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1、中国石油大学（华东）毕业设计青岛某工业园区4#机加工车间设计学生姓名：张成龙学 号：07121225专业班级：土木工程072班指导教师：高福聚 2011年6月18日摘 要该工程名称为青岛市某工业园4#机加工车间，包括建筑设计和结构设计两方面，建筑面积1800m2。建筑设计和结构设计都遵循现行的建筑设计规范与现行的结构设计规范。在建筑平面设计中，建筑主体追求简约，考虑到工业厂房内有汽车进入及一些设备和材料，在采光和使用功能要求下，力求方便，内部布置流畅，建筑体形与周围的地形、环境和交通相适应。立面设计充分体现了建筑物的现代风格并考虑了采光、通风等要求。建筑设计阶段包括总体方案设计、平面设计、立面
2、设计、剖面设计、屋面排水组织设计及墙体等构造设计，并完成建筑说明。 在结构设计中，结构形式采用门式钢架结构。设计内容主要包括：根据建筑方案确定结构布置、截面尺寸估算、荷载计算、刚架设计、檩条及其支撑设计、墙梁设计、抗风柱设计、柱间支撑的设计、钢架柱及基础设计。各构件受力均匀，结构稳定安全，门式刚架及其构件均为为手工计算内力并验算截面，结果符合规范要求。关键词：门式钢架；工业厂房；建筑；结构ABSTRACTThe works is 2# machine shop in Qingdao industrial park. It contains two sides: building design
3、and physical design. The building area is 1890m2. Both building design and physical design follow current building design norm and structural design code.During architectural plane designing,the main body of the building follows after simple, with a view to the in and out of automobile,some equipmen
4、t and material and under the requirement of daylighting and functions of use,the convenience is the most important.The internal arrangement need to be fluency and building size should accommodate to surrounding terrain, environment and trafficking. Facade designing incarnate sufficiency modern style
5、 of the building and having considered the requirement of daylighting, ventilation. Architectural design contain general planning design, piplane design, facade design, cross-section design, roof drainage organization design and architectonics of the wall,and completing building illustration.In stru
6、ctural design, structural style adopt portal frame. Design matter mostly contain ascertaining structural arrangement according to architectural competition, evaluation of the sectional dimension, calculation of loading, design of rigid frame, purlin and its brace, wall beam, wind resistance post, in
7、tercolumnar brace, steel post and foundation. each members stress is uniform and the structure is stable and safety.The stress and sections proven of portal rigid frame and its member are calculated by handiwork. The outcome meet with the requirement of the norm. keywords：gabled frame;industrial pre
8、mises; architecture;building structure目 录第1章 前 言1第2章 门式刚架主刚架设计22.1 荷载计算 32.2 各部分作用荷载 42.3 截面及截面特性 52.4 刚架内力计算 82.5 内力组合142.6 刚架梁、柱截面验算182.7 位移计算282.8 节点设计292.9 柱脚设计38第3章 檩条设计443.1 端跨檩条设计44 3. 2 中跨檩条设计51 3.3 搭接长度计算55第4章 屋盖支撑计算574.1 屋盖支撑布置574.2 荷载导算574.3 内力计算584.4 截面设计61第5章 墙梁设计625.1 荷载计算625.2 内力分析635
9、.3 截面验算645.4 强度验算675.5 稳定验算685.6 刚度验算695.7 拉条计算69第6章 抗风柱设计706.1 荷载计算706.2 内力分析706.3 稳定性验算716.4 位移验算716.5 抗风柱柱脚计算726.6 抗风柱基础设计746.7 抗风短柱计算75第7章 刚架柱基础设计777.1 刚架柱基础设计777.2 基础设计787.3 刚架柱基础短柱计算82第8章 结论84致谢86参考资料87第1章 前 言1.1 门式刚架简介门式刚架轻型房屋钢结构体系，简言之，是由门式刚架承重结构、配套轻型屋盖和墙体围护结构、以及相应的支撑系统所组成的结构体系。门式刚架轻型房屋钢结构属轻型
10、钢结构的一个分枝，这种结构型式体现出轻钢结构轻型、快速、高效的特点，应用节能环保型新型建材，实现工厂化加工制作、现场施工组装、方便快捷、节约建设周期；结构坚固耐用、建筑外型新颖美观、质优价宜、经济效益明显；柱网尺寸布置自由灵活、能满足不同气候环境条件下的施工和使用要求。1.2 国内外现状近年来，钢结构建筑在我国出现了非常好的发展势头,应用范围不断扩大。目前，我国钢结构建筑的发展处在建国以来最好的一个时期。但与国外的一些发达国家相比，我国在许多方面还存在着明显差距，如美国、日本、德国等国家，在工程建设中广泛采用钢结构，钢结构建筑占整个建筑的40%以上，而目前我国的钢结构建筑所占比重还不到5%。由
11、此可见，我国的钢结构建筑市场还存在着巨大的发展空间。多年来我国钢材供应短缺，建筑钢结构一般只用于重型冶金厂房、大跨度桥梁和大跨度公共建筑。目前，我国钢已连续9年产量超过亿吨，目前年产量已经近三亿吨，建筑钢材供应充足，钢材的质量不断改善，国家在政策方面也改为鼓励建筑行业积极合理采用钢结构，以促进建筑市场的健康发展。随着钢结构特别是轻钢结构在普通工业和民用建筑中的大量应用，建设部在中国建筑金属结构协会下设立了建筑钢结构委员会。进行钢结构市场行业管理，鼓励并推动钢结构的普及应用。第2章 门式刚架主刚架设计青岛某工业园2#车间结构形式为门式刚架轻型钢结构房屋，位于某经济技术开发区，跨度30.0m，纵向
12、长度63.0m，建筑面积1935.00m2，柱高6.0m（室内地面至梁底），柱距9.0m，地面以上总高度8.0m。建筑耐火II级；采光标准IV级。 根据生产工艺要求无吊车，屋面采用0.5mm厚压型钢板+75mm厚玻璃棉+钢丝网；墙体：标高1.5m以下为240砖墙，标高1.5m以上为0.5mm厚压型钢板+50mm厚玻璃棉+0.5mm厚压型钢板；刚架柱、梁均采用变截面，柱与梁为刚接，柱与基础为刚接，拟在刚架平面外设柱间支撑及檩条端部隅撑，并设置柱梁的侧向支撑，材料采用Q345B和Q235B钢材。 气象资料： 夏季室外计算温度：30.5 冬季室外计算温度：2 绝对最高温度： 35.5 绝对最低温度：
13、15.5 最大日降雨量： 300mm 基本风压： 0.60kN/m2 空气性质：有盐雾 主导风向： 冬季：北西； 夏季：南东 最大积雪深度： 240mm 基本雪压：0.20 kN/m2 最大冻深： 50cm 屋面活荷载：对刚架取0.30kN/m2, 对檩条取0.50kN/m2根据工程经验，其他有关荷载取值如下： 屋盖自重（标准值，坡向） 0.5mm厚压型钢板+75mm厚玻璃棉+钢丝网 0.15 kN/m2，檩条及支撑 0.10 kN/m2，刚架斜梁自重 0.15 kN/m2， 墙面（非砖墙部分）及柱自重（包括柱、墙骨架）0.50 kN/m2。 工程地质及水文地质资料地基容许承载力: 180kP
14、a最高地下水位： 自然地坪下1.00m地下水性质： 有弱硫酸盐侵蚀；地面土质：盐碱土；自然地面绝对标高：76.00m，相对标高:0.30m地震基本烈度： 6度 图212.1 荷载计算屋面自重（标准值，沿坡向）0.5mm厚压型钢板+75mm厚玻璃棉+钢丝网 0.15KN/檩条及支撑 0.1 KN/刚架斜梁自重 0.15 KN/ 0.4 KN/屋面雪荷载（标准值） 0.2 KN/屋面活荷载（标准值） 0.3KN/ ；不与雪荷载同时考虑。墙面（非砖墙部分）及（包括柱子、墙梁架） 0.5KN/风载：基本风压0.6KN/，地面粗糙等级A级，风载体形系数见图22，+0.25-1.00-0.65-0.55C
15、B A E D 图222.2 各部分作用荷载2.2.1 屋面荷载：标准值：0.47.5=3.01 KN/m设计值：3.011.23.61 KN/m2.2.2 屋面活荷载： 标准值：0.37.52.25 KN/m 设计值：2.251.43.15 KN/m 2.2.3 柱身恒载： 标准值：0.597.533.75 KN 设计值：33.751.240.50 KN2.2.4 风载：-17.207KN7.838KN-4.283KN/m-6.585KN/m图23屋面风荷载高度变化系数按屋顶标高计算，取屋顶标高计算，取为1.394。风荷载标准值：（基本风压按建筑结构荷载规范GB50009的规定值乘以1.05
16、采用）。 1.05=1.01.3940.61.05=0.878KN/ =1.05=0.651.3940.61.05=0.571KN/ 故屋面负风压标准值为：0.8787.56.585 KN/m 0.5717.54.283 KN/m 墙面风载高度变化系数按柱顶标高计算，1.3941.05=0.251.3940.61.05=0.220KN/ =1.05=0.551.3940.61.05=0.483KN/ 对变截面柱按简化取上半段风载为集中风载作用于柱顶计算：柱顶集中风载设计值： 7.50.2207.57.838 KN 90.4837.517.207 KN 2.3 截面及截面特性，初选梁、柱截面及截
17、面特性如下表：变截面柱的平均惯性矩：(+)/2（30671.71+136183.17）/283427.44 双揳形横梁平均惯性矩为（0.517）=+(1)/2 （23421.96+0.517114441.98+0.48358384.74）/255391.448表21 截面及截面特性 特性部位截面简图截面特性刚架柱柱底截面II222014/4008截面面积 A93.6截面惯性矩 30671.71 2486.23抵抗矩 1433.25226.02回转半径18.1cm 5.15cm柱顶截面IIII222014/8008截面面积 A125.6截面惯性矩 136183.17 2487.94抵抗矩 328
18、9.44226.17回转半径32.92cm 4.45cm刚架梁梁柱交接处的截面IIIIII222012/7808截面面积 A115.2截面惯性矩 114441.98 2132.92抵抗矩 2846.81193.9回转半径31.51cm 4.30cm 续表21 特性部位截面简图截面特性刚架梁梁中变截面处截面IVIV222012/3768截面面积 A82.88截面惯性矩 23421.96 2131.20抵抗矩 1171.09193.74回转半径16.81cm 5.07cm梁中变截面处截面VV222012/3768截面面积 A82.88截面惯性矩 23421.96 2131.20抵抗矩 1171.0
19、9193.74回转半径16.81cm 5.07cm跨中梁的截面VIVI222012/5768截面面积 A98.88截面惯性矩 58384.74 3132.05抵抗矩 1946.15193.82回转半径24.29cm 4.64cm2.4 刚架内力计算当屋面有均布单位荷载时： 图24 全跨单位均布荷载 图25 基本结构 图26 图27利用对称性取基本结构如图示力法典型方程：+0 (21)用图乘法求得各系数及自由项为：/0.6623代入力法方程： 5339.06035458.81760 解得：6.641 KN作出在均布单位荷载1下得M、V、N图如下：M图 -63.09-63.0939.45 图210
20、-6.6414.26-0.666.64V图0.66 图211N图 -8.115-6.6115 图2122.4.1 在屋面均布恒荷载作用下的M、V、N图如下图示：(以均布单位荷载下的M、V、N乘以屋面均布荷载的)：M图(KN.m)-141.95388.763 -141.953 图21314.94-14.9432.085V图(KN)1.485-1.485-32.085 图214-33.75-18.468-14.873-33.75N图(KN)-18.468 图2152.4.2 在屋面均布活荷载作用下的M、V、N图如下图示：-141.95388.763M图(KN.m)-141.953 图216-1.4
21、8514.941.485-44.9732.085V图(KN)-14.94-32.085 图217N图(KN)18.468-33.7533.7518.468-14.875图2182.4.3 在风荷载作用下的内力组合： 图219 图220 图221 图222代入力法方程： 5365.440+106946.20850解得： -19.932 KN作出M、N、V图： 图225 图226 图2272.5 内力组合（对左柱）2.5.1 刚架柱梁内力组合，见表21：2.5.2 最不利荷载作用下刚架的M、V、N图图228图229图230刚架柱梁内力组合表表22柱内力设计值汇总表：荷载类别恒荷载活荷载屋面恒荷载柱
22、自重屋面均布活载风荷载左风右风序号IIM00000N45.15033.75033.750-96.84066.110V19.986014.94041.53019.930IIIIM189.9010141.953394.550189.35N45.150033.75096.84066.110V19.986014.94041.53019.930表23斜梁左柱内力设计值汇总表:荷载类别恒荷载活荷载屋面恒荷载柱屋面活载风荷载左风右风序号IIIIIIM-189.901141.953394.550189.350N24.38118.22543.16043.530V42.92332.08593.01062.080I
23、VIVM-11.769-8.79810.27068.530N22.87617.10043.16043.530V27.96320.903-59.94040.560VVM97.25372.698220.040227.290N21.25115.88543.16043.530V11.4988.595-23.57016.890VIVI M118.74588.763259.860259.860N19.89614.87343.16043.530V1.9871.4856.190-2.480表24 左柱内力组合表注: M (KN.m ) 、N (KN )、V (KN )控制截面荷载组合恒荷载+0.9(任意两个或
24、两个以上活荷载)恒荷载+任一活荷载组合项目M、N、V组合项目M、N、V及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=01.2(+)+ 1.4M=0N=15.187N=141.930V=9.520V=-44.899 及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=01.2(+)+ 1.4M=0N=53.906N=2.126V=-67.919V=-51.885及相应M、V1.2(+）+0.91.4(+)M=01.2(+)+ 1.4M=0N=53.906N=141.930V=-67.919V=-44.899及相应M、V1.2(+）+0.91.4(+)M=01.2(+)+ 1.4M=0N=15.18
25、7N=2.126V=9.520V=-51.885IIII及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=90.3911.2(+)+ 1.4M=-426.615N=-25.313N=101.430V=9.520V=-44.899及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=-168.1611.2(+)+ 1.4M=37.209N=13.406N=-38.374V=-67.919V=-51.885及相应M、V1.2(+）+0.91.4(+)M=-168.1611.2(+)+ 1.4M=426.615N=13.406N=101.4430V=-67.919V=-44.899及相应M、V1.2(+）+
26、0.91.4(+)M= 90.3911.2(+)+ 1.4M=37.209N= -25.313N=-38.374V=9.520V=96.427IIIIII及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=90.3911.2(+)+ 1.4M=426.615N=-2.161N=54.772V=-25.258V=96.427及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=-168.1611.2(+)+ 1.4M=37.209N=-2.627N=-36.561V=170.156V=138.420及相应M、N1.2(+）+0.91.4(+)M=-168.1611.2(+)+ 1.4M=37.209N=-2.627N=-36.561V=170.156V=138.420及相应M、N1.2(+）+0.91.4(+)M=90.3911.2(+)+ 1.4M=324.489N=-2.161N=-31.167V=-25.258V=-78.706IVIV及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=-12.2681.2(+)+ 1.4M=-26.440N=-5.384N=51.391V=-15.631V=62.820及相应N、V1.2(+）+0.91.4(+)M=61.1401.2(+)+ 1.4M=81.819N=
