厂房建筑结构设计.docx

毕业设计（论文）

中文题目：新疆天基钢铁厂主车间厂房建筑结构设计

英文题目：

学 院：

专 业：

学生姓名：

学 号：

指导教师：

2009 年 5 月 31 日
目 录

第一部分 任务书
1. 任务书 4

第二部分 开题报告
1 文献综述 7
2. 主要参考文献 14
3 研究方案. 14
4. 进度安排 15
第三部分 中英文摘要
1. 中文摘要 16
2. 英文摘要 17
第四部分 设计正文

第1部分 设计资料
1. 工程概况 18
2. 设计原始资料 18
3 设计其它资料. 18
4. 设计任务要求 19
5. 参考书目 19
第2部分 建筑设计
1. 建筑平面设计 20
2. 建筑剖面设计 21
3. 定位轴线的确定 22
4. 建筑立面设计 23
5. 各种构造的做法 23
第3部分 结构设计
1. 结构体系的选择 25
2. 材料选择 27
3. 檩条设计 28
4. 墙架设计 31
5. 抗风柱设计 33
6. 支撑设计 34
7. 吊车梁设计 36
8. 刚架内力计算 42
9. 节点设计计算 72
10. 平台设计 80
11. 基础设计 84

第4部分 PKPM输出文件
刚架设计 87

第五部分 英文翻译
英文原文 116
中文译文 131

第一部分 任务书
题 目： 新疆天基钢铁厂主车间厂房建筑结构设计
适合专业： 土木工程
指导教师（签名）： 陈爱国 提交日期： 2009 年 2 月 26 日
学院： 土建学院 专业：土木工程 学生姓名： 隋然 学号：05231106
毕业设计（论文）基本内容和要求：
一. 设计原始资料
新疆天基钢铁厂拟建造主厂房，厂房长84m，宽30m。其他资料如下：
1. 建筑物安全等级：二级
2. 建厂地址：乌鲁木齐
3. 室内外高差0.30m
4. 设置32吨桥式起重吊车二部。
5. 屋面要求有组织排水
6. 采光等级：三级
二．设计要求
1 建筑设计
设计深度达扩大初步设计，部分节点图达施工图要求。
采用双层彩色压型钢板内填保温材料作围护结构，可以是工厂复合板，也可以是现场复合板，自选。
说明书1份，1#图纸2张
a. 说明书内容：设计依据和指导思想；设计特点及方案比较；构造简要说明
b. 图纸内容：平面图，立面图各1个；剖面图1个；构造大样不少于5个，其中要求檐口和屋脊构造详图必做。绘图比例自定。
2． 结构设计
计算书1份，1#图纸3张
a．计算书内容：结构设计方案论证（包括柱网布置，支撑设置，框架主尺度以及材料选择等）；主要承重结构的内力计算及设计。
b. 图纸内容：屋盖结构布置图，墙面结构布置图，刚架或框架）结构施工图，吊车梁施工图。

毕业设计（论文）重点研究的问题：
1、根据功能要求，确定合理的建筑方案；
2、通过使用和熟悉结构辅助设计软件，了解软件编制原理，掌握计算软件所采用的计算方法及现行规范在计算机辅助设计中的体现。
3、构件、节点、基础设计及施工图绘制
毕业设计（论文）应完成的工作：
1、设计说明书部分：
（1） 设计任务书；
（2） 中英文摘要；
（3） 建筑设计说明书；
（4） 结构设计方案说明书；
（5） 结构设计计算书；
（6） 附件
开题报告（含文献综述）；
实习报告；
外文参考资料翻译（含原文）。
（7） 结束语
2、 图纸
参考资料推荐：
建筑设计资料集
钢结构上、下册——设计部分 陈绍蕃主编
房屋建筑制图统一标准（GB/T50001—2001）
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 CECS102-2002
《钢结构设计规范》 GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002
《建筑荷载规范》 GB50009-2001
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2002
钢结构设计手册 中国建筑工业出版社
冷弯薄壁型钢设计手册 中国建筑工业出版社
轻钢结构毕业设计指导书 于安林编

其他要说明的问题：

第二部分 开题报告
题 目： 新疆天基钢铁厂主车间厂房建筑结构设计
学院： 土建 专业 土木工程 学生姓名： 隋然 学号： 05231106
文献综述：
摘 要：本文将通过阅读大量文献的阅读来阐述车间厂房建筑结构设计中钢结构的国内外研究现状、基本设计方法、当前存在的问题以及发展动向，进而引出开展结构设计研究的内容、意义、必要性和价值等，重点说明门式刚架结构的结构特点以及研究方法等。
关键词：钢结构厂房、门式刚架、发展动向、结构特点、设计方法。
正 文：
随着我国国民经济的不断发展和科学技术的进步，建筑设计理念在不断更新，钢结构作为一个新兴产业在华夏大地迅速崛起。与其他材料的结构相比，钢结构的强度更高，结构重量更轻，而且材质均匀，塑性韧性好，拥有良好的加工性能、焊接性能和密封性，甚至可以重复使用。因此钢结构在我国的应用范围也在不断扩大，其中，吊车起重量较大或者其工作较繁重的车间的主要承重骨架多采用钢结构。另外有强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选择材料，结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、刚度、稳定性的要求，符合防火、防腐蚀的要求，并宜优先采用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。

1、 钢结构运用于厂房（门式刚架）设计的研究现状，基本设计思路。
近几年，随着科技的进步，新型材料应用越来越广泛，轻钢结构也大量涌现，尤其是轻型门式刚架结构在单层工业厂房得到了广泛的应用。这种轻钢结构倍受青睐，在某些方面基本取代了钢筋混凝土排架结构。门式刚架从设计、制作、拼装均已形成一体化。通过这几年的工程实践，证明门式刚架具有很大的优势，具有广阔的发展前景，所以，探讨门式刚架在单层工业厂房中的应用具有重要的意义和价值。

1.1、 门式刚架的特点。
1、门式刚架能满足高大厂房的要求建筑钢材强度高，塑性及韧性好，其密度与强度的比值远小于混凝土、砖石和木材，在同样受力情况下钢结构自重轻，能适用于跨度大、高度高和承载重的结构，满足某些高大工业厂房的要求，现在人类已具有建造跨度超过1000m的超大跨度结构和高度4000m的超高层建筑的能力。比如青海西宁已建成跨度54m、高度21m的门式刚架厂房。
2、工厂化程度高，施工周期短钢结构制作简便，因门式刚架的梁、柱等基本构件均在加工厂定型制作，在现场按要求拼装而成，加快了施工进度，建设周期缩短，比钢筋混凝土排架结构工期至少缩短60％以上，对于一般规模较小的工业厂房门式刚架仅需50天至2个月，而采用钢筋混凝土排架结构，则需10～12个月。
3、门式刚架的防火钢结构具有独特的优越性，钢材虽非燃烧材料，却易导热，其耐火极限仅为15～20分钟。未加防火保护的钢结构，当温度达~J35o℃、500℃ 、600℃时，其强度分别降低1／3、1／2、2／3，当结构温度达~1600℃以上时，将完全丧失承载能力，最典型的例子莫过于2001年的美国纽约世界贸易大厦遭袭击后引
起高温燃烧，两幢420m高的钢结构大楼轰然倒塌。现阶段主要从防火设计和对结构的防火保护措施两方面人手，可在柱、梁表面覆盖以1．5em厚的LG防火隔热涂料或2era厚的LY防火隔热涂料保护层，其耐火时间可达1．5～2．3小时，满足规范要求。

1.2、 门式刚架轻型钢结构厂房设计思路
l 结构组成。门式刚架轻型钢结构厂房主要由四大部分组成：① 主结构，主要由刚架、吊车梁组成；②次结构，主要由檩条、墙架柱(及抗风柱)、墙梁组成；③ 支撑结构，主要由屋盖支撑、柱间支撑、系杆组成；④围护结构，主要由屋面(屋
面板、采光板、通风器等)、墙面(墙板、门、窗)组成。
2 结构布置。结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质等结合考虑。一般来说要刚度均匀、力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础；柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力(风、地震)的作用线的形心，否则应考虑结构的扭转。单层门式刚架的跨度应根据建筑使用条件和生产工艺确定，一般情况下以跨度为21～30m时较为经济。刚架间距的合理性也非常重要。刚架的用钢量一般说来随其间距的增大而减小，但吊车梁、檩条、墙梁的用钢量则随刚架间距的增大而增加。对于无桥式吊车的单层门式刚架轻型厂房，刚架间距以6—9m为宜(因为薄钢檩条的截面最大高度不宜超过250ram)；当没有悬挂荷载或悬挂荷载不挂在檩条上，或采用高频焊接轻型H型钢檩条，或采用格构式檩条时，刚架间距可做到12m，此时侧墙宜设墙架柱；通常，大跨度刚架宜采用：走间距，跨度与间距的比一般以3．5～ 5为宜。对于有10t以上吊车较大悬挂荷载的单层门式刚架轻型厂房，刚架间距以6m为宜。在多跨刚架局部抽掉中柱(或边柱)处，可布置托梁或托架。此时应在其两侧(或一侧)布置纵向水平支撑，并向两端各延伸一个开问。屋面的檩条布置，应考虑天窗，通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条的供货规格等因素的影响。
3 预估截面。结构布置结束后，需对构件截面作初步估算，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1／20～1／50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按1／b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很实用。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估，通常5045腹板Q235)。另外，焊接结构宜选择Q235B或Q345B。当预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待：① 强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度；②变形超限，通常不应加大板件厚度而应考虑加大截面的高度，否则会很不经济。
5 节点设计。节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分考虑。有时出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中设定的形式不完全一致，如果不能确定这种不一致带来的偏差在工程许可范围内(5％)，就必须避免。连接的不同对结构影响甚大。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算数据等不利结果。常用的节点连接方式有：1)焊缝连接：对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E43对应Q235，E50对应Q345。Q235与Q345连接时，应该选择低强度的FA3，而不是E50。焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。2)螺栓连接：普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。高强螺栓使用日益广泛。常用8．8s和1O．9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同。高强螺栓最小规格为M12，常用M16～M30。超大规格的螺栓性能不稳定，应慎重使用。
6 支撑布置。在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系；柱间支撑宜与屋盖横向水平支撑布置在同一开间，以形成几何不变体系。如不能布置在同一开间，则应加设刚性系杆传力；当建筑宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑，当不能布置交叉支撑时，可设置纵向刚架式门式支撑；当有抽柱时，在抽柱的区段应设置纵向水平支撑，当仅为局部抽柱时，纵向水平支撑尚应向两端再延伸一个柱间；当柱距较大，边柱列采用加墙架柱的方案时，应设置纵向水平支撑；当有高低跨度时，宜在高低跨处分层设置柱问上支撑和下支撑。不同的支撑结构型式可按下述原则设计：① 交叉支撑：
可按拉杆设计，压杆退出工作；② 人字支撑：一杆受拉一杆受压，均应按压杆计；③ 桁架式门式支撑：下部按压杆设计，上部交叉杆可按拉杆设计；④ 刚架式门式支撑：梁一柱节点为刚接，均按压弯构件设计。
7 檩条选型。门式刚架轻型钢结构厂房中，檩条所占结构用钢量比重很大。檩条的选型和计算模式的确定对其用钢量有很大影响。檩条是作为受弯构件承受屋盖传来的荷载，檩条的结构形式有三种：其一是简支梁模式，可选用c型截面构
件，简支檩条构造简单安装方便，但其刚度差，内力大，不经济。其二是连续梁模式，连续檩条因其内力小，挠度小，具有明显经济效益而日益被工程界广泛接受。但其受力模式比简支檩条复杂得多，由于连续檩条的承载能力大，还可考虑兼做纵向传力的系杆，可大大节省用钢量，当兼做纵向传力的系杆时，此檩条应按压弯构件计算。其三是多跨静定梁模式，可选用C型截面构件也可选用z型截面
构件或高频焊接H型钢．此模式中悬挑部分的荷载可减轻跨中的内力和挠度而使用钢量节省。
2、 钢结构运用于厂房（门式刚架）设计当前存在的问题和发展动向。
2.1、性能方面存在的问题。
门式刚架耐久性差.未涂装的钢材长期暴露在外，在自然环境的侵蚀下会锈蚀，导致其自身承载能力下降，使用寿命缩短。因此在设计和施工中要解决钢结构涂装的问题，可以在其表面涂敷防腐涂料，使其在钢材表面结成一层薄膜来保护钢结构。目前的主要做法是先刷红丹防锈底漆两度，钢结构安装调整后再刷面漆两度。

2.2、门式刚架轻型钢结构设计中应注意的问题。
刚架的用钢量与刚架的跨度、柱高以及屋面荷载大小有很大关系，特别是跨度加大，用钢量显著增加，所以，轻型门式刚架的适宜跨度在30m以下，屋面应与各种彩色压型钢钣或压型铝钣配套使用，墙体也应采用轻质围护材料，使结构具有美观轻巧的特点。其中以下几点应当特别注意。
1、屋面支撑设计。屋面支撑设计中应注意的另一个问题是横向水平支撑直腹杆由檩条兼作时，除了承载能力和长细比满足要求外，该檩条的位置必须布置在横向水平支撑交叉斜杆的相交处。这是因为兼作直腹杆的檩条是横向水平支撑的组成部分，只有与支撑中的交叉斜杆一起构成三角形几何不变体后，才能起到刚架横梁侧向支点的作用。有些工程在屋面横向水平支撑设计时，斜杆按跨度等分设置，直腹杆用檩条兼作，但因檩条间距固定而未能将兼作直腹杆的檩条布置到支撑斜杆相交点上，不能与支撑斜杆组成几何不变体，因而起不到刚架横梁侧向支点的作用，设计中应避免出现这种情况。
刚架计算。门式刚架属平面受力体系，其内力一般取单榀刚架按平面计算。刚架梁、柱的内力可按门式刚架计算公式进行计算，也可用专用计算软件电算。根据(门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的规定：结构构件的受拉强度按净截面计算，受压强度按有效截面计算，稳定性按有效截面计算，变形和各种稳定系数均按毛截面计算。所以，采用程序进行电算时，程序会提示设计人输入刚架净截面与毛截面的比值，并提供一个默认值。应注意的是这个比值并非不可改动的固定值，而是应按刚架与支撑的连接方式根据实际情况确定。如不修改比值，程序自动按默认值计算。当刚架的支撑与刚架都是通过焊于其上的网板相连接时，刚架上没有螺孔。
刚架的毛截面即为净截面。输入的净截面与毛截面的比值应改为1，如不作更改，程序按默认值计算，实际上相当于降低了刚架所用钢材的设计强度，计算出的应
力就偏高。反之，刚架开孔较多，净截面与毛截面的比值小于默认值，如计算中不对默认值加以修改，仍按默认值计算，计算出的应力就偏低。
2.3、轻钢结构在国内的发展动向。

3、 本设计概况。
3.1、工程概况。
新疆天基钢铁厂拟建造主厂房，建厂地址位于乌鲁木齐市，建筑安全等级为二级。厂房长84m，宽30m，建筑占地面积84m×30m =2520平方米。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，本建筑可以设计成单层的单跨刚架承重厂房，跨度30m，采用轻型门式刚架。室内外高差0.30m并设计32吨桥式起重吊车二部，屋面要求有组织排水，采光等级要求三级。

3.2、基本设计方案。
（1）建筑设计：
建筑平面设计：本厂房平面设计考虑到现在较常用的刚架承重方案，采用轻型门式刚架。考虑柱距的经济性和受理的均匀合理性，所以纵向柱距取6m。此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用较为简单平面布置。对于建筑物大门的设置，采用推拉门。屋顶为不上人屋顶，屋顶排水采用有组织外檐沟排水，层顶排水坡度为1/10，檐沟内排水坡度为0.002。
建筑立面设计：考虑到排架结构的优点，柱间尽量多用窗，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门2个，均匀布置。除了在1.5米高处设窗之外，在排架柱上部采用贯通的窗以减轻自重和增加厂房内部通风的功能。悬挂式雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。

（2）结构设计：

为了满足节省主钢架檩条用钢量等要求，柱网布置选择单跨设计，跨度为30m，
刚架间距为6m。
材料选择：在门式刚架轻型房屋钢结构体系中屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条主刚架可采用变截面实腹刚架外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘的出平面稳定性由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证。
节点采用焊缝连接， Q235与Q345连接时，应该选择低强度的FA3，焊接设计中不得任意加大焊缝。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。
檩条选择实复式檩条中的冷弯薄壁卷边Z形钢檩条，设计成单跨简支构件。
支撑体系屋盖支撑选择三角形屋架支撑，应当同时设置上、下弦横向支撑，由于建筑跨度较大，所以应当在屋架下弦平面内设置纵向支撑和竖向支撑，竖向支撑应与上、下弦横向支撑设在同一开间内，由于厂房跨度为30m，故可在屋架端部和中央设置一道。根上、下弦杆在屋架平面外长细比的情况，在与上、下弦杆横向支撑与上、下弦杆竖向支撑相连接处设置相应的系杆。
柱间支撑可以保证房屋的纵向稳定和空间刚度，承受房屋端部山墙风力、吊车纵向刹车荷载、温度应力和地震作用，并将上述和在传至基础上，所以柱间支撑设置有一定的必要性。一般，在吊车梁以上至屋架下弦间设置的上段柱的柱间支撑，在吊车梁以下至柱脚处设置下段柱的柱间支撑，屋架端部的垂直支撑和屋架端部上下弦标高处的纵向系杆、吊车梁、辅助桁架以及柱本身等都是柱间支撑体系的组成部分，其形式采用十字形交叉支撑。
采用双层彩色压型钢板内填保温材料作围护结构，屋面板采用由锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板冷弯成的压型钢板，采用长吃，板的纵向不搭界。
结构体系抗震防火要求。本建筑防火等级为二级，根据《建筑抗震规范GB50011-2001》，新疆乌鲁木齐市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速值为0.20g。在8度地震作用下，厂房结构的震害主要发生在承受地震侧向力的支撑系统和承受弯矩和剪力的钢柱柱脚支承处。其破坏特征是杆件的失稳变形和连接节点的断裂或拉脱。

3.3、本设计的研究价值。

导师实际研究项目，故具有一定的研究意义和价值。随着经济发展的需要，我国开始引进钢结构房屋，以门式刚架为主，主要用于工业厂房、库房和一些公共设施。通过这次实际设计，可以提高我们对我国现阶段钢结构运用于厂房设计技术，特别是门式刚架技术的认识，提高我们理论与实践相结合的能力以及对综合设计理念的加深，

重点还是了解并初步掌握了门式刚架技术的运用，单层厂房设计知识的加深理解。在设计期间通过基本建模等步骤，我们了解了PKPM、SAP2000等基本电算软件的运用，对以后进入工作岗位有一定的帮助。

主要参考文献：
（2）《钢结构设计规范》 （GB 50017━2003）
（3）《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2002）
（4）《房屋建筑制图统一标准》 （GBT 50001—2001）
（5）钢结构设计手册-第三版-上册. 北京-中国建筑工业出版社.2003
（6）王晓东.单层工业厂房门式刚架的优势及应用.中华建设.2008年第8期
（7）郭建宏，朱燕华. 门式刚架轻型钢结构厂房设计思路.设计技术.文章编号：1671—0959(2008)S1-0028-02.2008年9月期
（8）石维，刘燕.门式刚架轻型房屋钢结构设计中应注意的几个问题.陕西建筑. 2005年2月总第116期
（9）樊俐，高淑玲. 轻型钢厂房的结构设计和思考.低温建筑技术.文章编号：1001—6864(axr3)o4—0043—02. 2003年第4期总第94期)
（10）胡昱，蔡小刚，张华湘. 轻钢结构在国内的发展. 北京建筑工程学院学报. 2002年9月第18卷第3期

研究方案：
理论基础：钢结构设计原理、钢结构房屋设计、材料力学、结构力学、地基及基础
研究方法及步骤：
首先确立大概的建筑设计和结构设计。
第二，通过查阅《建筑荷载规范》（GB50009_2001）进行荷载统计，包括恒荷载值统计和活荷载值统计。
第三，进行荷载作用下的内力分析，电算内力标准值，然后进行荷载组合。
第四，进行门式刚架的计算和选型。首先要做的是构件截面选型，通过查阅资料以及考虑经济效益等多种因素最终确定截面参数后进行宽厚比验算，合格后可进行整体建模设计。由于该建筑是一个整体结构，按构造不需要设变形缝，故将主体结构在PKPM里面进行整体建模，在建模电算后，对主要刚架梁和刚架柱以及位移还要进行必要的验算。
第五，进行檩条的设计和计算。
第六，进行墙梁的设计和计算，具体都是先荷载分析，在内力分析，然后截面选型以及验算。
第七，进行支撑设计，包括屋盖支撑和柱间支撑。
第八，屋面板设计和计算，然后进行内力和截面验算，强度和刚度验算。
第九，吊车梁设计。
第十，节点设计，具体包括梁柱节点设计，柱脚设计，牛腿设计，抗风柱计算。
第十一，基础的设计及计算。
预期成果：
1、 建筑说明书一份。
2、 建筑设计建筑平面图、立面图、剖面图各一个，细部构造大样不少于5个。
3、 结构设计计算书一本。
4、 结构设计屋盖结构布置图、墙面结构布置图、刚架结构施工图、吊车梁施工图各一个。
5、 主要构件尺寸及加工详图、材料表，檩条布置、支撑布置及构件大样。
6、 PKPM建模一个。

毕业设计（论文）进度安排：
序号
毕业设计（论文）各阶段内容
时间安排
备注
1
熟悉任务书，确定研究方案，进行设计开题报告和外文翻译
3.2——3.16

2
查询相关的规范、资料，确立建筑平面图和建筑立
图并对相关施工图进行初步认识
3.17—-3.27

3
确定荷载，进行PKPM建模分析并初选杆件截面
3.28----4.5

4
内力分析，优化截面并荷载组合，对刚架侧移、梁挠度进行验算
4.6——4.13

5
手动对各个节点、梁柱、支撑、吊车梁、围护结构、基础进行验算，同时撰写计算书
4.14----5.14

6
绘制施工图
5.15----5.27

7
完善计算书和施工图,准备答辩
5.28——6.4

指导教师意见：

指导教师签名： 审核日期： 年 月 日
第三部分 中英文摘要

中文摘要
本设计对单层门式刚架厂房的设计经验与注意事项进行了分析总结，并结合理论和实例分析对厂房优化设计进行了初步探讨。近年来，单层门式刚架以其自重轻、跨度大、工业化程度高、安装方便快捷以及可拆卸重复使用等优点被广泛应用于厂房设计中。本设计通过对实际工程的设计，分析认识了单层门式刚架厂房设计的一些设计经验和注意事项。
具体包括了门式刚架单层厂房的计算模型和整体分析，节点及基础设计，刚架厂房的结构构件设计等。还要注意对刚架经济跨度，经济柱距，主刚架截面等的经济选择。刚性系杆、檩条、拉条、隅撑等围护结构的设计也是很重要的。屋面板，墙板以及节点的优化设计可以减少用钢量，起到一定得作用。
单层门式刚架厂房的应用日益广泛，设计经验的分析总结是过去的终点同时也是今天的起点，而如何更加合理更加正确的进行单层门式刚架厂房的设计还需要广大结构设计者进行不断的努力和探索
关键词：门式刚架，车间厂房，钢结构设计，实例分析

英文摘要
Abstract
ColumnsKey words：Portal frame, Workshop plant, Steel Structure Design,
Case Study
第四部分 设计正文

第1部分 设计资料
1. 工程概况
本设计为新疆天基钢铁厂拟建造主厂房，为全钢结构门式刚架轻型厂房，厂房位于建厂地址位于乌鲁木齐市。厂房长84m，宽30m，建筑占地面积84m×30m =2520平方米。
2. 设计原始资料
2.1主厂房采暖按18℃设计，冬季室外计算温度-19℃，冬季室外最低气温-30.4℃，夏季最高气温39.4℃。
2.2 年平均降雨日数91.3，年平均降水量678.4㎜，有记录的日最大降水量100.8㎜，时最大降水量54.8㎜。
2.3 最大风速25m/s，主导风向：北，基本风压0.45KN/㎡。
2.4 最大积雪深度210㎜，基本雪压0.8KN/㎡。
2.5 最高地下水位-9m。
26 土壤冻结深度-1.50m。
2.7 冬季相对湿度为55%，夏季相对湿度为40%。
2.8 地震设防烈度为8度。
2.9 建筑安全等级为二级。
2.10 经勘测知地基承载力标准值为150KPa，无不良地基。
3. 设计其他资料
3.1 厂房采光面积比为1/6～1/8，采光等级要求3级。
3.2 厂房地坪荷重10KN/㎡，均采用水磨石地面，全部地坪待设备基础完工后再施工。
3.3对于建筑物大门的设置，考虑到有重型吊车出入，在左右山墙上采用4.5m×4.5m的推拉门。建筑物纵向墙体考虑到人员及设备的出入方便上，采用3.9m×3.9m的推拉门。门上有挡雨棚，外挑900㎜。
3.4 在第①②轴线间有一标高为3m的操作平台，平台面积不小于15㎡，用钢柱支撑，上部荷载标准值为2.0KN/㎡，设钢梯、平台护栏。
3.5 厂房内设桥式吊车两辆,吊车工作级别位A5（中级工作制），具体参数如下：
桥式软钩吊车性能参数
起重量Q（t）
跨度lk(m)
基本尺寸（㎜）
起重机量（t）
轮压（KN）
大车宽B
大车轮距K
轨面至车顶高度H
轨中心至大车外边缘B1
总重
小车
最大轮压P1
最小轮压P2
32
28.5
6620
5600
1810
510
35.87
5.011
264
84

4. 设计任务要求
4.1 建筑设计
4.1.1 图纸内容：建筑平面图、正立面、剖立面、细部构造大样不少于5个。
4.1.2 建筑设计说明书内容：设计任务简介、平、立、剖面设计说明、
承重及围护结构选择和布置、主要节点构造说明。
4.2 结构设计
4.2.1 图纸内容：
基础布置图；
柱、吊车梁、柱间支撑等布置图；
屋面檩条布置图、墙架布置图；
节点图（柱脚、檩托、牛腿、柱和梁交接处）；
刚架图。
4.2.2 说明部分：
结构方案
承重构件（包括屋面板、檩条、吊车梁、柱、基础、支撑系统和平台系统的选型说明）
4.2.3 计算部分
要求完成厂房刚架（横向及纵向）内力分析及柱的一个完整设计，其具体内容为
对厂房横向刚架进行荷载计算
内力分析及截面设计
基础的设计及配筋
檩条、墙架及柱间支撑的设计
平台系统设计
采用PKPM中的STS程序计算刚架内力
4.2.4 计算书要求：
书写工整、计算准确、必要的示意图不得徒手画、应有大概的比例
4.3 翻译40000字符的英文专业资料
5. 参考书目
《单层厂房建筑设计》建筑工业出版社
《工业厂房墙板建筑节点参考图集》冶金工业出版社
《厂房建筑统一化基本规则》（TJ6-74）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2003）
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102-98）
《钢结构设计手册》中国建筑工业出版社
《钢结构设计计算图表》北京钢铁设计研究总院编 冶金工业出版社
《钢结构设计原理》（课本）
《钢结构设计》（课本）
《轻型钢结构设计手册》

第2部分 建筑设计
1. 建筑平面设计
1.1 厂房平面形式的选择
有跨度30m确定该厂房为单跨，由生产工艺和起吊高度确定为单层，故该厂房平面形式选为矩形。这种平面形式较适应工段间联系紧密，运输路线短捷，形状规整，经济的生产厂房，且这种平面形式由于宽度不大，室内采光和通风较容易解决。矩形形式规整，结构，构造简单，造价低，施工快，再者由于该生产线规模较小，采用此平面形式完全可以满足使用上和工艺上的要求。
1.2 柱网的选择
由车间的长，宽，跨度尺寸柱距的要求确定柱子的位置，柱在平面中排列所形成的网络为柱网。柱网的选择实际上是厂房跨度和柱距的选择。
单层门式刚架的跨度应根据建筑使用条件和生产工艺确定，一般情况下以跨度为21～30m时较为经济。檩条的跨度有0.9 m、1.2 m、1.5 m以及荷载性质和类型等各方面的影响因素，确定沿厂房纵向跨度取为30m，柱距取目前我国的基本柱距6m。
设计要求操作平台面积不得小于15㎡，为便于设计，施工，以及适应工艺的要求，确定平台面积。其柱网的确定，为避免和刚架柱基础靠得太近而形成联合基础，平台柱，次梁各向外悬挑1.5m，因此平台下柱网柱距和跨度均为3.0m。
在①、⑧号轴线靠山墙处各设两根抗风柱，且柱距为6m，距离A、B号定位轴线间距离各为3m，且抗风柱的外侧即为①、⑧号轴线。
1.3 辅助构件的定位
1.3.1 平台尺寸为5400㎜×6000㎜，⑧号轴线的抗风柱间设3.3m×3.6m的大门一个，主要供车辆和人员的出入，在A号轴③、④轴线间设2.4m×2.4m的大门一个，主要供材料和人员的出入，大门上设人行小门，门上有挡雨棚，外挑900㎜。
1.3.3

两辆5400㎜×6000㎜℃℃℃℃℃℃1/2跨度处设一道拉条，在檐口处还设有撑杆和斜拉条。屋面为压型钢板，屋面坡度i=1/10（α=5.71°），为限制檐缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲所设的撑杆的要求为长细比λ≤200，选用外径Φ20㎜，壁厚3㎜的钢管。

ⅱ 可变荷载
屋面均布活荷载0.50KN/㎡，雪荷载0.8KN/㎡，计算是两者取较大值为0.8 KN/㎡。
ⅲ 风荷载
风荷载高度变化系数取µZ=3.12（高度小于10m，B类地面粗糙度），按《建筑荷载规范》（GB530009：2001），风荷载体型系数取边缘带µS=-1.40（吸），基本风压0.4，则垂直屋面的风荷载标准值：

（ ）
3.2.2 内力计算
ⅰ永久荷载与活荷载（雪荷载）组合
标准值：
设计值：

弯矩设计值：

ⅱ永久荷载与风荷载的组合

弯矩设计值：

3.2.3 截面选择及截面特征
ⅰ选用卷边槽形冷弯薄壁型钢C 250×75×20×2.5
b=75 h=250 c=20 t=2.5

δ近似取200N/㎜2,截面上翼缘有效宽厚比b2/t=23, b2=57.5㎜,应考虑有效截面同时跨中截面有孔洞削弱，同时考虑用0.9的折减系数，则有效截面抵抗矩为：

ⅲ 挠度计算（简支梁）

∴挠度满足要求
ⅳ 构造要求

故此檩条在平面内、外均满足要求。

4. 墙架设计
4.1 墙架的选择与布置
墙梁选择带卷边的冷弯薄壁型钢（C型钢），跨度6m，墙架采用高频焊接轻型H型钢，墙梁与焊于柱上的角钢支托连接，为防止C型钢槽内积灰积水引起锈蚀，采用开口向下，但同时考虑到槽口向上时便于与柱连接，固定窗框，故根据设计来定向上或向下，作为墙架柱兼抗风柱与刚架横梁的连接采用弹簧板，以消除刚架竖向荷载作用的影响，同时，为减小横梁竖向计算跨度和增强稳定性在横梁间设置拉条。
墙面板采用彩色镀锌薄钢板，厚度0.4㎜～0.7㎜之间，山墙处的墙架布置图如图。
4.2 墙架内力计算

4.2.1计算数据和资料
轻型门式刚架，跨度30m，柱高8.7m，屋面坡度i=1/10（α=5.71º）,计算最大梁间距0.9m，基本风压标准值ω0=0.45KN/㎡，根据《建筑结构荷载规范》地面粗糙度系数按B类取值，风压高度变化系数μs=3.12，风荷载体型系数μs按CECS102：2002中，对封闭式房屋，端墙风压力的体型系数为0.9，风吸力的体型系数μs为-0.2，偏安全地取μs=-1.1或+1.0。
垂直于房屋墙面的风荷载标准值：
迎风向：

背风向：
取二者较大值： （背风向）
则作用于墙梁的风荷载标准值
墙梁自重： 标准值：0.07KN/m
∴设计值：；
4.3 墙梁内力计算
墙板下端与1.2m高的砖砌体墙相连接，且板与板之间有可靠的连接，因此，墙梁只承受自重，不考虑拉条作用，墙梁按简支梁计算
4.4 截面选择与验算
4.4.1 截面选择
由《钢结构设计手册》表11-1选用CQL6.0-1.8-1即C250×75×20×2.0型冷弯薄壁型钢作为墙梁。b=75,h=250,c=20,t=2.5

4.4.2 强度验算，C250×75×20×2.0平放，开口朝上
b/t=75/2.5=30 , b/