集装箱安装车间单层轻型门式刚架设计论文.docx

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1、摘 要 近年来，随着工业的快速发展和钢结构技术的不断进步与更新，新型材料运用越来越广泛，轻型钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式钢架结构在单层工业厂房、仓库、超市等大跨度建筑中得到了广泛的应用。整个设计工程中，建筑设计起到决定性的作用。不仅要考虑建筑的外观造型和内部布局是否合理,还要考虑辅助功能、采光、消防安全等问题。“布局合理、设施完善、设计先进、美观大方”是该设计的主要原则,为的是建造一座安全、经济、实用、美观、大方的集装箱安装车间。还在结构布置上体现了钢框架结构的多种优势，比如跨度大、稳定性好、抗震性能强、自重小、空间布置灵活等建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。该建

2、筑体现出框架结构布局灵活的优势，所以店铺的位置只做了大体分隔，具体的大小和位置安排均自行选择安排。本设计包括建筑设计和结构设计两部分。建筑设计主要包括建筑设计总说明、平面设计、立面设计、剖面设计以及细部详图；结构设计方面，先根据平面布置对梁柱的尺寸进行初选，然后进选出一榀框架进行横向荷载和竖向荷载的计算，并进行内力组合；根据计算结果和构造要求，对框架梁和柱进行验算，最后对节点、楼梯、基础等进行设计。关键词：轻型钢结构； 钢框架结构；建筑设计；结构设计AbstractIn recent years, with the continuous progress and updating of ind

3、ustrial rapid development and technology of steel structure and new materials used more and more widely, light steel structure in large numbers, especially lightweight steel portal frame structure in the mono layer workshops, warehouses, supermarkets, and the construction of large span has been wide

4、ly used.Throughout the design, architectural design plays a decisive role. Not only to consider the architectural appearance and internal layout is reasonable, but also to consider the auxiliary functions, lighting, fire safety and other issues. Reasonable layout, complete facilities, advanced desig

5、n, elegant is the main principle of the design, for is to build a safe, economic, practical, beautiful, container installation workshop. Also in the structure layout reflects the many advantages of steel frame structure, such as large span, good stability, strong shock resistance, light weight, flex

6、ible arrangement of space and the exterior of the building requirements of novelty, beautiful appearance, and can fully reflect the aesthetic characteristics of the light steel structure building. This architecture reflects the advantages of the layout of the frame structure, so the position of the

7、shop is only roughly separated, the concrete size and the location arrangement are all chosen for arrangement.This design includes two parts of architectural design and structure design. Architectural design mainly includes general description of architectural design, graphic design, facade design,

8、profile design and details; structural design, first on the behavior of beam to column size according to the layout of the primaries, and then select one pin frame for the calculation of horizontal load and vertical load, and the combination of internal forces; according to the calculation results a

9、nd construction requirement, carries on the checking calculation of frame beams and columns. Finally, on the node, the stairs, the foundation design.Key words: light steel structure; steel frame structure; architectural design; structure design目 录第一章 建筑设计1 1.1 工程概况1 1.2 建筑设计原理及要求1 1.3 建筑设计资料2 1.3.1工

10、程地质条件2 1.3.2 气象条件2 1.4 建筑设计说明2 1.4.1平面设计2 1.4.2集装箱安装车间的立面设计3 1.4.3集装箱安装车间的剖面设计3第二章 结构设计计算4 2.1.结构设计资料4 2.2.结构布置及计算简图4 2.3荷载计算5 2.3.1荷载取值计算5 2.3.2各部分作用的荷载标准值计算6第三章 内力计算7 3.1在恒荷载作用下8 3.2在活荷载作用下9 3.3在风荷载作用下10第四章 内力组合14第五章 刚架设计16 5.1截面设计16 5.2构件验算16 5.3节点验算20第六章 吊车梁设计26 6.1设计资料及说明26 6.2内力计算26 6.3吊车梁截面尺寸

11、确定及几何特征计算28 6.4梁截面承载力核算30 6.5梁连接计算33第七章 其他构件设计35 7.1檩条的设计35 7.2隅撑的设计39 7.3墙梁的设计39参考文献42致 谢44第一章 建筑设计1.1 工程概况该建筑为集装箱安装车间单层轻型门式刚架设计，主体采用轻型门式刚架结构，外墙体在标高1.200米以下为240砖墙；标高1.200米以上为双层镀锌钢板。屋面板采用双层镀锌钢板锁边屋面系统。层高为6米，总高度为10.0m，建筑总面积约2520m。采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度21m，柱距6m，柱高10m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为7度。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃

12、棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，钢材采用Q345钢，焊条采用E50型。由于该厂房的灵活性比较大，所以只是做了一定的区域分隔，具体面积大小自行抉择。1.2 建筑设计原理及要求整个设计工程中，建筑设计起到决定性的作用。不仅要考虑建筑的外观造型和内部布局是否合理,还要考虑辅助功能、采光、消防安全等问题。“布局合理、设施完善、设计先进、美观大方”是该设计的主要原则,为的是建造一座安全、经济、实用、美观、大方的集装箱安装车间。 设计思想:本设计从安全实用的角度出发，在设计上应保证简单实用而又不失美观大方。在结构布置上体现了钢框架结构的多种优势，比如跨度

13、大、稳定性好、抗震性能强、自重小、空间布置灵活等。新世纪的建筑有新世纪的要求，在设计中更应该突出了建筑物的以下特征：（1）形象的艺术性；（2）空间的可变性；（3）功能分区的明显性；（4）建筑的地域性；（5）交通的方便性。要把握集装箱安装车间的时代特征，安全实用更是每个建筑要达到的最终目标。建筑防火按照公共建筑防火要求进行规范设计的，并根据集装箱安装车间的布局合理安排。通过对该建筑物的平、立、剖面图的绘制，表现出不同方向上建筑物外形及剖切面的投影，这样能够更好地表达建筑物的三维空间。1.3 建筑设计资料1.3.1工程地质条件： 建筑物场地地势平坦，地表高程38.5638.72m，地下水位标高33

14、.4m，无腐蚀性，标准冻融深度为0.81.2m。经地质勘测，地层剖面为：表层0.81.2m耕杂土；以下有2.5m深的亚粘土；再往下为厚砂卵层。亚粘土层可做持力层，地基承载力标准值为150kN/m2。地基土容重19kN/m3。1.3.2 气象条件：该地区为三级气候分区，其基本气象资料为：最冷月平均气温：3.0；最热月平均气温：28.8。极端最低温度-5；极端最高温度41。平均年总降雨量1230.6 mm,日最大降雨量317.4 mm。最大积雪深度：32 mm。最大冻土深度：10 mm。冬季平均风速2.6 m/s，夏季平均风速2.5 m/s，30年一遇最大风速21.9 m/s。常年主导风向：东北夏

15、季主导风向：西南风冬季主导风向：东北风1.4 建筑设计说明1.4.1平面设计该厂房平面为矩形，“一”字型。是为了迎合厂房便于运输、装卸等使用功能。本集装箱安装车间正门朝北，设有一个进货出入口。中央约占150平，屋顶单独设置为桁架结构的屋顶。不仅能够满足采光要求，而且更有利于装饰。采用铝合金隔热门窗；建筑外观要求美观、新颖，能够充分体现轻钢结构建筑的美学特点。该建筑体现出框架结构布局灵活的优势，所以店铺的位置只做了大体分隔，具体的大小和位置安排均自行选择安排。1.4.2集装箱安装车间的立面设计立面设计包括正立面和右侧立面两部分立面图。建筑设计不仅要考虑如何满足生产生活功能要求，而且更要满足当代人

16、们的精神文化的要求。因此，该建筑的外墙标高1.200米以上为双层镀锌钢板，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑节能、建筑结构和建筑功能等因素有机地统一起来，建筑物从同角度呈现出动态美，这可以与周边建筑群相融合。可建筑顶部百叶窗可以满足通风和采光的要求。1.4.3集装箱安装车间的剖面设计建筑的剖面设计为了更直观的反映楼层的各部位结构布置，表现建筑物在垂直方向上的关系。选择剖切面时，把剖切位置定在楼梯间处。剖面图可以看出，各层层高均为4.0m。室内地坪比室外高0.45m，楼梯间窗台高为1.0m，女儿墙高为1.26m。同时也展示了墙体填充材料、楼板厚度和材料、楼梯详细设计等方面，合理完善地展现了本

17、设计的方案设计和设计思路。第二章 结构设计计算2.1.结构设计资料1、地质条件：地基承载力特征值=150kPa； ,类场地。2、气象资料：基本风压=0.4kN/ m2 ，基本雪压 =0.2 kN/ m2 。3、荷载：表1-1项 目取 值永久荷载结构自重（其中包括屋面板0.15kN/m2、檩条（含拉条）0.05 kN/m2、保温层及刚架自重）0.8mm厚压型钢板 0.15 kN/m2刚架及支撑 0.10 kN/m2刚架斜梁自重 0.15 kN/m2轻质墙面及柱自重0.5 kN/m2（包括墙面0.15 kN/m2，墙梁0.08 kN/m2）可变荷载活载计算刚架取0.3kN/m2 计算檩条取0.5k

18、N/m2雪载0.2 kN/m2风荷载基本风压按荷载规范GB50009-2010取，地面粗糙等级是C级，基本风压：0=0.4kN/m2。由于柱高小于10m，不考虑高度变化系数，故取：0=1=0.4kN/m2。2.2.结构布置及计算简图本设计工程采用钢框架结构，楼板为压型钢板组合楼板，荷载由楼板传递到梁，由梁传递到柱，再由柱传递到基础。柱网布置如图2-1所示。（为了清晰，截取部分）图2-1 柱网布置2.3荷载计算2.3.1荷载取值计算：（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）YX51380760型彩色型钢板 0.15 50 厚保温玻璃棉板 0.05 PVC铝箔及不锈钢丝网 0.02 檩条及支撑 0

19、.10 刚架斜梁自重 0.15 悬挂设备 0.40 合计 0.87 （2）面可变荷载标准值屋面活荷载：0.48雪荷载：基本雪压=0.45。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=，=1.0，雪荷载标准值 ：=1.00.45=0.45。取屋面活荷载和雪荷载中的较大值0.48，不考虑积灰荷载。（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.5（4）风荷载标准值基本风压：=1.050.55=0.58；根据地面粗糙度列别为B类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10时，按10高度处的数值采用，=1.0。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为0.25和1.0，背风面柱及屋面分别为0.55和0.65。（5）地震作用哈

20、尔滨地区抗震设防烈度为7度，根据全国民用建筑工程设计技术措施-结构中，本设计暂时不考虑地震作用。2.3.2各部分作用的荷载标准值计算：（1）屋面恒荷载标准值：0.876=5.22活荷载标准值：0.486=2.88（2）柱荷载恒荷载标准值：0.5685.2212=86.64活荷载标准值：2.8812=34.56（3）风荷载标准值迎风面：柱上 横梁上背风面：柱上 横梁上第3章 内力计算利用结构力学求解器进行内力分析结果如下：3.1在恒荷载作用下 图3.1 恒荷载作用下的M图图3.2 恒荷载作用下的N图 图3.3 恒荷载作用下的V图3.2在活荷载作用下： 图3.4 活荷载作用下的M图 图3.5 活荷

21、载作用下的N图 图3.6 活荷载作用下的V图3.3在风荷载作用下： 图3.7 左风向风荷载作用下的M图 图3.8 左风向风荷载作用下的N图3.9 左风向风荷载作用下的V图 图3.10 右风向风荷载作用下的M图 图3.11 右风向风荷载作用下的N图 图3.12 右风向风荷载作用下的V图第4章 内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据建筑结构荷载规范（GB500092001）的规定，采用荷载效应的基本组合：。本工程结构构件安全等级为二级，。刚架内力组合（左半跨）见表4.1。表4.1 内力组合表截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M/KNmN/KNV/KN刚架柱柱顶 B（1）392.1

22、0123.55-49.01（2）-3.105.87-4.48（1）392.10123.55-49.01（2）-3.105.87-4.48柱底 A（1）0151.20-49.01（2）028.915.26刚架梁刚架梁支座B（1）392.1061.06118.06（2）-3.105.055.4跨中C（2）-46.66-1.19-1.55（1）-290.4148.76-4.87第5章 刚架设计5.1截面设计：初选梁柱截面均用焊接工字钢。截面特性： 5.2构件验算：（1）构件宽厚比验算翼缘部分： =120/12=10腹板部分：=576/10=57.6，满足要求。B.弯、剪、压共同作用下的验算取梁段截面

23、进行验算，N=61.06kN，V=118.06kN，M=392.10kN.m。 因VM=392.10kN.m,取M= 故 ,满足要求。C.整体稳定性验算N=61.06kN，M=392.10kN.m 梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度=24119.7mm，=/=100.5=150，b类截面，查表得0.427。kN=2150kN。 =193.24，满足要求。梁平面外的整体稳定性验算：计算长度取=3015mm。对于等截面构件，b类截面，查表得=0.701。=3.890.6取0.9981.0。180.62 ，满足要求。D.按钢结构设计规范（GB500172003）校核该梁腹板容许高厚比。粱端

24、截面：故，满足要求。梁跨中截面：故，满足要求。E.验算檩条集中荷载下的局部受压承载力a檩条传给横梁上翼缘的集中荷载KN b验算腹板上边缘处的折算应力 取梁端截面处的内力M=392.10kN.m，N=61.06kN，V=118.06kN。 ，满足要求。B.弯、剪、压共同作用下的验算 取柱端截面进行验算N=123.55kN，V=49.01kN，M=392.10kN.m。因VM=392.10kN.m,取M= 故 ,满足要求。C.整体稳定验算构件的最大内力：N=123.55kN，M=392.10kN.ma.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=8000mm，梁长L=24119.7mm，3.01，查表

25、得柱的计算长度系数。刚架柱的计算长度=14348mm。 0.6取0.9981.0。 D.按轻型门式刚架设计规程可知该刚架柱腹板容许高厚比不需验算。（4）验算刚架在风荷载作用下的侧移 刚架柱顶等效水平力： =5.3节点验算：（1）梁柱连接节点A.螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M27高强摩擦型螺栓连接，构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是290kN，连接处传递内力设计值：N=61.06kN，V=118.06kN，M=392.10kN.m。 （a） （b） 图5.1 刚架柱与刚架梁的连接节点螺栓抗拉承载力验算：kN ，满足。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：1

26、，满足要求。B.端板厚度验算端板厚度取t=25mm，按二边支撑类端板计算:C.梁柱节点域的剪应力验算 170 ，满足要求。D.螺栓处腹板强度验算kN0.4P=116kN。 ，满足要求。（2）横梁跨中节点A.螺栓强度验算横梁跨中节点采用10.9级M24高强摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.50，每个高强螺栓的预拉力是225kN，连接处传递内力设计值：N=48.76kN，V=4.87kN，M=290.41kN.m。 (a) （b） 图5.2 刚架梁跨中节点螺栓抗拉承载力验算：kNkN，满足 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算 1，满足要求。B.端板厚度验算端板厚度取t=2

27、5mm，按二边支撑类端板计算C.螺栓处腹板强度验算kN0.4P=90kN。 ，满足要求。（3）柱脚设计刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。 a.柱脚内力设计值：, ; 。 b.由于柱脚剪力较小，0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求设置锚栓即可，采用4M27。c.柱脚底板面积和厚度计算。 图5.3 刚架柱铰接A.柱脚底板面积确定 =290350mm，取b=320mm =640700mm，取h=660mm 底板布置如图，基础采用C20混凝土，=9.6，验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：122.98上翼缘板：上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲

28、板件的支撑边， 1 0.896C.受压板件的有效宽度腹板：， 1.1板组约束系数：=0.424 由于0，取=101.78mm。=80，则截面有效宽度为： =102.63mm =0.4=41.05mm，=0.6=61.578mm。上翼缘板： 0，取。 =28， 则截面有效宽度为： mm =0.4=26.24mm，=0.6=39.37mm。下翼缘板：下翼缘板全截面受拉，全部有效。D.有效净截面模量 图7.2 檩条上翼缘及腹板的有效净截面上翼缘板的扣除面积宽度为，腹板的扣除面积宽度为，同时在腹板的计算截面有一直径13mm拉条连接孔（距上翼缘板边缘35mm），孔位置与扣除面积位置基本相同。所以腹板的扣

29、除面积按直径13mm拉条连接孔计算，有效净截面模量为：=51.31 27.52 11.01（3）强度验算按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑 =136.35205 =128.16205（4）挠度计算mm=30mm（5）构造要求,满足，满足。6.2隅撑的设计：隅撑按轴心受压构件设计，轴心力为连接螺栓采用普通C级螺栓M12，隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离为。选用L504，截面特性：，查表得。单面连接的角钢强度设计值乘折减系数，满足要求。 图7.3 檩条上翼缘及腹板的有效净截面6.3墙梁的设计：本工程为单层工业厂房，刚架柱柱距为6m，标高1.200m以上采用彩色压型钢板。墙梁间距1.5m，跨中处设置一道拉条，钢材Q235.（1）荷载计算墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢20070202.5，自重，墙重；基本风压，（2）内力计算 ，（3）强度计算 墙梁C20070202.5，平放，开口朝上，,参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验，取，。 在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧，并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外