某单层厂房设计说明书

1前言设计题目来源于山西省某机械厂的二期机械配件加工厂房计划。本次毕业设计主要任务是加工厂房的结构设计。课题来源于实际，其成果可直接或间接的满足市场的需求，为社会服务，实现了毕业设计的社会经济效应。此次设计的目的是为了培养我正确的设计思想，严谨的设计态度，掌握国内外先进的设计方法（PKPM、3DS钢结构设计软件的学习）。通过解决具有一定复杂程度的实际工程问题，使所学的专业知识与实践相结合，进一步掌握轻型钢结构的设计方法和设计原理。设计说明书内容详实、完整、涉及面广，对众多参考资料进行了比较和校正，然后选择采用双跨四坡门式刚架的结构形式。依次按照主结构、次结构、支撑体系、围护体系的顺序进行详细的设计计算。从材料、设计计算到构造要求等作了充分的考虑，在细节中附有大量的图表加以说明。本设计还涉及到了薄壁型钢和压型钢板以及保温材料。这些材料性能十分优越，并获得了较好的技术、经济效果。从第一本《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》颁发以来，门式刚架轻型钢结构经历了数十年的发展。门式刚架是工业厂房发展的趋势，国内外对门式刚架的研究已相当成熟，正逐步向技术标准定型化、加工过程工厂化、施工工艺机械化的目标发展。国内外关于门式刚架设计的争议主要集中在荷载取值和计算理论体系。本设计依据我国相关钢结构设计规范，采用以概率论为基础的极限状态设计方法。在设计过程中，我收集了较多的工程设计资料，并深入现场进行实践，从工程概况、方案论证、总体设计到结构设计，以科学的理论知识为基础，以工程实例为依据，根据国家标准规范，结合科学手段精心设计完成。由于缺乏实践经验，错误在所难免，敬清诸位老师批评指正。21设计资料与依据1.1工程概述本设计是长春市一汽轻型车厂机械加工装配车间设计，该车间采用单跨双坡的门式刚架结构。设计使用年限50年，安全等级二级，抗震等级丙类。车间跨度21m，长度51.8m，柱间距7.4m，柱高9.3m，屋面坡度1/20，带一个起重量为5t的电动单梁吊车。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充保温玻璃纤维棉，檩条间距1.47m。当地屋面活荷载标准值0.30KN/m,屋面恒荷载0.30KN/m2，基本风压0.55KN/m2，基本雪压0.55KN/m2。设计依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002《轻型钢结构设计指南》．中国建筑工业出版社《钢结构设计原理》．高等教育出版社《钢结构设计手册》（第三版）.中国建筑工业出版社《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2001）《建筑制图标准》（GB/T50004-2001）《涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级》(GB8923)2方案论证2.1方案拟定及论证本次设计初步拟定采用门式刚架的结构形式。门式刚架体系具有多元化和完善化的特点，是建筑工业厂房发展的趋势，具有大跨度、自重轻、韧性好、可重复使用、设计弹性大、美观大方、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少，可应用于大跨度、高耸、重载工程，已广泛应用于工业厂房、机场车库、体育场馆、仓库、购物中心等工业与民用建筑，课题实际科研成果社会价值高、实用性强。门式刚架的结构形式分为单跨、双跨、多跨刚架和带挑檐的刚架等形式。根据《轻型钢结构设计》规范建议，单层门式刚架的跨度应根据建筑使用条件和生产工艺确定，一般情况下以跨度3为21~30米时较为经济。本次设计的跨度为21米，选用单跨的形式最为合适经济。由于本工程带有5t吊车，所以采用柱与基础刚接的门式刚架结构。初步方案采用双坡单跨门式刚架，符合国家相关设计规范、经济合理。2.2建筑设计2.2.1地质条件(1)地形条件：地势平坦，邻近城市干道，城市上下水及电煤气管网在附近通过。(2)气象资料：标准冻土深度1.8m，基本风压值0.55KN/㎡，基本雪压值0.55KN/㎡。(3)抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。(4)厂房地面土夯实后上铺混凝土。表层覆盖100mm厚的素混凝土，室内地坪标高为±0.000，室外地面标高为－0.300m。由于上部结构自重较轻，基础采用柱下独立基础形式，持力层受力状况良好。2.2.2施工与安装条件(1)各种材料保证供应，品种齐全。(2)施工技术力量雄厚，有足够的运输，吊装设备。(3)构件加工和预测设施配套，保证工期。2.2.3建筑平面设计(1)屋面采用板宽1000mm，波高130mm的YX130-300-600的压型钢板，有效覆盖宽度750mm，屋面采用1/20的双坡屋面。(2)墙体采用双层镀锌压型钢板，钢板间夹一层保温棉。(3)厂房采用散排水。(4)车间采用铝合金塑钢推拉窗、平开窗，出入门采用夹芯板推拉门。门窗表表2-1门窗编号洞口尺寸选用图集及规格数量（个）附注宽度(m）高度（m）M-136003600厂家订作2夹芯板推拉门C-115001200厂家订作28铝合金塑钢推拉窗C-236001500厂家订作10铝合金塑钢平开窗43结构设计与计算3.1设计基本资料3.1.1设计基本资料本次车间设计采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱高9.3m，柱距7.4m，八榀刚架，屋面坡度1/20；柱、梁采用Q345B，其他采用Q235B，螺栓采用摩擦型高强度螺栓10.9级和普通螺栓。焊条采用E43，基础混凝土等级C20，柱、梁采用焊接组合梁，柱为等截面，梁为变截面，柱脚刚接，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁C型钢。3.1.2柱网布置柱网应根据工艺、结构和经济要求布置。按施工要求，厂房的横向柱距、纵向柱距应满足生产工艺、使用和发展要求。柱的位置和厂房的地上设备、起重及运输通道、地下设备和设备基础、地下管道相协调。按结构要求，柱网布置应尽量简单，避免在同一区段内设置纵横跨。按经济要求，纵向柱距常对钢材用量和造价有较大影响。增大柱距，柱和基础的材料用量减少。综合考虑以上原则并结合本工程实际情况，其布置如下图3.1所示。图3.1柱网布置（单位mm）3.1.3支撑布置1．柱间支撑和屋面支撑必须布置在同一开间内，形成抵抗纵向荷载的支撑桁架。2．支撑的间距一般为30～40m，不应大于60m。53．支撑可布置在温度区间的第一个或第二个开间。当布置在第二个开间时，第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。4．45°的支撑斜杆能最有效地传递水平荷载，当柱子较高导致单层支撑构件角度过大时，应考虑设置双层柱间支撑。5．在刚性转折处宜设置刚性系杆，如柱顶和屋脊。6．轻型门式刚架结构中的刚性系杆可由相应位置处的檩条兼作，檩条刚度或承载力不足时设置附加系杆。3.2荷载计算(1)恒荷载：屋面恒荷载（含檩条自重）0.5KN/m2恒荷载标准值0.3×7.4=2.2KN/m(2)活荷载：屋面活荷载0.50KN/m2雪荷载0.55KN/m2活荷载标准值0.55×7.4=4.1KN/m(3)风荷载：基本风压0.55KN/m2，地面粗糙度等级为B类，w0=0.63×1.05=0.66kN/m2风载体型系数如图3.2所示。图3.2风载体型系数示意图柱顶高度取9.3m，风压高度变化系数1.0z，βz=1.0，则风荷载标准值为：211.01.00.250.587.41.07/wKNm221.01.00.550.587.42.36/wKNm231.01.01.00.587.44.29/wKNm6241.01.00.650.587.42.79/wKNm：(4)吊车荷载（如表3-1所示）吊车荷载（吊车为电动单梁吊车）表3-15吨吊车作用下产生的竖向荷载：y2y1PmaxPmax350030007400图3.3吊车梁支座反力影响线及竖向荷载（单位mm）标准值：maxmax10.61.642.366.2DPKNminmin10.61.610.716.7DPKN吊车横向水平荷载，每个轮子的水平刹车力10.12501.54TKNT1的最不利位置同Pmax，Tmax=1.5(10.6)2.4KN(5)地震作用据《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》中第18.8.1条建议：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震设防烈度小于等于7度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。3.3内力计算起重量Q(t)最大轮压Pmax(t)最小轮压Pmin(t)吊车总宽度B(mm)吊车轮距W(mm)54.231.07350030007内力计算是通过清华大学的结构力学求解器计算的。本设计通过结构力学求解器，得出门式刚架分别在恒荷载、活荷载、吊车荷载、风荷载、作用下的弯矩、轴力、剪力图，最终的数据进行下一步的荷载组合。3.3.1内力计算图(1)恒荷载作用下的内力图图3.4刚架在恒载作用下结构计算简图(单位KN/m)8图3.5刚架在恒载作用下的内力图(2)活荷载作用下的内力图图3.6刚架在活载作用下结构计算简图(单位KN/m)9图3.7刚架在活载作用下的内力图(3)左风作用下的内力图10图3.8刚架在左风作用下结构计算简图（KN/m）11图3.9刚架在左风作用下的内力图(4)右风作用下的内力图图3.10刚架在右风作用下结构计算简图(单位KN/m)12图3.11刚架在右风作用下的内力图(5)吊车竖向荷载（1）作用下的内力图图3.12刚架在吊车竖向荷载（1）作用下结构计算简图(单位KN)13图3.13刚架在吊车竖向荷载（1）作用下的内力图(6)吊车竖向荷载（2）作用下的内力图14图3.14刚架在吊车竖向荷载（2）作用下结构计算简图(单位KN)15图3.15刚架在吊车竖向荷载（2）作用下的内力图(7)吊车横向荷载（1）作用下的内力图图3.16刚架在吊车横向荷载（1）作用下结构计算简图(单位KN)16图3.17刚架在吊车横向荷载（1）作用下的内力图(8)吊车横向荷载（2）作用下的内力图图3.18刚架在吊车横向荷载（2）作用下的结构计算简图（单位KN）17图3.19刚架在吊车横向荷载（2）作用下的内力图3.3.2内力组合181.荷载组合门式刚架轻型房屋钢结构的承重构件应按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计，根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB5009—2001）的规定，对于一般框架、排架结构，可以采用简化组合，按照下列组合值中取最不利值确定：A．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×任一可变荷载标准值计算的荷载效应B．1.0×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应C．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×活荷载标准值计算的荷载效应+0.6×1.4×风荷载标准值计算的荷载效应D．1.2×恒荷载标准值计算的荷载效应+1.4×风荷载标准值计算的荷载效应+0.7×1.4×活荷载标准值计算的荷载效应E．1.35×恒荷载标准值计算的荷载效应+所有可变荷载组合值产生的效应2.内力组合控制截面是指构件某一区段中承载力可靠指标相对最底的那些截面，它们对构件的截面设计有控制作用。本设计内力组合的计算控制截面取柱脚、柱顶、牛腿上截面、梁端截面。控制截面的内力种类有轴向力N、弯矩M、和水平剪力V。最不利的四种内力组合如下：(1)maxM与相应的N、V组合；(2)maxM与相应的N、V组合；(3)maxN情况下+M及相应V；(4)maxN情况下-M（最大负弯矩）及相应V；本次设计的内力组合由PKPM软件求得，具体数据参看附录一，由内力组合中取构件最不利内力组合分别为：柱1：柱脚截面M=﹣187.31KN.m，N=132.39KN，V=﹣54.62KN牛腿上截面M=﹣196.23KN.m，N=﹣172.51KN，V=54.62KN柱顶截面M=﹣301.83KN.m，N=﹣96.11KN，V=52.32KN柱2：柱脚截面M=187.31KN.m，N=132.39KN，V=54.62KN牛腿上截面M=196.23KN.m，N=﹣172.51KN，V=﹣54.62KN柱顶截面M=30