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                        六安先鋒鋼構公司輕鋼結構廠房設計(含計算書和圖紙)

                        添加時間:2021/06/04 來源:未知 作者:樂楓
                        此外還進行了地基基礎的計算,由于廠房處的地質條件較好,故采用了安全的柱下獨立基礎的設計方案。完成了梁、柱和房屋墻面檁條等構件的內力和截面的計算,及繪制了建筑和結構施工圖紙。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘  要

                          本設計是單層雙跨輕鋼結構工業廠房,采用門式剛架結構:每跨18米,每跨中都設有一臺10噸、A3級橋式吊車。設計主要依據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)和《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS102:2002)等國家規范。確定剛架平面布置后,先進行各種的荷載標準值計算,利用PKPM軟件估算選梁、柱截面進行內力分析及組合,忽略地震荷載等因素的影響。在此基礎上確定梁、柱的截面,并且利用位移法求出在荷載組合作用下的結構內力(彎矩、剪力、軸力),驗算了其平面內外的穩定性。梁柱均采用Q235鋼,8.8級和10.9級摩擦型高強螺栓連接,局部焊接采用E43型焊條。在計算內力組合中,只選用了一種最不利的組合,最安全的結果計算。此外還進行了地基基礎的計算,由于廠房處的地質條件較好,故采用了安全的柱下獨立基礎的設計方案。完成了梁、柱和房屋墻面檁條等構件的內力和截面的計算,及繪制了建筑和結構施工圖紙。

                          關鍵詞:輕型鋼結構、門式剛架、橋式吊車、內力分析、位移法 、獨立基礎

                        Abstract

                          The design to the industrial factory building of steel construction adopts portal frame structure: Each span is 18 m and consists of 10 tons ,bridge type crane of A3 grade.The design is mainly according to the criterion of "CODE ROR DESIGN OF STEEL STRUCTURES" (GB50017-2003)and "TECHNICAL SPECIFICATION FOR STEEL STRUCTURE OF LIGHT-WEIGHT BUILDINGS WITH GABLE FRAMES"(CECS102:2002)etc. 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 analysis, 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 carbon structural steel. Connection bolts are high strength of friction type with behavioral grade 8.8 and 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 inpidual 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.

                          Key Words:Light-weight steel structures、portal frame、bridge type crane、the internal force analyzes、utilizing the peak-displacement method、inpidual footing

                        廠房設計

                        目錄

                          引  言

                          鋼結構作為一種新興的結構型式方興未艾,由于其具有強度高、自重輕、安裝方便、造型美觀,施工周期短且不受季節變化影響,地基費用省等一系列優點,與混凝土材料相比,屬環保型和可再次利用型材料,已被人們普遍接受。其中輕型鋼結構以其經濟、高效的優點在工業廠房、倉庫、超市建筑中倍受青睞。本設計即為單層雙跨的輕鋼結構工業廠房,采用了門式剛架結構。

                        文獻綜述

                          門式剛架輕型鋼結構工業廠房最優柱距研究

                          1.1簡介

                          工業廠房設計中柱網布置往往采用模數化柱距,而對門式剛架輕型鋼結構工業廠房來說,不合理的模數柱距會使用鋼量指標過大。本文根據筆者從事的幾個實際工程,對輕型鋼結構工業廠房的最優柱距問題從設計用鋼量的角度作了較詳細的研究討論。

                          關鍵字:輕型鋼結構,門式剛架,柱距

                          The Study on Optimumal Column Spacing of the Portal Frame Light Steel Sructure of Industrial Building.

                          Wang Yuantsing Wang Chunguang

                         。―epartment of Civil Engineering, Tsinghua University)

                          Abstract: Spacing module is often used in the layout of column system of industrial building. But in the portal frame light steel structure industrial building, unsuitable module can cause too large design steel cost. This paper introduces some problem and cooresponding solutions in the several practical projects the author engaged. The optimumal column spacing in the light steel structure industrial building is discussed

                          in detial from the point of design steel cost.

                          KeyWords: light steel structure; portal frame; column spacing

                          1.2概述

                          門式剛架輕型鋼結構是單層工業廠房中一種常見的結構形式。特別是近十多年來,隨著我國經濟建設的迅速發展,由于生產的需要,這類結構以其用鋼量低,重量輕,造價低,適用范圍廣等優點而獲得廣泛的應用。不僅國外的輕鋼生產廠家紛紛將整套的廠房結構體系推向國內市場,國內的輕鋼生產廠家、設計單位也紛紛轉向這類結構的生產和設計。

                          但是,由于我國目前還沒有相應的輕鋼設計規范。大部分設計仍沿用現行的普通鋼結構設計規范來進行門式剛架輕鋼結構的設計和計算,使得設計用鋼量指標高攀不下,或在沒有充分理論依據的情況下,憑經驗一味地追求低用鋼量而造成事故。因此,對門式剛架輕型鋼結構進行系統的研究,建立和完善專門的設計規范勢在必行。

                          2.1設計方面

                          2.1.1屋面活荷載取值

                          框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年,但屋面結構,包括屋面板和檁條,其活荷載要提高到0.5kN/m2.《鋼結構設計規范》規定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2,但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數0.6.門式剛架一般符合此條件,所以可用0.3kN/m2,與鋼結構設計規范保持一致。國外這類,要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載,而我們無此規定,遇到超載情況,就要出安全問題。設計時可適當提高至0.5kN/m2.現在有的框架梁太細,檁條太小,明顯有人為減少荷載情況,應特別注意,決不允許在有限的活荷載中"偷工減料".

                          2.2.2屋脊垂度要控制

                          框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規定為1/180,除驗算坡面斜梁撓度外,是否要驗算跨中下垂度?過去不明確,可能不包括屋脊點垂度,F在應該是計算的。一般是將構件分段,用等截面程序計算,每段都要計算水平和豎向位移,不能大于允許值,等于要驗算跨中垂度?缰写苟确从澄菝尕Q向剛度,剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小,脊點下垂后引起屋面漏水,是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小,第一榀剛架與山墻間的屋面出現斜坡,使屋面變形。本人有此想法,剛架側移后,當山尖下垂對坡度影響較大時(例如使坡度小于1/20),要驗算山尖垂度,以便對屋面剛度進行控制。

                          2.2.3鋼柱換砼柱

                          少數設計的門式剛架,采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成,斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連,形成剛接,目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中,的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架,但此時梁柱只能鉸接,不能剛接。多高層建筑中,鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料,雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力,但在連接部位,它的抗拉、抗沖切的性能很并,在外力作用下很容易松動和破壞。有些設計,在門式剛架設計好之后,又根據業主要求將鋼柱換成砼柱,而梁截面不變。應當指出,砼柱加鋼梁作成排架是可以的,但將剛架的鋼柱換成砼柱,而鋼梁不變,是不行的。由于連接不同,構件內力也不同,要的工程斜梁很細,可能與此有關。

                          2.3.4檁條計算不安全

                          檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件,受壓板件或壓彎板件的寬厚比大,在受力時要屈曲,強度計算應采用有效寬度,對原有截面要減弱,不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規范》(GB50018-2002)中講的,有的設計人員恐怕還不了解,甚至有些設計軟件也未考慮。但是,設計光靠軟件不行,還要能判斷。軟件未考慮的,自己要考慮。再有,設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面,忽略釘孔減弱。這種減弱,一般達到6-15%,對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面,如果強度計算不用凈截面,實際應力將高于計算值!兑幏丁4.1.8、9條規定:"結構構件的受拉強度應按凈截面計算;受壓強度應按有效截面計算;穩定性應按有效截面計算。變形和各種穩定系數均可按毛截面計算".有的單位看到國外資料中檁條很薄,也想用薄的。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼,但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行,只有用Q235的。國外是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的,又想用得薄,計算時還不考慮有效截面,荷載稍大時檁條就要垮。

                          3.1門式剛架輕型鋼結構合理柱距的選擇

                          廠房結構設計中首先要解決的問題是如何配合工藝要求進行柱網的平面布置。過去我國和前蘇聯習慣上將柱距模數定為3m(常用3m,6m,9m,12m等),這實際上是照搬了預制鋼筋混凝土工業廠房的模數制。對門式剛架輕型鋼結構是否適用,尚很少有人對此進行專門的研究。然而,從綜合經濟分析的角度來看,合理的柱距(模數)對設計的好壞影響極大。這是因為:(1)對門式剛架輕型鋼結構而言,任何一項設計,其設計用鋼量的多少是評價設計優劣的一項重要指標。而設計用鋼量和柱距的大小是密切相關的(詳見以下工程實例) (2)用輕質屋面材料代替傳統笨重的預制鋼筋混凝土屋面板,并采用輕型墻體材料,改變了傳統工業廠房"肥梁,胖柱,重蓋,深基"的做法。設計中可采用由預制鋼筋混凝土限制的傳統柱距模數,或采用新的模數化柱距,以降低用鋼量指標。(3)廠房的實際用鋼量及費用還與鋼材的供應情況(品種規格)、構件標準化程度等密切相關。有時因材料替代及非標準構件的采用而造成的額外耗鋼還相當可觀。當然,離開了柱距模數,構件的標準化是無從談起的。

                          因此,只有從研究經濟柱距入手,確定合理的柱距模數,才能使門式剛架輕型鋼結構真正地實現設計標準化、定型化、專門化。從而推動門式剛架輕型鋼結構體系在我國的發展。

                          本畢業設計是一個米跨,帶有噸吊車的廠房,萬榮廠有兩個車間,林德發的畢業設計是一個米跨,帶有噸吊車,另一個是米跨,帶有噸吊車的廠房?梢哉f,這三個廠房從跨度和吊車噸位而言是有很大差別的,都采用6米柱距是否合適?本人以剛架跨度和吊車噸位為主要變量,利用PKPM進行結構分析,對兩廠所采用的實腹式門式剛架輕型鋼結構體系在給定剛架跨度和吊車噸位的條件下,其設計用鋼量隨柱距的變化情況作了較系統的研究。主要考慮跨度:12m、15m、18m、24m、30m、36m;吊車噸位:0t、2t、5t、10t、15t、20t;及柱距為3m、6m、9m、12m、15m、18m的情況。結構計算簡圖見圖1.

                          圖1門式剛架計算模型(雙跨)

                          為使研究更具有普遍意義和可比性,本文在設計計算時采用以下參數:鋼材:Q235-B.F鋼;

                          風載:以0.35kN/m2為基本風壓值,近似取高度變化系數為1.0; 雪荷載:0.30kN/m2,考慮屋面坡度1:15,α<15°取屋面積雪分布系數為1.0.吊車荷載:吊車基本參數和尺寸依據《5~50一般用途電動橋式起重機基本參數和尺寸系列(ZQ1-62)》。

                          需要說明的是:①因本文考慮的是中級制工作廠房,吊車的噸位不大。因此在設計分析時,當柱距較。<9m),吊車梁采用加寬上翼緣的實腹式工形截面梁,以滿足側向穩定的要求;當柱距為9m~18m時,由于采用加寬上翼緣的方式通常需較大的翼緣,故采用制動桁架體系。②同樣對檁條和墻架粱,當跨度大于9m時,因采用實腹式變得很不經濟或規格常受到限制,故采用桁架式。當跨度小于9m時,檁條和墻架梁采用冷彎薄壁型鋼,詳見參考文獻。③另外,本文在用鋼量計算中,未對節點進行詳細的設計,而是根據以往的經驗,將構件用鋼量乘1.1~1.4的放大系數,作為構件的總用鋼量。④本文各構件最危險截面考慮穩定后最大應力(折算應力)控制在設計值的90%左右。

                          圖2.a~c給出了根據以上條件分析得到的涿州廠和萬榮廠各自在2x24m跨,2x(10+20)t吊車,2x18m跨,2x(3+5)t吊車及15m單跨,2t吊車條件下,各單項用鋼量及總用鋼量隨柱距的變化情況(單位:kg/m2)。

                          從上圖可以看出:①、對門式剛架輕型鋼結構體系而言,剛架用鋼量是最主要的,當剛架跨度較小時,剛架用鋼量甚至占總用鋼量的50%以上,而其它各單用鋼量,特別是墻架梁、柱間支撐、屋面支撐,其用鋼量只占比例較小的一部分,因此,如何設計好門式剛架對降低總用鋼量具有重要意義。②、隨著柱距的增大,作為整個廠房結構"用鋼量大戶"的剛架,其用鋼量比率是逐漸下降的,并且隨柱距的增加,下降的幅度逐漸趨于平緩。③、其它各項的用鋼量均隨柱距的增加而增加,并且增幅較大,特別是吊車梁,由于柱距較大,須采用格構形式,其用鋼量逐漸占主要地位,并最終超過了剛架的用鋼量。其次是檁條,因長細比的要求,用鋼量增加也較快。④、整個單層廠房上部結構,其總用鋼量隨柱距的增加先是逐漸減少,而后增加。呈"浴盆曲線",這表明,就用鋼量指標而言,還是存在一個最優柱距的。當然,由于不同人員在設計同一結構時時,各設計方案可能在結構體系,圍護布置等選擇上有所差別,從而各用鋼量指標不盡相同,但其用鋼量變化趨勢及上述結論是一致的。綜合各項用鋼量表明,對此特定的廠房而言,其由設計用鋼量確定的最優柱距在6~8m.研究還表明,而對其它跨度和吊車噸位的情況,最優柱距是不斷變化的。圖2.d~f還給出了無吊車情況,用鋼量隨柱距的變化情況。同樣,我們可以得出類似的結論,不同的是,無吊車時,不僅總用鋼量大大減少(因吊車梁用鋼量占很大比例),而且最優柱距也有所變化,并有變大的趨勢,在上述條件下,其最優柱距在8-9米。

                          以上僅是針對本工程的實際情況,對門式剛架輕型鋼結構體系的每平米用鋼量與柱距的關系所作的討論。實際上,影響最優柱距及設計用鋼量的因素眾多,如目前研究方興未艾的蒙皮效應,空間協同作用等等,在此不再作詳細討論。

                          4.1 門式剛架的應用和展望

                          單層剛架中,輕型門式剛架的應用最為普遍。它是現階段國內輕鋼結構的代表,也是市場需求量最大的一種鋼結構形式。門式剛架按結構形式可分為實腹式和格構式。后者主要用于凈跨度較大的建筑,而實腹式門式剛架由于其外形美觀、線條醒目、安裝方便、節省鋼材和易于實現構件制作標準化的特點,被廣泛應用于單層工業廠房、超市、展覽館、體育館或倉庫式工業建筑,取得了非常好的經濟與社會效益。

                          門式剛架輕鋼廠房結構是輕鋼結構的重要分支,這種房屋具有重量輕、用鋼省、造價低、在7度及以下地區不需考慮抗震、形式美觀具有現代感、用途廣泛、制作簡單、施工周期短,深受制作、施工企業和廣大用戶歡迎。這種結構已成為鋼結構行業甚至整個建筑業中發展最快的一種結構類型,每年新增建筑面積400多萬平米,已在很大程度上取代了傳統的混凝土工業廠房,取得了重大的經濟效益。輕型門式剛架作為輕鋼結構建筑體系中最具有生命力的結構形式,正在把我國輕型鋼結構體系的建設推向一個新高潮,可以預見不久的將來它的應用前景更為廣闊。

                          5.1結論

                          輕型鋼結構工業廠房的規范化設計尚處于探索階段,96年建設部已組織有關專家編寫《門式剛架房屋鋼結構設計規程》(草稿)。為加強對這方面的研究,本文通過對筆者從事的幾個實際工程實例的設計中遇到的一些問題及解決辦法的探討。希望起到拋磚引玉的作用。

                          參考文獻

                          [1]弓曉蕓 輕型鋼結構建筑體系的發展及展望《工業建筑》 1995 Vol.25 No.7

                          [2]郭彥林 輕型鋼結構工業廠房的主要結構形式-山型門式實腹式剛架結構 《工業建筑》 1997 Vol.27 No.3

                          [3]中國建筑標準設計研究所 《輕型鋼結構設計資料集》中國建工工業出版社

                          [4]趙熙元等主編 《建筑鋼結構設計手冊》冶金工業出版社,1995

                        建筑方案圖一

                        建筑方案圖二

                        建筑方案圖三

                        建筑方案圖四

                        建筑方案圖五

                          第一部分  建筑方案設計

                          1廠房的平面設計

                          2廠房的剖面設計

                          3廠房的立面設計

                          4廠房的構造設計

                          5總平面設計

                          第二部分結構設計

                          1屋面檁條計算

                          2墻面(軸線4~14)檁條計算

                          3墻面(軸線A~E)檁條計算

                          4抗風柱的計算

                          5(A、C)柱間支撐

                          6柱(B)間支撐

                          7橫向水平支撐

                          8吊車梁計算

                          9門式剛架計算

                          9.1荷載標準值

                          9.2初選截面

                          9.3截面特性

                          9.4剛架內力計算

                          10節點計算

                          10.1柱腳計算

                          10.2牛腿計算

                          10.3梁柱連接設計計算

                          11基礎梁及地基基礎計算

                          11.1基礎梁計算

                          11.2左柱基礎計算

                          11.3中柱基礎計算

                          致  謝

                          本論文得到了賈冬云老師的悉心指導和全力支持。賈老師嚴謹的治學態度、務實的為學方法、淵博的專業知識以及高度的責任感令我由衷地敬佩,同時也使我在學習和工作中受益匪淺。在此向賈老師致以最衷心的感謝!

                          在完成論文的過程中還得到了翟老師和混凝土組的各位老師的指點幫助。肖成茂等同組同學在我做畢業設計期間也給了我很大的幫助,謹向他們表示感謝。

                          最后,將此論文獻給鼓勵我和支持我的家人、親人和朋友,謝謝他們的支持。

                          參 考 文 獻

                          [1]  陳紹番,顧強。 鋼結構。 北京:中國建筑工業出版社,2004

                          [2]  王肇民。 建筑鋼結構設計。 上海:同濟大學出版社,2001

                          [3]  靳百川。 輕型房屋鋼結構構造圖集。 北京:中國建筑工業出版社,2004

                          [4]  宋曼華,柴昶。 鋼結構設計與計算。 北京:機械工業出版社,2004

                          [5]  汪一駿等。 輕型鋼結構設計手冊。 北京:中國建筑工業出版社,2004

                          [6]  馮東等。 輕型鋼結構設計指南。 北京:中國建筑工業出版社,2004

                          [7]  侯兆欣,蔡昭昀。 輕型鋼結構建筑節點構造。 北京:機械工業出版社,2004

                          [8]  于克萍,胡慶安。 結構力學。 西安:西北工業大學出版社,2001

                          [9]   陳曉平,陳書中。 土力學于地基基礎。 武漢:武漢工業大學出版社,1999

                          [10]中華人民共和國建設部。 建筑結構荷載規范(GB5009-2001)。 北京:中國建筑工業出版社,2002

                          [11]中華人民共和國建設部。 鋼結構設計規范(GB 50017-2003)。 北京:中國建筑工業出版社,2003

                          [12]中華人民共和國建設部。 建筑抗震設計規范(GB 50011-2001)。 北京:中國建筑工業出版社,2001

                          [13]中華人民共和國建設部。 混凝土結構設計規范(GB 50010-2002)。 北京:中國建筑工業出版社,2002

                          [14]中華人民共和國建設部。 建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2002)。 北京:中國建筑工業出版社,2002

                          [15]中華人民共和國建設部。 總圖制圖標準(GB/T 50103-2001)。 北京:中國建筑工業出版社,2001

                          [16]中華人民共和國建設部。 房屋建筑制圖統一標準(GB/T 50001-2001)。 北京:中國建筑工業出版社,2001

                          [17]中華人民共和國建設部。 建筑制圖標準(GB/T 50104-2001)。 北京:中國建筑工業出版社,2001

                          [18]中華人民共和國建設部。 建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2002)。 北京:中國建筑工業出版社,2001

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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