本科毕业设计（论文）开题报告

题目：东风食品厂双层钢结构厂房设计

学生姓名

教学院系

专业年级

指导教师

单 位

XXX 土木工程与建筑学院 土木工程2010级 董事尔 西南石油大学

一、选题的背景及意义

1、选题背景

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。

20xx年，我国钢产量超过6亿吨大关，占全球钢产量的一半左右。这就说明钢结构在最近几年的跨越式飞速发展，而建筑用钢量占到了总量的25%的幅度，钢结构有着无与伦比的优越性，其特点如下：采用轻型围护结构;彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板，以其自重轻，保温隔热效果好，安装速度快，外表美观的优点，已经取代传统多层厂房的砌体围护墙体，成为多层轻钢结构厂房不可缺少的围护材料。

在世界范围内，钢结构厂房也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，必将对我国传统的混凝土结构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30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19xx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，经过这么多年来的发展，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。

同时，最近几年频发的大地震，对厂房这种大跨度，大空间，承受荷载大，结构构件内力大的空旷建筑结构，危害是相当严重，从地震区反馈回来的信息中，钢结构厂房没有较大的结构破坏，仅在支撑处出现一定受损。因此，从各方面看来，钢结构厂房在

现在以及将来都将一直是最高效，最安全，最具有性价比的厂房结构。

2、毕业选题的意义

土木工程作业的毕业设计，是学生在系统完成全部规定课程后，踏入社会前将所学知识系统应用到实际工程中的锻炼机会，是毕业生必须要进行的一项重要的实践性环节。

通过完成本次钢结构双层厂房的设计，了解我国钢结构厂房的发展现状、发展水平以及发展方向。熟悉有关钢结构设计的规范，并熟练掌握各种规范和文献的查询方法。将在大学期间所学的专业理论知识进行归纳总结，并应用到实际的工程问题的处理中，为日后在学习、工作中打下坚实的基础。

二、设计思想

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。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

该钢结构工业厂房跨度大，且有双层，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。

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。

三、设计的基本内容和拟解决的主要问题

1、设计的基本条件

1.1工程水文地质条件

场地平整，场地地面层为0.5米左右的杂土，以下有3～4米厚的亚粘土层，地基承载力标准值fk?180N/mm2，地下水位-2.5米。

1.2该工程地震设防烈度为6度。

1.3厂房基本数据：

厂房长度48m，厂房为1跨，跨度18m，厂房层高分别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。

1.4屋面基本要求：

该普通车间在南方某地，冬季设计温度为0℃，屋面采用轻质屋面板（如压型钢板）。

1.5楼面活荷载标准值2.5KN/m2，屋面活荷载标准值0.4KN/m2，基本风压为0.4KN/m2。

1.6材料：

屋架和梁柱：Q235BF，基础：C10、C20、C25，钢筋：HPB235、HRB335；二层楼面为组合楼板；砂浆：水泥砂浆。

2、设计的基本内容

根据给出的设计条件，结合最新的钢结构设计规范、钢结构防火规范，依据钢结构设计的原理，并满足安全，实用，经济的原则,，需要完成以下的设计。

2.1柱网的平面布置设计

2.2荷载统计

2.3基础设计

2.4柱截面的选择

2.5楼板的设计

2.6屋架的设计

2.7门窗的位置选择

2.8楼梯的设计

2.9厂房的平面设计、立面设计与剖面设计

3、拟解决的主要问题

3.1 建筑设计部分

确定建筑方案：合理确定平面柱网尺寸，室内外高差，主要部位的构造设计及材料做法。应完成柱网平面布置图，外立面图，剖面图，节点构造详图的绘制，并撰写建筑设计说明书。

3.2结构设计部分

3.2.1结构布置

确定结构方案，进行柱网布置和钢梁布置。根据建筑设计方案及设计原始资料，选择适当的结构体系，合理布置构件。初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。

3.2.2荷载计算

3.2.3内力组合

3.2.4桁架结构的内力和侧移计算

3.2.5柱截面承载力计算

3.2.6结构计算

3.2.7基础计算

结构计算采用手算和计算机分析相结合的办法，计算结构最后可用PKPM软件进行校核。

3.3结构施工图

3.3.1钢屋架施工图、

3.3.2主要节点大样图，包括柱、柱头、柱脚。

3.3.3基础平面图及剖面图、基础配筋图

3.3.4楼梯施工图

结构施工图应该反映结构设计的全部内容，图中的数据，尺寸必须与结构设计的计算书一致，与建筑施工图相协调统一。

3.4钢结构厂房的防火

轻型钢结构厂房具有造型美观、色彩鲜艳、建筑体型多样化、造价低、建设周期短、机械化程度高、安装施工简便、平面布局灵活易改造，同时钢材具有重量轻、材质均匀、力学计算模型与实际受力比较符合等诸多优点，所以在现代工业厂房中大量采用。但钢材也有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550摄氏度左右时，降低幅度更为明显，一般在15min左右就会丧失承重能力而垮塌。

因此，本钢结构厂房采用喷涂防火材料和设置自动喷水系统的方法来进行防火，灭火。根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GBJ84-85)，高度超过小于8m的大空间建筑物，安装自动喷水灭火系统的有作用，而本工程层钢结构厂房的层高为4m，安装自动喷水灭火系统后，防火效果明显。喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层。钢结构防火涂料的防火原理有3个：1)涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中。2)涂层吸热后，部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。3)涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

在喷涂钢结构防火涂料时，喷涂的厚度必须达到设计值，节点部位宜适当加厚，当遇有下列情况之一时，涂层内应设置与钢结构相连的钢丝网，以确保涂层牢固：1)梁承受冲击振动；2)设计层厚度大于40mm时；3)涂料粘结强度小于0．05Mpa；4)梁腹板高度

大于1．5m。喷涂法为一种最简单、最经济、最有效的做法，其价格低、重量轻、施工速度快、适用于形状复杂的钢构件。缺点是喷涂表面粗糙不平，不美观又易挂灰难于清理。此方法目前最适合于轻钢结构厂房，也为业主所接受。

3.5钢结构厂房的防锈蚀

钢结构表面直接暴露在大气中就会锈蚀，当钢结构厂房空气中有侵蚀性介质或钢结构处在潮湿环境中时，钢结构厂房锈蚀就会更加明显和严重。钢结构的锈蚀不仅会使构件截面减小，还会使钢构件表层局部产生锈坑，当构件受力时将引起应力集中现象，使结构过早破坏。因此，对钢结构厂房构件的防锈蚀问题应予以足够的重视，并应根据厂房侵蚀介质情况和环境条件在总图布置、工艺布置、材料选择等方面采取相应对策和措施，以确保厂房结构的安全。一般钢结构的防腐常采用防锈底漆和面漆，涂装层数及厚度常根据其使用环境和涂层性质来决定。一般室内钢结构在自然大气介质作用下，要求涂层厚度100μm，即底漆两道，面漆两道。露天钢结构或在工业大气介质作用下的钢结构，要求漆膜总厚度为150μm～200μm。且在酸环境中的钢结构要求使用氯磺化防酸漆。钢柱柱脚在地面以下部分要用不低于C20的混凝土包裹，其保护层厚度不小于50mm。

3.6钢结构厂房的防雷击

雷电电流平均约为20 000A（甚至更大），雷电电压大约是10的10次方伏（人体安全电压为36伏），一次雷电的时候大约为千分之一秒，平均一次雷电发出的功率达200亿千瓦。我国建造的三峡水电站，电站的装机总容量为1820万千瓦，只有一次雷电功率的千分之一。

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94，本工程属于第三类防雷建筑物，可采取如下的防雷措施，采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针或由这两种混合组成的接闪器。避雷网应按沿屋角、屋背、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并应在整个屋面组成不大于24m×l6m的网格。每根引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω，其接地装置宜与电气设备等接地装置共用。防雷的接地装置与埋地金属管道相连围绕建筑物敷设成环形接地体。

四、预期结果

1、完成设计任务，满足设计要求的深度。包括不少于500汉字的中英文摘要各1份；不少于20000字符的英文资料翻译一份；计算书一份，包括屋架、梁柱结构、节点设计、基础等各部分的设计计算和验算；厂房的建筑施工图和结构施工图，包括建筑设计总说明、结构设计总说明、平面图、立面图、剖面图、支撑布置图、基础平面图、基础剖面图、基础配筋图、各节点详图等。

2、经过本次的设计，了解钢结构厂房发展的现状、发展水平和发展方向。

3、熟悉建筑规范和掌握相关文献的查阅和检索方法。

4、巩固专业课所学习的各种理论，包括结构力学，材料力学，土力学，以及将钢结构设计规范，建筑设计规范，钢结构防火规范运用到工程实际中。

5、培养对土木行业的热爱，做到干一行，爱一行。加强专业素养，学会本专业的思维方

式。

6、能够非常熟练的操作相关的专业软件，为以后的工作积累宝贵的经验。

五、进度安排

六、主要参考文献

[1]《轻型钢结构设计手册》编委会.轻型钢结构设计手册. 北京:中国建筑工业出版社，1996

[2]《钢结构设计手册》编委会.钢结构设计手册（第三版）. 北京:中国建筑工业出版社，2004

[3]国家标准.钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，2003

[4]包头钢铁设计研究院，中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会编著.钢结构设计与计算.北京：机械工业出版社，2002

[5]图集编委会.钢结构工程.北京：中国建材工业出版社，2004

[6侯兆欣，蔡昭君，李秀川主编.轻型钢结构建筑节点构造.北京：机械工业出版社，2004

[7]喻立安主编.建筑钢结构设计施工图集.北京：中国建筑工业出版社，1995

[8]徐伟，宋康主编.建筑工程设计施工详细图集-钢结构工程.北京：中国建筑工业出版社，2000

[9]靳百川.轻型房屋钢结构构造图集. 北京:中国建筑工业出版社,2002

[10]李星荣.钢结构工程施工图实例图集. 北京:机械工业出版社,2003

[11]陈绍蕃.房屋建筑钢结构设计. 北京:中国建筑工业出版社,2003

第二篇：某钢结构厂房设计

第36卷第9期　　　　　　　　　　　　　　山　　　

20xx年3月文章编号:100926825(2010)0920051202

SHANXI　ARCHITECTURE

西建

36No.9筑　　　　　　　　　　　　　Vol.

Mar.　2010

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某钢结构厂房设计

杨明光

摘　要:通过具体工程实例,介绍了钢结构厂房的设计,详细地介绍了该厂房的结构布置,并进行了结构计算,指出对于

长度比较长和跨数较多的厂房,只要合理的选择结构布置形式,合理的设置伸缩缝,是可以很好地满足结构要求的。关键词:钢结构,厂房,设计,计算中图分类号:TU393文献标识码:A

0　引言

在一些沿海、沿江地区,由于生产工艺的需要以及建设用地

的允许,建造大跨度和大面积的钢结构厂房越来越多,而随着我国钢产量的增加和建筑设计、施工技术的不断进步,这种需求得到满足也变得越来越容易。

1　项目简介

江苏南通某钢结构厂房,件的制造和加工以及拼装一些小吨位的船舶。

该建筑平面尺寸为324m(长)×150m(宽),檐口高度17.0m,采用5连跨双坡内天沟排水。不考虑保温,所以屋面和墙面均采用单层彩钢板围护。

在建筑的中部设有两扇10m(高)×15m(宽)的大门,在东面}ν?轴线的山墙上面有10m(高)m(宽)的大门五扇。

32t桥式吊车和10t的半,A5的32tA5的10t半门式吊,1所示。

　　桥式吊车的牛腿高度11.0m,半门式吊车的牛腿高度

7.0m。

整个建筑场地比较平整,无不良地质,持力层土层变化均匀。

2　结构布置

根据《钢结构设计规范》8.1.5条,要求在不考虑温度应力的情况下,结构的纵向温度区段长度不大于220m,横向温度区段长度不大于120m;而该结构的长度是324m,超过允许长度很多,横向宽度150m,同样也超过允许宽度限值;另根据《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》4.3.1条规定,如果建筑的纵向长度不大于300m,建筑的横向宽度不超过150m时,可以不设伸缩缝;如果按照《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》的要求,可以考虑不

收稿日期:2009212216

设置伸缩缝,而该规程的1.0.2条对结构的吊车荷载进行了限

制,即吊车的额定起吊量不大于20t,而该建筑的吊车起重量为32t,超过了限制值。

结合两本规范的具体要求和当地的气候条件以及当地已建成的钢结构厂房的成功经验,决定在建筑的纵向设置一道伸缩缝,即324m,分成两部分;横向不设伸缩缝;柱距9m,西面的半门式吊车利用西山墙的抗风柱支撑。

屋面支撑的布置:横向支撑按照常规的布置要求在每个伸缩缝的区间内共设置四道,第一道和第四道支撑布置在建筑的两端;中间间隔4个～5个开间设一道;纵向支撑设置在刚架柱左右两边的第一个抗风柱间,通长设置;设置纵向支撑的目的是考虑

作者简介:杨明光(19712),男,工程师,上海凯赢达化工设计工程咨询有限公司,上海　200062

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第36卷第9期　　　　　　　　　　

山20xx年3月

西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

到建筑的横向超过伸缩缝的允许限值,防止产生横向裂缝。所有

支撑都是采用圆钢制成的柔性支撑。

柱间支撑的布置:由于该结构有两层吊车梁,所以柱间支撑要分成三段布置,第三层(即最上面的)支撑的布置位置和间距同屋面横向支撑对应,第二层和第一层布置在靠近每个伸缩单元的中间,即和屋面横向支撑中间位置的两道支撑对应布置。

东面山墙因为需要开设很大的门洞,所以不能设置从下到上的抗风柱,而只能够在门洞的上口设抗风桁架后再布置抗风柱。Ξ轴线上的大门需要抽掉一根刚架柱后布置两道桁架,一道放置在柱顶作为屋面钢梁的托架,另一道利用吊车梁平面外的支撑桁架作为墙面柱的下支撑点。

3　结构计算

经过上面的结构布置后,结构完全简化为平面形式,可以利用平面结构计算软件对结构进行分析计算。本项目采用PKPM系列中的钢结构排架设计程序。

屋面活荷载的取值:根据《钢结构设计规范》3.2.1条和《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》3.2.2条的规定,可以取0.3kN/m2。

屋面恒荷载的取值:屋面采用连续XZ

彩钢板,计算屋面檩条后,取0.5kN/m2。

吊车荷载的取值:32t吊车可以直接采用PK程序里面的数据,10t半门式吊车的荷载数值采用建设单位推荐的厂家设备数值。

风荷载按照荷载规范要求取值;地震荷载根据抗震荷载规范要求采用。

因为是双层吊车,吊车的荷载大,于是在二层吊车牛腿下部采用2根<273钢管组合而成的格构式组合柱,并且在钢管里面浇筑C40的混凝土,形成组合格构式钢管混凝土柱。边柱的截面高度1050,管壁厚度11mm,中柱截面高度1500,管壁厚度8mm,露天钢柱的截面高度1500,管壁厚度11mm;二层吊车牛腿的上部采用焊接H形截面,截面尺寸为H650×250×8×16;屋面钢梁采用变截面焊接H形钢梁,根据屋面钢梁受力的特点先把每个跨度内的钢梁分成五段,在弯矩和剪力相对小的位置设置拼接节点,钢梁的截面尺寸高度变化从边柱到中柱再到边柱的变化过程为H900(×250×8×10)→750→750→450→850→850→450→→7502　　经过计算得到刚架柱顶的位移在风荷载和吊车荷载单独作用下的最大位移值分别为1/1172和1/2663,皆满足《钢结构设计规范》的要求。屋面钢梁平面外的计算长度在没有按照《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》6.1.6条的规定取值时,其平面外的应力比超过允许值1.0很多;当按照6.1.6条的要求设定平面外的计算长度时,平面外的应力比不超过1.0,满足要求。此时需要特别注意在绘图纸时每间隔一根檩条必须布置一道檩条隅撑,这样才和计算的假定条件吻合。

牛腿的构造采用肩梁式,柱脚结构采用整体式柱脚。

4　结语

本项目的设计综合运用《钢结构设计规范》和《门式刚架轻型

房屋钢结构设计规程》这两本规范各自允许的设计假定,特别是

现在许多的钢结构厂房都是采用轻型的屋面结构系统,如果屋面钢梁不按照轻钢结构的假定要求进行设计,则会因为屋面钢梁平面外的稳定要求导致增大钢梁的截面宽度,使结构变得很不经济。

该项目于20xx年12月竣工投入生产,经过一年的使用,没有发现超出设计允许的异常情况,沉降和变形与相邻建筑相比皆在正常的控制值内。对于长度比较长和跨数较多的厂房,只要合理的选择结构布置形式,合理的设置伸缩缝,结构是可以很好的满足工艺要求的。参考文献:[1]　许礼　.浅谈钢结构[J].山西建筑,2008,34(2):96297.

Ondesignforsomesteelstructuralworkshop

YANGMing2guang

Abstract:Combiningwiththeprojectexamples,thepaperintroducesthedesignofthesteelstructureworkshop,explainsthestructurallayoutoftheworkshop,calculatesthestructure,andpointsoutthestructurecanmeetthestructurerequirementbyhavingreasonablestructurallay2outformsandexpansionjointsforlongerworkshopswithmorespans.Keywords:steelstructure,workshop,design,calculation