大吨位吊车门式刚架轻型钢结构厂房的优化设计研究

论文摘要

轻型门式刚架房屋钢结构是现阶段国内轻钢结构的代表,是目前应用最广泛的结构形式之一。但是门式刚架结构的不合理建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加,目前,国内门式刚架设计一般采用试算法:初定结构的参数（门式刚架的结构布置和各种构件的截面形式）,然后根据约束条件（依据设计规范:构件的强度、刚度、稳定性条件）选择截面的尺寸,并通过结构计算作适当修正后,一般就可以作为最终方案,所以对门式刚架进行截面优化方面的计算分析,得出了优化结构用钢量及截面尺寸的关系,并根据分析结果提出了合理优化设计的建议有重要的意义。轻型门式刚架房屋钢结构是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）对吊车吨位限定为不大于20吨,但是有些轻型维护系统的钢结构厂房吊车吨位超过了以上限值。本文就基于这个吊车吨位的限值,参照国内外有关工程经验,计算设计了32吨双梁吊车门式刚架钢结构厂房,并采用现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）相结合的设计思路,为大吨位门式刚架结构的设计及应用提供借鉴。本文仔细研究分析了门式刚架采用《钢结构设计规范》（GB50017-2003）与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）的计算设计结果,并对两种结果的含钢量进行经济比较。研究分析两种规范的挠度差异性和局部稳定构造差异性,这两种的差异性是导致计算设计结果不同的主要原因,因此采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）计算设计出来的主结构的含钢量比采用《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的主结构的含钢量减少37.53%,刚架的总重量则减少27.09%。大开间、大空间的轻钢结构是今后大型物流中心、大型仓库及大型超市发展的主要方向。目前,通常情况下轻钢结构建筑的柱距在6m到9m之间,使用Z型檩条或C型檩条的形式,均能满足建筑的要求。当客户对室内的功能要求更高,室内使用率要求更高时就难以满足。如果柱距达到9.0m以上,不超过18.0米时,普通的做法是做托梁,这样的钢量就大幅增加,成本增高。巴特勒制造公司独特的桁架檩条解决增加托梁的结构形式,在经济成本更低的情况下释放了更加宽阔的室内操作空间。本文作者总结了在同等条件下不同开间的主结构钢量、檩条钢量和总钢量,得出采用9.0米开间的轻钢结构和采用15.0m开间的轻钢结构的总钢量身最低,15.0m开间的轻钢结构的总钢量比9.0m开间的轻钢结的总钢量还少约2.3～6.7%左右,对节约社会资源具有重大的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文的研究的内容
• 1.3 本章小结
• 第二章 轻钢门式刚架结构的系统组成
• 2.1 轻钢门式刚架结构的组成和材料的选取
• 2.1.1 轻钢门式刚架结构的组成
• 2.1.2 轻钢门式刚架结构的布置
• 2.2 主结构及其支撑系统
• 2.2.1 主结构的构造类型及节点形式
• 2.2.2 结构支撑体系
• 2.3 次结构及其连接构造
• 2.3.1 冷弯薄壁型钢的特点
• 2.3.2 屋面檩条的构造
• 2.3.3 墙面檩条的构造
• 2.4 辅助结构系统
• 2.4.1 雨篷和挑檐
• 2.4.2 吊车梁和牛腿
• 2.4.3 楼梯和栏杆
• 2.4.4 检修平台和女儿墙
• 2.5 本章小结
• 第三章 轻钢门式刚架设计的基本理论
• 3.1 结构设计原则
• 3.1.1 背景
• 3.1.2 承载能力极限状态
• 3.1.3 正常使用极限状态
• 3.1.4 荷载及其组合
• 3.2 计算模型和计算理论
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 蒙皮效应
• 3.2.3 一阶弹性理论和二阶弹性理论
• 3.2.4 薄壁构件结构力学
• 3.3 稳定设计的基本理论
• 3.3.1 整体稳定设计
• 3.3.2 局部稳定设计
• 3.4 优化设计的基本理论
• 3.4.1 结构优化设计的基本概念
• 3.4.2 轻钢结构优化设计的数学模型
• 3.4.3 结构优化方法简介
• 3.4.4 轻钢结构的满应力设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 32T 双梁吊车钢结构厂房的计算与分析
• 4.1 工程背景
• 4.2 设计要求
• 4.3 主结构计算与分析
• 4.3.1 设计依据
• 4.3.2 总信息
• 4.3.3 计算模型数据
• 4.3.4 标准截面信息
• 4.3.5 内力计算
• 4.3.6 钢柱荷载效应组合及强度、稳定计算
• 4.3.7 钢梁荷载效应组合及强度、稳定计算
• 4.4 吊车梁的设计分析
• 4.5 围护结构设计分析
• 4.6 采用《钢结构设计规范》计算主结构的结果
• 4.6.1 设计要求
• 4.6.2 计算结果
• 4.6.3 主结构各段截面选材
• 4.7 两种计算结果的差异理论分析
• 4.7.1 挠度的差异
• 4.7.2 局部稳定的构造差异
• 4.7.3 两种计算结果的差异理论分析
• 4.8 两种计算结果的经济分析比较
• 4.9 本章小结
• 第五章 大开间柱距的桁架檩条与经济比较
• 5.1 大开间柱距的桁架檩条简介
• 5.1.1 桁架檩条特征
• 5.1.2 墙筋柱及屋面、墙面支撑系统
• 5.1.3 设计采用荷载及变形控制
• 5.2 轻钢门式刚架结构柱网尺寸的经济分析
• 5.2.1 各类柱网尺寸的经济分析
• 5.2.2 影响柱网尺寸合理选择的其他因素
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 建议与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢