戴南新源环保厂房设计

戴南新源环保厂房设计

自20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的进展十分迅速，特别是一些代表城市

标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的进展掀开了新的一页。近十年轻钢建筑工

程得到迅速的进展，其具有施工周期短、综合经济效益好、抗震性能好、宜于拆卸搬

迁等优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构

抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房与民用设施中获得了更广泛的应用。

本次毕业设计课题为戴南新源环保有限公司厂房设计，结构类型使用门式钢架结

构，其目的是培养我们综合运用所学基础知识、专业知识与技能去分析与解决工程中

实际问题，使自己熟悉与掌握工程问题的力学建模与工程结构的计算机分析，培养自

己的综合素养与能力，提高从事本专业的实际工作能力，为今后走上工作岗位打下扎

实的基础。

毕业设计过程中，需要我们熟悉结构体系的类型并能根据建筑的特点选择合理的

结构形式；具备综合运用所学的专业知识及有关的参考资料、规范设计出合理有用的

建筑方案的能力；通过对门式刚架进行荷载计算，运用3D3s软件进行内力分析掌握

门式刚架设计要点。最后，基于任务书所给的条件及要求：本厂房地处泰州市，根据

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）的有关规定，基本风压为0.4kN/n?,基本

雪压为0.35kN/m:地面粗糙程度为B类。对本次设计使用的结构形式为轻钢门式刚

架结构。

门式刚架结构体系通常由轻型焊接H形钢（等截面或者变截面）、冷弯薄壁型钢

等构成的门式刚架作为主承重结构，配套用冷弯薄壁型钢（槽钢）作为屋面棵条与墙

橡；屋面与墙面为压型钢板；与相应的支撑系统所构成的结构体系。竖向荷载由围护

结构传递至门式刚架梁及柱，随后传递给基础。纵向承载结构由纵向柱列、吊车梁、

柱间支撑与基础等构成，厂房承受的水平荷载经由吊车梁、柱间支撑等构件传递至纵

向柱列，再传递给基础。

本次设计将首先进行厂房的建筑布置及结构布置，根据钢结构设计手册与门式刚

架的一些规范，使用3D3s辅助结构设计软件进行计算机建模，根据建模数据设计验

算椽条、支撑、抗风柱等构件，选一根标准根刚架计算内力并校核梁柱截面是否满足

要求，最后设计计算节点域基础，完成整体设计。

2建筑方案设计

根据设计要求，厂房整体使用双跨等跨矩形平面布置。两跨均为30m,厂房设15t

桥式吊车两台（选用大连重工起重集团有限公司DQQD型），吊车工作级别为A5级,

轨顶标高为8.2m。因此，在考虑门窗洞口布置的同时，也应该考虑吊车的空间使用要

求与采光通风的需要。具体方案如图2.1所示。

图2.1建筑平面图

2.1定位轴线及柱网布置

参照任务书，本次设计为双跨等跨门式刚架厂房结构，跨度都为30m。根据

GB50006-2010厂房建筑模数协调标准，纵向柱距布置为6.0m,横向间距为6m。定位

轴线及柱网的全面布置方案详见建施02o

2.2立面设计

建筑立面布置表达了建筑的外部形象。作为厂房，建筑外观的美观要求较低，但

是需要布置大气雄伟。为了保证人员与物资的流通，在两侧山墙各布置了两扇门。基

于采光及通风的考虑，在山墙与纵墙都布置大量平开窗，两侧纵墙均布置有封闭高窗

用来提高采光效果。基于出入方便考虑，在门洞处均设置有斜坡与雨棚。

厂房的立面全面布置方案如图2.2所示。

图2.2建筑立面图

2.3剖面设计

根据任务书要求，轨顶标高8.2m,则柱顶标高：

H=H]+H2

其中H2为轨顶到柱顶的高度，H2=H6+H7+H8OH6为轨顶到小车顶面的距离，根

据《门式刚架轻型房屋钢结构（有吊车）》查吊车规格表可知为2185mm；H7为小车

顶面到梁的距离，规范规定应2300mm,此处取315mm；国为梁高，由前知为800mm,

则有：

77=8.2+2.185+0.315+0.8=11.5m

根据任务书要求，厂房室内外高差为300mm。

本设计的屋面结构形式使用单脊双坡方式，在其他条件都相同的情况下，屋脊两

侧各需要一根楝条，而内天沟两侧也各需要一根楝条，因此，多一个屋脊就需要多一

根楝条；多一个内天沟也需要多一根楝条。同时也需要增加内天沟、落水管、室内排

水沟的用料，设置内天沟还容易因积水、积雪而加大荷载，甚至导致渗漏。假如由于

室内排水沟淤塞需要疏通，还将影响正常使用，而对多级多坡不等高刚架，上述的问

题更加严重，应尽可能不使用。剖面图如图2.3所示。

图2.3厂房剖面图

2.4采光通风设计

根据厂房的设计与生产要求，厂房四面都设有窗户，由于厂房中设有吊车，光线

不能很好地进入室内，在吊车梁的上下段布置窗户，下段为平开窗，上段为固定的高

窗。这样的设计既解决了厂房的采光问题，又解决了通风问题。

2.5屋面排水设计

屋面使用有组织排水，由规范知坡度为1/10〜1/20,取1/10。每个刚架布置一

个直径为120mm的PVC雨水管，天沟纵向坡度取1.5队

2.6厂房的围护设计

(1)外墙设计

外墙在1.2m下列部分使用240厚的灰砂砖墙，墙下设基础梁支撑在基础上。外

墙在1.2m以上部分使用压型钢板，型号为YX28-205-820-0.6o

(2)屋面设计

屋顶使用压型钢板，型号为：YX35—125—750-0.6,用C型橡条与刚架梁连接,

橡距为1.5m。

(3)地面设计

根据任务书的所给条件，厂房内对地面没有特殊要求，由规范可知使用水泥砂浆

地面即可。

3结构方案设计

为了加强厂房结构的空间整体刚度与稳固性，厂房通常会适当地布置支撑体系，

支撑系统包含柱间支撑与屋盖支撑两大部分，其要紧作用是传递水平风荷载与吊车间

产生的冲切力。轻型门式刚架厂房由承重结构系统、围护结构系统与支撑系统等三大

部分构成，如图3.1所示。其中，主结构有：横向刚架（包含中部与端部刚架）与支

撑体系，次结构有：屋面楝条与墙面橡条等；围护结构包含：屋面板与墙板；另外还

有基础。

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图3.1轻型门式刚架结构构成

3.1结构形式

本厂房为钢结构厂的门式刚架结构。当厂房设有吊车时，为了节约材料与有效的

发挥钢结构的特点，使用变截面梁，变截面梁分三段，根据以往的工程实际情况，分

段处大致为反弯点处，以减小跨中弯矩带来的危害，至结构失稳，故变截面梁分段比

为2:6:2。

根据《钢结构设计手册》，通常钢结构的厂房使用钱接柱脚，当用于工业厂房且

有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。本厂房的吊车为A5工作制15t桥式吊

车，故设计为刚接柱脚。设两对地脚螺栓。关于有桥式吊车的厂房，中柱不宜使用摇

摆柱。

结构设计计算简图如图3.2所示:

3.2结构平面布置

根据任务书要求，厂房全长60米，则设计柱距为6m,共11根刚架。

在厂房两层山墙处需要布置抗风柱抵抗侧向风载。由于厂房两跨等跨均为30m,

根据《门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）》（04SG518-3）的规定，抗风柱的柱距

设计为6m,6m,6m,6m。

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）规定，门式刚架

轻型房屋的屋面坡度宜取1/10〜1/20。具体坡度可详见建施03。

门式刚架轻型钢结构自重轻，且厂房所处地理位置土质良好，因此选用浅基础中

的柱下独立基础。柱脚使用刚接柱脚，基础设计为台阶基础。基础的平面布置方式详

见结施02,基础的具体参数及形式详见结施04。

（1）伸缩缝

温度变化将引起结构变形，使厂房结构产生温度应力。故当厂房平面尺寸较大时

为避免产生过大的温度变形与温度应力，应在厂房的横向或者纵向设置温度伸缩缝。

本次设计的厂房长度为60m,无需在横向上设置伸缩缝。

（2）柱距的布置

根据《厂房建筑统一化基本规则》与《建筑统一模数制》可知，对厂房横向，当

厂房跨度L〉18m时，其跨度宜使用6m的倍数。因此本次设计厂房的柱距取6m。

（3）抗风柱布置

根据《门式刚架轻型房屋钢结构（带吊车）04SG518-3》规定抗风柱的间距为：

6m,6m,6m,6m。

（4）柱间支撑布置

根据《门式刚架轻型房屋钢结构(带吊车)04SG518-3》规定，在厂房的两端开

间分别布置两道柱间支撑，上柱与下柱各一道。上柱柱间支撑为单片，连接于柱腹板

中心，下柱柱间支撑为双片，连接于柱两侧翼缘里侧。

(5)基础布置

本次设计内容是钢结构厂房，根据任务书给出的地质条件，本次设计使用阶形式

的柱下独立基础。

43D3s辅助结构设计

3D3s软件一款专业的钢结构软件，对设计门式刚架轻钢来说，3D3s能够简单迅

速的建模，在节点计算方面更有着特殊强大的功能，能自动设计有关节点同时校核优

选，由因此基于CAD的一款钢结构设计软件，能够直接在CAD出图。在辅助设计方

面更是能够直接校核支撑，设计并出基础图。

3D3s软件进行设计时，首先设计刚架模板，然后将模板配置到设定好的柱网中，

接着分别对单根框架进行材性定义与截面定义、荷载布置并计算其内力，再进行围护

结构设计如门窗、屋面楝条、墙面楝条、屋面支撑与抗风柱等构件，最后对整体模型

进行后处理编辑并输出相应的图纸与计算书。

4.1刚架布置

进入3D3s建模界面，进入模板生成界面，输入相应的模板信息，包含跨度、檐

口高、牛腿标高、梁分段比等。接着进入荷载信息界面，输入相应的荷载信息，包含

恒载、活载、基本风压等。模板信息与荷载信息输入完成后，建模部分基本完成。

进入轴网生成界面，把轴线数与轴线间距输入，轴线就生成完毕。

进入刚架布置界面，点击生成的轴线,刚架就能够布置上去。具体操作如图4.1

所示。

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图4.1模板生成

4.2吊车布置

吊车荷载参数中有相应的吊车信息，如施加吊车的节点与位置，吊车规格等，可

根据工程实际情况选用合适的吊车。具体操作如图4.2所示。

吊车值患

两轮情况

左节克号71蜘…)

|.al9a29al

卜四轮情况“右节点号12

到左柱建模位置偏心g)750

|al&a22a32a29aLl

入轮情克到右柱建模位置偏心强)750

横向力至牛腿距离3m)900

a42%、2@a3号处2留2?1

吊车轮数2|从吊车库输入...］

编号

法载最大轮压调)196满载最小轮压78.7

空载最大轮压(kN)5空载最小轮压&H)73.9

横向水平刹车力州)55tl(mm)717

•235000*3(mm)0

［一摺加」吊车工作级别：。A1-A5OA6-A7A8

吊车吊钩类型：0软钩《，硬钩

吊车梁自重系数：005

吊车梁长度Gm)

。等长吊车梁6000一不等车吊车梁...

|确定］［麒消］

图4.2吊车荷载参数信息

4.3抗风柱布置

首先从截面库中选择抗风柱的截面，然后按照要求输入抗风柱间距，再选择布置

抗风柱的主刚架即可。具体操作如图4.3所示。

截面K350x240x8xl0/材料1Q235▼|选择山JSR1!架」

间距(单位:mm,用英文逗号分隔)

6000,6000：6000,6000,12000,6000,6000,6000

图4.3抗风柱布置

4.4屋面橡条与支撑设计

布置顺序首先布置屋面楝条，其次进行门窗布置，然后布置墙橡，最后布置屋面

支撑、系杆与柱间支撑。在本次毕业设计中，屋面楝条设计的一些参数如图4.4所示,

柱间支撑的一些参数如图4.5所示。结构模型如图4.6所示。

岫捌r反中闻区繇电5g）：1500

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左比）柒易挟长度（-）800，屋暂处登科拉条

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［血］I犍翅II械翅:I趣］

图4.4屋面檄条布置信息图4.5柱间支撑布置信息

图4.6厂房结构模型

4.5围护结构的计算

围护结构布置完成之后要运用软件进行计算，查看各构件是否满足强度、刚度、

稳固性的要求。屋面橡条计算如图4.7所示，墙面橡条计算如图4.8所示。

基本信息

国米室固件数目0

1的漫号iQ23Sgj司每标固件假目0—

面板裁面惯性矩骨。200000

墙面料材压俩板oTiOO）▼墙板截面悌性矩SM）200000

保条僮总

墙楼信息

Kab«Jg0设磁景数目，

哂尔后W荏也耐二设置拉条他目I设TB

冷荆跨度S）62墙■度Q)6▼

核条醺M）0774037售至薇面C180X70X20X2.S|.间距S)0762419埴醐?式方言卷边带网，

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遍整布置方式拉条作用▼

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风吸力给裁方法搐气63；-2）聆]

计算内香迭桂（强度蛤算为心算项目》计算类型

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H递行西定量算,不考虑屋面阻止桶条失粮

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墙面荷较（标漉值）风荷裁

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图4.7屋面棵条计算图4.8墙面柳条计算

4.4门式刚架的后处理

单板设计完成之后，对刚架进行后处理。先对齐模型并生成实体模型，接着进行

主结构节点计算参数的设置、主结构节点连接形式的选择（如图4.4所示）、围护结

构节点设计与牛腿设计（如图4.10所示），然后对节点归并，主钢架命名与构件编号,

最后绘制施工图。

图4.9连接节点形式

受力信息

偏心喉(mm)牛腿力设计值P3)34292

焊缝信息

角睥缝6

几何信息

牛腿标高H(m)7.3牛腿宽度B(mm)■WO

截面高度H1(m)300截面高度500

翼缘厚度10腹板厚度t2(mm)8

横向加劲助厚度以…)10横向加劲助亮度(mm)300

牛胭加劲肋厚度t%nm)10牛腿加劲助宽度(mm)146

无伸长度(m)200切角弧半径R(mm)0

盘板

垫板长度(M)240垫板宽度(mm)400

垫板厚度(mm)10垫板焊缝高度(m)6

图4.10牛腿设计

5构件设计

在构件设计中要紧包含楝条设计、墙梁设计、抗风柱设计、支撑设计、吊车梁设

计。设计包含荷载计算、截面选择与截面特性的计算、截面验算等。部分构件还需进

行稳固性验算、焊缝计算等。

5.1屋面棵条设计

橡条选用冷弯薄壁型钢C型，屋面坡度为1/10(a=5.71°)o椽条跨度6.0m,橡

距1.5m,在横梁与屋面橡条之间设置一道拉条。材料使用Q235-BFo

(1)荷载计算

根据屋面板的受力情况，分别计算永久荷载、屋面均布活荷载与风荷载：

(a)永久荷载：

屋面压型钢板自重：0.12kN/m2

橡条及支撑(含拉条)自重：0.05kN/m2

(b)可变荷载：

根据《建筑结构荷载规范GB