土木工程专业毕业论文--钢结构设计

土木工程专业毕业论文--钢结构设计目录第1章建筑部分11.1工程概况11.1.1工程简介11.1.2自然条件11.1.3地质条件及地理情况11.1.4荷载21.1.5设备21.2单层厂房平面设计21.2.1平面形式的确定21.2.2柱网布置的确定21.2.3厂房门的确定31.2.4散水的确定31.2.5生产辅助用房31.3单层厂房剖面设计41.3.1柱顶标高的确定41.3.2室内地坪标高的确定41.3.3采光、通风的确定41.3.4屋面排水的确定51.4．厂房立面设计61.5．其他建筑构造61.5.1屋面的确定61.5.2地面的确定61.5.3门口坡道做法71.5.4雨棚的确定7第2章吊车梁设计92.1设计资料92.2荷载92.3内力计算102.4吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算112.4.1梁截面尺寸确定112.4.2梁截面几何特性132.5梁截面承载力核算132.5.1强度计算132.5.2整体稳定性验算142.5.3腹板局部稳定计算152.5.4梁挠度计算152.5.5抗疲劳验算162.6梁连接计算162.6.1梁端与柱的水平连接162.6.2翼缘板与腹板连接焊缝162.6.3支座加劲肋截面及连接计算17第3章檩条的设计193.1檩条毛截面几何特性193.2荷载计算193.3有效截面计算203.4强度计算233.5稳定性计算243.6挠度计算243.7拉条强度验算25第4章墙梁设计264.1截面选择264.2荷载计算264.3内力计算274.4截面验算294.5拉条强度验算32第5章门式刚架设计335.1设计资料335.2荷载计算335.3内力计算365.4内力组合485.5截面验算495.5.1刚架梁495.5.2刚架柱51第6章节点设计566.1梁柱节点566.2梁梁节点586.2.1螺栓布置及验算586.2.2端板厚度设计596.3牛腿节点606.3.1牛腿处荷载计算606.3.2牛腿根部与柱的连接焊缝计算606.3.3牛腿根部截面强度验算626.4柱脚节点636.4.1确定底板尺寸636.4.2确定底板厚度646.4.3确定锚栓直径646.4.4柱与底板的连接计算656.4.5加劲肋设计与连接计算66第7章基础设计697.1基础梁设计697.1.1基础梁设计资料697.1.2基础梁截面设计697.2基础设计717.2.1确定基底尺寸717.2.2确定基础高度和构造尺寸747.2.3基础底板配筋75结束语77外文翻译78参考文献87致谢88附录89第1章建筑部分1.1工程概况1.1.1工程简介1建筑面积：2500m2，土建总投资：300万元。2建筑等级：结构安全等级Ⅱ级，耐火等级为Ⅱ级，采光等级为Ⅲ级。3结构形式与结构体系：单层带吊车的轻钢结构体系，跨度30m。1.1.2自然条件⑴气温：冬季采暖计算温度－7℃，夏季通风计算温度27℃。⑵风向：夏季主导风向东南，冬季主导风向西北。⑶降雨量：年降雨量767.4mm，小时最大降雨量120.4mm。⑷雨季施工起止日期：7月1日－8月31日。⑸冬季施工起止日期：12月10日－次年3月10日。1.1.3地质条件及地理情况1地形平坦，自然地表标高34.0m。2根据勘察报告，场区土层按自上而下顺序表述如下：①含沙粘土，土层平均厚度0.8m，可塑，标准地基承载力特征值fak150kPa，不宜作为天然地基持力层；②粘土，土层平均厚度2.5m，可塑，标准地基承载力特征值fak220kPa，,宜作为天然地基持力层；③强风化角砾岩，土层平均厚度2.2m，遇水不易软化，地基承载力特征值fak400kPa，良好的地基持力层和下卧层；④中风化角砾岩，土层厚度大，遇水不软化，地基承载力特征值fak1000kPa，良好的地基持力层和下卧层。3拟建场地地下水为基岩裂隙水，勘查期间在勘探深度内各孔均未见地下水。4地基基础方案分析：宜采用天然地基，全风化角砾岩、强风化角砾岩或中风化角砾岩为地基持力层，建议采用-1.0m～－3.0m柱下独立基础。5抗震设防烈度为6度，拟建场地土类型为中硬场地土，场地类别为II类。6最大冻土深0.5m.7基础及其以上覆土的平均重度20KN/m3。1.1.4荷载荷载按建筑结构荷载规范GB50009-2001选用。1.1.5设备中级（软钩）工作制吊车Q＝5T两台。轨道选用铁路重轨轨高170mm。1.2单层厂房平面设计1.2.1平面形式的确定厂房的平面设计除首先满足生产工艺的要求外，在建筑设计中应使厂房的平面形式规整以便节省投资和占地面积，选择经济合理和技术先进的柱网使厂房具有较大的通用性，并使厂房符合工业化施工的要求，正确解决采光和通风，合理地布置生活用房，妥善处理安全疏散及防火措施等。该工业厂房的平面形式采用矩形。这种平面形式较其他形式平面各工段之间靠的较紧，运输路线短捷，工艺联系紧密，工程管线较短，形式规整，占地面积少。且该厂房的宽度不大，室内采光通风都较容易解决。1.2.2柱网布置的确定由于厂房生产线多为顺跨间布置，所以柱距的尺寸主要取决于结构形式与材料，以及构件标准化的要求。我国装配式钢结构厂房使用的基本柱距是6m。6m柱距厂房的单方造价最经济，所用的屋面板、吊车梁、墙板等构配件已经配套，并积累了比较成熟的设计与施工经验。同时考虑纵横向都能布置生产线，且工艺上需要进行技术改造，更新设备和重新布置生产线时，十分灵活，不受柱距的限制，使厂房具有更大的通用性，厂房柱距取6m，跨度30m，长度72m。1.2.3厂房门的确定结构耐火等级为Ⅱ级，防火规范中对此种建筑的最远点至疏散门的允许距离要求为不限，考虑到工艺设计及行走方便，厂房开设五个门，平面位置详见建筑平面图，门的宽度和高度为，厂房门采用双扇平开门。门与主要交通干道相近，能方便运输设备进出与人流疏散。1.2.4散水的确定为保护外墙不受雨水的侵蚀，在外墙的四周将地面做成向外倾斜的坡度，以便将屋面雨水排至远处，所以设置了散水，散水的坡度为5%，宽度取为1000mm，散水的构造做法为：素土夯实，70mm厚1：3：6碎石（砖）三合土，10mm水泥砂浆抹面，，散水面距地面的距离为20mm。散水做法见下图。图1-1散水做法1.2.5生产辅助用房生产辅助用房层数为两层，一层、二层层高均为3米，包括办公室、会议室、男女洗手间、男女换衣间、男女洗浴室、，采用内隔墙隔开，内隔墙采用轻质隔墙，辅助用房分隔及门窗洞口位置详见平面图。1.3单层厂房剖面设计1.3.1柱顶标高的确定由于厂房内有吊车作业，柱顶标高按下式来确定：式中：??柱顶标高（m），必须符合3M的模数；??吊车轨顶标高（m），一般由设计人员提出；??吊车轨顶至小车顶面的高度（m），根据吊车资料查出；??小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（mm）。此间隙尺寸，按国家标准及根据吊车起重量可取300mm，400mm，1200mm。根据设计要求，取6.4m，查吊车资料可得：取1870mm，取400mm。确定柱顶标高为：H6.4+1.87+0.48.67m，取8.7米，符合3M要求.。1.3.2室内地坪标高的确定建筑物的室内外地坪高差，一般根据各种建筑物的使用性质、出人口要求、场地地形和地质情况等因素确定，其室内外最小高差应满足规范要求。在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面需设置高差，以防止雨水倒灌侵入室内。但为了便于运输工具出入厂房和不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，在该厂房设计中高差取值为300mm。确定室内地坪标高为，室外标高为。1.3.3采光、通风的确定该厂房设计中采用天然采光，采光设计就是根据采光等级，查规范确定窗地比来确定窗子的面积，从而布置窗户的形式及标高，以保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。本厂房的采光等级为III级。本厂房拟采用双侧采光，因此窗地面积比为/应大于1/4。纵墙立面采用带窗采光，生活区门窗采用800*800mm以及1500*1800mm两种尺寸的门窗。由于生活区的遮挡光线原因，山墙同样设置门窗采光，以增加厂房的采光面积。纵墙背立面上的开窗总面积为：纵墙正立面的开窗总面积为：山墙上的开窗面积为：则开窗总面积为：建筑面积为:则床地比为：故满足采光要求。1.3.4屋面排水的确定为了使厂房立面美观，本厂房采用有组织内落内排，即使落水管沿室内柱子落下，将雨水排至地下水管道。考虑到青岛气象条件以及厂房最大高度的限制，厂房屋面排水坡度取1/10，天沟纵向坡度取1％。具体内天沟做法如下图所示。图1-2天沟做法示意图1.4．厂房立面设计立面设计是平面、剖面设计的继续，它和平面、剖面是不可分割的整体。平面、剖面设计中，重点从平面组合等方面，解决生产使用和经济之间的关系；在立面设计中，则主要从外观形象方面，反映平面、剖面功能，使形式与内容得到统一。厂房立面利用矩形窗，墙体勒脚等水平构件及其色彩变化形成立面划分形状，使立面简洁大方，具有开朗，明快的效果。立面上，采用底部为1000mm高的砖砌体，表面以水泥砂浆抹面。门窗框口包角板以及女儿墙盖板均采用蓝色钢板，以丰富立面，同时也突出了门窗的重点部位。1.5．其他建筑构造1.5.1屋面的确定本设计中厂房屋面采用有檩体系，即在刚架斜梁上设置C型冷弯薄壁型钢檩条，再铺设彩钢夹芯板屋面，它施工速度快，重量轻表面带有色彩涂层、防锈、耐腐蚀、美观。屋顶坡度考虑屋面排水需要，屋面坡度取为10%。1.5.2地面的确定由于厂房内有重型物品的堆放或车辆行驶，由此考虑建筑物的地面构造采用混凝土实铺地面。地面在铺设时，将开挖的土回填夯实后，在上面铺设碎石或三合土，然后用1：3水泥砂浆找平，然后再铺设混凝土面层。由于在该厂房中有焊接，会产生火花，为了避免出面意外，地面采用特殊的不发光地面。地面做法如下图所示。图1-3厂房地面做法1.5.3门口坡道做法在车间的大门外，应做行车坡道。一般坡度取1：5～1：10之间，在该厂房中取15%，则外坡道的水平长度为2000mm。坡道的构造做法是：素土夯实，20mm厚1：3水泥砂浆面层，50mmC20混凝土填层，坡道布置下图：图1-4坡道做法示意1.5.4雨棚的确定雨棚高出门洞100mm，即标高为4.000。雨棚尺寸确定如下：厚度为100mm，外挑为1500mm，宽度略比门洞尺寸宽，取为3600mm。1.5.5屋脊的确定屋面板采用彩色夹芯板，屋面连接形式及构造见下图：图1-5屋脊节点示意图第2章吊车梁设计2.1设计资料吊车梁选用焊接工字形截面的简支吊车梁系统，跨度为6m，无制动结构，支撑与钢柱，采用加强受压翼缘的方式提高吊车梁的整体稳定性。焊接吊车梁的钢材型号为Q235钢，焊条为E43钢，桥式软钩吊车性能参数如下表2-1所示：表2-1吊车技术参数起重量Qt跨度lkm工作制吊钩类型轮距尺寸（m）最大轮压P（KN）小车重（t吊车总重（t轨道高（mm）56中级软钩8.51.819.21702.2荷载计算吊车梁内力时，吊车梁的自重及作用于其上走道的活荷载、灰荷载、轨道等竖向荷载，可近似以轮压乘荷载增大系数，并考虑动力系数、吊车竖向荷载分项系数进行计算。竖向轮压：kN横向水平力：kN2.3内力计算（1）支座最大剪力：图2-1最大剪力对应的截面位置简图（2）最大竖向弯矩：①两台吊车三个轮图2-2最大弯矩M对应的截面位置简图②两台吊车两个轮图2-3最大弯矩M对应的截面位置简图③一台吊车两个轮此情况计算出来的弯矩值一定比情况②小，所以不起控制作用，在此不在计算。综上所述，第二种情况内力最大起控制作用。⑶最大水平弯矩：2.4吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算2.4.1梁截面尺寸确定⑴经济高度：钢材选用Q235，此时所需梁截面抵抗矩所需梁高（按经济公式）⑵按刚度要求确定梁高：⑶按经验公式确定腹板厚度：⑷按抗剪要求确定腹板厚度：初选腹板-500*8⑸梁翼缘截面尺寸确定：为了使截面经济合理，选用上下翼缘不对称工字形截面，所需翼板总面积按下式近似计算：上下翼缘按总面积60%及40%分配，上翼缘面积下翼缘面积翼板自由外伸宽度2.4.2梁截面几何特性⑴梁对X轴的惯性矩及面积矩：图2-4吊车梁截面简图梁对y轴的惯性矩2.5梁截面承载力