晶晶公司思前厂房的设计毕业设计论文

西南科技大学网络教育毕业设计题目名称：晶晶公司思前厂房的设计 年 级：09春建筑工程技术 层 次：本科专科 学生学号： 指导教师： 学生姓名： 技术职称：二级建造师 学生专业：建筑工程技术 学习中心名称：石家庄学习中心 西南科技大学网络教育学院制毕业设计（论文）任 务 书题目名称 晶晶公司思前厂房的设计 题目性质 真实题目 虚拟题目学生学号 指导教师 学生姓名 专业名称 建筑工程技术 技术职称 二级建造师 学生层次 学习中心名称 石家庄学习中心年 月 日摘 要本工程为一门式钢结构厂房, 位于石家庄高新技术开发区。设备安装生产线为新建，设计中主要包括建筑设计、结构设计、PKPM设计三方面内容。建筑设计主要是确定建筑的平面、立面、剖面,以及对承重和维护结构进行布置。结构设计部分首先确定结构方案以及承重构件的选型。在此基础上完成厂房框架的内力分析及构件的设计，其内容包括门式刚架的内力计算和荷载组合,厂房柱的截面及节点设计,檩条设计,墙梁设计,吊车梁设计。PKPM设计主要是对刚架进行计算，熟悉掌握PKPM系列软件的运用。同时，对手算及机算的结果进行比较。最终完成设计的全部内容。关键词：钢结构 建筑设计 结构设计AbstractThis project is a typical workshop of gate-like steel structure, which lies on SHIJIAZHUANG development zone. the production-line of equipment-setup is new.The design mainly includes three factors: design of architecture; The design of architecture contains the construction the plane, the vertical surface, the section plane as well as the arrangement of load-bearing and structure-maintenance.The design of structure first determine the design of constructure and carrier shaping. On this basis, analyze the endogenic force and design members, which include: the calculation of the endogenic force of gate-like steel carrier, design of section and joint of column, roofing purlin design, wall beam design, crane beam design, Reinforced concrete foundation design and platform design. Designs based on the software of PKPM is mainly about the calculation of Steel frame; Then master the PKPM series software familiarly ;At the same time ,compare the result which is calculated by hand with the complete result; Finally finish all the contents of this design. Key word: Steel structure; Design of architecture; Design of structure; 引 言- 6 -第一章、建筑设计说明- 7 -一、工业建筑的特点及设计要求- 7 -二、平面设计- 8 -三、剖面设计- 9 -1、厂房高度的确定- 10 -2、室内外地评标高的确定- 10 -3、采光设计- 11 -4、通风设计- 11 -5、屋面排水形式- 11 -6、厂房的保温和隔热- 12 -四、单层厂房定位轴线的标定- 13 -1、横向定位轴线- 13 -2、纵向定位轴线- 13 -五、立面设计- 13 -六、单层厂房的室内设计- 16 -1、厂房的生产设备布置可以有以下几种形式：- 17 -2、在厂房的管道组织中根据使用和内部构图要应按下列原则布置：- 17 -七、建筑构造做法- 18 -第二章、结构设计说明- 20 -一、钢结构的特点- 20 -二、结构方案- 21 -三、构件选型- 22 -1、屋面板与墙板- 22 -2、檩条与拉条- 23 -3、墙梁- 25 -4、吊车梁及轨道- 26 -5、梁、柱- 26 -6、基础- 27 -7、支撑及杆件- 27 -四、结构布置- 28 -1、支撑的作用- 28 -2、支撑布置- 28 -3、柱间支撑的抗震构造措施- 29 -4、支撑构件设计- 29 -第三章、结构设计- 32 -一、基本设计规定- 32 -1、设计原则- 32 -2、变形规定- 32 -3、构造要求- 33 -4、荷载计算- 33 -二、檩条设计- 34 -1、荷载标准值- 34 -2、内力计算- 34 -3、截面选择及截面特性计算- 35 -4、强度计算- 38 -5、稳定性计算- 38 -6、挠度计算- 41 -7、构造要求- 41 -三、墙梁设计- 41 -1、采用穿越式墙梁- 41 -2、内力计算- 43 -3、截面选择及截面特性计算- 43 -4、强度计算- 45 -5、切应力验算- 46 -6、稳定性计算- 46 -7、挠度计算- 47 -8、构造要求- 47 -四、抗风柱设计- 47 -1、内力计算- 48 -2、弯矩作用平面内的稳定性计算- 48 -3、弯矩作用平面外的稳定性计算- 49 -五、吊车梁设计- 49 -1、设计资料- 49 -2、吊车荷载计算- 49 -3、内力计算- 50 -4、截面选择- 51 -5、截面特性- 52 -6、强度计算- 53 -7、稳定性计算- 54 -8、挠度计算- 55 -9、支座加劲肋计算- 56 -10、疲劳计算- 56 -11、焊缝连接计算- 57 -六、刚架内力计算- 58 -1、刚架荷载计算- 58 -2、屋面恒荷载作用下的刚架内力计算- 59 -3、屋面活荷载作用下的刚架内力计算- 62 -4、左风荷载作用下的刚架内力计算- 64 -5、右风荷载作用下的刚架内力计算- 74 -6、吊车荷载作用下的刚架内力计算- 75 -七、刚架内力汇总及组合计算- 91 -八、截面验算- 93 -1、侧移计算- 93 -2、刚架构件截面验算- 94 -九、刚架连接节点设计- 99 -1、刚架梁柱连接节点设计- 99 -2、刚架跨中节点设计- 100 -3、柱脚设计- 101 -4、牛腿设计- 105 -十、基础设计- 107 -第四章、PKPM上机验算- 110 -第五章、总结- 151 -一、解放后钢结构发展的四个历史时期- 151 -二、单层钢结构厂房简介- 151 -第六章、参考文献- 153 -致 谢- 154 -引 言本设计是一门式钢结构设计，包括以下几部分内容： 1、建筑设计 工业建筑是指用于从事工业生产的各种厂房。他与民用建筑一样，要体现适用、安全、经济、美观的方针。在设计原则、建筑用料和建筑技术等方面，两者也有许多共同之处。 2、结构设计 厂房采用轻型门式刚架结构,这是近年来发展快、应用最广的房屋建筑结构，也是新技术含量较高的结构，通过这次设计较全面地了解它的组成和相关的构件设计 3、PKPM上机设计 本工程结构计算选用的是中国建筑科学研究院开发研制的PKPM系列软件，通过这次设计较全面地掌握该软件的运用。 作为结构设计，应该密切联系有关的设计规范规程。设计中不仅应该了解设计规范的有关规定，还需要对规定的依据有所通晓，才不致在运用规范时出现差错。第一章、建筑设计说明一、工业建筑的特点及设计要求工业建筑是指用于从事工业生产的各种厂房。他与民用建筑一样，要体现适用、安全、经济、美观的方针；在设计原则、建筑用料和建筑技术等方面，两者也有许多共同之处。但由于生产工艺复杂多样，在设计配合、使用要求、室内采光、屋面排水及建筑构造等方面工业建筑又有如下特点：厂房的建筑设计师在工艺设计人员提出的工艺设计图基础上进行的，建筑设计在适应生产工艺要求的前提下，应为工人创造良好的生产环境并使厂房满足适用、安全、经济和美观的要求。 当厂房宽度较大时，为满足室内采光、通风的要求，多设有天窗；为了屋面排水放水的需要，还应设置屋面排水系统。这些设施均使屋顶构造复杂。在单层厂房中，由于跨度大，屋面及吊车荷载较重，且在地震烈度较高的地区，宜采用钢结构骨架。钢结构的主要承重构件全部用钢材做成。这种结构抗地震和震动性能好，构建较轻，施工速度快，除用于吊车荷载重、高温或震动大的车间以外，对于要求建设速度快、早投产早受益的工业厂房，也可采用钢结构。但钢结构易腐蚀，耐火性能差，使用时应采取相应的防护措施。 在进行工业建筑设计时应考虑以下几点要求：（1）建筑设计应满足生产工艺的要求，生产工艺的需要体现了使用功能的要求，它对厂房的面积，柱距、跨度，高度、平剖面形式等都有着直接的影响。（2）厂房应具有良好的生产环境，对于保证工人健康，提高劳动生产有着积极的促进作用。（3）应满足有关技术要求。设计中要解决的技术问题很多。首先要对安全问题予以足够重视。即厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全。对于有火灾或爆炸危险的厂房，应具有可靠的防火防爆措施以及安全疏散措施。设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。（4）要有良好的综合效益。建筑设计中要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益。三者之间不可偏废，不能片面强调其中的一个或两个而忽略其他。（5）应注意建筑美观。工业建筑在使用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美作为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。二、平面设计在设计配合上，厂房建筑平面设计和民用建筑是有区别的，厂房的平面设计是先由工艺设计人员进行工艺平面设计，在生产工艺平面图的基础上进行厂房的建筑平面设计。厂房的平面设计除首先满足生产工艺要求外，在平面设计中应使厂房平面形式规整、合理、简单以及减小占地面积、节能和简化构造处理。厂房的建筑参数应符合厂房建筑模数协调标准，是构件的生产满足工业化的要求。厂房的平面形式与生产工艺流程，生产特性有直接的关系。在建筑实践中常用的厂房平面形式有矩形、方形、L形和形等。该设计为小规模设备安装车间，吊车起重量为5t，各工段之间靠得较近，运输路线短截，工艺联系紧密，工程管线较短，形式规整，占地面积少，故该厂房平面形式采用矩形平面，且整个厂房柱及吊车轨顶标高相同，结构、构造简单，造价省，施工快；在宽度不大的情况下室内采光通风较容易解决。在厂房中，为支撑屋顶和吊车设柱子，根据工艺流程和设备布置对跨度和柱距大小提出了要求。在选择柱网时应考虑以下要求：（1）满足生产工艺要求。（2）遵守厂房建筑模数协调标准，跨度小于18m时，跨度的增减采用扩大模数3M数列。大于18m时，跨度的增减采用扩大模数6M数列。厂房山墙出抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。（3）调整和统一柱网。（4）尽量扩大柱网，提高厂房的通用性和经济合理性。由于跨度根据设计资料已定为12m，因此采用3M数列的扩大模数。柱距在综合考虑以上因素的前提下，采用6m的柱距形式且不采用抽柱的形式，有利于提高结构的稳定性。本厂房设附属员工休息室，设附属跨，建筑面积36。为了满足工人在生产过程前后的生产卫生及生活上的需要以保证产品质量并为工人创造良好的休息条件，所以应该在车间附近设置员工休息室。休息室设计应本着“有利生产，方便生活”的要求进行。休息室应有良好的朝向及采光和通风的条件；休息室不应放在有粉尘、毒气和其他有害气体的下风向。具体平面布置形式如图1.2.1所示：图1.2.1 建筑平面图三、剖面设计单层厂房的剖面设计是在平面设计的基础上进行的。在厂房的剖面设计中应该做到：在满足生产工艺要求的前提下，经济合理地确定厂房的高度及有效利用和节约空间；妥善地解决厂房采光、自然通风和屋面排水；合理地选择维护结构形式及其构造，使厂房具有随气候条件变化良好的维护功能。1、厂房高度的确定厂房高度是由地坪面到屋顶承重结构下表面之间的距离。在一般情况，它与柱顶距地面的高度基本相等。所以常以柱顶标高来衡量厂房的高度；屋顶承重结构是倾斜的，则厂房高度是由地平面到屋顶承重结构最低点的垂直距离。柱子长度仍应满足模数协调标准的要求。对于有吊车厂房的柱顶标高由下式计算求得:H=H1+h+Ch式中 H 柱顶标高；H1 轨顶标高。由工艺人员提出，本设计暂定为7m；h 吊车梁轨顶至车上小车顶面的净空尺寸，由设计任务书中桥式软钩吊车性能参数已知1.87m；Ch 屋架下弦至小车顶面之间的安全间隙。此值应保证屋架产生最大挠度以及厂房地基可能产生的不均匀沉陷时，吊车能正常运行，国家标准通用乔式吊车起重机界限尺寸中根据吊车起重量大小将定为400mm。 由吊车梁选用图集P14图集号为03SG520-1，吊车梁选用表（3）（大重新型）中选用序号1的吊车梁，其截面型号为GDL6-3，高度为450mm；由钢结构设计手册上P134选用38kg/m铁路重轨，其轨道高为134mm。则 牛腿标高为H1-轨道高-吊车梁高=7000-134-450=6400mm 取6600mm 轨顶标高H1最终定为牛腿标高+轨道高+吊车梁高=6600+134+450=7184mm 取7200mm 柱顶标高为H=H1+h+Ch=7200+400+1870=9470mm 取9600mm2、室内外地评标高的确定在一般情况下，单层厂房室内地坪于是外地面需设置高差，以防止雨水侵入室内，但为了便于运输工具进出厂房和不佳厂门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，一般取150mm。对于单层厂房室内地坪标高，由厂区总平面设计确定，其相对标高定为0.000。3、采光设计采光设计是根据室内生产对采光的要求来确定窗口的大小、形式及其布置。保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。为使采光设计做到适用、经济，设计时应根据生产性质及其对采光的要求，按采光系数的标准值进行设计。在本厂房设计中采用的采光方式为双侧采光的方式，且依据实际任务书中采光面积比应大于1/61/8的要求，低侧窗采用3m3.6m，高侧窗采用3m0.9m。计算窗地面积比：12(33.6+30.9)+20.9/4212=1/3.08 1/6 则满足采光要求。在设置中为方便工作和不使吊车梁遮挡光线，高侧窗的下沿距吊车梁顶面不应太高和过低，一般取600mm左右，综合考虑轨道的影响，本设计高侧窗下沿取距轨顶标高以上600mm。低侧窗台高度一般应略高于工作面高度。本设计取为1.2m （即窗台高为1.2m ）。4、通风设计在厂房设计中，良好的工作环境不仅要适宜的天然光线，还应有洁净的空气和正常的气候条件。厂房的通风方式有机械通风和自然通风，由于本厂房采用双侧窗、没有特殊要求，且石家庄地区风力较大，因此采用自然通风便可满足要求。5、屋面排水形式工业厂房的排水方式又有组织排水和无组织排水。为了防止檐口水在风的作用下湿墙、进窗及立面美观要求，本设计屋面采用有组织排水，在有组织排水中要设天沟、女儿墙火檐口板、水斗、水落管和地下排水管网。据钢结构下册房屋建筑钢结构设计P14种所述：门式轻型刚架房屋的屋面坡度宜取1/81/20，在雨水较多的地区取其中的较大值。综合考虑本设计中的气象资料，屋面排水坡度取10。雨水斗要泄水率高，掺气量小。 目前采用较多的是65型铸铁雨水斗，由雨水斗和短插管组成如图1.3.1所示：工业厂房所用雨水管一般用铸铁管较多，水落管是用支架固定在墙上。水落管的截面一般选用100200的管径。排水管的选择据轻型房屋钢结构构造图集P138所示：6m36m屋面排水设置,排水面积=Cb。根据柱距大小和吊车起重量大小由桥式软钩吊车性能参数表得h0=400mm B=230mm 图1.4.1 则750-（230+400）=12080说明安全缝隙宽度大于允许宽度，轴线与外墙内缘及柱外缘重合。五、立面设计单层工业厂房立面设计是以厂房体形组合为前提的，在已有体形的基础上利用柱子勒脚、门窗、墙面、线脚、雨蓬等部件，结合建筑构图规律进行有机的组合与划分，使立面简洁大方，比例恰当，达到完整对称，节奏自然，色调质感协调统一的效果。厂房体形必然受到生产工艺、结构形式、基地环境、气候条件以及环保要求等因素的制约。因此，不同的生产工艺流程有着不同的平面布置和剖面处理，厂房体形也不同。一般中小型机械工业厂房的体形多采用方形或长方形。在实践中，立面设计常采用垂直划分、水平划分、和混合划分等手法。影响立面设计的因素有：(1)、使用功能的影响。厂房是为生产服务的。不同的工艺流程、生产状况、运输设备有着不同的平面和剖面，对立面也有同样影响。厂房立面处理必须满足使用、安全、经济的要求，具有建筑形象能反映出建筑内容的效果。（2）、结构形式的影响。结构型式对厂房的体型影响较大，屋顶形式在很大程度上决定着厂房的体型。（3）、气候、环境的影响。太阳辐射强度、室外空气的温度与湿度等因素对立面设计均有影响。寒冷地区的厂房要求防寒保暖，窗口面积不宜过大，空间组合集中，给人以稳重、深厚的感觉；炎热地区的厂房，为满足通风散热，常采用开敞式外墙，空间组合分散、狭长，反映出轻巧、明快的个性。 建筑物最显著的要素是它的正立面，它直接构成了建筑的外观。墙上的门窗、可见的装置和装潢系建构成了建筑外观的韵律，建筑材料的选择和着色在大面积墙面处理上有着重要的作用。同时，对于近处观看的效果和远处观看的效果应给于同样的重视。所有的建筑材料多具有自己的物理和美学特性，金属板面可以横向铺设也可以竖向铺设。建筑立面是建筑组成部分中的焦点，门户窗的设置可以用来调整立面的虚实对比，他们必须平衡已达到整体效果的和谐。门窗的尺寸与建筑的大小有关，当使用标准尺寸的门窗时，应当根据立面的大小进行选择。门窗有序的布置和按排才能给建筑带来协调，一个和谐的立面需要对门窗进行调节。当门窗的位置不在同一高度时，可通过视觉效果增大门的尺寸来配合窗的排列。如有可能，应尽量避免使用孤立的单窗，因为窗是构成立面效果的最重要部分，同样，门也应该以同样的方式来构成立面效果。一栋建筑物的体型和立面，最总是以他的形状、材料之感和色彩等多方面的总和，给人们留下一个完整深刻的外观印象。在立面轮廓、门窗排列、构件组合以及墙面划分基本确定的基础上，材料质感和色彩的选择、配置、是使建筑立面进一步取得丰富和生动效果的又一重要方面颜色与材质是不可分离的，然而，在传统和古典的建筑中，人们选择材料时并不太考虑他们的颜色。现代建筑将色彩放在第一位，而现代的工业建筑也融入了大量的色彩及色彩组合因素。预制轻钢建筑所能提供的丰富多彩的彩板颜色和多种可与彩板组合使用的建筑材料，使建筑的颜色得到非常多彩的和谐组合。有两种方法来确定工业建筑的色彩：（1）突出本建筑在环境中的位置，它的外观应表现为醒目的颜色，使建筑物作为标志性的形象出现。（2）将建筑物融入到环境中，用与环境相协调的颜色。在群体工业建筑中，人们希望自己的建筑物与众不同，那么，使用较为醒目的颜色可以轻而易举地达到这一目的，而在较为宽广的场地中，建筑物应当尽可能融入周围的环境，在某些地区的政府规定获取与法令中，就有这样的要求。在这样的情况下，可使用一些较暖色调的颜色，如：褐色、绿色、土黄色、来达到与环境颜色的融合。在选择建筑的颜色时，也需要考虑不同的面，并且评价他们中的那一个面最为重要。墙面是大面积的可见立面，在本建筑中屋面板颜色均采用海蓝色，给人以清新、明快的感觉。其侧立面如图1.5.1所示，正立面如图1.6.1 所示：图1.5.2 侧立面图图1.6.1 正立面图六、单层厂房的室内设计厂房的内部设计是一项综合设计，即把组成厂房内部空间的建筑构件和其他内含成分作为一个统一体，全面综合地进行构图设计。厂房的承重结构、外墙、屋顶、地面和隔墙等构成了厂房内部空间形式，涉内部设计的重要内容；生产设备及其布置、管道组织、艺术装饰、色彩处理等也都直接影响厂房内部的面貌及其使用效果，也是车间内部设计的有机组成部分，也是为工人创造良好工作环境的重要方面。1、厂房的生产设备布置可以有以下几种形式：（1）形状规格同一或接近，量大的设备应使其形成有规律成组的排列，尤其是在相同的大型而复杂的设备布置中，用其形成断续的节奏和轮廓线，一般能获得明显的组织性、规律性的视觉效果；（2）在很多情况下，一种形式的机床和辅助设备给人的印象是单调的，在这种情况下较好的处理手法是用颜色按区段分组，用颜色区别主要和扶助的设备；2、在厂房的管道组织中根据使用和内部构图要应按下列原则布置：（1）内部管道不应给人以孤立无组织的感觉，硬是他们成为内部整体构图中的有机组成部分；（2）各种类型的管道，应分别涂以色彩，管道标志色如下表1.6.1所示：表1.6.1管道名称颜 色管道名称颜 色过热蒸汽管红乙 炔 管深 蓝饱和蒸汽管红氢 气 关白煤 气 管黄给 水 管蓝液化石油管黄排 水 管绿压缩空气管浅 蓝油 管棕 绿厂房的色彩处理应打破车间内部的单调感及改变人们的心理状态，内部的色彩起着重要的作用。厂房的内部色彩一般分环境色、机械色和标志色。环境色是指厂房内部的色彩。机械色一般是由石油设备制造厂选定。标志色又分为管道标志色和警戒标志色。管道标志色有利于识别复杂的管道系统，利于检修和防止事故。警戒标志色是为了生产安全，用于厂房内的一些易发生安全事故的设备或设备的某部分。七、建筑构造做法类 别序号适用部位构 造 作 法标准图集号彩色压型钢板屋面1车间1.彩色压型钢板2.C型檩条和80聚苯乙烯朔料板3彩色压型钢板水磨石地面2车间1.12-18厚1：2.5水泥磨石地面磨光打蜡2.素水泥浆结合层一道3.20厚1：3水泥沙浆找平4.60厚（最低处）C20细石混凝土从门口向地漏找坡最低处不小于30厚5.聚氨酯三遍涂膜防水层1.51.8mm厚或用硅橡胶等其他防水涂料6.40厚C20细石混凝土随打随抹平，四周抹小八字脚7随时垫层8素土夯实98J1-地9水泥沙浆墙面3内墙1.2米以下1.刷内墙涂料2.5厚1：2.5水泥沙浆抹面，压实打3.13厚1：3水泥沙浆打低98J1-内3-C表1.7.1表1.7.2类 别序号适用部位构 造 作 法标准图集号彩色压型钢板墙面4内外墙1.2米以上1.彩色压型钢板2.C型檩条和80聚苯乙烯泡沫塑料保温材料3彩色压型钢板水刷石墙面外墙1.2米以下1.8厚1；1.5水泥石子（小八厘）罩面，水刷露出石子2.刷素水泥浆一道3.12厚1：3水泥沙浆打底扫毛4.砖墙面清扫积灰适量洇水98J1-外3-A细石混凝土散水61.40厚C20细石混凝土撒1：1水泥砂子，压实赶光。2.垫层100厚碎石或碎砖夯实，灌M2.5混合砂浆。3.素土夯实向外坡4。98J1-散4-A大理石板踢脚71.稀水泥浆擦缝2.安装10-20厚大理石板3.20厚1：2水泥沙浆灌贴98J1-踢3-C水泥锯齿坡道81.25厚1：2水泥沙浆抹面，作出60宽7深锯齿2.素水泥结合层一道3.60厚C15混凝土4.垫层100厚碎石或碎砖夯实，灌M2.5混合砂浆。5.素土夯实（坡度按工程设计）98J1-坡6-A第二章、结构设计说明一、钢结构的特点本设计除基础外均采用钢结构，钢结构体系与钢筋混凝土和砌体结构相比，其特点如下：1、材料的强度高，塑性和韧性好。钢材和其他建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大活荷载很大的结构和构件。钢材还具有塑性韧性好的特点。良好的吸能能力和延性还是钢结构具有优越的 抗震性能。另一方面，由于钢材的强度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。2、材质，和力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较接近匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以严格控制，材质波动的幅度小。3、钢结构制造简便，施工周期短。钢结构所选用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作。因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以安装简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在工地拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短工期。小量的钢结构和轻钢屋架，也可以在现场就地制造，随即用简便机具吊装。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的钢结构还可以根据需要进行拆迁。4、钢结构的质量轻。钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是刚才的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的质量最多不过钢筋混凝土屋架的1/31/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程，质量轻也是一个重要的有利条件。屋盖结构的质量轻，对抵抗地震作用有利。另一方面，质轻的屋盖结构对可变荷载的变动比较敏感，荷载超额的不利影响比较大。受有积灰荷载的结构如不注意及时消灰，可能会造成事故。风吸力可能造成钢屋架的拉、压反号，设计时不能忽略。设计沿海地区的房屋结构，如果对飓风作用下的风吸力估计不足，则屋面系统有被掀起的危险。5、钢材耐腐蚀性差。钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。尤其是暴露在大气中的结构如桥梁，更应该特别注意。这使维护费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底的除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。近年来出现的耐候钢具有较好的抗锈蚀性能，已经逐步推广应用。6、钢材耐热但不耐火。钢材长期经受100的辐射热时，强度没有多大的变化，具有一定的耐热性能；但温度达到150以上时，就必须用隔热层加以保护。钢材不耐火。重要的结构必须注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石板喷涂层或石膏板等加以防护。防护使钢结构造价提高。目前已经开始生产具有一定耐火性能的钢材，是解决问题的一个方向。7、钢材适应性强钢结构易与建造大跨度、大柱距的灵活车间，且便于加固和扩建，且安装接头用螺栓连接的钢结构容易拆卸，可用于活动房屋。生产钢材耗能低，又能够回收，对于循环利用保护环境是有利的。 二、结构方案由于厂房位于包头稀土开发区，地基条件较好，厂方建完后基础沉降微小，所以厂房采用轻型门式刚架结构，门式刚架有以下优点：1、采用轻型屋面，不仅可以减少梁柱截面，基础也减小。2、刚架的侧向刚度借檩条的偶撑保证，省去纵向刚性构件并减小翼缘宽度。3、刚架可采用变截面，截面与弯矩成正比，变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度，做到材尽其用，该设计采用等截面，因厂房内设有桥式吊车。4、竖向荷载通常是设计的控制荷载，但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载的作用不应忽视，在轻型门式刚架中地震作用一般不起控制作用。5、支撑的做法较轻便，可采用张紧的圆钢。6、结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高，构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，土建部分施工少，且工期短。7、门式刚架通常用于跨度936m,柱距为4.59m，设有吊车起重量较小的单房工业房屋或公用建筑，设置桥式吊车时其重量不宜大于20吨，属于中、轻级工作制的吊车（柱距6m时，不宜大于30吨）设置悬挂吊车时起重量不宜大于3吨。 三、构件选型1、屋面板与墙板屋面板与墙板均采用压型钢板，压型钢板是目前运用最多的板面材料。采用彩色镀锌钢板，经辊压冷弯成各种波形，具有轻质、高强、美观、耐用、施工简便、抗震性能好等特点。单层压型钢板的自重为0.10-0.18kN/m2,当有保温隔热要求时，采用双层钢板中间夹保温层的做法，屋面全部荷载标准之比较小，而且，目前压型钢板的加工和安装已达到标准化、工厂化、装配化。其最大允许檩距可根据板型、支撑条件、荷载及芯板厚度，在产品规格中选用，压型钢板与其他的屋面板相比较，有着明显的优点：比太空板轻，而太空板要用防火卷材，压型钢板本身具有防火功能；石棉瓦材料存在脆性大的缺点，易开裂破损，因吸水而产生收缩龟裂和挠曲变形等。压型钢板却没有这些缺陷，而且还比较美观大方、立面效果好、自重轻、施工方便。压型钢板的构造规定压型刚办腹板与水平面之间的夹角不宜小于45度。压型钢板宜采用长尺寸板材，以减少板长度方向的搭接。压型钢板长度方向的搭接端必须与支撑构件（如檩条、墙梁等）有可靠的连接，搭接部位应设置防水密封胶带，搭接长度不一小于下列限值:波高大于或等于70mm的高波屋面压型钢板 350mm波高小于70mm的高波屋面压型钢板 屋面坡度1/10时， 250mm屋面坡度1/10时， 200mm墙面压型钢板 120mm(4) 屋面压型钢板测向可采用搭接式、扣合式或咬合式等不同的连接方式 。当侧向采用搭接式连接时，一般搭接一波，特殊要求时可搭接两波。搭接处用连接件紧固，连接件应设置在波峰上。对于高波压型钢板，连接件间距一般为700mm-800mm;对于低波压型钢板，连接件间距一般为300-400mm。当侧向采用扣合式或咬合式连接时，应在檩条上设置于压型钢板波形相配套的专用固定支座，两片压型钢板的侧边应确保扣合或咬合连接可靠。（5）墙面压型钢板之间的侧向连接宜采用搭接连接，通常搭接一个波峰，板和板的连接可设在波峰，亦可设在波谷。（6）铺设高波压型钢板屋面时，应在檩条上设置固定支架，檩条上翼缘宽度应比固定支架宽度大10mm,固定支架用自攻螺钉或射钉与檩条连接，连接件可每波或隔波设置一个，但每块低波压型钢板不得小于3个连接件。根据屋面荷载和檩距由钢结构设计手册上P91常用压型钢板及檩距表6-1选用序号5 的YX35-190-760,截面的基本尺寸如图2.3.1及2.3.2 所示：图2.3.1墙板选用序号为14的YX15-225-900, 截面的基本尺寸如图3.3.1.2所示：图2.3.22、檩条与拉条檩条宜优先选择实腹式构件，也可采用格构式构件，实腹式檩条一般设计成单跨简支构件，也可设计成连续构件。实腹式檩条分为槽钢檩条，槽钢檩条又分为普通槽钢檩条和轻型槽钢檩条两种；高频焊接轻型H型钢檩条具有腹板薄、抗弯性能好、两主轴方向的惯性距比较接近以及翼缘板平直易于焊接等优点；卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条是截面互换性大、应用普遍、用钢量省、制造和安装方便；卷边z形冷弯薄壁型钢檩条又分为直卷边z形和斜卷边z形，它的主平面x轴的刚度大，用作檩条时挠度小、用钢量省、制造和安装方便。构造要求：（1）、当檩条跨度大于4m时，应在檩条间跨中设置拉条。当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条。拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转，并且提供x轴方向的中间支点。此支点的力需要传到刚度较大的构件。为此，需要在屋脊或檐口处设置斜拉条或刚性撑杆。当檩条用卷边槽钢时，横向力指向下方， 图2.3.3斜拉条应如图2.3.3所示，以上论述适用于有风荷载和屋面风吸力小于重力荷载的情况。当风吸力超过屋面永久荷载时，z形钢檩条的斜拉条需要设置在屋脊处，而卷边槽钢檩条则需设在屋檐处。因此为了兼顾两种情况，在风荷载大的地区或是在屋檐和屋脊处都设置斜拉条，或是把横拉条和斜拉条都做成可以既承拉力又承压力的刚性杆。拉条通常用圆钢做成，圆钢直径不宜小于10mm。圆钢拉条可设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接，拉条宜设在下翼缘附近。为了兼顾无风和有风两种情况可在上下翼缘交替布置。当采用扣合式屋面板时，拉条的设置根据檩条稳定计算确定。刚性撑杆可采用钢管、方钢或角钢做成，通常按压杆的刚度要求200来选择截面。拉条、撑杆和檩条的连接见图2.3.4 图2.3.4 拉条可弯折，也可不弯折。弯折是要求弯折的直线长度不超过15mm,不弯折则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接。（2）、实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，檩托可用角钢和钢板做成，见图2.3.5，檩条和檩托的连接螺栓不应少于2个，并沿檩条高度方向布置。设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性。 图2.3.5（3）、槽形和z形檩条上翼缘的肢尖或卷边应朝向屋脊方向，以减少和在偏心引起的扭矩。（4）、计算檩条时，不能把偶撑作为檩条的支撑点在本设计中选用实腹式檩条，檩条按单跨简支设计，根据屋面坡度（1/101/3），采用卷边槽形冷弯薄壁型钢檩条。跨度6m，檩距为1.5m。跨中设一道拉条。高度一般取跨度的1/351/50且为了利用屈曲后强度，因此，初步选用C22075202.2。根据荷载和檩距大小取用，在普通钢结构屋盖中拉条直径不应小于10mm, 本设计中采用12光圆钢筋。3、墙梁 墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也采用卷边z形钢。墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。墙板常做成落地式并与基础相连，墙板的重力直接传至基础，故墙梁的最大刚度平面在水平方向。当采用卷边槽形截面墙梁时，为便于墙梁与刚架柱的连接而把槽口向上放置，单窗框下沿的墙梁则需要槽口向下放置。墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿下沿及窗框的上沿下沿处应设置一道墙梁。为了减少竖向荷载产生的效应，减少墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设置拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱，设置原则和檩条相同。墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁，前者运输方便，节点构造相对简单，后者受力合理，节省材料。墙梁按单跨简支设计，采用卷边槽形冷弯薄壁型钢。跨度6m，墙梁间距最大为1.5m。跨中设一道拉条。由于墙梁受风吸力的作用，为保证稳定性根据风荷载大小选用C16070203.0。4、吊车梁及轨道吊车梁有型钢梁，组合工字形梁，Y型梁及箱形梁等形式型钢吊车梁（或加强型钢吊车梁），用型钢（有时用钢板，槽钢或角钢加强上翼缘）制成，制作简单，运输及安装方便。一般适用于跨度6m，吊车起重量Q10t的轻、中级工作制的吊车梁。焊接工字形吊车梁由三块钢板焊接而成，制作比较简单，为当前常用的形式，当吊车轮压较大时，采用将腹板上部受压区加厚的形式较为经济，但会增加施工的不便，由于吊车梁跨度和起重量不大，为轻级工作制，为了结构的可靠性和节约材料，采用焊接工字形截面，并且在制作时吊车梁支座处制成简支梁的形式，由于要用压板法固定吊车轨道，所以上翼缘宽度B不小于320mm，支座使用突缘支座，使结构计算简化，传力更加明确，且吊车梁一般设计成等截面的形式。吊车梁设计的一般规定：吊车梁一般按两台最大起重量的吊车进行设计的。当有可靠依据时，可按工艺提供实际排列的两台起重量不同的较大吊车或可能是一台吊车进行设计。吊车梁的设计应根据工艺提供的资料指定吊车工作制的要求，目前我国按吊车负荷率与工作时间率分为轻、中、重和特重四个等级（即A1-A3,A4-A5,A6,A7和A8）。吊车梁的形式选用应根据吊车的起重量及跨度大小，吊车梁的跨度及吊车工作制度等确定。 本设计根据所给吊车资料以及吊车梁选用图集P14图集号为03SG520-1，吊车梁选用表（3）（大重新型）中的吊车梁综合考虑，初步确定吊车梁具体参数如下： h=450mm b1=300mm b2=220mm tw=8mm tf=12mm钢轨的选择由钢结构设计手册上P134选用38kg/m铁路重轨，铁路钢轨一般用于吊车起重量Q32t的轻、中级（A1A5）工作制的吊车。具体参数如下 a=97mm b=194mm h= 134mm 2e=124mm 2s=20mm B=338m5、梁、柱因为厂房设有桥式吊车，柱宜采用等截面构件，且柱脚设计成钢接，且梁柱均采用轧制H型钢截面，其具有如下特点：（1）翼缘宽，侧向刚度大（2）抗弯能力强（3）翼缘表面相互平行，构造方便（4）可加工再生型材在性能上，热轧H型钢是一种具有优越性能的经济截面型材，与焊接H型钢相比，可降低成本费用20%以上，与传统的热轧I字形相比，可降低成本费用20%以上，其弱轴刚度可增加一倍以上，强轴抵抗矩也提高1050% 。按所设计的工程相比可降低用钢量15%以上，效益十分可观，所以现在许多国家都用H型钢代替工字型钢。本设计中初步选定梁柱截面均为轧制H型钢4003001016。抗风柱为焊接H型钢，截面初步定为300150586、基础钢筋混凝土单独基础分为现浇柱基和预制装配式杯形基础两种，其形式一般常用的有锥形、阶梯形、杯形、长颈杯形和双柱杯形。构造要求：（1）、钢筋混凝土单独基础底面宜取矩形，长短边之比宜取12。（2）、单独柱基础可以设计为锥形基础或阶梯形。锥形基础边缘的高度不宜小于200mm，坡度不宜大于1:2,尤其应注意矩形柱基的短边坡度，阶梯形基础的每阶高度宜为300500mm。本设计中采用现浇钢筋混凝土单独基础，混凝土强度等级为C25，采用级钢筋，基础下设100mm厚基础垫层，混凝土强度等级为C10，钢筋保护层为50mm，本设计采用刚性基础。7、支撑及杆件支撑系统包括横向支撑、垂直支撑、系杆和柱间支撑。本设计中有横向支撑、柱间支撑和系杆。柱间支撑的形式一般为交叉式柱间支撑。柱间支撑杆件的长细比查知不应超过 =300。支撑杆件的最小截面当采用角钢时，不宜小于706，当采用槽钢不宜小于12，十字交叉支撑的斜杆倾角一般采用35。55。支撑中节点板厚度，当支撑中最大内力20t时，节点板厚度10mm，焊缝厚度不应小于6mm，长度不应小于80mm。本设计中柱间支撑选用706的角钢。 横向支撑布置在轴线、轴线、轴线处，在其对应的部位设置柱间支撑。柔性系杆采用光圆钢筋，刚性系杆采用504双角钢制作。四、结构布置1、支撑的作用 为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减小刚架平面外的计算长度，应根据结构的形式、跨度、房屋高度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统。柱间支撑还是承受房屋端部山墙的压力，吊车纵向刹车荷载，温度应力和地震作用，并将上述荷载传至基础。支撑设置时已考虑太空轻质大型屋面板或檩条（有檩体系）的支撑作用，故他们与刚架上翼缘应有可靠连接。太空轻质大型屋面板至少与刚架上翼缘有三点可靠焊接，檩条与刚架上翼缘的檩托用螺栓连接。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。支撑系统包括横向支撑、垂直支撑、纵向支撑、系杆（刚性系杆和柔性系杆）和柱间支撑。2、支撑布置门式刚架轻型房屋钢结构的支撑布置应符合下列要求：（1）、设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。（2）、柱间支撑的布置应满足房屋生产净空的要求以及房屋生产纵向刚度的要求，同时还应考虑柱间支撑的设置对房屋结构的温度变化的影响，及由此产生的附加应力。（3）、柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装托架确定。当无吊车时宜取3045m；当有桥式吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。（4）、当房屋高度先相对于柱间距较大时，柱间支撑应分层设置。（5）、在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。（6）、刚性系杆可有檩条兼作，此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载力要求。当不满足时，可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢支撑或其它截面的杆件。（7）、门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢与构件的夹角应在3060范围内,宜接近45。（8）、当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。3、柱间支撑的抗震构造措施（1）、有吊车时，应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑。并应在厂房单元两端增及上段柱间支撑；抗震及防烈度为8.9度时，结构单元长度大于90m,宜在单元中部1/3区段内设置两道上下段柱间支撑 。（2）、下柱支撑与柱脚连接的位置和构造措施，应保证将地震作用直接传给基础即支撑的交点宜位于基础的底部或柱底；（3）、下段柱间支撑的基础顶部应设混凝土拉梁与混凝土基础连成整体。（4）、柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料最大长度规格时可采用对接焊缝等强度拼接。柱间支撑与构件的连接不应小于支撑杆件塑性承载能力的1.2倍。4、支撑构件设计1）、门式刚架轻型房屋钢结构中的交叉支撑和柔性系杆按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。2）、刚架斜梁上横向水平支撑的内力，应根据纵向风荷载按支承与柱顶的水平绗架计算；对于交叉支撑可不计压杆的受力。3）、刚架支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载（如有吊车，还应计入吊车纵向制动力）按支承与柱脚基础上的竖向悬臂绗架计算；对于交叉支撑可不计算压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可按均匀分布计算考虑。4）、支撑构件受拉受压时，应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017或冷弯薄壁型钢结构技术规程GB50018关于轴心受压或受拉构件的规定计算。柱间支撑布置如下图2.4.1所示： 图2.4.1柱间支撑布置图屋面支撑布置如下：图2.4.2屋面支撑布置图第三章、结构设计一、基本设计规定1、设计原则1）设计原则轻钢结构的设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行计算。2）极限状态轻型钢结构中的承重结构或构件应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。当结构构件按承载力极限状态设计时，应根据国家现行标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用荷载效应的基本组合计算，并应符合下列规定要求：