开 题 报 告

钢结构单层工业厂房设计

一、选题背景与文献综述

被喻为“绿色工厂”的钢结构厂房体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。最近在我国建筑工程领域中已经出现了产品结构调整，长期以来混凝土和砌体结构一统天下的局面正在发生变化，钢结构厂房以其自身的优越性引起业内关注，已经在工程中得到合理的、迅速的应用，所以钢结构厂房的发展前景美好。

钢结构厂房是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构厂房占非住宅建筑投资的50%以上。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，已引起结构设计人员认识。目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。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。

目前还存在着种种不尽人意或有待提高的方面，但钢结构厂房的发展潜力巨大，前景广阔。我国 20年来的改革开放和经济发展，已经为钢结构厂房体系的应用创造极为有利的发展环境。首先，从发展钢结构厂房的主要物质基础来看，自1996年开始我国钢的总产值就已超过1亿吨，居世界首位。而且随着钢材产量和质量持续提高，其价格正逐步下降，钢结构厂房的造价也相应有较大幅度的降低。与之相应的是，钢结构厂房配套的新型建材也得到了迅速发展。其次，从发展钢结构厂房的技术基础来看，在普通钢结构厂房、薄壁轻钢结构厂房、高层建筑钢结构厂房、门式刚架轻型房屋钢结构厂房、网架结构、压型钢板结构、钢结构厂房焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨（型钢）混凝土结构等方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准

已发行。有关钢结构厂房的规范规程的不断完善为钢结构厂房体系的应用奠定了必要的技术基础，为设计提供了依据。第三，从发展钢结构厂房的人才素质来看，经过几年来的发展，专业钢结构厂房设计人员已经形成一定的规模，而且他们的专业素质在实践中得到不断提高。而随着计算机在工程设计中的普遍应用，国内外钢结构厂房设计软件发展迅猛，软件功能日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计，施工图绘制提供了极大的便利条件。

二、设计任务

该设计任务为设有双层重级工作制吊车的单跨厂房设计计算。其内容包括刚接排架、柱、屋架、托架、吊车梁、制动桁架、辅助桁架、抗风柱、抗风桁架、柱间支撑及节点连接等计算。图纸包括：平、立、剖三视图，柱、吊车梁及屋盖平面布置图，以及柱子安装节点图、吊车梁施工图和屋架图。

厂房的设计参数如下：

厂房跨度 34m

柱子间距 排架柱的间距为12m(每6m设有墙架柱)，山墙抗风柱间距为6m 屋架间距 6m(设有跨度为12m的托架)

屋面结构 采用1.5m×6m的预应力混凝土大型屋面板（无檩体系）

屋架坡度 1:10

上层吊车 设有两台Q=75t/30t重级工作制吊车

上层吊车轨高 26m

下层吊车 设有两台Q=75t/30t重级工作制吊车

下层吊车轨高 17m

基本风压 50kg/m2

基本雪压 50kg/m2

使用钢材 除吊车梁采用16Mn钢外，其他构件均为3号钢

墙面材料 采用1.2m×6m×0.16m厚的钢筋混凝土空心墙板

三、拟采用的研究方法

1、总体设计思想

我国现行《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）采用以概率理论为基础、用分项系数表达的极限状态设计法。设计中考虑结构的承载能力的极限状态和正常使用的极限状态。由于设有吊车，对于直接承受动力荷载的结构，需要相应规范考虑动力系数，计算疲劳和变形。

2、关键理论

该钢结构单层工业厂房跨度大，且设有双层共4台重级工作制的吊车，所以构件的设计计算较为繁琐、复杂。但设计步骤亦为结构设计的一般步骤 ，即结构布置选型、单位荷载下的内力计算、实际荷载作用下的内力计算、内力组合、截面选择或校验、绘制施工图。在设计过程中需要计算大量构件，以下简要叙述几个关键理论。

排架计算：厂房排架由柱和它支撑的屋架（横梁）组成，是厂房的主要承重体系，是厂房设计的最重要内容。在进行刚性排架的内力分析时，一般需首先求解两端为刚性固定的变截面柱在单位线位移、单位角位移及各种荷载作用下两端的固端弯矩和剪力（相当于支座反力）。求解的方法可以采用变位移法、似柱法、虚功原理等方法。为便于计算也可按相关计算手册的双阶柱的有关公式计算。

屋架内力分析：通常假定屋架的节点为理想的铰接点，屋架所有的杆件的轴线都在同一个平面内且相交于节点的中心，以及荷载全部作用在节点上（如荷载作用在弦杆的节间，则应将节间弯矩按比例分配在该节间相邻的节点上）。这样，就可利用图解法或数解法来计算屋架杆件的轴心力，但对有节间荷载作用的杆件，尚须考虑节间局部弯矩的影响。

吊车梁设计：各类吊车梁军应设计强度、稳定性和变形；对于重级工作制吊

车梁尚应计算疲劳强度。计算吊车梁的强度、稳定性和变形时，吊车梁一般应按同一跨间内起重量最大的两台吊车来确定（当工艺有特殊要求时，则应按实际情况考虑）。在计算吊车梁及其连接的强度和吊车梁的稳定性时，吊车的竖向荷载应乘以动力系数α（α=1.1）。

墙架构件计算：包括墙架柱的计算和上层抗风桁架的计算。墙架柱承受风荷载及作用在墙架柱上的墙体自重或平台传来的荷载（当平台梁支承在墙架柱上时），应按偏心受压构件计算强度和稳定性。抗风桁架承受墙架柱传来的水平风荷载和走道的竖向荷载，计算抗风桁架在水平风荷载作用下时的内力按静定桁架分析。

3、完成课题的主要方案

根据设计任务书内容，首先明确相应的设计内容，复习钢结构设计的知识。查找资料，认真学习相关参考文献，如《钢结构设计手册》、《钢结构结构设计规范》。然后制定详细的进度计划，在老师的指导和监督下按质按量完成毕业设计的内容。加强与同组设计同学的交流，及时发现问题，互相促进。同时在设计过程中，重视校核避免不必要的返工，除了内力计算的校验外，利用结构力学求解器等电算工具校核手算的结果。

四、进度安排

四、参考文献

[1] GB50017－2003 钢结构设计规范，北京：中国计划出版社，2003

[2] GB 50009-2001 建筑结构荷载规范，北京：中国计划出版社，2001

[3] GB/T 50001—2001 房屋建筑制图统一标注，北京：中国计划出版社，2001

[4] 赵风华主编. 钢结构设计原理，北京：高等教育出版社，2005

[5] 马人乐等编著. 建筑钢结构设计（第二版），上海：同济大学出版社，2008

[6] 本书编委会. 钢结构设计数据资料一本全，北京：中国建筑工业出版社，1982

[7] 龙驭球、包世华主编编著. 结构力学教程（Ⅰ），北京：高等教育出版社，2001