单层钢结构厂房设计毕业设计.doc

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1、单层钢结构厂房设计摘 要 单层工业厂房是一种广泛应用于仓库，厂房宿舍，食堂等配套房屋， 的厂房绝大多数见于轻工、电子、仪表、通信、医药等行业 ，单层钢结构厂房具有用途广泛、建筑简易、施工期短、经久耐用、造价合理等优点，随着我国钢产量的增大，很多厂房都采用了钢结构。越来越广泛的使用亦代表着要求我们建造的工业厂房设计必须贯彻执行国家的有关方针政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，符合节约能源和环境保护的要求。单层厂房在自重上决定了它具有远胜于其他混凝土结构的抗震能力，但亦由于它构造简单带来了结构在抵抗其他荷载上能力的不足。单层厂房的端墙（山墙）受风面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、

2、荷载等均较大，构造复杂，如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础的设计依据，将是本文要重点解决的问题。 关键词：建筑简易；施工期短；经久耐用；JINGANG MONOLAYER STEEL STRUCTRE WORKSHOP DESIGN Abstract Single-layer workshop is a kind of widely used in warehouse, factory dormitory, canteen and other ancillary buildings, plant most in light industry, electronics,

3、 instrumentation, communications, medical and other industries, monolayer steel structure workshop has wide application, simple construction, short construction period, durable advantages, reasonable cost, with the increase of steel production in China, many factories have adopted steel structure. M

4、ore and more widely used also represents the industrial plant design requirements we built to implement the relevant national policies, to advanced technology, reasonable economy, safety and quality, meet the energy saving and environmental protection requirements. Single-layer workshop decided its

5、seismic capacity is far better than other concrete structure in the weight, but also because of its simple structure brought structure in resistance to other load capacity. Single-layer workshop end wall (gable) wind area is larger, the internal space requirements, building roof area, loads are larg

6、e, complex structure, how to effectively of combination of action effects, select the most unfavorable combination of internal forces, design basis as column and foundation, is the key to solve the problem.KEYS：Building simple; the construction period is short; durable;目 录1工程概况11.1.设计条件11.2.结构设计（柱子与

7、基础图1张，A2图纸，打印的计算书一本）22建筑方案设计说明32.1.柱网布置32.2.屋面材料32.3.屋架体系32.4.吊车和吊车梁32.5.柱的设计42.6.基础设计42.7.支撑系统42.8.维护体系42.9.变形缝42.10.门窗布置53结构方案设计说明53.1.屋架设计53.2.排架计算53.3.实腹柱设计53.4.基础设计64.结构设计计算书64.1.屋面板设计64.1.2荷载统计64.1.3截面选择74.1.4内力计算74.2.屋架设计84.2.1设计资料84.2.2屋架尺寸84.2.3支撑布置84.2.4荷载计算104.2.5内力计算114.2.6内力复核154.2.7对比分

8、析234.2.8截面选择235.节点设计315.1杆件与节点板的焊缝计算315.2节点设计326.吊车梁设计386.1.设计资料及说明386.2.吊车荷载计算386.3.吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算386.4.梁截面承载力计算406.5.梁连接计算427.横向排架计算437.1.设计资料437.2.结构选型437.3.荷载计算447.4.排架内力分析457.5.内力组合497.6.柱截面设计（A柱）497.7.下柱配筋计算517.8.柱裂缝宽度验算527.9.牛腿设计528.基础设计538.1.设计参数538.2.荷载538.3.截面确定548.4.地基承载力计算548.5.抗冲切验算55

9、8.6.配筋计算55结 论58参考文献60谢 辞60附录611工程概况1.1. 设计条件 任务该车间由原材料工段、加工段、半成品段到组装成品工段组成，要求有良好的采光和通风条件。其类型可分为：单层单跨工业厂房毕业设计类型跨度L(m)12151821结构类型吊车吨位Q（t）1016/3.21016/3.21016/3.21016/3.2钢筋砼柱排架结构实腹钢柱排架结构规定标高（m）8.7123456789.312345678 柱间可采用6m，车间建筑面积约为10001600，车间内设一台桥式吊车，南北侧两端设出入侧门，东西两侧设主要材料成品出入大门，按通行15吨载重汽车考虑，此外，车间内设置两个

10、办公室，两个休息室，男女厕所及两个小型零件仓库，并在出入口处设置清水槽。 工艺，设备基础，设备管道照明暂不进行具体设计。资料：1、建筑地点：广州花都、广州番禺、佛山 2、抗震6度设防3、工程地质条件：地下水位低于地面4m，地基承载力标准值k=100KPa（在标高-1.750m处）4、风压：0.25KN/ 5、雪压：0.40 KN/6、主导风向：全年东北风，夏季东南风 7、荷载的标准值数据钢筋砼重度 25 KN/m水泥砂浆重度 20 KN/m砖墙重度 18 KN/m钢门窗重度 0.4 KN/钢轨及垫等重 0.6 KN/二毡三油防水层 0.35 KN/（沿斜面方向）找平层自重 0.40 KN/（沿

11、斜面方向）屋面活荷载（不上人） 0.5 KN/（沿斜面方向）屋面积灰荷载 0.5 KN/（沿斜面方向）设计内容与要求 1、建筑设计（平、立、剖面图3张，使用A2图纸）（1）车间平面图标明定位轴线及编号：柱子、墙体、门窗及编号剖面的剖切位置，办公室及辅助用房的布置，散水、尺寸、图名、比例及厂房方位。（2）车间横剖面图标明定位轴线及编号，承重及维护结构形式，标高（室内设计地面、柱顶、门窗洞口、檐口、屋脊、屋架下弦）室内地面做法、详图索引、图号比例。（3）车间立面图会出正面、侧面图各一个，要求表示出门窗的形式，开启方式，踢脚处理，落水管位置，屋面爬梯，详图索引，图号及比例。（4）节点详图（图23张，

12、A2图纸）要求标明节点构造，材料、尺寸，说明做法。包括墙柱连接、天沟构造、柱与屋架连接、抗风柱和屋架连接等。1.2. 结构设计（柱子与基础图1张，A2图纸，打印的计算书一本） （1）结构计算在上述设计结构方案基础上，按排架受力特点进行排架内力计算、承重柱及基础进行计算，并进行构造设计，绘出结构图，内容包括：A、计算简图及初拟柱截面尺寸。B、屋盖结构与支撑结构系统布置，按标准图选用。C、铰接排架内力计算及组合。D、柱强度核算及配筋计算。E、牛腿几何尺寸确定，承载力及配筋计算。F、钢筋砼阶形平板基础选定及配筋计算。G、计算书整理，编写包括设计说明、计算说明及计算过程的计算书一册。 （2）结构施工图

13、纸（图1张，A2图纸）A、排架柱、牛腿施工图（模板图及配筋图）。B、基础施工图（平面布置及配筋图）。2建筑方案设计说明2.1. 柱网布置 根据设计任务书基本数据，布置柱网，柱网应满足以下的要求：（1）符合国家规范厂房建筑模数协调标准；（2）满足生产工艺的要求，柱的位置应与地上、地下的生产设备后工艺流程相配合，还应考虑生产发展和工艺设备更新问题；（3）满足结构要求，为保证车间的正常使用，有利于吊车运行，使厂房具有必要的横向刚度，尽可能将柱布置在统一的横向轴线上；（4）符合经济合理的要求，柱的纵向间距同时也是纵向构件的跨度，它的大小对构件的重量影响很大，厂房的柱距增大，可使柱的数量减少、总重量随之

14、减少，同时也可减少柱基础的工程量；（5）符合柱距规定要求，对厂房横向，当厂房跨度小于等于18m时，其跨度宜采用3m的倍数；当厂房的跨度大于18m时，其跨度宜采用6m的倍数。根据以上原则，该厂房柱网布置采用（跨度柱距）15m6m的布置方案。2.2. 屋面材料 该普通机加工厂房在南方某地，冬季设计温度为0，屋面采用轻质屋面板（压型钢板），屋面坡度为1/10。屋面设计采用压型钢板作为屋面材料的有檩屋盖体系，该方案能够有效减轻结构自重，加快施工速度，能有效的传递屋面荷载，提高屋面整体刚度、便于铺设保温、隔热、隔音等材料。2.3. 屋架体系 根据设计任务书要求采用梯形形钢屋架，梯形屋架适用于陡坡不大的屋

15、面有檩屋盖体系。屋架与柱铰接，房屋的横向刚度较低。从受力角度考虑，腹杆的布置采用人字形。2.4. 吊车和吊车梁 该厂房每个车间设一台中级工作制桥式吊车，吊车参数查阅大连重工集团吊车数据资料。因吊车吨位较小，所以采用焊接工字形吊车梁。2.5. 柱的设计 根据设计要求采用混凝土柱。选择柱截面时，考虑以下几个原则：（1）面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整体稳定性和刚度；（2）使两个主轴方向等稳定性，以达到经济的效果；（3）便于和其他构件进行连接；（4）尽可能构造简单，制造省工，取材方便。2.6. 基础设计 采用柱下独立基础。2.7. 支撑系统 单层厂房的支撑体系包括屋盖支

16、撑和柱间支撑两部分。屋盖支撑包括下弦横向水平支撑、垂直支撑及纵向水平系杆。可以保证结构的空间整体性；避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动，支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减少弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压弦杆侧向稳定，并使受拉下弦杆不会在某些动力作用下产生过大振动，承担和传递水平荷载；保证结构安装时的稳定与方便。柱间支撑的作用是：组成坚固的纵向构架，保证厂房的纵向刚度，承受厂房端部山墙的风荷载，吊车纵向水平荷载及温度应力等；可作为框架柱的框架平面支点，减少柱外框架平面的计算长度；柱间支撑的布置是减少支撑设在两端时不产生很大的温度应力，而对厂房的刚度又提高很多。综合以上特点，该厂房屋盖

17、支撑系统选择横向水平支撑体系，柱间支撑选用十字交叉式支撑体系。2.8. 维护体系 该厂房采用压型钢板做墙体材料，通过螺栓与墙架梁进行可靠连接，形成一个能够传递竖向荷载和沿压型板平面方向的水平荷载的结构体系。通过理论分析和试验结果证明，压型钢板与周边构件进行可靠连接后，面内刚度很好，能传递纵横方向的面内剪力，使厂房结构简化，节约钢材，经济效益好。2.9. 变形缝 该厂房车间设计长度是90m，小于温度区段，不考虑设伸缩缝。由于结构简单，均匀对称，且地质条件较好，不考虑设沉降缝。2.10. 门窗布置该厂房位于南方某地，应充分考虑车间的通风散热以及采光要求。初步设计4扇门，大量在结构两侧开窗，根据通风

18、散热要求，采用双排钢侧窗，上部采用通风高侧窗，下部采用平开窗。其具体布置和选材查阅规范和计算确定。3结构方案设计说明3.1. 屋架设计 1.基本理论该设计中，屋架为梯形形钢屋架。对屋架中的各感杆件按造压弯和拉弯构件设计基本理论，主要验算杆件的强度、稳定性。对节点设计时，着重考虑使构件受力合理，焊缝满足强度要求等。 2.主要公式强度验算： 平面内稳定性验算： 平面外稳定性验算：刚度验算： ，3.2. 排架计算1.假定钢柱下端与基础刚结；2.假定钢柱上端与屋架铰结；3.假定屋架平面内刚度无穷大。3.3. 实腹柱设计1.计算要点因荷载较小，采用实腹式柱。设计的主要内容包括：截面选择；强度验算；整体稳

19、定性验算；刚度验算；牛腿及柱脚地板设计。依据现行钢结构设计规范（GB50017-2003）及钢结构手册设计。2.主要公式：利用的公式与屋架设计中的相同。3.4. 基础设计1.计算要点该厂房的基础形式采用柱下独立基础。根据所受荷载和独立基础的相关构造要求确定基础的尺寸。设计中计算了基础基础底面尺寸，验算了地基承载力和基础抗冲切承载力。2.主要公式地基承载力特征值：基础长边弯矩： 基础短边弯矩： 4结构设计计算书4.1. 屋面板设计屋盖材料为压型钢板，屋面坡度（），檩条跨度6m，于处设一道拉条；檩距1.875m；压型钢板与屋架连接处采用叠置搭接，钢材Q235。 4.1.2 荷载统计1.永久荷载压型

20、钢板自重 0.1檩条自重(包括拉条) 0.05合计 0.152.可变荷载活荷载或雪荷载 0.5（屋面活荷载按均匀分布为0.5sin5.71=0.05KN/m2，雪荷载按均匀分布为0.4KN/m2，按不均匀分布取1.250.4=0.5KN/m2）积灰荷载 0.01 4.1.3 截面选择选用C形冷弯薄壁型钢，型号为，其力学特征为： 4.1.4 内力计算 1.檩条线荷载 2.弯矩设计值3.强度计算应考虑有效截面；同时，跨中截面有孔洞的影响，为简化计算，统一考虑0.9的折减系数，则有效净截面抵抗矩：440.9=39.6cm3 Wymax=23.320.9=20.99cm3 Wymin=9.350.9=

21、8.415cm3屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转rx=1.05 ry=1.2 本工程风荷载较小，永久荷载与风荷载组合不起控制作用。 4.连接螺栓计算对的弯矩设计值支座处采用普通螺栓连接，螺栓群可承受的弯矩：满足强度要求。 5.挠度计算偏于安全按两跨连续梁计算，跨内最大挠度为 6.构造要求故檩条在平面内、外均满足要求。 7.拉条计算拉条选用，每根拉条承载力：。 4.2. 屋架设计 4.2.1 设计资料厂房车间以长90m，跨度为15m，柱距为6m，设一台30/5t中级工作制桥式吊车，屋架采用梯形钢屋架。钢材：Q235B钢；焊条E43型。 4.2.2 屋架尺寸屋架采用三角形芬克式，跨度15 m，坡度i=

22、1：10，屋架几何尺寸、节点编号、杆件编号如图4.1、4.2所示。4.2.3 支撑布置上下弦横向水平支撑和垂直支撑，在房屋两端布置；在屋架下弦设置三道通长水平系杆，以保持部分杆系的侧向稳定，支撑系统布置如图4.3所示。图4.1 屋架布置图图4.2 屋架节点及单元图 图4.3 支撑系统布置图 4.2.4 荷载计算 1.永久荷载（对水平投影面）压型钢板自重 0.1檩条自重 0.05屋架及支撑自重 0.15合计 0.3 2.可变荷载（对水平投影面）活荷载或雪荷载 0.5积灰荷载 0.01 3.风荷载基本风压 0.25 4.荷载组合 （1）恒荷载+活（或雪）荷载（2）恒荷载+半跨活（或雪）荷载（3）恒

23、荷载+风荷载 5.上弦集中荷载见下图4.5、4.6图4.5 全跨荷载布置图图4.6 半跨活荷载布置图节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合恒载 P1=1.20.31.8476=3.99KN活荷载 P2=（1.40.5+1.40.90.01）1.8476=7.897KN 6.上弦风荷载设计值(1)风载体型系数迎风面 背风面 取为-0.5计算 (2)上弦节点风荷载（见图4.7）图4.7 风荷载布置图W=1.2（-0.5）0.251.8476=-1.939KN 4.2.5 内力计算 1.内力计算在上面单位荷载分别作用下，通过节点法、截面法计算屋架杆件的内力系数，因计算过程较为简单，不在计算书上体现

24、。 2.内力组合（1）恒荷载+活（或雪）荷载（2）恒荷载+半跨活（或雪）荷载（3）恒荷载+风荷载组合结果见下表杆件名称（单元）杆力系数荷载设计值（KN）内力值（KN）最大值（KN）P=1恒荷载活荷载风荷载施工阶段使用阶段半跨全跨全跨风4*2+6*34*2+5*24*2+5*1123456上弦7-3.90009-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.86634448-3.90009-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.866

25、34449-5.35716-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-77.89311106.07176810-5.35716-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-77.89311106.07176811-3.57144-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-63.80378106.07176812-3.57144-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177

26、-63.80378106.07176813-1.56004-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.866344414-1.56004-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.8663444下弦10003.997.89-1.939000025.374928.06238-8.055713.997.89-1.93947.7889178995.781074474.57701595.781074434.236498.473-8.4624

27、93.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.6592444.236498.473-8.462493.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.6592452.687468.06238-8.055723.997.89-1.93947.7889372895.781074453.37295695.781074460003.997.89-1.9390000斜杆174.418216.18549-6.18113.997.89-1.93936.66525873.483621259.53978273.48362

28、1218-1.86254-3.277553.274043.997.89-1.939-19.42578806-38.937294-27.7728738.93729419-0.055281.02453-1.021853.997.89-1.9396.0692418512.17141643.651715512.1714164201.504690.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.72051614.12914714.129147121-0.939030.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.720516-5.1518046.

29、720516221.079811.02453-1.021853.997.89-1.9396.0692418512.171416412.60757612.607575623-1.41501-3.277553.274043.997.89-1.939-19.42578806-38.937294-24.2418538.937294241.767286.18549-6.18113.997.89-1.93936.66525873.483621238.62394473.4836212竖杆15-1-4.53.997513.997.89-1.939-25.70617189-53.46-25.84553.4616

30、-3-4.53.997513.997.89-1.939-25.70617189-53.46-41.62553.4625-1-113.997.89-1.939-5.929-11.88-11.8811.8826-1-113.997.89-1.939-5.929-11.88-11.8811.88270003.997.89-1.9390000280-113.997.89-1.939-5.929-11.88-3.9911.88290-113.997.89-1.939-5.929-11.88-3.9911.88 4.2.6 内力复核内力复核采用结构力学求解器求解，下面对此软件的研发及功能做简要介绍 1.简

31、介结构力学求解器(SM Solver) 版本 2.0由清华大学土木系结构力学求解器研制组研制，高等教育出版社发行结构力学求解器（SM Solver for Windows）是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软（课）件，其求解内容包括了二维平面结构（体系）的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答。本软件界面方便友好、内容体系完整、功能完备通用，可供教师拟题、改题、演练，供学生做题、解题、研习，供工程技术人员设计、计算、验算之用，可望在面向21世纪的教学改革中发挥其特有的作用

32、。目前有两个版本：学生版和工程版。学生版解题规模有限制，最多80个单元。工程版解题规模无此限制，只受机器的内外存空间大小的限制。求解器v2.0比v1.5更加精致、先进、方便、快捷、强健，同时不失其原有的小巧、简约、俭朴、平实。 2.求解功能求解功能分为自动求解和智能求解两种模式。 （1）自动求解模式:平面体系的几何组成分析，对于可变体系，可静态或动画显示机构模态；平面静定结构和超静定结构的内力计算和位移计算，并绘制内力图和位移图；平面结构的自由振动和弹性稳定分析，计算前若干阶频率和屈曲荷载，并静态或动画显示各阶振型和失稳模态；平面结构的极限分析，求解极限荷载，并可静态或动画显示单向机构运动模态

33、；平面结构的影响线分析，并绘制影响线图。 （2）智能求解模式:平面体系的几何构造分析：按两刚片或三刚片法则求解，给出求解步骤；平面桁架的截面法：找出使指定杆成为截面单杆的所有截面；平面静定组合结构的求解：按三种模式以文字形式或图文形式给出求解步骤。另外，从v2.0开始，还有本地求解和远程求解两种求解方式。利用结构力学求解器v2.0版本建模计算杆件内力系数，模型及杆件单元编号如图4.8所示。图4.8屋架模型及杆件单元编号图 3.求解结果 （1）屋架全跨内力系数计算在屋架全跨布置单位荷载如图4.9所示，上弦各节点施加单位荷载，计算结果如下内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)杆端 1 杆端 2-单

34、元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩-1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000002 8.062383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.000000003 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.00000000 4 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.000000005 8.062383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.0

35、0000000 6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000007 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460121 0.00000 0.00000000 8 -5.460121 0.000000 0.000000 -5.460621 0.000000 0.00000000 9 -8.928516 0.000000 0.000000 -8.928616 0.000000 0.0000000010 -8.928616 0.000000 0.000000 -8.929616 0.000000 0.00000

36、00011 -8.929616 0.000000 0.000000 -8.929616 0.000000 0.0000000012 -8.928596 0.000000 0.00000000 -8.928596 0.000000 0.00000000 13 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 14 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 15 -4.500000 0.000000 0.000000 -4.500000 0.000000 0.

37、0000000016 -4.500000 0.000000 0.000000 -4.500000 0.000000 0.0000000017 6.185487 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.0000000018 -3.277554 0.000000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 19 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.000000 0.00000000 20 0.565659 0.000000 0.000000 0.565659 0.000000 0.0000

38、000021 0.565659 0.000000 0.000000 0.565659 0.000000 0.00000000 22 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.000000 0.00000000 23 -3.277554 0.000000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 24 6.185488 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.0000000025 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000

39、026 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000027 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000000 28 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000029 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000（2）屋架半跨荷载内力系数计算在屋架全跨布置单位荷载如图4.10所示，上弦各节点施加单位荷载，计算结果如下内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 - 1 0.00000000 0.000000