure 第一章 绪 论1.1 设计资料1.1.1 工程概况杭州万杰减速机有限公司建筑机械车间，其厂房长168m，宽72m，柱距8m，建筑面积12096m2。三跨，每跨设四台16t吊车，中级工作制，跨度均为24m，吊车的轨顶标高均为9m。本工程0.000相当于高程5.750m。抗震设防烈度为6度，场地类别为II类第二组，地基等级为三级，岩土工程勘察报告显示此区场地稳定性较好，基础持力层为2层或3层土，地基承载力为100kPa，适宜拟建建筑物的建设，且拟建建筑物可采用独立基础。1.1.2 设计遵循的规范、规程及规定（1）建筑结构荷载规范（GB 500092001）（2）钢结构设计规范（GB 500172003）（3）钢结构工程施工及验收规范（GB 502052001）（4）冷弯薄壁钢结构技术规范（GB 500182002）（5）钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程（JGJ 8291）（6）建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 812002）（7）门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 10298）（8）碳素结构钢（GB 70088）（9）低合金结构钢（GB198188）（10）建筑地基基础设计规范（GB 500072002）（11）钢结构设计手册（上册）（12）普通高频焊接H型钢（JG/137-2001）1.1.3 设计使用的软件（1）结构平面计算机辅助设计软件(PMCAD)（2）钢结构设计软件（CAD-STS）（3）钢结构计算机辅助设计软件工具箱（BOX）（4）钢结构辅助设计程序 Msteel（5）CuteSer钢结构节点设计工具箱（6）绘图软件（AutoCAD、Msteel、TSSD钢结构）1.2 荷载信息（标准值）1.2.1 屋面荷载屋面活荷载 彩钢板屋面 屋面檩条 支撑自重 雪荷载 由于活荷载和雪荷载一起发生的可能性很小，故取两者中的较大值作为考虑对象，即在以下设计中，只考虑活荷载的作用。1.2.2 风荷载基本风压 1.2.3 吊车荷载每跨4台15t吊车。第二章 结构设计2.1 屋面檩条设计2.1.1 设计资料屋面材料为彩钢板，屋面坡度为1/20（），檩条跨度为8m，于处各设一道拉条；水平檩矩1.5m。钢材采用Q235。2.1.2 荷载和内力屋面倾角，。（1）永久荷载标准值（对水平投影面）彩钢板（含保温层） 0.15檩条（含拉条） 0.08 （2）可变荷载标准值：屋面均布活荷载或雪荷载最大值为。（3）内力计算檩条线荷载弯矩设计值（跨中为最危险截面）2.1.3 截面选择及强度验算选用卷边槽形冷弯型钢，其受力情况见图2.1.1。图2.1.1 檩条截面力系图，。则实际均布荷载故前面的荷载计算较安全。檩条的计算截面有一拉条连接孔，矩上翼缘110mm，则净面模量为：屋面能阻止檩条失稳和扭转，故只需做强度验算：檩条使用薄壁C型钢，故还须计算其有效净截面模量：，又，故全截面有效。2.1.4 施工荷载作用下的验算施工荷载设计值（集中荷载）恒载设计值（均布荷载）集中荷载在跨度中点截面上不产生弯矩，故施工荷载产生的弯矩、各小于屋面可变荷载作用下的相应值，因而不需对施工、检修荷载作用下的檩条抗弯强度进行验算。2.1.5 永久荷载和风荷载组合（1）荷载计算按建筑结构荷载规范GB500092001，房屋高度为12.4m时，取。按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002附录A，计算檩条时，当时，取。垂直屋面的风荷载标准值：檩条线荷载弯矩设计值故不需进行强度验算。（2）整体稳定性验算跨中有两道侧向支承，。（取正值）风吸力作用使檩条下翼缘受压，计算其稳定性为：2.1.6 挠度验算，可。2.1.7 构造要求，故此檩条在平面内、外均满足要求。2.1.8 坡向拉条的验算拉条布置如图2.1.2所示，受力最大的拉条在屋脊处图2.1.2 拉条布置图三跨连续梁中间支座的反力为，则拉条采用，可2.1.9 屋脊檩条的抗弯强度验算屋面可变荷载及屋面永久荷载产生的屋脊檩条内弯矩为其他中间檩条的一半。又因为屋面倾角很小，拉条产生的弯矩也很小。故屋脊处檩条抗弯刚度可以符合要求。2.2 吊车梁设计2.2.1 设计相关资料吊车梁跨度8m，支承于钢柱，采用平板支座，设有四台起重量Q=16t中级工作制（A5）软钩吊车，吊车跨度，钢材采用Q235，焊条为E43型。吊车采用大连重工起重集团有限公司DSQD型。根据钢结构手册查得，吊车规格：吊车宽度B=6040m，轮距W=5000m，小车重g=2.991t，吊车总重G=18.1t，最大轮压，最小轮压。吊车轮压及轮距见图2.2.1。图2.2.1 吊车轮距及宽度2.2.2 吊车梁荷载计算吊车荷载的动力系数为1.05，吊车荷载的分项系数为1.40。吊车荷载设计值为：2.2.3 内力计算（1） 吊车梁的最大弯矩及相应剪力产生最大弯矩的荷载位置如图2.2.2所示，梁上所有吊车荷载的合力位置为：图2.2.2 吊车梁的最大弯矩计算简图自重影响系数取1.03，C点的最大弯矩为在处相应的剪力为：（2） 最大剪力荷载位置见图2.2.3图2.2.3 吊车梁最大剪力计算简图（3） 由水平荷载产生的最大弯矩（4） 一台吊车荷载标准值作用下的绝对最大弯矩荷载位置见图2.2.4图2.2.4 一台吊车荷载作用下最大弯矩计算简图为了便于在以后计算时选用，把上述计算所得的内力汇总于表2.2.1。表2.2.1 吊车梁内力汇总表用于计算的项目标准值设计值考虑吊车台数其他说明抗弯强度、整体稳定性、折算应力和加劲肋间距相应点剪力2台考虑自重影响系数1.03吊车梁竖向挠度1台考虑自重影响系数1.03抗剪强度、加劲肋间距、支承加劲肋2台考虑自重影响系数1.03上翼缘抗弯强度2台竖向轮压横向水平荷载2.2.4 截面选择（1） 采用焊接工字形吊车梁，由上下翼缘板及腹板焊成，采用沿梁全长截面不变的一层翼缘板梁。钢材选用Q235，钢板厚度小于等于16mm，则（2） 腹板高度h的确定 经济高度要求： 按容许挠度值要求：根据以上计算，发现采用与相差较远，原因是对挠度计算时的应力估算值过大，根据试算确定。（3） 吊车梁腹板厚度的确定 按经验公式计算： 按剪力确定：采用。综上，采用腹板截面为。（4） 吊车梁翼缘尺寸的计算上翼缘板采用，下翼缘采用。2.4.5 截面特性吊车梁截面见图2.2.5。图2.2.5 吊车梁截面图（1） 毛截面特性 （2） 净截面特性上翼缘对y轴的特性：2.4.6 强度验算（1）正应力上翼缘正应力验算：下翼缘正应力验算：（2）剪应力平板支座的剪应力为：（3）腹板的局部压应力采用43kg/m的钢轨，轨高为140mm；集中荷载增大系数，腹板局部压应力为：（4）腹板计算高度边缘处的折算应力2.4.7 整体稳定性验算由于，需要计算梁的整体稳定性则整体稳定系数为：则修正值为：整体稳定性2.4.8 挠度验算2.4.9 腹板加劲肋设计（1）腹板加劲肋计算取加劲肋间距，加劲肋宽计算跨中处，吊车梁腹板计算高度边缘的弯曲压应力为：腹板的平均剪应力为：腹板边缘的局部压应力为：1）计算2）计算3）计算则跨中区格的局部稳定性为：，满足要求。（2）支座加劲肋计算取支座加劲肋为，见图2.2.6。图2.2.6 吊车梁支座构造支座加劲肋的端面承压应力为：稳定计算：属b类截面，查表得，支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：2.4.10 焊缝计算（1）上翼缘与腹板的连接焊缝采用双面角焊缝的自动焊连接取8mm。（2）下翼缘与腹板的连接焊缝采用双面角焊缝的自动焊连接取6mm。（3）加劲肋与腹板的连接焊缝（手工焊）焊缝计算长度（暂时取）取取8mm。2.3 墙梁设计2.3.1 设计资料本厂房柱距为8m，根据墙梁布置图，最大檩距为1.5m，处设两道拉条，钢材为Q235。墙面为压型钢板，自承重。基本风压，地面粗糙度类别B。2.3.2 荷载和内力（1）墙梁采用，自重6.25kg/m。（墙体为自承重墙，自重不计）（2）风荷载根据按建筑结构荷载规范GB500092001，房屋高度为12.4m时，取。又因为柱高为12.4m18m，属于低矮房屋，风荷载标准值可按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002中的维护结构计算，取2.3.3 截面验算的截面特性为：，。全截面有效，0.9为拉条孔洞的削弱系数。压型钢板与墙梁外侧靠固相连，可不计算墙梁的整体稳定性。2.3.4 挠度验算2.4 刚架设计2.4.1 梁柱及节点编号如图2.4.1所示：图2.4.1 梁柱及节点编号2.4.2 总信息（1）荷载计算设计资料a.基本资料总跨度（共三跨）： 柱高： 屋面坡度： 钢架间距： 房屋总长： 钢材牌号： 手工焊焊条型号 b.荷载屋面材料及自重标准值（对水平投影）： 彩钢板屋面 檩条及支撑 （檩条水平间距） 屋面均布活荷载 屋面雪荷载 风荷载 基本风压 地面粗糙度 B类离地面10m和15m处的风压高度变化系数分别为。故11.5m处（柱顶高度）的风压高度变化系数为，12.4m处（屋盖平均高度）的风压高度变化系数为。风荷载体型系数按建筑结构荷载规范GB50009，见图2.4.2。因房屋高度较小，不考虑风振。风荷载标准值 墙面为自承重体系，刚架柱只承受刚架本身及墙架的自重，墙架自重假设为。图2.4.2 封闭双坡屋面体型系数中间刚架GJ1的荷载设计（标准值）a.屋面永久荷载（按水平方向计）b.墙体重量（按集中力作用于柱身）吊车梁以下： 吊车梁以上： c.墙体等重量（按集中力作用于柱身）吊车梁以下： 吊车梁以上： d.屋面活荷载（按水平方向计）e.风荷载向风面柱身均布线荷载背风面柱身均布线荷载向风面屋面均布线荷载（沿竖向和水平方向）背风向屋面均布线荷载（沿竖向和水平方向）中间刚架GJ2的荷载设计（标准值）a.屋面永久荷载（按水平方向计）b.墙体等重量（按集中力作用于柱身）吊车梁以下： 吊车梁以上： c.屋面活荷载（按水平方向计）d.风荷载向风面柱身均布线荷载背风面柱身均布线荷载向风面屋面均布线荷载（沿竖向和水平方向）背风向屋面均布线荷载（沿竖向和水平方向）（2）pkpm输出的信息总汇 结构类型: 门式刚架轻型房屋钢结构 设计规范: 按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程计算 结构重要性系数: 1.00 节点总数: 19 柱数: 8 梁数: 10 支座约束数: 4 标准截面总数: 11 活荷载计算信息: 考虑活荷载不利布置 风荷载计算信息: 计算风荷载 钢材: Q235 梁柱自重计算信息: 柱梁自重都计算 恒载作用下柱的轴向变形: 考虑 梁柱自重计算增大系数: 1.20 基础计算信息: 不计算基础 梁刚度增大系数: 1.00 钢结构净截面面积与毛截面面积比: 0.95 门式刚架梁平面内的整体稳定性: 按压弯构件验算 钢结构受拉柱容许长细比: 300 钢结构受压柱容许长细比: 150 钢梁(恒+活)容许挠跨比: l / 400 柱顶容许水平位移/柱高: l / 400 抗震等级: 不考虑地震作用 窄行输出全部内容 - 节点坐标 -节点号 X Y 节点号 X Y 节点号 X Y( 1) 0.00 8.86 ( 2) 24.00 8.86 ( 3) 48.00 8.86( 4) 72.00 8.86 ( 5) 0.00 11.50 ( 6) 72.00 11.50( 7) 6.00 11.80 ( 8) 66.00 11.80 ( 9) 18.00 12.40(10) 54.00 12.40 ( 11) 24.00 12.70 ( 12) 48.00 12.70( 13) 30.00 13.00 ( 14) 42.00 13.00 ( 15) 36.00 13.30( 16) 0.00 0.00 ( 17) 24.00 0.00 ( 18) 48.00 0.00 ( 19) 72.00 0.00 - 柱关联号 - 柱号 节点 节点 柱号 节点 节点 柱号 节点 节点( 1) 16 1 ( 2) 17 2 ( 3) 18 3( 4) 19 4 ( 5) 1 5 ( 6) 4 6( 7) 2 11 ( 8) 3 12 - 梁关联号 -梁号 节点 节点 梁号 节点 节点 梁号 节点 节点 (1) 5 7 ( 2) 7 9 ( 3) 8 6 (4) 9 11 ( 5) 10 8 ( 6) 11 13 (7) 12 10 ( 8) 13 15 ( 9) 14 12 ( 10) 15 14 - 支座约束信息 - ( 1) 16111 ( 2) 17111 ( 3) 18111 ( 4) 19111 - 柱上下节点偏心 -节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 节点号 柱偏心值 ( 1) 0.00 ( 2) 0.00 ( 3) 0.00 ( 4) 0.00 ( 5) 0.00 ( 6) 0.00 ( 7) 0.00 ( 8) 0.00 ( 9) 0.00 ( 10) 0.00 ( 11) 0.00 ( 12) 0.00 ( 13) 0.00 ( 14) 0.00 ( 15) 0.00 ( 16) 0.00 ( 17) 0.00 ( 18) 0.00 ( 19) 0.00 - 标准截面信息 -1、标准截面类型 ( 1) 16, 400, 400, 600, 8.0, 14.0, 14.0, 5 ( 2) 16, 380, 380, 550, 6.0, 14.0, 14.0, 5 ( 3) 27, 350, 350, 750, 550, 6.0, 12.0, 12.0, 5 ( 4) 16, 220, 220, 550, 6.0, 14.0, 14.0, 5 ( 5) 27, 350, 350, 550, 750, 6.0, 12.0, 12.0, 5 ( 6) 27, 330, 330, 550, 850, 6.0, 16.0, 16.0, 5 ( 7) 27, 300, 300, 850, 500, 6.0, 10.0, 10.0, 5 ( 8) 27, 330, 330, 850, 550, 6.0, 16.0, 16.0, 5 ( 9) 27, 200, 200, 500, 450, 6.0, 10.0, 10.0, 5 ( 10) 27, 300, 300, 500, 850, 6.0, 10.0, 10.0, 5 ( 11) 27, 200, 200, 450, 500, 6.0, 10.0, 10.0, 5 - 柱布置截面号,铰接信息,截面布置角度 - 柱号 标准截 铰接 截面布 柱号 标准截 铰接 截面布 面 号 信息 置角度 面 号 信息 置角度 ( 1) 1 0 0 ( 2) 2 0 0 ( 3) 2 0 0 ( 4) 1 0 0 ( 5) 1 0 0 ( 6) 1 0 0 ( 7) 2 0 0 ( 8) 2 0 0 - 梁布置截面号,铰接信息,截面布置角度 - 梁号 标准截 铰接 截面布 梁号 标准截 铰接 截面布 面 号 信息 置角度 面 号 信息 置角度 ( 1) 3 0 0 ( 2) 4 0 0 ( 3) 5 0 0 ( 4) 6 0 0 ( 5) 4 0 0 ( 6) 7 0 0 ( 7) 8 0 0 ( 8) 9 0 0 ( 9) 10 0 0 ( 10) 11 0 02、标准截面特性 截面号 Xc Yc Ix Iy A 1 0.20000 0.30000 0.10865E-02 0.14936E-03 0.15776E-01 2 0.19000 0.27500 0.83550E-03 0.12804E-03 0.13772E-01 3 0.17500 0.32500 0.97755E-03 0.85761E-04 0.12156E-01 4 0.11000 0.27500 0.51365E-03 0.24855E-04 0.92920E-02 5 0.17500 0.32500 0.97755E-03 0.85761E-04 0.12156E-01 6 0.16500 0.35000 0.13844E-02 0.95844E-04 0.14568E-01 7 0.15000 0.33750 0.80389E-03 0.45012E-04 0.99300E-02 8 0.16500 0.35000 0.13844E-02 0.95844E-04 0.14568E-01 9 0.10000 0.23750 0.26336E-03 0.13342E-04 0.67300E-02 10 0.15000 0.33750 0.80389E-03 0.45012E-04 0.99300E-02 11 0.10000 0.23750 0.26336E-03 0.13342E-04 0.67300E-02 截面号 ix iy W1x W2x W1y W2y1. 0.26243E+00 0.97301E-01 0.36215E-02 0.36215E-02 0.74679E-03 0.74679E-032. 0.24631E+00 0.96423E-01 0.30382E-02 0.30382E-02 0.67392E-03 0.67392E-033. 0.28358E+00 0.83994E-01 0.30078E-02 0.30078E-02 0.49006E-03 0.49006E-034. 0.23512E+00 0.51719E-01 0.18678E-02 0.18678E-02 0.22595E-03 0.22595E-035. 0.28358E+00 0.83994E-01 0.30078E-02 0.30078E-02 0.49006E-03 0.49006E-036. 0.30827E+00 0.81112E-01 0.39554E-02 0.39554E-02 0.58087E-03 0.58087E-037. 0.28453E+00 0.67327E-01 0.23819E-02 0.23819E-02 0.30008E-03 0.30008E-038. 0.30827E+00 0.81112E-01 0.39554E-02 0.39554E-02 0.58087E-03 0.58087E-039. 0.19782E+00 0.44524E-01 0.11089E-02 0.11089E-02 0.13342E-03 0.13342E-0310. 0.28453E+00 0.67327E-01 0.23819E-02 0.23819E-02 0.30008E-03 0.30008E-0311. 0.19782E+00 0.44524E-01 0.11089E-02 0.11089E-02 0.13342E-03 0.13342E-032.4.3 内力计算恒荷载计算. 节 点 荷 载: 节点号 弯矩 垂直力 水平力 1 0.00 5.67 0.00 4 0.00 5.67 0.00 5 0.00 1.50 0.00 6 0.00 1.50 0.00 0 柱 荷 载: 柱号 荷载类型 荷载值 荷载参数1 荷载参数2 0 梁荷载: 连续数 荷载个数 荷载类型 荷载值1 荷载参数1 荷载值2 荷载参数2 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 1 1 1 2.08 0.00 - 恒荷载标准值作用计算结果 - - 柱内力 - 柱号 M N V M N V 1 -63.54 59.35 -16.21 -80.13 -46.18 16.21 2 14.47 91.43 3.70 18.36 -79.93 -3.70 3 -14.47