【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 80 頁 共 80 頁戴南新源環(huán)保有限公司廠房設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒論自20世紀(jì)90年代以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標(biāo)志性高層建筑的建成，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展揭開了新的一頁。近十年輕鋼建筑工程得到迅速的發(fā)展，其具有施工周期短、綜合經(jīng)濟(jì)效益好、抗震性能好、宜于拆卸搬遷等優(yōu)點(diǎn)，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性差的缺點(diǎn)，使得它在工業(yè)廠房以及民用設(shè)施中獲得了更廣泛的應(yīng)用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為戴南新源環(huán)保有限公司廠房設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)類型采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，其目的是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識與技能去分析和解決工程中實(shí)際問題，使自己了解和掌握工程問題的力學(xué)建模以及工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)分析，培養(yǎng)自己的綜合素質(zhì)和能力，提高從事本專業(yè)的實(shí)際工作能力，為今后走上工作崗位打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，需要我們熟悉結(jié)構(gòu)體系的類型并能根據(jù)建筑的特點(diǎn)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式；具備綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識及相關(guān)的參考資料、規(guī)范設(shè)計(jì)出合理實(shí)用的建筑方案的能力；通過對門式剛架進(jìn)行荷載計(jì)算，運(yùn)用3D3S軟件進(jìn)行內(nèi)力分析掌握門式剛架設(shè)計(jì)要點(diǎn)。最后，基于任務(wù)書所給的條件及要求：本廠房地處泰州市，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 500092012）的有關(guān)規(guī)定，，地面粗糙程度為B類。對本次設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)形式為輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)。門式剛架結(jié)構(gòu)體系通常由輕型焊接H形鋼（等截面或變截面）、冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的門式剛架作為主承重結(jié)構(gòu)，配套用冷彎薄壁型鋼（槽鋼）作為屋面檁條和墻檁；屋面和墻面為壓型鋼板；以及相應(yīng)的支撐系統(tǒng)所組成的結(jié)構(gòu)體系。豎向荷載由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞至門式剛架梁及柱，隨后傳遞給基礎(chǔ)。縱向承載結(jié)構(gòu)由縱向柱列、吊車梁、柱間支撐和基礎(chǔ)等組成，廠房承受的水平荷載經(jīng)由吊車梁、柱間支撐等構(gòu)件傳遞至縱向柱列，再傳遞給基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)將首先進(jìn)行廠房的建筑布置及結(jié)構(gòu)布置，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊和門式剛架的一些規(guī)范，采用3D3S輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，根據(jù)建模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算檁條、支撐、抗風(fēng)柱等構(gòu)件，選一榀標(biāo)準(zhǔn)榀剛架計(jì)算內(nèi)力并校核梁柱截面是否滿足要求，最后設(shè)計(jì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)域基礎(chǔ)，完成整體設(shè)計(jì)。2 建筑方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，廠房整體采用雙跨等跨矩形平面布置。兩跨均為30m，廠房設(shè)15t橋式吊車兩臺（選用大連重工起重集團(tuán)有限公司DD型），吊車工作級別為A5級。因此，在考慮門窗洞口布置的同時，也應(yīng)該考慮吊車的空間使用要求和采光通風(fēng)的需要。 建筑平面圖 定位軸線及柱網(wǎng)布置參照任務(wù)書，本次設(shè)計(jì)為雙跨等跨門式剛架廠房結(jié)構(gòu)，跨度都為30m。根據(jù)GB500062010廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，橫向間距為6m。定位軸線及柱網(wǎng)的詳細(xì)布置方案詳見建施02。 立面設(shè)計(jì)建筑立面布置體現(xiàn)了建筑的外部形象。作為廠房，建筑外觀的美觀要求較低，但是需要布置大氣雄偉。為了保證人員與物資的流通，在兩側(cè)山墻各布置了兩扇門?；诓晒饧巴L(fēng)的考慮，在山墻與縱墻都布置大量平開窗，兩側(cè)縱墻均布置有封閉高窗用來提高采光效果?；诔鋈敕奖憧紤]，在門洞處均設(shè)置有斜坡和雨棚。 建筑立面圖 剖面設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書要求，則柱頂標(biāo)高：其中H2為軌頂?shù)街數(shù)母叨?，H2=H6+H7+H8。H6為軌頂?shù)叫≤図斆娴木嚯x，根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（有吊車）》查吊車規(guī)格表可知為2185mm；H7為小車頂面到梁的距離，規(guī)范規(guī)定應(yīng)≥300mm，此處取315mm；H8為梁高，由前知為800mm，則有：根據(jù)任務(wù)書要求，廠房室內(nèi)外高差為300mm。本設(shè)計(jì)的屋面結(jié)構(gòu)形式采用單脊雙坡方式，在其他條件都相同的情況下，屋脊兩側(cè)各需要一根檁條，而內(nèi)天溝兩側(cè)也各需要一根檁條，因此，多一個屋脊就需要多一根檁條；多一個內(nèi)天溝也需要多一根檁條。同時也需要增加內(nèi)天溝、落水管、室內(nèi)排水溝的用料，設(shè)置內(nèi)天溝還容易因積水、積雪而加大荷載，甚至導(dǎo)致滲漏。如果因?yàn)槭覂?nèi)排水溝淤塞需要疏通，還將影響正常使用，而對多級多坡不等高剛架，上述的問題更加嚴(yán)重，應(yīng)盡可能不采用。 廠房剖面圖 采光通風(fēng)設(shè)計(jì)根據(jù)廠房的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)要求，廠房四面都設(shè)有窗戶，由于廠房中設(shè)有吊車，光線不能很好地進(jìn)入室內(nèi)，在吊車梁的上下段布置窗戶，下段為平開窗，上段為固定的高窗。這樣的設(shè)計(jì)既解決了廠房的采光問題，又解決了通風(fēng)問題。 屋面排水設(shè)計(jì)屋面采用有組織排水，由規(guī)范知坡度為1/10～1/20，取1/10。每個剛架布置一個直徑為120mm的PVC雨水管，%。 廠房的圍護(hù)設(shè)計(jì)（1）外墻設(shè)計(jì)，墻下設(shè)基礎(chǔ)梁支撐在基礎(chǔ)上。（2）屋面設(shè)計(jì)屋頂采用壓型鋼板，型號為：YX35—125—750—，用C型檁條與剛架梁連接。（3）地面設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的所給條件，廠房內(nèi)對地面沒有特殊要求，由規(guī)范可知采用水泥砂漿地面即可。3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為了加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和穩(wěn)定性，廠房一般會適當(dāng)?shù)夭贾弥误w系，支撐系統(tǒng)包括柱間支撐和屋蓋支撐兩大部分，其主要作用是傳遞水平風(fēng)荷載以及吊車間產(chǎn)生的沖切力。輕型門式剛架廠房由承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)等三大部分組成。其中，主結(jié)構(gòu)有：橫向剛架（包括中部和端部剛架）和支撐體系，次結(jié)構(gòu)有：屋面檁條和墻面檁條等；圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括：屋面板和墻板；另外還有基礎(chǔ)。 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)組成 結(jié)構(gòu)形式本廠房為鋼結(jié)構(gòu)廠的門式剛架結(jié)構(gòu)。當(dāng)廠房設(shè)有吊車時，為了節(jié)省材料和有效的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用變截面梁，變截面梁分三段，根據(jù)以往的工程實(shí)際情況，分段處大致為反彎點(diǎn)處，以減小跨中彎矩帶來的危害，至結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，故變截面梁分段比為2:6:2。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》，一般鋼結(jié)構(gòu)的廠房使用鉸接柱腳，當(dāng)用于工業(yè)廠房且有5t以上橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。本廠房的吊車為A5工作制15t橋式吊車，故設(shè)計(jì)為剛接柱腳。設(shè)兩對地腳螺栓。對于有橋式吊車的廠房，中柱不宜采用搖擺柱。： 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 結(jié)構(gòu)平面布置根據(jù)任務(wù)書要求，廠房全長60米，則設(shè)計(jì)柱距為6m，共11榀剛架。在廠房兩層山墻處需要布置抗風(fēng)柱抵抗側(cè)向風(fēng)載。由于廠房兩跨等跨均為30m，根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（帶吊車）》（04SG5183）的規(guī)定，抗風(fēng)柱的柱距設(shè)計(jì)為6m，6m，6m，6m。根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102：2002）規(guī)定，門式剛架輕型房屋的屋面坡度宜取1/10～1/20。具體坡度可詳見建施03。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)自重輕，且廠房所處地理位置土質(zhì)良好，因此選用淺基礎(chǔ)中的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。柱腳采用剛接柱腳，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為臺階基礎(chǔ)。基礎(chǔ)的平面布置方式詳見結(jié)施02，基礎(chǔ)的具體參數(shù)及形式詳見結(jié)施04。（1）伸縮縫溫度變化將引起結(jié)構(gòu)變形，使廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。故當(dāng)廠房平面尺寸較大時為避免產(chǎn)生過大的溫度變形和溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房的橫向或縱向設(shè)置溫度伸縮縫。本次設(shè)計(jì)的廠房長度為60m，無需在橫向上設(shè)置伸縮縫。（2）柱距的布置根據(jù)《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》和《建筑統(tǒng)一模數(shù)制》可知，對廠房橫向，當(dāng)廠房跨度L18m時，其跨度宜采用6m的倍數(shù)。所以本次設(shè)計(jì)廠房的柱距取6m。（3）抗風(fēng)柱布置根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（帶吊車）04SG5183》規(guī)定抗風(fēng)柱的間距為：6m，6m，6m，6m。（4）柱間支撐布置根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（帶吊車）04SG5183》規(guī)定，在廠房的兩端開間分別布置兩道柱間支撐，上柱和下柱各一道。上柱柱間支撐為單片，連接于柱腹板中心，下柱柱間支撐為雙片，連接于柱兩側(cè)翼緣里側(cè)。（5）基礎(chǔ)布置本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是鋼結(jié)構(gòu)廠房，根據(jù)任務(wù)書給出的地質(zhì)條件，本次設(shè)計(jì)采用階形式的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。4 3D3S輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3D3S軟件一款專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)軟件，對設(shè)計(jì)門式剛架輕鋼來說，3D3S可以簡單迅速的建模，在節(jié)點(diǎn)計(jì)算方面更有著異常強(qiáng)大的功能，能自動設(shè)計(jì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)并且校核優(yōu)選，由于是基于CAD的一款鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，可以直接在CAD出圖。在輔助設(shè)計(jì)方面更是可以直接校核支撐，設(shè)計(jì)并出基礎(chǔ)圖。3D3S軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時，首先設(shè)計(jì)剛架模板，然后將模板配置到設(shè)定好的柱網(wǎng)中，接著分別對單榀框架進(jìn)行材性定義和截面定義、荷載布置并計(jì)算其內(nèi)力，再進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如門窗、屋面檁條、墻面檁條、屋面支撐和抗風(fēng)柱等構(gòu)件，最后對整體模型進(jìn)行后處理編輯并輸出相應(yīng)的圖紙以及計(jì)算書。 剛架布置進(jìn)入3D3S建模界面，進(jìn)入模板生成界面，輸入相應(yīng)的模板信息，包括跨度、檐口高、牛腿標(biāo)高、梁分段比等。接著進(jìn)入荷載信息界面，輸入相應(yīng)的荷載信息，包括恒載、活載、基本風(fēng)壓等。模板信息和荷載信息輸入完成后，建模部分基本完成。進(jìn)入軸網(wǎng)生成界面，把軸線數(shù)和軸線間距輸入，軸線就生成完畢。進(jìn)入剛架布置界面，點(diǎn)擊生成的軸線，剛架就可以布置上去。 模板生成 吊車布置吊車荷載參數(shù)中有相應(yīng)的吊車信息，如施加吊車的節(jié)點(diǎn)和位置，吊車規(guī)格等，可根據(jù)工程實(shí)際情況選用合適的吊車。 吊車荷載參數(shù)信息 抗風(fēng)柱布置首先從截面庫中選擇抗風(fēng)柱的截面，然后按照要求輸入抗風(fēng)柱間距，再選擇布置抗風(fēng)