1、小太阳食品厂双层钢结构厂房设计土木工程与建筑学院 土木工程 2010 级：程锦 指导老师：董事尔摘要：本设计为双层钢结构厂房的设计，建筑高度 10.2m，建筑面积1728 ，防火等级为丁级防火，设计主要包括建筑设计和结构设计两大部分。2m综合考虑建筑艺术、建筑环境以及建筑功能的要求，进行建筑平面、立面、剖面设计。综合专业知识，结构设计主要内容有：屋架结构设计和验算，框架结构设计和基础设计。本设计选用一榀框架进行计算，手算为主，利用 PKPM 进行复核。其中，在对屋架杆件计算和选择时使用结构力学求解器，对横向水平荷载采用“D 值法” ，竖向荷载作用下采用弯矩二次分配法。关键词：钢结构厂房；建筑设
2、计；结构设计Abstract: The design for the double steel plant design, building height 10.2m, building area 1728, fire rating of Class D fire design includes architectural design and structural design of two parts. Considering the architecture, the built environment and architectural features of requirements
3、, building plan, elevation, section design.Comprehensive expertise in structural design of the main contents are: roof truss design and checking, frame design and foundation design. The design uses a calculation-bay frame, hand calculations based, use PKPM for review. Which, when used in the calcula
4、tion of the truss rod and select structural mechanics solver, using lateral horizontal load “D value method“ vertical loads using Moment Distribution Method under.Keyword: Steel plant；Architectural design；Structural Design1 设计前言钢结构厂房是近十年来发展最快的领域，这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案
5、和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的厂房结构模式产生较大冲击。2 设计创新点对屋架杆件计算时，利用结构力学求解器求解杆件内力；二层框架结构在荷载作用利用“D 值法”和弯矩二次分配法，将屋架视为钢梁，且刚度无限大；组合楼板采用单向板进行设计和计算，有别于常用的双向板结构，并对其传力等方面进行具体设计。3 工程概况本设计为双层钢结构厂房，采用上承式梯形钢屋架体系，场地平整，场地地面层为 0.5 米左右的杂土，以下有 34 米厚的亚粘土层，地基承载力标准值,地下水位-2.5 米，工程地震设防烈度为 6 度。厂房长度 48m，2/180mfk
6、厂房为 1 跨，跨度 18m，厂房高层分别为 4m、3.8m，一层要求布置卫生间。按防火要求设置楼梯及防火涂料。该普通车间在南方某地，冬季设计温度为 0C，屋面采用轻质屋面板（如压型钢板） 。楼面活荷载标准值 ，屋面2/5.mKN活荷载标准值 ，基本风压为 。屋架和梁柱：Q235BF，基础：2/4.0mKN2/4.0mKNC20，钢筋 HRB335；二层楼面为组合楼板。 4 建筑设计建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，还应考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求建筑师认真学习
7、和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。设计是在规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果。各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。其中，设计标准化是实现建筑工业化的前提。因为只有设计标准化，做到构件定型化，使构配件规格，类型少，才有利于大规模采用工厂生产及施工的机械化，从而提高建筑工业化的水平。除此以外，建筑设计应遵照国家制定的标准，规范以及各地或各部门颁发的
8、标准执行。如：建筑放火规范，采光设计标准，住宅设计规范等。建筑设计首先根据自然条件等方面，如气象条件，地形及地震条件、水文等方面进行设计构想。该厂房为双层钢结构厂房，需对底层和二层平面进行设计；食品厂采用丁级防火，用的是彩板双推门，设置了内部楼梯和货运电梯；屋面采用 1：10 的坡度，端部高度 1500mm，中部采用 2400mm，设置屋面檩条。绘制立面图包括正立面图，侧立面图，其中各个方向的立面应绘全，但差异极小，不难推定的立面可以省略，对于内部院落的局部立面，也可附带在相关剖面图上表示，图剖面图未能完全表示时，则需要单独绘出。剖面图应选在有楼梯、层高不同、层数不同、内外空间比较复杂，最有代
9、表型的部位，必须充分表达清楚。如局部情况有不同，可绘制局部剖面。本工程的墙面采用压型钢板，考虑到最底层的钢板不易受到地面潮湿的氧化，故最下层采用 0.5m 的混凝土墙5 结构设计结构设计包括屋架结构设计和验算，框架结构设计和基础设计。5.1 屋架结构设计及验算屋顶是建筑物的维护结构，应能抵抗自然界各种恶劣环境的影响。首先是能抵抗风雪雨霜的侵袭，其中雨水对屋顶的威胁最大，故防水是屋顶设计的核心。屋架结构设计中布置了檩条，梯形钢屋架跨度 18m， ，屋面坡度约为 1:10，屋架间距为 6m，厂房长度为 48m，屋架支撑于 H 型钢柱上。屋面采用长尺寸压型钢板，轧制 H 型钢檩条，檩条间距为 1.1
10、m,屋面离地面高度约为 10.2m。钢材采用 Q235-A 焊条为 E43 型。初选檩条截面后根据钢结构设计规范 GB50017-2003，檩条采用冷弯薄壁 C 型钢。檩条设计从荷载计算开始，通过结构力学求解器，计算单位荷载作用下的杆件内力，考虑永久荷载与屋面活荷载组合和永久荷载和风荷载组合。根据有效截面对檩条进行强度验算、稳定性验算、挠度验算。根据建筑结构荷载规范进行效应组合，再对杆件截面进行计算和选择，根据屋架内力及内力组合及钢结构设计规范GB50017-2003，可知受压构件的容许长细比 ，受拉构件的容许长细比 ，由此计算上弦杆、下150350弦杆、斜腹杆、竖腹杆。屋架的杆件一般通过节点
11、板相互连接，各杆件的内力通过焊缝 相互平衡。节点设计的任务就是确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算，节点的构造应传力路线明确、简捷，制作安装方便。节点设计时，先根据腹杆内力，计算连接焊缝的长度和焊脚尺寸。焊脚一般取等于或小于角钢肢厚。并考虑杆件之间应留的间隙以及适当考虑制作和装配的误差确定节点板的形状和平面尺寸，然后验算弦杆与节点板的焊缝。5.2 框架结构计算框架结构设计首先进行组合楼板计算，本工程采用组合楼板，即水泥砂浆和压型钢板的组合。楼板层是建筑楼层间的水平分隔构件，它一方面承受着楼板层上的全部静、活荷载，并将这些荷载连同自重传给墙或柱；另一方面还对墙体起着水平支撑作用。帮助墙体抵
12、抗由于风或地震等所产生的水平力，以增强建筑物的整体刚度。对楼板取一个波段进行正截面验算，斜截面验算和变形验算。框架水平荷载计算采用 D 值法，估计柱在竖向荷载作用下的轴力，以 1.2N作为设计轴力，按轴压构件 确定框架柱的初始截面。由 D 值法计算风荷载作用下的层间剪力及侧移并得出风荷载作用下各层框架柱端弯矩和风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力。由于楼板为整体式单向板肋梁楼盖，故板的竖向荷载全部沿短跨方向传递给次梁，且在荷载传给板传给次梁传给主梁传给主梁支承的传递过程中，支承条件简化为集中于一点的支承链杆，忽略支承构件的竖向变形，即简支考虑。 框架结构设计采用弯矩二次分配法，并得出恒载、活载、
13、左风、右风作用的弯矩图、剪力图和轴力图，由此根据上述的结构，得出框架柱和框架梁的最不利组合。框架柱验算则根据钢结构设计规范GB50017-2003，梁柱均按压弯构件进行强度验算，平面内稳定性验算，平面外稳定性验算。本设计选用的是热轧型钢，局部稳定不需验算。框架梁的验算包括强度、稳定和挠度验算。当采用组合楼板时，楼板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁上翼缘的侧向失稳，可不计算梁的整体稳定。且轧制 HN 型型钢的组合板件宽厚比较小，无局部稳定问题。因此主梁只需进行强度和挠度验算。因跨度相同的各层主梁截面相同，可选择最不利内力组合验算。梁柱节点采用高强度螺栓，并进行验算。本工程钢柱柱脚与底
14、板间的焊缝形式采用翼缘完全融透的对接焊缝，腹板采用角焊缝，柱脚采用刚接方式与基础相连，地脚螺栓采用 Q235BF，作用于钢柱柱脚处的轴力及弯矩通过对翼缘与柱底板的对接焊缝传递至基础，剪力通过腹板与柱底板的角焊缝传递至基础；焊条选用 E50 型。柱脚节点的计算首先确定柱脚底板尺寸，再对钢柱与柱脚底板的连接焊缝和柱脚水平抗剪验算。6 基础设计室外设计地面至基础底面的垂直距离称为基础的埋置深度，简称基础的埋深。建筑物上部结构荷载的大小，地基土质好坏地下水位的高低，以及土壤冰冻深度等均影响基础的埋深。一般要求基础埋置深度的不同，有深基础，浅基础荷部埋基础之分。本工程由于厂房为双层钢结构，故该双层钢结构
15、厂房采用柱下独立基础，基础埋深2m，室内外高差为 0.5m，持力层为亚粘土层，并根据上部结构传来的荷载基本组合值7.0,/18,03emKNPafak进行基础验算。根据计算出的地基承载力特征值进行深度修正，从而得出基础宽度，并对基础进行配筋。结构施工图包括各节点示意图，基础及锚栓布置图，楼梯详图，屋架施工图，屋面檩条及墙梁布置图等。6 总结毕业设计是本科毕业前一次非常重要的检验，也是对自己能力的一种提高。通过此次毕业设计，我对自己在专业知识方面的不足进行了补充和了解。整个结构设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关的最新国家规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，实用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。
