钢结构计算书.docx

安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 安徽工业大学 毕业设计(论文)任务书 课题名称 成都精钢钢构公司轻钢结构厂房设计 （跨度2-21m，柱距7.5m，桥式吊车2-20t，牛腿标高7.0m，粗糙度B类，压型板） 建筑工程学院 土木工程081班 裴静 089044293 学 院 专业班级 姓 名 学 号 毕业设计（论文）的主要内容: 本项目为成都精钢构公司轻钢结构厂房设计。 建筑平面设计要考虑使用功能的特点；立面设计要体现现代化建筑风格，色彩简洁明快。 结构设计与计算内容包括：荷载计算；计算简图、内力分析、内力组合及变形验算；墙梁及屋面檩条计算；吊车梁计算；一榀标准刚架计算；梁柱连接节点计算；柱间支撑计算；屋盖支撑计算；基础及基础梁计算；其它必要构件计算。 图纸内容包括： 建筑部分：建筑设计说明、总平面图、一层平面图、屋顶平面图、正面和侧立面图、剖面图、维护结构与柱连接构造、屋面构造以及其他必要的节点大样图； 结构部分：结构设计说明；基础平面布置图和基础详图、结构平面布置图、吊车梁及制动结构平面布置图、柱间支撑布置及详图、墙架及屋面结构布置图、一榀刚架结构图、吊车梁及制动结构详图、其它必要的节点详图。 论文设计说明书包括：任务书、中、外文摘要、目录、文献综述、建筑设计说明书、结构设计计算书、英文资料翻译等内容。 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 指导教师签字： 摘 要 本次设计历时16周，设计任务是在成都的单层双跨轻钢结构工业厂房，采用门式刚架结构：每跨21米，每跨中都设有一台20吨、A3级桥式吊车。设计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术规程（CECS1022002）等国家规范。本设计是对轻型钢结构的实际工程进行建筑、结构设计与计算。首先是建筑方案设计，在确定刚架平面布置后，先进行各种的荷载标准值计算，利用PKPM软件估算选梁、柱截面进行门式刚架 桥式吊车 位移法 独立基础 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 ABSTRACT This design takes me 16.5 weeksThe design to the industrial factory building of steel construction adopts portal frame structure: Each span is 24 m and consists of 16 tons ,bridge type crane of A3 grade.The design is mainly according to the criterion of “CODE ROR DESIGN OF STEEL STRUCTURES” （GB500172003）and “TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT-WEIGHT BUILDINGS WITH GABLE FRAMES”（CECS102：2002）etc. The first is the architectural design .And after decided the plane arrangement of frame, representative value of load is first caculated. The internal force is analyzed and combined in PKPM so as to choose the section of beam and column and neglectes the factor that earthquake is on the influence of loading etc. Based on these analyses, the section of beam and columniation is decided. Then the vibrate cycle is calculated by the peak-displacement method for structural internal force (bending moment, shearing force and axial force). Next, checking stability of the plane structure. The steel beam and column employs Q235-B carbon structural steel. Connection bolts are high strength of friction type with behavioral grade 10.9. Rod for manual welding usually adopts E43. And during calculate the internal force, a kind of most unfavorable association have been only selected, fetch the safest result to calculate. In addition, foundation of the ground has been caculated.Because the geological condition of the place of factory building is better; the design plan is adopted on the individual footing under the post. Having finished the roof beam, internal force and the section of members have been caculated. Finally draw the building and structure. Keywords：Light-weight steel structures; Portal frame; Bridge type crane; The internal force analyzes; Utilizing the peak-displacement method; Individual footing 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 目录 文献综述 . 1 第一部分 建筑设计 . 10 1 厂房的平面设计 . 10 1.1 厂房定位轴线的确定 . 10 1.2 柱网布置. 10 1.3 变形缝. 11 2 厂房的立面设计 . 11 2.1 屋面排水设计 . 11 2.2 屋面板及墙面板的选择 . 11 3 厂房的剖面设计 . 12 3.1 轨顶及牛腿标高的确定 . 12 3.2 厂房的构造设计 . 13 第二部分 结构设计 . 14 1. 屋面檩条计算 . 14 1.1设计资料 . 14 1.2 荷载标准值（对水平投影面） . 14 1.3 内力计算：（如图2.1所示） . 15 1.4 截面选择及截面特性 . 15 1.5 强度验算. 16 1.6 稳定性验算 . 16 1.7 挠度计算. 17 1.8 构造要求. 17 2. 墙面(轴线110)檩条计算 . 18 2.1设计资料 . 18 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 2.2 荷载标准值 . 18 2.3 荷载设计值 . 18 2.4内力计算 . 18 2.5 截面选择. 19 2.6 强度验算. 19 2.7整体稳定性验算 . 19 2.8 风荷载作用下的挠度计算 . 20 3. 墙面(轴线AC)檩条计算 . 21 3.1设计资料 . 21 3.2 荷载标准值 . 21 3.3 荷载设计值 . 21 3.4内力计算 . 21 3.5 截面选择. 22 3.6 强度验算. 22 3.7整体稳定性验算 . 22 3.8 风荷载作用下的挠度计算 . 23 4. 抗风柱的计算 . 24 4.1 设计资料. 24 4.2 荷载 . 24 4.3 截面选择及内力计算 . 24 4.4强度验算 . 25 4.5 稳定性计算 . 25 4.4挠度验算 . 26 5. （A 、C）柱间支撑 . 27 5.1设计资料 . 27 5.2 荷载设计值和杆件内力 . 27 5.3 吊车梁以上的柱间支撑:（压杆） . 28 5.4 吊车梁以上的横杆： . 28 5.5 吊车梁以下的柱间支撑:（压杆） . 28 5.6 吊车梁以下的横杆： . 28 6. 柱（B）间支撑 . 30 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 6.1设计资料 . 30 6.2 荷载设计值和杆件内力 . 30 6.3 吊车梁以上的柱间支撑: （压杆）. 31 6.4吊车梁以上的横杆： . 31 6.5 吊车梁以下的柱间支撑: （压杆）. 31 6.6 吊车梁以下的横杆： . 31 7. 横向水平支撑 . 33 7.1设计资料 . 33 7.2 风荷载设计值和杆件内力： . 33 7.3 横杆（压杆） . 33 7.4交叉斜杆（拉杆） . 34 8. 吊车梁计算 . 35 8.1 设计资料. 35 8.2 吊车荷载. 35 8.3 内力计算. 35 8.4 截面选择. 36 8.5 吊车梁截面几何性质计算（截面尺寸见图8.3、图8.4所示） . 37 8.6 强度计算. 39 8.7 整体稳定. 40 8.8吊车梁的竖向挠度验算. 40 8.9 疲劳验算. 40 8.10 局部稳定性验算 . 40 8.11 支座加劲肋计算验算 . 40 8.12 焊缝计算（设计手册P333） . 42 9. 门式刚架计算 . 44 9.1 荷载标准值 . 45 9.2 初选截面. 45 9.3 截面特性. 45 9.4 刚架内力计算 . 47 9.5 刚架截面验算 . 83 10. 节点计算 . 94 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 10.1 柱脚计算 . 94 10.2 牛腿计算 . 103 10.3 梁柱连接设计计算 . 107 10.4 抗风柱计算 . 112 11. 基础梁及地基基础计算 . 115 11.1 基础梁计算 . 115 11.2 左柱基础计算 . 117 11.3 中柱基础计算 . 126 11.4抗风柱基础计算 . 133 致 谢. 139 参 考 文 献 . 140 外文翻译 . 141 附录A 毕业论文原始资料 . 154 附录B 刚架计算 英文翻译原始资料 . 175 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 文献综述 1. 简单介绍钢结构 钢结构具有强度高、自重轻、抗震性好、施工速度快、地基费用省、结构面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，与混凝土结构相比它是环保型和可再次利用的，也是易于产业化的结构，发达国家在房屋建筑中广发采用钢结构。 建筑结构用钢材主要品种有中厚板、薄板、镀锌卷板、彩色涂层卷板、中小型钢（工字钢、槽钢、角钢）、热轧H钢、焊管（直缝管和螺旋管）、冷弯型钢（C型钢、Z型钢、矩形钢、方管）及无缝钢管等，特别是热轧H型钢的生产对钢结构发展起到推动作用。发展趋势是钢结构以中厚板为主，H型钢、冷弯型钢、钢管（无缝、焊接）、彩色涂层卷板需求增加、大中型角钢、工字钢、槽钢用量减少，钢制品连接材料（焊条、焊丝、高强度螺栓等）品种和质量不断发展。 钢结构的应用范围极其广泛，为了更好地发挥钢材的性能，有效地承担荷载，不同的工程结构也将采用不同的结构形式。 1). 用于房屋建筑的主要结构形式 目前业 第 1 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 （3）开发刚才产品，应用新型构件； （4）应用新的计算技术与测试技术。 2. 钢结构的建造 钢结构的建造分为两个主要步骤，即工厂制造和工地安装。 （1）工厂制造包括下列工序： 钢材的验收、整理和保管，包括必要的矫正； 按施工图放样，做出样板、样杆，并据以划线和下料； 对划线后的钢材进行剪切（焰割）、冲（钻）孔和刨边等项加工，非平直的零件则需要通过煨弯和辊圆等工序来成型； 对加工过程中造成变形的零件进行整平（辊平、顶平）； 把零件按图装配成构件，并加以焊接（铆接）； 对焊接造成的变形加以矫正； 除锈和涂漆。 （2）工地安装工作包括： 现场的扩大拼装； 把扩大拼装后的构件（子结构）一一吊装就位，相互连接，加以临时固定； 调整各部分的相对位置，使符合安装精度的要求，并做最后固定。 建造过程，尤其是加工阶段，不可避免地要对钢结构的性能产生影响，如冷加工硬化和焊接热效应等。 3. 结构的极限状态 当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能要求时，则称此特定状态为结构对该功能的极限状态。设计中的极限状态往往以结构的某种荷载效应，如对所考虑的极限状态，在确定其荷载效应时，应对所有可能同时出现的诸荷载作用加以组合，求得组合后在结构中的总效应。考虑荷载出现的变化性质，包括出现的 与否和不同的方向，这种组合可以多种多样，因此还必须在所有可能组合中，取其中最不利的一组作为该极限状态的设计依据。 4钢结构的设计状态 共 176 页 第 2 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 钢结构的设计（除疲劳计算外）采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行计算。承重钢结构或者构件应按承载能力极限状态和正常使用极限状态精心设计。 1） 承载能力极限状态 当结构或构件达到最大承载力、疲劳破坏或达到不适于继续承载的变形状态时，该结构或构件即达到承载能力极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态； （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如滑移或倾覆等）； （2） 结构构件或连接因其应力超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载； （3） 结构转变为机动体系而丧失承载能力； （4） 结构或构件因达到临界荷载而丧失稳定（如压屈等）。 2） 正常使用极限状态 当结构或结构达到正常使用的某项规定限值的状态时，该结构或构件即达到正常使用极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态； 影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用的局部损坏； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。 设计结构或构件时通常按承载能力极限状态设计以保证安全，再按正常使用极限状态进行校核以保证适用性。 5. 抗震结构对材料和施工质量的特别要求 1） 结构材料性能指标，应符合下列最低要求： (1) 砌体结构材料应符合下列规定： 烧结普通粘土砖和烧结多空粘土砖的强度等级不应低于MU10，砌筑砂浆强度等级不应低于M5； 混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5。 (2) 混凝土结构材料应符合下列规定： 混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20； 抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。 共 176 页 第 3 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 (3) 钢结构的钢材应符合下列规定： 刚才的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2； 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%； 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 2） 结构材料性能指标，尚宜符合下列要求： (1) 普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋； 普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。 注：钢筋的检验方法应符合现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范GB50204的规定。 (2) 混凝土结构的混凝土强度等级，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。 (3) 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级、B、C、D、E的低合金高强度结构钢，当有可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号。 在施工中，当需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求。 采用焊接连接的钢结构，当钢板厚不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，受拉试件板厚方向截面收缩率，不应小于国家标准厚度方向性能钢板GB50313关于Z15级规定的容许值。 钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架-抗震墙砖房中砖抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架梁柱。 6. 单层厂房 工业建筑是指从事各类工业生产及直接为生产服务的房屋，是工业建设必不可少的物质基础。从事工业生产的房屋主要包括生产厂房、辅助生产用房以及为生产提供动力的房屋，这些房屋往往称为“厂房”或“车间”。单层厂房指层数为一层的厂房，它主要用于重型机械制造工业，冶金工业等重工业。这类厂房的特点是设备体积大、重量大、厂房 第 4 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 高在20m以上，有些厂房高度可达40m以上。 （3）厂房的建筑构造比较复杂：大多数单层厂房采用多跨得平面结构形式， 第 5 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 钢结构设计规范首次将圆钢、小角钢的轻型钢结构列为专门一章，对推广轻型钢结构起了很大作用，但人们片面地认为轻型钢结构只是指“跨度不超过18m且起重量不大于5t的轻、中级工作制桥式吊车的房屋中采用有圆钢或小角钢（小于L454或L56364）的钢结构”，而忽视了大量应用的其他截面尺寸较小、壁厚较薄的轻型钢结构。根据轻型钢结构的发展，其应用范围将不局限于具有小跨度、小吊车的房屋，而且已逐渐扩展，可以取代部分普通钢结构的应用。 轻型屋面的应用和屋面荷载的大幅度降低，是钢屋盖结构的截面尺寸和重量比按传统混凝土重屋面设计的大幅度降低，不仅节约钢材用量，加快建设速度，更引人触目的是它本身具有较强的抗震能力而且能提高整个房屋的综合抗震性能。但由于轻型钢结构的截面尺寸相对较小，在制作、运输、安装以及防护、隔热等方面必须引起足够的注意。 单层轻型房屋一般采用门式刚架、屋架和网架为注意承重结构。其上设檩条、屋面板（或板檩合为一体的太空轻质大型屋面板），其下设柱（对刚架则梁柱合一）、基础，驻外侧有轻质墙架，柱的 第 6 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 网架为空间结构体系，不像刚架和屋架需另设支撑。 8. 单层门式刚架结构 单层门式刚架结构是指以轻型焊接H型钢（等截面或变截面）、热轧H型钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式钢架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、卷边槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。 在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱构件多采用焊接变截面的H形截面，单跨刚架的梁-柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用。柱脚可与基础刚接或铰接。围护结构采用压型钢板的居多，玻璃棉则由于其具有自重轻、保温隔热性能好及安装方便等特点，用作保温隔热材料最为普遍。 单层门式钢架结构和混凝土结构相比具有以下特点： （1）质量轻 围护结构由于采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻，因而支撑它们的门式钢架也很轻。根据国 第 7 页 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。 门式刚架结构除上述特点外，还有一些特点需要了解： 门式刚架体系的整体性可以依靠檩条、墙梁及隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多张紧的圆钢做成，很轻便。 门式刚架的梁、柱多采用变截面杆，可以省材料。梁、柱腹板在设计时利用屈曲后强度，可使腹板宽度比较大（腹板厚度较薄）。当然，由于变截面门式刚架达到极限承载力瞬间形成机动体系，因此塑性设计不再适用。使门式刚架结构轻型化的措施还有：在多跨框架中把中柱做成只承受重力荷载的两端铰接柱，对平板式铰接柱脚考虑其实际存在的转动约束，利用屋面板的蒙皮效应和适当放宽柱顶侧移的限制等。设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理。风力可使轻型屋面的荷载方向，就是一例。 组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求较高。在门式刚架结构中，焊接构件中板的最小厚度为3.0mm；冷弯薄壁型钢构件中板的最小厚度为1.5mm；压型钢板的最小厚度为0.4mm。板件的宽度比大，使得构件在外力撞击下容易发生局部变形。同时，锈蚀对构件截面削弱带来的后果更为严重。 构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。因此，在运输和安装过程中要求采取必要的措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。同时，要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作（蒙皮效应）。 9. 轻型门式刚架构件的安装应符合下列规定： 1）应根据场地和起重设备条件，最大限度地将扩大拼装工作在地面