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目 录

1工程概况 1

1.1设计条件 1

1.2题型及要求 1

2建筑方案设计说明 2

3结构方案设计说明 4

3.1屋架设计 4

3.2排架计算 5

3.3实腹柱设计 5

3.4基础设计 6

4结构设计计算书 7

4.1檩条设计 7

4.1.1设计资料 7

4.1.2荷载统计 7

4.1.3截面选择 7

4.1.4内力计算 7

4.2屋架设计 9

4.2.1设计资料 9

4.2.2屋架尺寸 9

4.2.3支撑布置 9

4.2.4荷载计算 11

4.2.5内力计算 12

4.2.6内力复核 14

4.2.7对比分析 22

4.2.8截面选择 22

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4.2.9节点计算 28

4.3横向排架计算 33

4.3.1设计资料 33

4.3.2计算简图 33

4.3.3计算单元 33

4.3.4截面特征 34

4.3.5荷载计算 35

4.3.6内力计算 38

4.3.7内力组合 44

4.4实腹式柱设计 46

4.4.1设计资料 46

4.4.2边柱设计 46

4.4.3中柱设计 53

4.5基础设计 60

4.5.1设计资料 60

4.5.2边柱基础设计 60

4.5.3中柱基础设计 64

结论 69

谢辞 70

参考文献 71

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单层钢结构厂房毕业设计

绪 论

毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。

本组毕业设计题目为《单层钢结构厂房实际》。在毕业设计前期，我温习了《结构力学》、《钢结构设计原理》、《建筑结构抗震设计》等知识，并借阅了《抗震规范》、《钢结构规范》、《荷载规范》等规范。在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。特别是在地震期间，本组在校成员齐心协力、分工合作，发挥了大家的团队精神。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。

毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了天正建筑、AutoCAD、PKPM等建筑软件，这些都从不同方面达到了毕业设计的目的与要求，巩固了所学知识。

由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。

二零零八年六月十日

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结构设计计算书

1工程概况

1.1设计条件

1.工程水文地质条件

水文地质条件：从上到下依次为淤泥0.5m， 16.5kN/m3；粘粒含量

c 8%的粉土厚5 m， 18.2kN/m3，fak 170kPa，可不考虑地下水的影响。

2.6度抗震，近震，Ⅱ类场地。

3.某机加工车间基本数据：车间长度72m，厂房为单跨，跨度30m，厂房框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离H大于9m，但不超过18m，每个车间设两台30/5吨桥式吊车。

4.屋面基本要求：该普通机加工工厂在南方某地，年平均气温在21度左右，最高气温39度，最低气温0度，主导风向为东南风，屋面采用轻质屋面板（如压型钢板），屋面坡度i≈1/3。

5.屋面活荷载标准值0.7KN/m2。

6.材料：屋架和柱：Q235、Q345，基础：C10、C20、C25，钢筋：Ⅰ、Ⅱ级，砂浆：混合砂浆、水泥砂浆。

7.建筑场地（如图1.1）

1.2题型及要求

1.题型：三角形钢屋架 + 实腹式柱

2.要求

（1）厂房的平面设计、立面设计与剖面设计；

（2）屋架与柱设计；

（3）基础设计。

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图1.1 总平面图

2建筑方案设计说明

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，

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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）30m 6m的布置方案。

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1/3。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。

3.屋架体系

根据设计任务书要求采用三角形钢屋架，三角形屋架适用于陡坡屋面的有檩屋盖体系。屋架与柱铰接，房屋的横向刚度较低。从受力角度考虑，腹杆的布置采用芬克式。

4.吊车和吊车梁

该厂房每个车间设两台30/5吨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。该厂房的吊车梁直接参阅相关图集，不需另行计算。

5.柱的设计

根据设计要求采用焊接工字形实腹式柱。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。

6.基础设计

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根据厂房结构上部荷载和柱网（30m 6m）布置情况，采用C20钢筋混凝土柱下独立基础。水文地质条件：从上到下依次为淤泥0.5m， 16.5kN/m3；粘粒含量 c 8%的粉土厚5 m， 18.2kN/m3，fak 170kPa，可不考虑地下水的影响，计算确定基础埋深和尺寸。

7.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。屋盖支撑包括上、下弦横向水平支撑、垂直支撑及纵向水平系杆、天窗架支撑。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系。

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。

9.变形缝

该厂房车间设计长度是72m，小于90m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。

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。

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初步设计4扇门，分别位于第错误！未找到引用源。-错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。-错误！未找到引用源。轴线间。两侧开窗，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

3.1屋架设计

1.基本理论

该设计中，屋架为三角形钢屋架。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： MxN f An Wxnx

平面内稳定性验算： mxMx1N f xA W(1 0.8)x11x'NEx

平面外稳定性验算： MN txx f yA bW1x

ll0x [ ]， y 0y ixiy刚度验算： x

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

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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

1.计算要点

该厂房的基础形式采用钢筋混凝土柱下独立基础。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：fa fak b (b 3) d m(d 0.5)

基础长边弯矩： M1

基础短边弯矩： M1 1 pmax p1 2l a 2b bc c 24 2 1 pmax p1 2b b 2l ac c 24 2

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4结构计算

4.1檩条计算

4.1.1设计资料

屋盖材料为压型钢板，屋面坡度1/3（ 18.43 ），檩条跨度6m，于l/2处设一道拉条；檩距1.561m；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

压型钢板自重 0.1KN/m2

檩条自重(包括拉条) 0.05KN/m2

合计 0.15KN/m2

2.可变荷载

活荷载或雪荷载 0.7KN/m2

4.1.3截面选择

选用斜卷边Z形冷弯薄壁型钢，型号为160 60 20 2.2mm，其力学特征为：

Wx1 42.66cm3,Wx2 40.42cm3,Wy1 8.91cm3,Wy2 11.34cm3

Ix1 269.59cm4,ix 6.76cm,iy 1.94cm, 22.11

4.1.4内力计算

1.檩条线荷载

pk 0.15 0.7 1.561 1.327KNm

p 1.2 0.15 1.4 0.7 1.561 1.81KNm

px psin 1.81 sin3.68 0.116KNm

py pcos 1.81 cos3.68 1.806KNm

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2.弯矩设计值

Mx pyl2 1.806 62 6.5KN m

My pxl232 0.116 62 0.13KN m

3.强度计算

b 2.2 27.3, 2.2 72.7,截面上翼缘有效宽厚比b2t 25.4, b2 55.88,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：

Wenx1 0.9 42.66 38.29cm3,Wenx2 0.9 40.42 36.38cm3

Weny1 0.9 8.91 8.02cm3,Weny2 0.9 11.34 10.21cm3

屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转

MM6

xy6.5 100.13 106

1 W W 103

enx1eny138.298.02 103

153.6Nmm2 205Nmm2

MxMy6.5 1060.13 106

2 W W

enx2eny236.38 10310.21 103

191.4Nmm2 205Nmm2

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x1的弯矩设计值

Mx1 pcos l2 1.81cos18.43 62 6.18KN m

支座处采用4M12普通螺栓连接，A 1.13cm2,fb

v 130Nmm2，螺

受的弯矩：

M 4fbv 4 130 1.13 10 6.57KN m Mx1 6.18KN m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

11.327 cos3.68 60004

vy1185206 103 269.59 104

16.7mm l200 30mm

栓群可承

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6.构造要求

x 600300 88.8, y 154.6 200 6.761.94

故檩条在平面内、外均满足要求。

7.拉条计算

qx1 qsin 1.81 0.316 0.57KNm

RB 1.25qx1l1 1.25 0.57 3 2.14KN

S1 7RB 7 2.14 14.96KN

S2 S1 23.7KN 2sin

拉条选用Φ12 ，A 1.131cm2，每根拉条承载力：

N 1.131 102 215 24.3KN 23.7KN,满足要求。

4.2屋架设计

4.2.1设计资料

厂房车间以长72m，跨度为30m，柱距为6m，每跨设两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋架采用三角形钢屋架。从受力合理性考虑，其屋架形式选用弦杆较多的芬克式。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30 m，坡度i=1：3，屋架几何尺寸、节点编号、杆件编号如图4.1、4.2、4.3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

4.4所示。

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图4.1 屋架布置图

图4.2 屋架节点图

图4.3 杆件单元编号图

图4.4 屋架支撑系统布置图

4.2.4荷载计算

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1.永久荷载（对水平投影面）

压型钢板自重 0.1KN/m2

檩条自重 0.05KN/m2

屋架及支撑自重 0.15KN/m2

合计 0.3KN/m2

2.可变荷载（对水平投影面）

活荷载或雪荷载 0.7KN/m2

3.风荷载

基本风压 0.35KN/m2

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）恒荷载+风荷载

5.上弦集中荷载

上弦荷载见图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

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恒载

P 1 1.2 0.3

活荷载

P2 1.4 0.7 6.上弦风荷载设计值

(1)风载体型系数

迎风面 s 0.5 6 63.199KN 8.078KN

背风面 s 0.4 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 1.4 0.5 0.35 1.561 6 2.294KN

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。

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

组合结果见表4.1

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表4.1杆件内力组合表