1、 本科畢業論文（設計）（題目：六安某公司新建單層鋼結構廠房）建筑參考本科畢業論文（設計）獨創承諾書本人按照畢業論文（設計）進度計劃積極開展實驗（調查）研究活動，實事求是地做好實驗（調查）記錄，所呈交的畢業論文（設計）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除文中特別加以標注引用參考文獻資料外，論文（設計）中所有數據均為自己研究成果，不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業論文（設計）作者簽名： 日期： 摘 要本工程為六安某公司新建單層鋼結構廠房。采用輕型門式剛架體系，輕型鋼結構建筑質量輕，強度高，跨

2、度大。鋼結構建筑施工工期短，相應降低投資成本，經濟實惠。本設計就是對輕型鋼結構的實際工程進行建筑、結構設計與計算。主要對承重結構進行了內力分析和內力組合，在此基礎上確定梁柱截面，對梁柱作了彎剪壓計算，驗算其平面內外的穩定性；梁柱均采用Q235 鋼，10.9 級摩擦型高強螺栓連接，局部焊接采用 E43 型焊條，柱腳剛性連接，梁與柱節點也剛性連接；屋面和墻面維護采用雙層彩色聚苯乙烯夾芯板；另外特別注重了支撐設置、拉條設置，避免了一些常見的拉條設計錯誤。本次設計圖紙部分有：廠房平面圖，立面剖面及節點詳圖，剛架施工圖，廠房檁條布置圖，吊車梁施工圖，支撐布置圖，基礎平面布置圖。關鍵詞： 門式剛架；輕型鋼

3、結構；內力分析；節點AbstractThis works for a company in Luan new steel structure Single-layer workshop. The use of light portal frame system, the construction of light steel structure light weight, high strength, large-span, steel structure construction period short, lower investment costs, economic benefits.

4、This design is to proceeds the building, construction design to the structural and actual engineering in light steel and calculation. The tractate includes internal force analyzes and combines, based on these analyses; can choose the section of beamand columniation. Next, checking computations of st

5、ability calculation of plane structure. The steel beam and column employs Q235 carbon structural steel. Connection bolts are high strength bolt of friction type with behavioral grade 10.9. Common bolts are rough type made by Q235B steel. Rod for manual welding usually adopts E43. Rigid connections a

6、pply to the column leg and the connection of column and beam adopts hinged connection. The metope and roofage adopts the double of the decked colored polystyrene clamps the circuit board. Otherwise, it is analyzed that the forced state of the bracing system for a steel factor building under wind loa

7、d, the design of a bracing truss for a building with larger width. Avoid some errors in design of brace, tension rod, and tension rod joints.The design drawings are as follows: plant floor plan, Node elevation profiles and detailed, Frame Construction ,wall-beam purlin plant layout map, construction

8、 of crane beam map, support layout map, foundation plan .Key Words：Portal frame；Light steel structure；Relation Database；the internal force analyzes；joint 目 錄1 設計資料與依據 .11.1 工程概述 .11.2 設計依據 .12 建筑設計 .22.1 地質條件 .22.2 施工與安裝條件 .22.3 建筑平面設計 .22.4 雨棚做法 .32.5 散水做法 .33 結構設計與計算 .43.1 設計基本資料 .43.2 荷載計算 .53.3

9、內力計算 .73.4 門式剛架設計 .363.5 節點設計 .403.6 牛腿設計 .453.7 屋面檁條設計 .473.8 墻架設計 .503.9 吊車梁設計 .523.10 抗風柱設計 .593.11 支撐設計 .613.12 基礎設計 .63致謝 .68參考文獻 .691 設計資料與依據1.1 工程概述本工程為六安某公司新建單層鋼結構廠房，建筑場址位于六安市郊區。本工程擬采用單層門式剛架，柱頂標高9m，跨度21m,設計使用年限為25年，結構安全等級為二級。室內外高差為0.45 m。防火等級為二級，跨間布置一臺A4吊車。基本風壓：0.35kN/m2 ； 基本雪壓：0.55kN/m2；抗震設

10、防烈度為7度，抗震設防類別為丙類；場地為類場地土，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.1g。地面粗糙度為B類。抗活等級為二級。地質條件：地勢較平坦，地表下土層分布均勻，分為四層：第一層雜填土，其厚度1.8 m，地基承載力130kPa，；第二層粘土層，其厚度5 m，地基承載力220kPa，全年主導風向為東南風。地下靜止水位距室外地面1.5m，水質對建筑物無腐蝕作用。結論：a 擬建場地地面平坦。b 擬建物基礎建議均可埋置于二層粘土層內，地基承載力特征值為220kPa。c 基礎開挖時，嚴禁坑底土被水浸泡或曝曬。1.2 設計依據主要依據鋼結構設計規范GB500172003 和門式剛架輕型房屋

11、鋼結構技術規程CECS 102:2002等國家規范。2 建筑設計2.1 地質條件(1) 地形條件：地勢較平坦，地表下土層分布均勻，分為四層：第一層雜填土，其厚度1.8 m，地基承載力130kPa，；第二層粘土層，其厚度5 m，地基承載力220kPa，全年主導風向為東南風。地下靜止水位距室外地面1.5m，水質對建筑物無腐蝕作用(2) 氣象資料：基本風壓值，基本雪壓值。(3) 抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g。(4) 廠房地面土夯實后上鋪混凝土。表層覆蓋100mm厚的素混凝土，室內地坪標高為0.000，室外地面標高為0.45m 。地面粗糙度為B類。抗活等級為二級。由于上部結構自重較

12、輕，基礎采用柱下獨立基礎形式，持力層受力狀況良好。2.2 施工與安裝條件(1) 各種材料保證供應，品種齊全。(2) 施工技術力量雄厚，有足夠的運輸，吊裝設備。(3) 構件加工和預測設施配套，保證工期。2.3 建筑平面設計(1) 屋面采用板寬1000mm，波高130mm的YX130-300-600的壓型鋼板，有效覆蓋寬度750mm，內夾一定厚度的聚苯板用來保溫隔熱。屋面采用1/20的雙坡屋面。(2) 墻體采用雙層鍍鋅壓型鋼板，鋼板間夾一層保溫棉。(3) 車間采用鋁合金塑鋼推拉窗、平開窗，出入門采用夾芯板推拉門2.4 雨棚做法圖2.1雨棚做法2.5 散水做法圖2.2散水做法3 結構設計與計算3.1

13、 設計基本資料3.1.1 設計基本資料本次車間設計采用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度21m，柱高9m，柱距6m，八榀剛架，屋面坡度1/20；鋼材采用Q235B，螺栓采用摩擦型高強度螺栓10.9級和普通螺栓。焊條采用E43，基礎混凝土等級C20，柱、梁采用焊接組合梁，柱、梁為等截面，柱腳剛接，檁條和墻梁均采用冷彎薄壁C型鋼。3.1.2 柱網布置 圖3.1柱網布置3.1.3 支撐布置圖3.2柱間支撐圖3.3屋面支撐3.1.4檁條在該屋面體系中，選用卷邊槽形冷彎薄壁型鋼檁條，跨度6m，高度取跨度的1/351/50，最后由計算確定截面尺寸。3.2 荷載計算(1) 恒荷載： 壓型鋼板 0.25 檁條（包括拉

14、條） 0.05 剛架斜梁自重 0.21合計 0.51 恒荷載標準值：0.516=3.06kN/m(2) 活荷載：屋面活荷載 0.50雪荷載 0.55活荷載標準值 0.556=3.3kN/m (3) 風荷載：基本風壓 0.35風載體型系數如圖所示。 圖3.4風載體型系數示意圖柱頂高度9m，風壓高度變化系數，則風荷載標準值為： (4) 吊車荷載擬A4吊車起重量為5t：起重量Q (t)最大輪壓Pmax (t)最小輪壓Pmin (t)吊車總寬度B (mm)吊車輪距W (mm)54.231.0735003000表3.1吊車信息標準值： 吊車橫向水平荷載，每個輪子的水平剎車力的最不利位置同， (5) 地震

15、作用本場地地震設防烈度為7度，設計地震加速度值為0.1g，則查規范得水平地震影響系數的最大值為=0.12。地震分為第一組，設計特征周期為 0.35s，建筑場地類別為類。采用底部剪力法，結構阻尼比取為。 通過在柱頂施加一單位荷載求得一榀剛架的柔度則剛度周期底部總地震剪力3.3內力計算本次設計剛架柱截面初選焊接組合型H型鋼，截面尺寸H400280612，材質為Q235B，截面特性： 剛架梁截面初選焊接組合型H型鋼，截面尺寸H5002801214，材質為Q235B，截面特性： 本設計通過結構靜力學公式手算內力，得出門式剛架分別在恒荷載、活荷載、吊車荷載、風荷載、地震荷載作用下的彎矩、軸力、剪力圖，最

16、終的數據進行下一步的荷載組合3.3.1內力手算3.3.1.1恒荷載作用下的內力 M圖Q圖N圖圖3.5恒荷載作用下的內力圖3.3.1.2活荷載作用下的內力 M圖Q圖N圖圖3.6活荷載作用下的內力圖3.3.1.3風荷載作用下的內力(1) 左半跨吸力 圖3.7左半跨吸力作用下的M圖(2) 右半跨吸力 圖3.8右半跨吸力作用下的M圖(3) 左柱身迎風 圖3.9左柱身迎風作用下的M圖(4) 右柱背風吸力 圖3.10右柱身背風作用下的M圖 (5) 左屋面高度吸力 圖3.11左屋面高度吸力作用下的M圖(6) 右屋面高度吸力 圖3.12右屋面高度吸力作用下的M圖(7)左風作用下的內力圖M圖Q圖N圖圖3.13左

17、風作用下的內力圖(8) 右風作用下的內力圖M圖Q圖N圖圖3.14右風作用下的內力圖3.3.1.4吊車荷載作用(1) 吊車最大水平荷載，從左向右且僅作用在左側柱時剛架內力計算 吊車最大水平荷載從左向右作用時剛架的總內力圖為分別作用在左側柱和右側柱上兩內力圖的疊加，疊加結果如下：M圖Q圖N圖圖3.15吊車橫向水平荷載作用下的內力圖(2) 最大豎向荷載作用在左側柱時剛架內力計算 (3) 相應于作用在左側柱時，最小豎向荷載作用在右側柱產生的內力 如上兩內力疊加，即得作用在左側柱上的總內力圖，疊加圖如下：M圖Q圖N圖圖3.16吊車豎向荷載作用下的內力圖3.3.1.5地震荷載作用在柱頂作用一地震水平集中作

18、用力P=10.89kN，分別考慮左震和右震作用時剛架各截面的內力值。(1) 左震 M圖Q圖N圖圖3.17左震作用下的內力圖(2) 右震M圖Q圖N圖圖3.18右震作用下的內力圖3.3.2內力組合本設計內力組合的計算控制截面取柱腳、柱頂、牛腿上截面、梁端截面。控制截面的內力種類有軸向力N、彎矩M、和水平剪力V。最不利的三種內力組合如下：(1) 與相應的、組合；(2) 情況下及相應；(3) 情況下及相應內力組合（以左半跨為例）中取構件最不利內力組合分別為：柱：柱腳截面 M=142.39，N=-112.9kN，V=-28.74kN 牛腿上截面 M=-123.82，N=-88.45kN，V=-35.96

19、kN 柱頂截面 M=-234.18，N=-85.84kN，V=-35.96kN梁： 梁柱節點 M=-234.18，N=-57.15kN，V=84.96kN 梁跨中 M=227.73，N=-57.4kN，V=3.02kN表3.2內力組合表構件號截面荷載 項目內力恒荷載活荷載吊車荷載風荷載內力組合Dmax在左側Dmin在左側Tmax左風右風Nmin及M,VNmax及M,VMmax及N,V項目組合值項目組合值項目組合值1-1M(kN.m)-77.68-83.778.27-5.884.055434.751.2*+1.4 (+)-9.661.2*+1.4 (+)-234.181.2*+1.4 (+)-2

20、34.18N(kN)-32.13-34.650.67-0.670.3921.0415.37-13.8-85.84-85.84V(kN)-13.27-14.31-3.313.3108.448.83-9.46-35.96-35.962-2M(kN.m)-44.7-48.116.542.394.0531.216.11.2*+1.4 (+)2.291.2*+1.4 (+)-123.821.2*+1.4 (+)-123.82N(kN)-34.4-34.650.67-0.670.3921.0415.37-16.52-88.45-88.45V(kN)-13.27-14.31-3.313.3109.767.5

21、1-8.95-35.96-35.963-3M(kN.m)41.7645.041.6314.7011.55-43.52.11.2*+1.4 (+)11.911.2*+1.4(+)142.391.2*+1.4 (+)172.57N(kN)-39.9-34.650.67-0.670.3921.04-15.89-23.12-112.9-95.16V(kN)-13.27-14.31-3.313.312.413.19-1.57-0.45-28.74-32.941-1M(kN.m)-77.68-83.778.27-5.884.055434.751.2*+1.4 (+)-33.911.2*+1.4 (+)-2

22、34.181.2*+1.4 (+)-234.18H(kN)-14.86-14.29-3.27-3.348.599.489.580.942-57.15-57.15V(kN)31.4333.89-0.84-0.512.54-20.59-14.9121.0884.9684.962-2M(kN.m)84.0490.63-0.54-0.540-46.44-46.441.2*+1.4 (+)41.661.2*+1.4 (+)227.731.2*+1.4 (+)227.73H(kN)-13.25-16.02-3.27-3.348.599.489.582.87-57.4-57.4V(kN)0.660.71-0

23、.84-0.5100.490.530.353.023.023.4 門式剛架設計3.4.1剛架柱截面選擇本次設計剛架柱截面初選焊接組合型H型鋼，截面尺寸H400280612，材質為Q235B，截面特性： 3.4.2剛架柱驗算選取最不利內力組合：，(1) 強度驗算： 強度滿足要求。(2) 平面內穩定驗算：，屬B類截面，查受壓構件的穩定系數表，得。平面內穩定滿足要求。(3) 平面外穩定驗算：，屬C類截面，查受壓構件穩定性系數表，得。將數據代入公式中平面外的穩定滿足要求。(4) 局部穩定驗算：翼緣外伸寬厚比 ，滿足要求。腹板高厚比 ，滿足要求。(5) 剛度驗算： 剛度滿足要求。3.4.3 剛架梁截面選

24、擇剛架梁截面初選焊接組合型H型鋼，等截面，截面尺寸H5002801214，材質為Q235B，截面特性： 3.4.4 剛架梁驗算選取最不利內力組合：，強度驗算： 故截面邊緣正應力比值 由于,用代替, 當，即此時截面全部有效。同時受到壓彎作用， ，不設加勁肋，則 當時， ，故截面強度滿足要求。 (2) 穩定驗算： 平面外計算長度，截面慣性矩，屬C類截面，查受壓構件的穩定系數表，得。將數據代入公式中則穩定性滿足要求。(4) 局部穩定驗算：翼緣外伸寬厚比 ，滿足要求。腹板高厚比 ，滿足要求。(5) 剛度驗算： 剛度滿足要求。3.4.5側移計算查輕型門式剛架表3-1，柱頂在風荷載標準值作用下的位移限值為

25、。按公式 3.5 節點設計3.5.1 梁柱節點采用如圖所示的連接形式： 圖3.19梁柱節點圖連接處最不利一組內力組合值：，3.5.1.1 螺栓驗算 采用10.9級M20摩擦型高強螺栓，連接表面采用噴砂處理，查表得抗滑移系數，每個高強螺栓預拉力。每個螺栓拉力：螺栓群的抗剪力為： 滿足要求最外排一個螺栓的抗剪，抗拉力為： 滿足要求3.5.1.2端部厚度驗算端部厚度取為t=20mm， b=280mm按伸臂類端板計算，滿足要求。3.5.1.3梁柱節點域的剪應力驗算 3.5.1.4 螺栓處腹板強度驗算 3.5.2 梁跨中節點采用如圖所示的連接形式：圖3.20梁跨中節點圖連接處最不利一組內力組合值：，3.

26、5.2.1 螺栓驗算采用10.9級M20摩擦型高強螺栓，連接表面采用噴砂處理，查表得抗滑移系數，每個高強螺栓預拉力。單個螺栓受剪，受拉承載力設計值為： 最外排螺栓的抗剪，抗拉力為：，滿足要求3.5.2.2端部厚度驗算端部厚度取為t=20mm， b=280mm按伸臂類端板計算，滿足要求。3.5.2.3螺栓處腹板強度驗算3.5.3柱腳節點設計采用如圖所示的連接形式：圖3.21柱腳節點圖連接處最不利一組內力組合值：，邊柱柱腳采用剛接方式與基礎相連，地腳螺栓采用M36錨栓，采用雙螺帽，材質為Q235鋼，查表得抗拉承載力，周邊角焊縫。3.5.3.1底面截面特征鋼筋混凝土基礎為C20，查混凝土結構設計規范

27、表得混凝土抗壓強度為底板對基礎頂面的壓應力： 3.5.3.2驗算錨栓直徑受壓區底板長度柱腳底板中心到受壓區合力的距離錨栓拉力一個錨栓的拉力，滿足要求基礎反力受壓區的最大壓應力，滿足要求3.5.3.3柱腳底板厚度在底板的三邊支撐部分因為基礎所受壓力最大，邊界條件較不利，因此這部分受的彎矩最大。取。查表得鋼板的強度設計值取鋼板厚度：取底板厚度，滿足要求3.5.3.4 焊縫計算不考慮加勁肋等補強板件與底板連接焊縫作用，而且H型截面柱與底板連接處翼緣采用周邊角焊縫連接，角焊縫尺寸為。槽鋼與底板之間的連接焊縫承受剪力為：焊縫的總長度為：則此連接焊縫所需的焊腳尺寸為：，滿足要求3.6 牛腿設計圖3.22牛

28、腿設計圖3.6.1牛腿根部截面驗算作用于牛腿根部的彎矩M和剪力V牛腿根部的凈截面為：形心軸以上面積對形心軸的面積矩為：凈截面慣性矩為：凈截面抵抗矩為：下翼緣外邊緣的正應力為：，滿足要求截面形心處的剪應力為：，滿足要求截面腹板下端抵抗矩為：下翼緣對形心軸的面積矩為： 腹板下端的正應力為：腹板下端的剪應力為：腹板下端的折算應力為：滿足要求3.6.2牛腿與柱的連接焊縫計算設焊縫為周邊圍焊，轉角處連續施焊，且假定剪力僅有牛腿腹板焊縫承受，。腹板上豎向焊縫有效截面面積為：全部焊縫對x軸的慣性矩為： 焊縫最外邊緣的截面模量為：翼緣和腹板連接處的截面模量為：在彎矩作用下角焊縫的最大應力為：滿足要求。牛腿翼緣

29、和腹板交接處有彎矩引起的應力和剪力引起的應力共同作用：，滿足要求。3.7 屋面檁條設計檁條跨度6m，檁條間距1.5m跨中設一道拉條，。檁條采用冷彎薄壁C型鋼檁條，鋼材采用Q235B，焊條采用E43型。圖3.23屋面檁條計算圖3.7.1 荷載計算恒荷載標準值：設計值：活荷載標準值： 設計值：荷載組合：3.7.2 內力計算彎矩設計值3.7.3截面選擇3.7.3.1 截面選擇檁條初步選用 截面應力計算：（壓）（壓）（拉）（拉）均滿足要求。3.7.3.2受壓板件的穩定系數永久荷載與風荷載吸力組合風荷載標準值：設計值： 查表得 穩定性滿足要求3.7.3.3 撓度計算，滿足要求3.7.3.4 構造要求，構

30、造滿足要求3.8 墻梁設計剛架跨度21m，高度9m，屋面坡度5%，房屋維護墻采用中間夾保棉的壓型鋼板，墻梁最大間距1.5m，最大跨度7.5m,基本風壓，采用冷彎薄壁C型鋼，鋼材采用Q235B，焊條采用E43型,結構布置如圖所示。圖3.24山墻墻架布置圖3.8.1荷載計算風荷載標準值 根據建筑荷載規范，地面粗糙度系數按B類，風壓高度變化系數，風荷載體型系數取，。垂直于房屋山墻的風荷載標準值：均布風荷載設計值：作用于墻梁水平風荷載設計值：3.8.2截面選擇初選墻梁為,圖3.25山墻墻梁計算圖設墻梁自重設計值為墻梁按簡支計算，只計算強度不驗算穩定性。截面應力：（壓）（壓）（拉）（拉）均小于，滿足要求

31、。有效凈截面模量3.8.3 強度驗算3.8.4 撓度計算 3.8.5 構造要求 構造滿足要求3.9 吊車梁設計 吊車梁跨度6m,一臺A4吊車起重量為5t，跨度L=21m，最大輪壓4.23t，最小輪壓1.07t，吊車總寬3.500m，吊車輪距3.000m，軌道高度0.134m，材料選用Q235B。圖3.26吊車輪位示意圖3.9.1內力計算3.9.1.1 求 圖3.27輪位示意圖查表得3.9.1.2求: ，查表得 橫向水平荷載標準值設計值3.9.1.3求:圖3.28輪位示意圖3.9.1.4 求:3.9.2 截面選擇3.9.2.1 梁高(1) 按經濟條件確定：梁的毛截面模量(2) 按允許撓度值確定：

32、(3) 建筑凈空無要求初選梁高。3.9.2.2腹板厚度(1) 按經驗公式：(2) 按抗剪要求：取3.9.2.3 翼緣尺寸為使截面經濟合理，選用上、下翼緣不對稱工字形截面，所需翼緣板總面積按下式近似計算上、下翼緣面積按0.6和0.4分配。上翼緣面積, 下翼緣面積。初選上翼緣板，下翼緣板。翼緣板外伸寬度 3.9.3 驗算3.9.3.1 截面特性：吊車梁上翼緣：3.9.3.2 強度驗算(1) 正應力上翼緣:下翼緣：(2) 剪應力突緣支座處剪應力為：(3) 腹板局部承壓：3.9.3.3 穩定性驗算(1) 整體穩定性：整體穩定性滿足要求。(2) 局部穩定：翼緣：腹板：，應按構造配置橫向加勁肋。3.9.3

33、.4 加勁肋計算(1) 橫向加勁肋的外深寬度為：取。橫向加勁肋厚度為：所以橫向加勁肋尺寸為。(2) 支座加勁肋：采用強度驗算：整體穩定驗算：此截面屬b類截面，查表得。3.9.3.5 剛度驗算3.9.3.6 焊縫連接計算(1) 上翼緣與腹板連接焊縫：上翼緣對中和軸面積距取。(2) 下翼緣與腹板的連接焊縫：下翼緣對中和軸的面積矩(3) 支座加勁肋與腹板連接焊縫：均滿足要求。3.10 抗風柱設計 剛架跨度21m，檐口高度9m，每側山墻設置2根抗風柱，山墻墻面板及墻梁自重為，基本風壓標準值為，抗風柱初選截面為。3.10.1 荷載計算墻面恒載標準值 風荷載標準值 根據建筑荷載規范，地面粗糙度系數按B類，

34、風壓高度變化系數，風荷載體型系數取，。垂直于房屋山墻的風荷載標準值：單根抗風柱承受的均布線荷載設計值：恒載 風荷載 3.10.2 內力分析忽略墻架梁垂直荷載的偏心矩，柱自重為。抗風柱的最大軸壓力為 最大彎矩為 剪力為 3.10.3 截面驗算截面特性：3.10.3.1彎矩作用平面內的穩定驗算，滿足剛度要求。，查表得，滿足要求。3.10.3.2 彎矩作用平面外穩定驗算，查表得。，滿足要求。3.10.3.3局部穩定驗算翼緣外伸寬厚比 ，滿足要求。腹板高厚比 ，滿足要求。3.11 支撐設計3.11.1 柱間支撐3.11.1.1 荷載計算：基本風壓，風壓高度變化系數，風壓體型系數。風壓設計值 集中風荷載 吊車縱向水平制動剎車力。3.11.1.2 內力計算：(1) 上柱支撐斜桿內力。桿件拉力設計值：截面選擇：桿件2-3的凈面積 取圓鋼，取鋼管，(2) 下柱支撐斜桿內力，采用雙角鋼支撐。屬于B類截面，查表得。壓桿在循環荷載下的應力降低系數交叉支撐斜桿截面驗算：，下柱支撐滿足要求。3.11.2 屋面支撐屋面橫向水平支撐與柱間支撐布置相協調，并配置形成上、下整體共同工作的空間體系。在屋面上與柱間支撐相同的區間設置的拉緊