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1、单层钢结构厂房设计单层钢结构厂房设计 摘摘 要要 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
2、面积较大，内部空间要求、厂房屋顶面积、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 lig
3、ht industry, electronics, 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 a
4、dopted steel structure. More 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-la
5、yer workshop decided its 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
6、roof area, loads are large, 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; 目目
7、录录 1 1 工程概况工程概况 .1 1 1.1.设计条件 .1 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） .2 2 2 建筑方案设计说明建筑方案设计说明 .3 3 2.1.柱网布置 .3 2.2.屋面材料 .3 2.3.屋架体系 .3 2.4.吊车和吊车梁 .3 2.5.柱的设计 .4 2.6.基础设计 .4 2.7.支撑系统 .4 2.8.维护体系 .4 2.9.变形缝 .4 2.10.门窗布置 .5 3 3 结构方案设计说明结构方案设计说明 .5 5 3.1.屋架设计 .5 3.2.排架计算 .5 3.3.实腹柱设计 .5 3.4.基础设计 .6 4.4.结
8、构设计计算书结构设计计算书.6 6 4.1.屋面板设计 .6 4.1.2 荷载统计 .6 4.1.3 截面选择 .7 4.1.4 内力计算 .7 4.2.屋架设计 .8 4.2.1 设计资料 .8 4.2.2 屋架尺寸 .8 4.2.3 支撑布置 .8 4.2.4 荷载计算 .10 4.2.5 内力计算 .11 4.2.6 内力复核 .15 4.2.7 对比分析 .23 4.2.8 截面选择 .23 5.5.节点设计节点设计.3131 5.1 杆件与节点板的焊缝计算 .31 5.2 节点设计 .32 6.6.吊车梁设计吊车梁设计.3838 6.1.设计资料及说明 .38 6.2.吊车荷载计算
9、.38 6.3.吊车梁截面尺寸确定及几何特征计算 .38 6.4.梁截面承载力计算 .40 6.5.梁连接计算 .42 7.7.横向排架计算横向排架计算.4343 7.1.设计资料 .43 7.2.结构选型 .43 7.3.荷载计算 .44 7.4.排架内力分析 .45 7.5.内力组合 .49 7.6.柱截面设计（A 柱） .49 7.7.下柱配筋计算 .51 7.8.柱裂缝宽度验算 .52 7.9.牛腿设计 .52 8.8.基础设计基础设计.5353 8.1.设计参数 .53 8.2.荷载 .53 8.3.截面确定 .54 8.4.地基承载力计算 .54 8.5.抗冲切验算 .55 8.6
10、.配筋计算 .55 结结 论论.5858 参考文献参考文献.6060 谢谢 辞辞.6060 附录附录.6161 1 工程概况工程概况 1. .1. . 设计条件设计条件 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 8.712345678 规定标高 （m） 9.312345678 钢筋砼柱排架结 构 实腹钢柱排架结 构 柱间可采用 6m，车间建筑面积约为 10001600，车间内设一
11、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
12、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
13、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，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（柱子与基础图结构设计（柱子与基础图 1 张，张，A2 图纸，打印的计算书一本）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
14、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 建筑方案设计说明建筑方案设计说明 2. .1. . 柱网布置柱网布置 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
15、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）15
16、m 6m 的布置方案。 2. .2. . 屋面材料屋面材料 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. . 吊车和吊车梁吊车和吊车梁 该厂房每个车间设一台中级工作制
17、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. . 基础设计基础设计 采用柱下独立基础。 2. .7. . 支撑系统支撑系统 单层厂房的支撑体系包括屋盖支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。
18、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
19、系。 2. .8. . 维护体系维护体系 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
20、，根据通风散热要求，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 结构方案设计说明结构方案设计说明 3. .1. . 屋架设计屋架设计 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： x nxnx MN f AW 平面内稳定性验算： mxx1 x x11x Ex (1 0.8) MN f N A W N 平面外稳定性验算： txx yb1x MN f AW 刚度验算： ， 0 x x
21、 x l i 0y y y l i 3. .2. . 排架计算排架计算 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
22、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： aakbdm (3)(0.5)ffbd 基础长边弯矩： 2 max1 1cc 1 2 242 pp Mlabb 基础短边弯矩： 2 max1 1cc 1 2 242 pp Mbbla 4 结构设计计算书结构设计计算书 4. .1. . 屋面板设计屋面板设计 屋盖材料为压型钢板，屋面坡度（） ，檩条跨度 6m，于处设 1/105.71/2l 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 荷载统计荷载统计 1.永久荷载 压型钢板自重 0.1 2 /KN
23、 m 檩条自重(包括拉条) 0.05 2 /KN m 合计 0.15 2 /KN m 2.可变荷载 活荷载或雪荷载 0.5 2 /KN m （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） 1.25, rKrg SSA 积灰荷载 0.01 2 /KN m 4. .1. .3 截面选择截面选择 选用 C 形冷弯薄壁型钢，型号为，其力学特征为： 200 70 20 2.0mm 333 xmaxymin 44,23.32,9.35 y Wcm Wcm Wcm 4 xxy0 440,46.71,7
24、.78,2.54,2 y IcmIicm icm xcm 4. .1. .4 内力计算内力计算 1.檩条线荷载 1.2 0.15 1.4 0.51.8751.65pKN m cos1.65 cos5.711.64 o x ppKN m y sin1.65 sin5.710.164ppKN m 2.弯矩设计值 22 x 101.64 6 105.9 x Mp lKN mA 22 y 320.164 6 320.185 y Mp lKN mA 3.强度计算 应考虑有效截面；同时，跨中截面有孔洞的70 2.035,200 2.0100,b th t 影响，为简化计算，统一考虑 0.9 的折减系数，则
25、有效净截面抵抗矩： 440.9=39.6cm3 Wymax=23.320.9=20.99cm3 x W Wymin=9.350.9=8.415cm3 屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转 rx=1.05 ry=1.2 y22 x 1 xxyymax 141205 r M M N mmN mm rWW y22 x 2 xxyymin 141.9205 r M M N mmN mm rWW 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x 22 xy 101.64 6 105.9Mp lKN mA 支座处采用普通螺栓连接，螺栓群可承受的弯4M12 2b2 v 1.1
26、3,130AcmfN mm 矩： b2222 v x 44 130 1.13 1010050 6.575.9 MfA xy KN mMKN m A AA 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 3 5cos5.71600011 384206200 x vPv lE Il A A 6.构造要求 xy 600300 77.12,118.1200 7.782.54 故檩条在平面内、外均满足要求。 7.拉条计算 x1 sin1.65 0.010.02qqKN m Bx1 1 1.251.25 0.02 30.075Rq lKN 1B 77 0.0750.5SRKN 1
27、2 2.5 2sin S SKN 拉条选用，每根拉条承载力： 2 0.503Acm 。 2 0.503 1021510.82.5,NKNKN满足要求。 4. .2. . 屋架设计屋架设计 4. .2. .1 设计资料设计资料 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 屋架尺寸屋架尺寸 屋架采用三角形芬克式，跨度 15 m，坡度 i=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 支撑布置支撑布置 上下弦横向水平支撑和
28、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 荷载计算荷载计算 1.永久荷载（对水平投影面） 压型钢板自重 0.1 2 /KN m 檩条自重 0.05 2 /KN m 屋架及支撑自重 0.15 2 /KN m 合计 0.3 2 /KN m 2.可变荷载（对水平投影面） 活荷载或雪荷载 0.5 2 /KN m 积灰荷载 0.01 2 /KN m 3.风荷载 基本风压 0.25 2 /KN m 4.荷载组合 （1）恒荷载+活
29、（或雪）荷载 （2）恒荷载+半跨活（或雪）荷载 （3）恒荷载+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 KN886.116847 . 1 01 . 0 9 . 04 . 15 . 04 . 13 . 02 . 1）（ 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 s 0.5 背风面 取为-0.5 计算 s 0.4 (2)上弦节点风荷载（见图 4.7）
30、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。 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 杆力系数荷载设计值（KN）内力值（KN） P=1 施工阶段 使用阶段 半跨全跨全跨风 恒荷载活荷载风荷载 杆件名称 （单元） 123456 4*2+6*34*2+5*24*2+5*1 最大值 （KN） 7 - 3.90009 -5.4
31、60135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.8663444 8 - 3.90009 -5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.8663444 9 - 5.35716 -8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-77.89311106.071768 10 - 5.35716 -8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-77.8
32、9311106.071768 11 - 3.57144 -8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-63.80378106.071768 上弦 12 - 3.57144 -8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-63.80378106.071768 13 - 1.56004 -5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.8663444 14 - 1.56004 -5.460135.456263.99
33、7.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.8663444 10003.997.89-1.9390000 25.374928.06238-8.055713.997.89-1.93947.7889178995.781074474.57701595.7810744 34.236498.473-8.462493.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.65924 44.236498.473-8.462493.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.65924
34、 52.687468.06238-8.055723.997.89-1.93947.7889372895.781074453.37295695.7810744 下弦 60003.997.89-1.9390000 174.418216.18549-6.18113.997.89-1.93936.66525873.483621259.53978273.4836212 18 - 1.86254 -3.277553.274043.997.89-1.939-19.42578806-38.937294-27.7728738.937294 19 - 0.05528 1.02453-1.021853.997.89-1.9396.0692418512.17141643.651715512.1714164 201.504690.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.72051614.12914714.1291471 21 - 0.93903 0.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.720516-5.1518046.720516 221.079811.02453-1.021853.997.89-1.9396.0692418512.171416