21米跨度门式刚架轻型房屋钢结构设计【开题报告】

毕业论文开题报告土木工程21米跨度门式刚架轻型房屋钢结构设计一、选题的背景、意义1、历史背景门式刚架轻型结构体系开始于美国。

由于门式刚架轻钢结构具有许多其他结构不具有的优点，同时经济效益好，使其得到了广泛的应用。

在初期，这种结构被用于库房等简易房屋。

20世纪60年代在国外由于各种彩色钢板和H型钢和冷弯型钢的出现推动了门式刚架轻钢结构的快速发展。

轻型门式刚架结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。

近十多年来，随着我国钢材产量的增加和焊接H型钢的出现，压型钢板、冷弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产，特别是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS1 02:98 )的颁布实施，轻型门式刚架结构得到迅速的发展。

目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。

2、现状1、外国厂家的进入,新技术新产品的引进1). 1979年上海水产路仑库引进日本S60压型钢板成型机并用于厂房仑库的屋面，1980年上海宝钢一期工程引进日本W550、V115N压型钢板成型机，并在一期工程屋面墙面围护结构应用近60万平方米，是80年代初首次用量最大的工程。

2).1983年开始深训经济开发区蛇口工业区大量引进英国、美国、澳洲和日本等国门式刚架轻型钢结构厂房仑库。

引进澳大利亚预应力门式格构型轻型钢结构仑库。

随后沿海经济开发区也陆续引进国外轻钢厂房仑库，这种建筑还可以用于物流仑储、超市、批发市埸农贸市场等商业建筑；用于体育埸馆及展示场；用于办公楼等多层建筑。

3).1994年美国公司投资创建上海美建钢结构有限公司，1996年嘉定工厂建成投产。

已在国内承建大中型项目500多个，建筑面积达580多万平方米。

1994年美国美联钢结构有限公司(U.S.A.公司)和美国宏宇建筑有限公司在中国建成工程数十项，产品设计、制造技术和管理软件全部从美国U.S.A.公司引进，为客户提供钢结构建筑系统，提供从房屋设计、制作到安装的完善服务。

上海宝成钢构是1993年宝钢集团投资控股，台湾理成工业公司参股的钢结构建筑公司。

宝成钢构全套引进美国华普公司设计系统、建筑产品系统及生产流水线，具有集预制钢结构房屋销售报价、设计制作、安装于一体的全套服务。

ASTRON建筑体系是美国卢森堡子公司在欧州质量最好的、用量最大的轻型钢结构建筑体系。

ASTRON建筑体系1994年进入中国，先后在北京、苏州等地建成十几项大工程。

台湾独资企业华胤公司1994年在厦门建厂，1996年在江苏昆山建厂，先后又在北京、上海、东莞、西安、南京等地设立分公司和办事处。

而后进入我国的厂家还有美国贝伦钢结构建设有限公司；新加坡马来西亚和澳大利亚联合投资的奥多上海钢制品公司；台资企业杭州新峰钢构公司等很多厂家。

2.国内门式刚架轻型钢结构房屋的发展1).1980年上海宝钢建设指挥部成立压型钢板压型铝板试验研究专题组,对一期工程引进的日本彩色涂层压型钢板及成型设备进行消化吸收,试验利用国内铝合金板替代彩色涂层钢板作成压型板用于屋面墙面围护结构，经过调查及大量的试验研究，在宝钢一期工程屋面墙面推广应用铝合金压型钢板60多万平方米,压型钢板及其成型生产线研究应用,获得了国家科技进步三等奖。

2).1984年冶金部建筑研究总院科研人员在学习上宝钢及深圳蛇口工业区压型钢板及门式刚架轻型钢结构国外先进技术的基础上,结合我国具体情况研究开发门式刚架轻型钢结构厂房仑库，首先用于商业部急需建设的国家棉花储备仑厍, 三年间在冀鲁豫三省四十多个地区,建设轻钢棉花仑库300多栋，建筑面积达20多万平方米,该项目获得国家科技进步三等奖。

1986年又承担了商业部粮食基建西藏那曲地区国家粮食储备仑库的工程建设，得到西藏自治区和商业部的好评。

3) 冶金部建筑研究总院是国内最早进行轻型钢结构房屋研究开发的单位，院内有一批科研人员对轻型焊接H型钢、冷弯薄壁型钢、压型钢板的力学性能、加工工艺及其加工设备、另配件连接件及密封材料进行研究开发，并结合工程进行轻型钢结构建筑的设计和推广应用，主持或参加国家规程规范和标准的编制。

4).随着我国经济的快速增长改革开放的深入，门式刚架轻型钢结构房屋行业也得到飞速发展，尤其在东南沿海地区，新建工厂仑库的需求增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般的发展起来，从开始的小规模发展到现在的现代化大企业，杭萧钢构、浙江精工、恒达钢构、上海通用、吴泰钢构、四新钢构、宝钢彩板、北方空间钢构、北京福田钢构、北京多维钢构、成都汇源、四川恒升等企业都是专业门式刚架轻型钢结构厂家,每年的销售额都在几亿、十几亿元以上。

全国从事门式刚架轻型钢结构加工制作的厂家估计有500个左右，具有一定规模的50多家。

门式刚架轻型钢结构房屋的制作安装质量也逐步提高，建筑造型也越来越美观新颖，例如上海通用公司的康桥和月浦工业园厂房，巴特勒承建的摩托罗拉天津工程，上海美建兴建的天津开发区造币局厂房及北京一机床新厂房，湖南六建建设的长沙博世厂房等等都是行业的精品工程。

5).压型钢板夹芯板加工厂家遍布全国各地，有的厂家己具有独自的屋面墙面围护系统，有的厂家引进国外先进设备，技术水平不断提高。

目前国内的压型板板型几十种，其生产线大部分都是国内制造的。

引进夹芯板生产线的厂家比较多，据不完全统计有二十多条生产线，主要从意大利、德国、韩国、澳洲等国引进。

目前国内厂家也能制作夹芯板生产线。

6).门式刚架轻型钢结构房屋的大量应用,带动了相关配套行业的发展和兴旺,设计软件的开发,焊接型钢、冷弯薄壁型钢及压型钢板等加工设备的制造,采光瓦、另配件连接件和密封材料的生产厂家和代理也很多，技术水平都在逐步提高。

3、发展方向目前在门式刚架的设计中对结构布局和节点连接关系进行优化设计比较困难，还没有成熟的方法和理论。

在这一方面进行相关的优化是轻型门式刚架设计的发展趋势。

在教育方面，随着工程实践的不断深入，对于单层轻钢厂房的结构计算理论将进一步得到完善，相关规范规程也将更加的完善。

在门式刚架快速发展的同时，新的结构形式也会出现。

门式拱架是在门式刚架在基础上发展起来的。

与门式刚架相比较，门式拱架又具有受力合理，用钢量低的优点；同时，弧形大梁为建筑物的造型提供了更加丰富的变化[15]。

同时由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型结构体系既轻钢─混凝土组合结构也将在普通轻型钢结构的基础上得到进一步的发展，其具有轻钢结构的优点，同时由于混凝土的存在而提高了结构的刚度和稳定性，并增强了结构的防火性能。

二、相关研究的最新成果及动态(1).门式刚架的计算机辅助设计及制作(CAD—CAM)，门式刚架轻型钢结构房屋的设计施工规程。

(2).z型斜卷边冷弯薄壁型钢、C型冷弯薄壁型钢柃条墙梁的材质、设计计算及构造，隅撑的设置及构造；(3).屋面墙面压型钢板的材料选用、设计计算及连结构造;直立缝360度咬合压型钢板的板型及另配件连接件，嵌合式压型钢板的板型及另配件连接件，夹芯板的板型及配件连接件，各厂家独自的屋面系统墙面系统。

三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标本课题为门式刚架轻型房屋钢结构设计，搜集使用资料，参照《钢结构设计规范》GB50017－2003、《建筑结构设计规范图解手册》、《门式刚架轻型房屋钢结构设计规范》CECS102-2002等资料来进行厂房内力分析计算设计，主要研究内容为一下几点：1、屋面活荷载取值门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB17-88），《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB18-87）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：98），对于屋面结构，《钢结构设计规范》规定活荷载为0.5KN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6，门式刚架符合此条件，活荷载取为0.3KN/m2，国外这类房屋设计时，要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载，我国无此规定，现在有的框架梁太细，檩条太小，明显有克扣荷载现象，遇到大风或其他原因造成超载，很容易出安全问题，因此屋面活荷载的取值决不能再小，不能在有限的活荷载中挖潜。

2、合理跨度的确定不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度，有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能，确定较为经济的跨度。

在尽可能满足生产工艺和使用功能上，应根据房屋的高度确定合理的跨度。

一般情况下，当柱高、荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加不太明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。

通过大量计算发现，当檐高6m、柱距为7.5m，荷载情况完全一致下，跨度在18-30m 之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为18-28kg/ m2，当跨度在21-48m之间的刚架单位用钢量为25-40kg/m2，当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨刚架（中间设置摇摆柱），其用钢量较单跨刚架节约18%左右，因此设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度，不宜盲目追求大跨度。

3、刚架最优间距的确定刚架的间距与刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度较小时，选用较大的间距，会增加檩条的用钢量是不经济的。

刚架规范规定，刚架柱距宜为6m，7.5m，9m，最大可采用12m.经过大量计算发现，随着柱距的增大，刚架的用钢量是逐渐下降的，但当柱距增大到一定数值后，刚架用钢量随着柱距的增大下降的幅度较为平缓，而其他如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大，就房屋的总用钢量而言，随着柱距的增大先下降而后又上升。

因此，在一定条件下，门式刚架存在着一最优间距.4、柱脚的抗风措施在工程实例中，有的刚架在大风时柱子被拔起，其主要原因不是刚架计算失误，而是设计柱间支撑时未考虑支撑传给柱脚的力，尤其是房屋纵向尺寸较小时，只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载，支撑传给柱脚的拉力很大，若柱脚没有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔起，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，在柱脚应考虑抗拔构造，如锚栓端部设锚板等。

四、论文详细工作进度和安排五、主要参考文献1、贾德成.门式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计与研究[J].辽宁师专学报.2006，8（1）:54-552、《轻钢结构特点以及发展趋势》来源：论文天下论文网3、《门式刚架带给我们的好处》来源：网易结构论坛4、《浅议门式刚架轻钢住宅发展现状与应用前景》王丹净著5、《浅谈门式刚架的设计与应用》来源：中国投标网6、CESCS102 :2002 ，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》[S].北京：中国计划出版社，2003。