1、 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目：单层单跨工业厂房设计学习中心： 奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 2012 年 春 季 学 号： 6 学 生： 沈星佑 指导教师： 程关文 完成日期： 2014 年 1 月 18 日 大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）I内容摘要本次设计的题目为生产车间，位于经济开发区。采用轻钢结构门式刚架的结构形式。厂房跨度 24 ，柱距 。围护结构采用彩钢夹芯板。本设计由建筑设计和结构m6设计两部分组成。建筑设计是根据整个工程的工程概况、生产工艺概况、自然条件、地理情况以及荷载情况来确定建筑设计方案并优化设
2、计方案。建筑设计包括单层厂房平面设计、立面设计、剖面设计、采光设计、通风设计、屋面排水设计、防腐防锈和防火设计等内容。其中，平面设计由平面形式选择、柱网布置等；立面设计主要是门窗的布置；剖面设计主要有柱顶标高的确定等。结构设计是本次设计的核心内容，其设计的原则是确保厂房的安全、适用、耐久，同时使设计经济合理。结构设计的主要内容有吊车梁设计、荷载统计、内力计算、内力组合、梁柱截面的选取和验算、节点设计、檩条设计、墙梁设计和基础设计等。关键词：结构形式；建筑设计；结构设计；内力组合；设计原则II目 录内容摘要 引言 1第 1 章 建筑设计 .11.工程概况 .12.单层厂房平面设计 12.1 平面
3、形式的确定 12.2 柱网布置的确定 22.3 厂房门的确定 .22.4 散水的确定 .22.5 生产辅助用房 .33.单层厂房剖面设计 33.1 柱顶标高的确定 33.2 室内地坪标高的确定 33.3 采光、通风的确定 43.4 屋面排水的确定 44厂房立面设计 .55其他建筑构造 .55.1 屋顶的确定 .55.2 女儿墙的确定 .55.3 地面的确定 .65.4 门口坡道做法 .75.5 雨棚的确定 .75.6 屋脊的确定 .75.7 门窗表 8大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）第 2 章 结构设计 .91、吊车梁设计 .91.1 设计资料 .91.2 吊车荷载计算 .91.3
4、 内力计算 101.3.1 吊车梁中最大弯矩及相应的剪力 .101.3.2 吊车梁的最大剪力 .111.3.3 水平方向最大弯矩 .111.4 截面选择 111.5 截面特性 131.6 梁截面承载力验算 .131.7 连接计算 151.8 支座加劲肋计算 .162、门式刚架设计 172.1 设计资料 172.2 荷载计算 172.3 内力计算 192.3.1 永久荷载作用下的内力 .192.3.2 可变荷载作用下的内力 .252.3.3 风荷载作用下的内力 272.3.4 吊车荷载作用下的内力（水平向右，最大轮压在左） 302.3.5 吊车荷载作用下的内力（水平向右，最大轮压在右） 322.
5、3.6 吊车荷载作用下的内力（水平向左，最大轮压在左） 332.3.7 吊车荷载作用下的内力（水平向左，最大轮压在右） 342.4 内力组合 36大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）12.5 截面验算 403、节点设计 473.1 梁柱节点 473.2 梁梁节点 503.3 牛腿节点 523.4 柱脚节点 564、檩条设计 644.1 截面初选 644.2 荷载计算 644.3 内力计算 654.4 截面验算 665、墙梁设计 725.1 截面初选 725.2 荷载计算 725.3 内力计算 745.4 截面验算 766、基础设计 816.1 基础梁设计 816.2 基础设计 83结束
6、语 89致谢 90参考文献 90附录 91大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）1第 1 章 建筑设计1.工程概况给水设备厂生产车间位于红旗路南侧，建筑面积 1800 ，土建总投 1582m万元，结构形式采用轻钢结构单层单跨工业厂房形式，厂房内设有中级（软钩）吊车两台，起重量 5t，设备的技术指标为：表 1-1 吊车技术指标台数 起重量 级别 钩制 吊车跨度 吊车总量 小车重 最大轮压1 5t 中级 软钩 22.5m 19.2t 1.8t 8.5t结构安全等级为级，耐火等级为级，采光等级为级。围护结构采用双面复合彩钢夹心板。工业建筑设计的任务就是根据我国建筑方针和政策，按照“安全适用，技
7、术先进，经济合理”的设计原则，在满足工艺要求的前提下，处理好厂房的平面、立面、剖面，选择合适的建筑材料，确定合理的承重结构、围护结构和构造做法，同时要满足生产工艺的要求及有关的技术、良好的经济效益、卫生等要求。厂房的平面、立面、剖面设计是不可分割的整体，设计时必须统一考虑，在设计平面的同时要考虑剖面和立面的设计问题，为了叙述方便和设计的先后顺序，现分项说明。2.单层厂房平面设计2.1 平面形式的确定厂房的平面设计除首先满足生产工艺的要求外，在建筑设计中应使厂房的平面形式规整以便节省投资和占地面积，选择经济合理和技术先进的柱网使厂房具有较大的通用性，并使厂房符合工业化施工的要求，正确解决采光和通
8、风，合理地布置生活用房，妥善处理安全疏散及防火措施等。2该工业厂房的平面形式采用矩形。这种平面形式较其他形式平面各工段之间靠的较紧，运输路线短捷，工艺联系紧密，工程管线较短，形式规整，占地面积少。且该厂房的宽度不大，室内采光通风都较容易解决。2.2 柱网布置的确定柱网尺寸不仅在平面上规定着厂房的跨度、柱距的大小，而且还规定着刚架，屋面板，吊车梁的尺寸。在厂房中为支承屋顶和吊车必须设柱子，6 米柱距是我国目前的基本柱距，在实际中应用较广泛，经济效果也较好，同时考虑纵横向都能布置生产线，且工艺上需要进行技术改造，更新设备和重新布置生产线时，十分灵活，不受柱距的限制，使厂房具有更大的通用性，厂房柱距
9、取6m，跨度 24m，长度 66m。2.3 厂房门的确定结构耐火等级为级，厂房生产类别为丁类，防火规范中对此种建筑的最远点至疏散门的允许距离要求为不限，考虑到工艺设计及行走方便，厂房开设三个门，平面位置详见建筑平面图，门的宽度和高度为 ，厂房门采m.24.用双扇平开门。门与主要交通干道相近，能方便运输设备进出与人流疏散。2.4 散水的确定为保护外墙不受雨水的侵蚀，在外墙的四周将地面做成向外倾斜的坡度，以便将屋面雨水排至远处，所以设置了散水，散水的坡度为 5%，宽度取为 900，散水的构造做法为：素土夯实，70 厚 1：3：6 碎石（砖）三合土，10mm水泥砂浆抹面， ，散水面距地面的距离为 2
10、0 。散水做法见下图。大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）310m三2907365%图 1-1 散水做法2.5 生产辅助用房生产辅助用房包括办公室、男女洗手间、男女换衣间、工具室、材料库等，采用内隔墙隔开，内隔墙采用轻质隔墙，墙厚 150 ，辅助用房分隔及门窗洞m口位置详见平面图。3.单层厂房剖面设计3.1 柱顶标高的确定由于厂房内有吊车作业，柱顶标高按下式来确定： 761hH式中： 柱顶标高（ ） ，必须符合 3M 的模数；m 吊车轨顶标高（ ） ，一般由设计人员提出；1吊车轨顶至小车顶面的高度（ ） ，根据吊车资料查出；6h 小车顶面至屋架下弦底面之间的安全净空尺寸（ ） 。7 m
11、此间隙尺寸，按国家标准及根据吊车起重量可取 300 ，400 ，1200 。m根据设计要求， 取 6 ，查吊车资料可得： 取 1764 ， 取 12001Hm6h7h。m确定柱顶标高为：H=6+1.764+1.2=8.964，取 9.3 米，符合 3M 要求.。43.2 室内地坪标高的确定在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面需设置高差，以防止雨水倒灌侵入室内。但为了便于运输工具出入厂房和不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，在该厂房设计中高差取值为 300 。确定室内地坪标高为m，室外标高为 。m0.30.3.3 采光、通风的确定该厂房设计中采用天然采光，采光设计就是根据采光等级，查规
12、范确定窗地比来确定窗子的面积，从而布置窗户的形式及标高，以保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。该厂房的采光等级为级，由于单侧采光不均匀，衰减幅度大，由此考虑采用双侧开窗。根据采光等级查得窗地比为 1：4，且厂房内部设置了吊车，同时采用高低窗。为了便于工作和不使吊车梁遮挡阳光，高侧窗下沿距吊车梁顶面不应太高或太低，规范规定至少高出吊车梁顶面 600 ,在该厂房中取 600m。低侧窗下沿一般略高于工作面的高度 9001200 ，在该厂房中取值为m900 。窗的确定：厂房的总面积： ，由采光等级查得窗地比为 1：4。根据厂215846m房的面积确定采光所需的窗户的总面积为： ，采用南北立面双2396
13、4158m侧开带窗，则窗户总高度为 ，.639窗户设计兼顾墙梁位置，故设置高窗高度为 0.9 ，距吊车梁顶面1200 ；低窗高度为 1.8 ，距地面 900 。窗户总高度为 2.7 ，满足总m高 2.2 米的要求，考虑到带形窗到墙边的距离，再加上由于南北立面开门，带形窗需隔断（距门的距离为 1000 ） ，为了补偿带形窗隔断的采光面积，在两m侧山墙开高窗，高窗高度为 0.9 ，也采用带形窗，到两侧轴线距离为1500 ，两侧对称布置，窗口高度与南北立面的高窗平齐。南北立面窗户具体标高位置见剖面图，山墙窗高具体位置详见侧立面图。该厂房的采用自然通风。在夏季车间的热源主要来自设备散热、焊接加工散热、
14、围护结构（包括门窗）向室内传递热量。为排出这些热量，一般采光和运输要求开设的门窗面积已经足够，故低侧窗和中侧窗做成开闭式的，高侧窗封闭式就可以满足厂房的通风要求。大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）53.4 屋面排水的确定屋面排水形式与屋顶坡度密切相关，主要取决于屋面承重结构的型式和屋面构造形式，屋面排水采用有组织天沟外排水，有组织排水系统主要是由有天沟，雨水斗，雨水管组成。天沟的构造形式与屋面构造有关，该屋面采用压型钢板，属于大型版，其接缝处容易做到密实不渗漏，可直接在屋面板上做天沟。为使天沟内的雨水能顺畅的流向雨水斗，天沟应做垫坡，其坡度不应小于0.5%，也不宜大于 2.0%，在该
15、厂房的天沟垫坡取 1.0%，由于采用槽型天沟，分水线设置应不低于天沟沟壁顶面 50 ，以免积水高出分水线而导致渗漏。m由房屋建筑学 （第一版）中表 19-6 查得，雨水管确定为直径 100 ，雨水m管最大集水面积为 363 。根据设计该厂房的屋顶面积约为 2000 ，则需要2 2的雨水管数量为 ，取 6 根，雨水管在南北立面对称布置，雨水51.360管及排水布置详见屋面排水示意图；天沟截面选用 ，坡度为5041%， 。布置详见屋面排水示意图。4厂房立面设计立面设计是平面、剖面设计的继续，它和平面、剖面是不可分割的整体。平面、剖面设计中，重点从平面组合等方面，解决生产使用和经济之间的关系；在立面
16、设计中，则主要从外观形象方面，反映平面、剖面功能，使形式与内容得到统一。该厂房的跨度、长度和柱距以及门窗的位置及屋盖形式等，都在平面设计和剖面设计上已经确定，在立面设计中就是要根据平面设计和剖面设计，确定门窗洞口的标高及位置，室内外高差等；选用墙体、墙面材料和构造形式表示明确，反映其处理方法，以及在已有的体型基础上利用柱子、门窗、墙面、线脚、雨篷等部件，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，达到完整匀称，节奏自然，色调质感协调统一的效果。详见立面图。65其他建筑构造5.1 屋顶的确定本设计中厂房屋面采用有檩体系，即在刚架斜梁上设置 C 型冷弯薄壁型钢檩条，再铺设彩钢夹
17、芯板屋面，它施工速度快，重量轻表面带有色彩涂层、防锈、耐腐蚀、美观。屋顶坡度考虑屋面排水需要，屋面坡度取为 10% 。5.2 女儿墙的确定由于屋面排水采用内天沟外排水，需设女儿墙。女儿墙高度不得超过屋顶高度，取女儿墙标高为 10.1 米，没有超过屋顶标高，符合要求。女儿墙位置详见剖面图。图 1-2 天沟及女儿墙构造详图5.3 地面的确定由于厂房内有重型物品的堆放或车辆行驶，由此考虑建筑物的地面构造采用混凝土实铺地面。地面在铺设时，将开挖的土回填夯实后，在上面铺设碎石或三合土，然后用 1：3 水泥砂浆找平，然后再铺设混凝土面层。由于在该厂房中有焊接，会产生火花，为了避免出面意外，地面采用特殊的不
18、发光地面。地面做法如下图所示。大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）750m三c2136图 1-3 厂房地面做法5.4 门口坡道做法在车间的大门外，应做行车坡道。一般坡度取 1：51：10 之间，在该厂房中取较小值 1：10，则外坡道的水平长度为 3000 。坡道的构造做法是：m素土夯实，20 厚 1：3 水泥砂浆面层，50 C20 混凝土填层，坡道布置下m图：图 1-4 门口坡道示意图8三20m13c%图 1-5 坡道做法示意5.5 雨棚的确定雨棚高出门洞 300 ，即标高为 4.300 。雨棚尺寸确定如下：厚度为 300mm，外挑为 1500 ，宽度略比门洞尺寸宽，取为 5000 。
19、m5.6 屋脊的确定屋面板采用彩色夹芯板，屋面连接形式及构造见下图： 4x10拉 铆 钉 3三5x10拉 铆 钉 3EPS三图 1-6 屋脊连接构造大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）95.7 门窗表表 2-1 门窗表名称 编号 大小 类型 数量C1 m28501带形窗 (低窗) 1C2 带形窗（低窗） 1C3 带形窗（低窗） 1C4 45018带形窗（低窗） 1C5 m63带形窗（低窗） 1C6 4018平开窗（高窗） 3C7 平开窗（低窗） 3C8 m6309带形窗（高窗） 2窗C9 21带形窗（高窗） 1M1 40平开门 2M2 平开门 1门M1420 m21平开门 8第 2 章
20、 结构设计1、吊车梁设计1.1 设计资料光华集团生产车间，跨度 24m，柱距 6m，吊车梁钢材采用 Q235 钢，焊条为 E43 型，跨度为 6m，计算长度取 6m，无制动结构，支撑于钢柱，采用突缘式支座， 。光华集团生产车间的吊车技术参数如表 2-1 所示：10表 2-1 吊车技术参数台数 起重量 级别 钩制 吊车跨度 吊车总量 小车重 最大轮压1 5t 中级 软钩 22.5m 19.2t 1.8t 8.5t吊车轮压及轮距如图 2-1 所示： 46503图 2-1 吊车轮压示意图1.2 吊车荷载计算吊车荷载动力系数 ，吊车荷载分项系数 =1.40。05.1Q则吊车荷载设计值为竖向荷载设计值
21、=1.05 1.4 8.5 9.8=122.45 QPmaxkN横向荷载设计值 =1.4 =2.82 Hng)(12.028.9)15(.01.3 内力计算1.3.1 吊车梁中最大弯矩及相应的剪力最不利轮位如图所示，梁上所有吊车轮压 的位置为：P大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）11a2PBCA13030图 2-2 C 点最大弯矩 Mmax 对应的截面位置简图考虑吊车梁自重对内力的影响，将内力乘以增大系数 =1.03，则最大弯矩和剪力设计值分别为：=cMmaxWlP2)4w(=1.03 6)4/5.3(.10.2=187.62 kN1.3.2 吊车梁的最大剪力荷载位置如图 2-3，1
22、2PBCAa1P3030图 2-3 两个轮压作用到吊车梁时剪力计算简图=1.03122.45 , 。ARkN2.617)65.3(kNV2.617max1.3.3 水平方向最大弯矩= =8.58 。cHMPmax2.6175.40kN1.4 截面选择141 梁高初选容许最小高度由刚度条件决定，按容许挠度值( )要求的最小高度为：60lvminh mvlf 4.1602156.06.0 6由经验公式估算梁所需要的截面抵抗矩 fMWax2.1梁的经济高度为：。取mh41307h60142 确定腹板厚度按抗剪强度要求计算腹板所需的厚度为：。fhVtvw.31257由经验公式确定的腹板厚度 57214
23、60hmhtw.863.572.0大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）13取 mtw8143 确定翼缘尺寸初选截面时，由公式 6h0wxtbt通常可按 选择翼缘厚度，所以可确定受压翼缘的厚度满足t25b=25t=250mm 依据近似公式 230 m7.016852857210.46hwxtbt上翼缘取 。14360当 时，验算悬伸宽厚比5.x 135.21436tb1 yf梁翼缘板的局部稳定可以保证且截面可以考虑部分塑性发展。所以，下翼缘面积取上翼缘面积的 32取下翼缘宽 厚度为 14 。初选截面如图 2-5 所示m240myyxx360240145728141d=2.5n图 2-4
24、吊车梁截面1.5 截面特性151 毛截面特性 2c6.719436124.807mAcy 4.3. 085059360 144323 23 1089.)304.(8.0257.8012 )7.04.3(.2.76.14.6 cmIx 上翼缘对中和轴的毛截面面积矩 32.86.)16()6(4.S152 净截面特性274.38.0574.2.1)5.3( cAn my 3 013960 4232 378.0)63.(8.0257.801)7.3(4.12 .1)6(. cInx ，c98mWnx上 c4mnx下上翼缘对 轴的截面特性：y238)52360(An 4315.67)8.141.4 c
25、mIy （ 3c.69187mny1.6 梁截面承载力验算161 强度验算1） 正应力上翼缘正应力： 223636max 15.510.259810.2587 mNfNWMnyH 上下翼缘正应力 2236max.8.19 mfNn 下2）剪应力计算突缘支座处剪应力 22433max 158.91089.262.746S NfthV vw 3）局部压应力大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）15采用 钢轨，轨高 。120QUm170；集中荷载增大系数 ， halRyz 460255 0.1计算的腹板局部压应力为 223 15.4608 mNfNltPzwc 4）折算应力腹板与受压翼缘交点处
26、需要计算折算应力，为计算方便偏安全的取最大正应力和最大剪应力验算。 ，2.m2.39则折算应力为 212 2225.36.4.7 .39NfmNcceq 当 与 同号时， 取 1.1fcf162 梁的整体稳定性验算由于工字型截面简支梁受压翼缘的自由长度 与其宽度 之比1l1b136.214830bh故不需计算梁的整体稳定性163 腹板局部稳定验算，因有局部压应力，则应按构造配置横向加劲肋，802357.502ywfth在腹板的两侧对称布置。加劲肋的间距应满足 0025.ha，所以mhm1472,6 00 m1486取加劲肋间距为 。a1加劲肋截面尺寸按下列经验公式确定外伸宽度： ，取 。bs
27、2.594300bs80厚度： ，取为 6mm。mts.518164 翼缘局部稳定验算受压翼缘自由外伸长度 与其厚度 之比为：1bt局部稳定满足要求1523.542031 yftb165 挠度计算16等截面简支吊车梁计算挠度时按标准值计算，由荷载计算出的设计值换算成标准值并不乘以动力系数，则计算吊车梁的挠度为：满足。mllEIlMvx 610896.31089.2106.710435262 1.7 连接计算1） 上翼缘板与腹板连接焊缝mhf7. 46015.21089.210)7.436(3106.7102 2323 取 6mm。2） 下翼缘与腹板连接焊缝 mIfSVhxwtf 2.11028
28、9.67.02)7.43(13.617.0 3a 下翼缘实际采用 。mhf3） 支座加劲肋与腹板的连接焊缝，采用flnRhwf 8.016)52857(4.003.617.0ax 。f61.8 支座加劲肋计算取平板支座加劲板的宽度为 ，厚度为 ，m1010承压面积： 2952Ace ）（计算支座加劲肋的端面承载力： 223 35.4190.67 mNfNRcece 对于平板支座 9.106.5276.5238. 108.910)10(2 46332ZwZihmAIi（大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）17由轴心受压截面分类确定为 b 类，查表得 ，983.0，则计算支座加劲肋在腹板平
29、面外的稳定性为NR310.67，均满足要求。2215.8598. mNfA吊车梁施工图见附录图纸。2、门式刚架设计2.1 设计资料光华集团生产车间单层厂房采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度 24 ，柱高m10.3 ，共有 12 榀刚架，柱距 6 ，屋面坡度 0.1，抗震设防烈度为 6 度，设mm计基本地震加速度值 0.05g。刚架计算简图如图 2-8 所示。屋面及墙面板为彩钢夹芯板；檩条、墙梁为冷弯薄壁卷边 C 型钢，钢材采用 Q235B 钢，焊条为E43 型，手工焊。图 2-6 刚架计算简图2.2 荷载计算（1）永久荷载标准值（对水平投影面）：彩色钢板岩棉夹心板（100 厚） m25.0mkN檩
30、条及悬挂物 1支撑自重 2.总计： 0.5 k18所以，永久荷载标准值为： 64.2.0mkN（2）可变荷载标准值活载 按不上人屋面，取 0.30 2雪载 40.KS2mkN雪荷载标准值；可变荷载取屋面活荷载与雪荷载中较大值： 4.260.mkN（3）风荷载标准值基本风压 为 ；地面粗糙度系数按 B 类取值；风载体形系数025.kN按建筑结构荷载规范(GB50009-2001) 取值，迎风面及柱及屋面分别为s+0.80 和-0.60；背风面柱及屋面分别为-0.50 和-0.50， 如图 2-7 所示。图 2-7 风载体型系数风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定
31、采用，当高度为 10m 时，数值 ，当高度为 10-13.2m 时，数值 。风振0.1z 09.1z系数取 。.01z风荷载体型系数 。.3.5.068 s4s3s2ss1 ，由 ，可得：0zszkm/kN91.4065.103.91.073/8)( /k.581.054321 风荷载作用见图 2-8大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）19图 2-8 风荷载作用简图（4）吊车荷载最大轮压： ，最小轮压：kNPk.38max,kNPk8.235min,吊车竖向荷载标准值：图 2-9 吊车梁支座求 、 时的吊车位置maxDinkNyPDiki 7.649)165.(8.235.3.mini
32、ax, 吊车横向水平荷载标准值：对于软钩吊车，起重量 ，tQ02.kNTgGk .8.421.y054)(41imax 2.3 内力计算2.3.1 永久荷载作用下的内力刚架上的永久荷载如图 2-9 所示。在本设计中柱和梁采用相同的截面形式，抗弯刚度均为 EI，用结构力学中的力法对结构进行计算。现取半边体系和基本体系如图 2-11a,b 所示。20图 2-10 永久荷载标准值作用计算简图（kN/m）图 2-11a 半边体系（kN/m ）图 2-11b 基本体系（kN/m ）作 图如图 2-12a,b,c 所示PM,21大连理工大学毕业设计（单层单跨工业厂房设计）21图 2-12a （kNm ）图1M图 2-12b （kNm）图2M22图 2-12c （kNm ）图pM列力法典型方程 022121PX用图乘法计算各系数如下 EI8.152 2.130.1302.513.102.3.16 EI6.1.016.02 EII 1.6722.513.251 IEP 58.928.40.41.3108.2541 把各系数代入II 361.8.2562 力法典型方程并化简后得： 08.3649.1.6717852X解得： ,95由叠加法 得半跨弯矩图PMM21
