戴南新源環(huán)保廠房設(shè)計

戴南新源環(huán)保廠房設(shè)計

自20世紀90年代以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的進展十分迅速，特別是一些代表城市

標志性高層建筑的建成，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的進展掀開了新的一頁。近十年輕鋼建筑工

程得到迅速的進展，其具有施工周期短、綜合經(jīng)濟效益好、抗震性能好、宜于拆卸搬

遷等優(yōu)點，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結(jié)構(gòu)

抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業(yè)廠房與民用設(shè)施中獲得了更廣泛的應(yīng)用。

本次畢業(yè)設(shè)計課題為戴南新源環(huán)保有限公司廠房設(shè)計，結(jié)構(gòu)類型使用門式鋼架結(jié)

構(gòu)，其目的是培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識與技能去分析與解決工程中

實際問題，使自己熟悉與掌握工程問題的力學(xué)建模與工程結(jié)構(gòu)的計算機分析，培養(yǎng)自

己的綜合素養(yǎng)與能力，提高從事本專業(yè)的實際工作能力，為今后走上工作崗位打下扎

實的基礎(chǔ)。

畢業(yè)設(shè)計過程中，需要我們熟悉結(jié)構(gòu)體系的類型并能根據(jù)建筑的特點選擇合理的

結(jié)構(gòu)形式；具備綜合運用所學(xué)的專業(yè)知識及有關(guān)的參考資料、規(guī)范設(shè)計出合理有用的

建筑方案的能力；通過對門式剛架進行荷載計算，運用3D3s軟件進行內(nèi)力分析掌握

門式剛架設(shè)計要點。最后，基于任務(wù)書所給的條件及要求：本廠房地處泰州市，根據(jù)

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的有關(guān)規(guī)定，基本風(fēng)壓為0.4kN/n?,基本

雪壓為0.35kN/m:地面粗糙程度為B類。對本次設(shè)計使用的結(jié)構(gòu)形式為輕鋼門式剛

架結(jié)構(gòu)。

門式剛架結(jié)構(gòu)體系通常由輕型焊接H形鋼（等截面或者變截面）、冷彎薄壁型鋼

等構(gòu)成的門式剛架作為主承重結(jié)構(gòu)，配套用冷彎薄壁型鋼（槽鋼）作為屋面棵條與墻

橡；屋面與墻面為壓型鋼板；與相應(yīng)的支撐系統(tǒng)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。豎向荷載由圍護

結(jié)構(gòu)傳遞至門式剛架梁及柱，隨后傳遞給基礎(chǔ)?？v向承載結(jié)構(gòu)由縱向柱列、吊車梁、

柱間支撐與基礎(chǔ)等構(gòu)成，廠房承受的水平荷載經(jīng)由吊車梁、柱間支撐等構(gòu)件傳遞至縱

向柱列，再傳遞給基礎(chǔ)。

本次設(shè)計將首先進行廠房的建筑布置及結(jié)構(gòu)布置，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊與門式剛

架的一些規(guī)范，使用3D3s輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行計算機建模，根據(jù)建模數(shù)據(jù)設(shè)計驗

算椽條、支撐、抗風(fēng)柱等構(gòu)件，選一根標準根剛架計算內(nèi)力并校核梁柱截面是否滿足

要求，最后設(shè)計計算節(jié)點域基礎(chǔ)，完成整體設(shè)計。

2建筑方案設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，廠房整體使用雙跨等跨矩形平面布置。兩跨均為30m,廠房設(shè)15t

橋式吊車兩臺（選用大連重工起重集團有限公司DQQD型），吊車工作級別為A5級,

軌頂標高為8.2m。因此，在考慮門窗洞口布置的同時，也應(yīng)該考慮吊車的空間使用要

求與采光通風(fēng)的需要。具體方案如圖2.1所示。

圖2.1建筑平面圖

2.1定位軸線及柱網(wǎng)布置

參照任務(wù)書，本次設(shè)計為雙跨等跨門式剛架廠房結(jié)構(gòu)，跨度都為30m。根據(jù)

GB50006-2010廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準，縱向柱距布置為6.0m,橫向間距為6m。定位

軸線及柱網(wǎng)的全面布置方案詳見建施02o

2.2立面設(shè)計

建筑立面布置表達了建筑的外部形象。作為廠房，建筑外觀的美觀要求較低，但

是需要布置大氣雄偉。為了保證人員與物資的流通，在兩側(cè)山墻各布置了兩扇門?；?/p>

于采光及通風(fēng)的考慮，在山墻與縱墻都布置大量平開窗，兩側(cè)縱墻均布置有封閉高窗

用來提高采光效果?；诔鋈敕奖憧紤]，在門洞處均設(shè)置有斜坡與雨棚。

廠房的立面全面布置方案如圖2.2所示。

圖2.2建筑立面圖

2.3剖面設(shè)計

根據(jù)任務(wù)書要求，軌頂標高8.2m,則柱頂標高：

H=H]+H2

其中H2為軌頂?shù)街數(shù)母叨?，H2=H6+H7+H8OH6為軌頂?shù)叫≤図斆娴木嚯x，根

據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（有吊車）》查吊車規(guī)格表可知為2185mm；H7為小車

頂面到梁的距離，規(guī)范規(guī)定應(yīng)2300mm,此處取315mm；國為梁高，由前知為800mm,

則有：

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

根據(jù)任務(wù)書要求，廠房室內(nèi)外高差為300mm。

本設(shè)計的屋面結(jié)構(gòu)形式使用單脊雙坡方式，在其他條件都相同的情況下，屋脊兩

側(cè)各需要一根楝條，而內(nèi)天溝兩側(cè)也各需要一根楝條，因此，多一個屋脊就需要多一

根楝條；多一個內(nèi)天溝也需要多一根楝條。同時也需要增加內(nèi)天溝、落水管、室內(nèi)排

水溝的用料，設(shè)置內(nèi)天溝還容易因積水、積雪而加大荷載，甚至導(dǎo)致滲漏。假如由于

室內(nèi)排水溝淤塞需要疏通，還將影響正常使用，而對多級多坡不等高剛架，上述的問

題更加嚴重，應(yīng)盡可能不使用。剖面圖如圖2.3所示。

圖2.3廠房剖面圖

2.4采光通風(fēng)設(shè)計

根據(jù)廠房的設(shè)計與生產(chǎn)要求，廠房四面都設(shè)有窗戶，由于廠房中設(shè)有吊車，光線

不能很好地進入室內(nèi)，在吊車梁的上下段布置窗戶，下段為平開窗，上段為固定的高

窗。這樣的設(shè)計既解決了廠房的采光問題，又解決了通風(fēng)問題。

2.5屋面排水設(shè)計

屋面使用有組織排水，由規(guī)范知坡度為1/10?1/20,取1/10。每個剛架布置一

個直徑為120mm的PVC雨水管，天溝縱向坡度取1.5隊

2.6廠房的圍護設(shè)計

(1)外墻設(shè)計

外墻在1.2m下列部分使用240厚的灰砂磚墻，墻下設(shè)基礎(chǔ)梁支撐在基礎(chǔ)上。外

墻在1.2m以上部分使用壓型鋼板，型號為YX28-205-820-0.6o

(2)屋面設(shè)計

屋頂使用壓型鋼板，型號為：YX35—125—750-0.6,用C型橡條與剛架梁連接,

橡距為1.5m。

(3)地面設(shè)計

根據(jù)任務(wù)書的所給條件，廠房內(nèi)對地面沒有特殊要求，由規(guī)范可知使用水泥砂漿

地面即可。

3結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

為了加強廠房結(jié)構(gòu)的空間整體剛度與穩(wěn)固性，廠房通常會適當?shù)夭贾弥误w系，

支撐系統(tǒng)包含柱間支撐與屋蓋支撐兩大部分，其要緊作用是傳遞水平風(fēng)荷載與吊車間

產(chǎn)生的沖切力。輕型門式剛架廠房由承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與支撐系統(tǒng)等三大

部分構(gòu)成，如圖3.1所示。其中，主結(jié)構(gòu)有：橫向剛架（包含中部與端部剛架）與支

撐體系，次結(jié)構(gòu)有：屋面楝條與墻面橡條等；圍護結(jié)構(gòu)包含：屋面板與墻板；另外還

有基礎(chǔ)。

AS

曲I

圖3.1輕型門式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)成

3.1結(jié)構(gòu)形式

本廠房為鋼結(jié)構(gòu)廠的門式剛架結(jié)構(gòu)。當廠房設(shè)有吊車時，為了節(jié)約材料與有效的

發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的特點，使用變截面梁，變截面梁分三段，根據(jù)以往的工程實際情況，分

段處大致為反彎點處，以減小跨中彎矩帶來的危害，至結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，故變截面梁分段比

為2:6:2。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》，通常鋼結(jié)構(gòu)的廠房使用錢接柱腳，當用于工業(yè)廠房且

有5t以上橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接。本廠房的吊車為A5工作制15t橋式吊

車，故設(shè)計為剛接柱腳。設(shè)兩對地腳螺栓。關(guān)于有橋式吊車的廠房，中柱不宜使用搖

擺柱。

結(jié)構(gòu)設(shè)計計算簡圖如圖3.2所示:

3.2結(jié)構(gòu)平面布置

根據(jù)任務(wù)書要求，廠房全長60米，則設(shè)計柱距為6m,共11根剛架。

在廠房兩層山墻處需要布置抗風(fēng)柱抵抗側(cè)向風(fēng)載。由于廠房兩跨等跨均為30m,

根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（帶吊車）》（04SG518-3）的規(guī)定，抗風(fēng)柱的柱距

設(shè)計為6m,6m,6m,6m。

根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS102：2002）規(guī)定，門式剛架

輕型房屋的屋面坡度宜取1/10?1/20。具體坡度可詳見建施03。

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)自重輕，且廠房所處地理位置土質(zhì)良好，因此選用淺基礎(chǔ)中

的柱下獨立基礎(chǔ)。柱腳使用剛接柱腳，基礎(chǔ)設(shè)計為臺階基礎(chǔ)?；A(chǔ)的平面布置方式詳

見結(jié)施02,基礎(chǔ)的具體參數(shù)及形式詳見結(jié)施04。

（1）伸縮縫

溫度變化將引起結(jié)構(gòu)變形，使廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。故當廠房平面尺寸較大時

為避免產(chǎn)生過大的溫度變形與溫度應(yīng)力，應(yīng)在廠房的橫向或者縱向設(shè)置溫度伸縮縫。

本次設(shè)計的廠房長度為60m,無需在橫向上設(shè)置伸縮縫。

（2）柱距的布置

根據(jù)《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》與《建筑統(tǒng)一模數(shù)制》可知，對廠房橫向，當

廠房跨度L〉18m時，其跨度宜使用6m的倍數(shù)。因此本次設(shè)計廠房的柱距取6m。

（3）抗風(fēng)柱布置

根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（帶吊車）04SG518-3》規(guī)定抗風(fēng)柱的間距為：

6m,6m,6m,6m。

（4）柱間支撐布置

根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(帶吊車)04SG518-3》規(guī)定，在廠房的兩端開

間分別布置兩道柱間支撐，上柱與下柱各一道。上柱柱間支撐為單片，連接于柱腹板

中心，下柱柱間支撐為雙片，連接于柱兩側(cè)翼緣里側(cè)。

(5)基礎(chǔ)布置

本次設(shè)計內(nèi)容是鋼結(jié)構(gòu)廠房，根據(jù)任務(wù)書給出的地質(zhì)條件，本次設(shè)計使用階形式

的柱下獨立基礎(chǔ)。

43D3s輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計

3D3s軟件一款專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)軟件，對設(shè)計門式剛架輕鋼來說，3D3s能夠簡單迅

速的建模，在節(jié)點計算方面更有著特殊強大的功能，能自動設(shè)計有關(guān)節(jié)點同時校核優(yōu)

選，由因此基于CAD的一款鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，能夠直接在CAD出圖。在輔助設(shè)計方

面更是能夠直接校核支撐，設(shè)計并出基礎(chǔ)圖。

3D3s軟件進行設(shè)計時，首先設(shè)計剛架模板，然后將模板配置到設(shè)定好的柱網(wǎng)中，

接著分別對單根框架進行材性定義與截面定義、荷載布置并計算其內(nèi)力，再進行圍護

結(jié)構(gòu)設(shè)計如門窗、屋面楝條、墻面楝條、屋面支撐與抗風(fēng)柱等構(gòu)件，最后對整體模型

進行后處理編輯并輸出相應(yīng)的圖紙與計算書。

4.1剛架布置

進入3D3s建模界面，進入模板生成界面，輸入相應(yīng)的模板信息，包含跨度、檐

口高、牛腿標高、梁分段比等。接著進入荷載信息界面，輸入相應(yīng)的荷載信息，包含

恒載、活載、基本風(fēng)壓等。模板信息與荷載信息輸入完成后，建模部分基本完成。

進入軸網(wǎng)生成界面，把軸線數(shù)與軸線間距輸入，軸線就生成完畢。

進入剛架布置界面，點擊生成的軸線,剛架就能夠布置上去。具體操作如圖4.1

所示。

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圖4.1模板生成

4.2吊車布置

吊車荷載參數(shù)中有相應(yīng)的吊車信息，如施加吊車的節(jié)點與位置，吊車規(guī)格等，可

根據(jù)工程實際情況選用合適的吊車。具體操作如圖4.2所示。

吊車值患

兩輪情況

左節(jié)克號71蜘…)

|.al9a29al

卜四輪情況“右節(jié)點號12

到左柱建模位置偏心g)750

|al&a22a32a29aLl

入輪情克到右柱建模位置偏心強)750

橫向力至牛腿距離3m)900

a42%、2@a3號處2留2?1

吊車輪數(shù)2|從吊車庫輸入...］

編號

法載最大輪壓調(diào))196滿載最小輪壓78.7

空載最大輪壓(kN)5空載最小輪壓&H)73.9

橫向水平剎車力州)55tl(mm)717

?235000*3(mm)0

［一摺加」吊車工作級別：。A1-A5OA6-A7A8

吊車吊鉤類型：0軟鉤《，硬鉤

吊車梁自重系數(shù)：005

吊車梁長度Gm)

。等長吊車梁6000一不等車吊車梁...

|確定］［麒消］

圖4.2吊車荷載參數(shù)信息

4.3抗風(fēng)柱布置

首先從截面庫中選擇抗風(fēng)柱的截面，然后按照要求輸入抗風(fēng)柱間距，再選擇布置

抗風(fēng)柱的主剛架即可。具體操作如圖4.3所示。

截面K350x240x8xl0/材料1Q235▼|選擇山JSR1!架」

間距(單位:mm,用英文逗號分隔)

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

圖4.3抗風(fēng)柱布置

4.4屋面橡條與支撐設(shè)計

布置順序首先布置屋面楝條，其次進行門窗布置，然后布置墻橡，最后布置屋面

支撐、系桿與柱間支撐。在本次畢業(yè)設(shè)計中，屋面楝條設(shè)計的一些參數(shù)如圖4.4所示,

柱間支撐的一些參數(shù)如圖4.5所示。結(jié)構(gòu)模型如圖4.6所示。

岫捌r反中聞區(qū)繇電5g）：1500

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㈱裁面L90#

押腌面：的6

/iSSSKamSrt科拉架位式

上部料桿截面:⑼始

左比）柒易挾長度（-）800，屋暫處登科拉條

右⑹翹挑長度人）故H酸翻麻

［血］I犍翅II械翅:I趣］

圖4.4屋面檄條布置信息圖4.5柱間支撐布置信息

圖4.6廠房結(jié)構(gòu)模型

4.5圍護結(jié)構(gòu)的計算

圍護結(jié)構(gòu)布置完成之后要運用軟件進行計算，查看各構(gòu)件是否滿足強度、剛度、

穩(wěn)固性的要求。屋面橡條計算如圖4.7所示，墻面橡條計算如圖4.8所示。

基本信息

國米室固件數(shù)目0

1的漫號iQ23Sgj司每標固件假目0—

面板裁面慣性矩骨。200000

墻面料材壓倆板oTiOO）▼墻板截面悌性矩SM）200000

保條僮總

墻樓信息

Kab?Jg0設(shè)磁景數(shù)目，

哂爾后W荏也耐二設(shè)置拉條他目I設(shè)TB

冷荊跨度S）62墻■度Q)6▼

核條醺M）0774037售至薇面C180X70X20X2.S|.間距S)0762419埴醐?式方言卷邊帶網(wǎng)，

手截面系數(shù)技茶作用約束售至上蛇▼C140X60X20X30|__|

1凈盤面系數(shù)?埴林做面

熱力設(shè)計值州）0國面相篙陵冷府▼，約束筱條外期段

遍整布置方式拉條作用▼

驗算艱怠10^3102：維》一給算如范

。口朝下口朝上|i-]JaC2CS102:2002，

風(fēng)吸力蛉算方法抗晟6「’.也常；

風(fēng)吸力給裁方法搐氣63；-2）聆]

計算內(nèi)香迭桂（強度蛤算為心算項目》計算類型

J遂行秘同策.不考由屎面阻止接條關(guān)超

H遞行西定量算,不考慮屋面阻止桶條失糧

V員助力下魏定驗算J網(wǎng)吸力下的稔定鴕算

第6有費（標準值）風(fēng)范較

墻面荷較（標漉值）風(fēng)荷裁

怛跋均布值口/吆）。3融后風(fēng)壓（We2）0.<2

值我均布值Odf/?2）。3建筑形式：封閉式▼

舌數(shù)均布值MW）05建筑形式麗聶?分區(qū)!魂一■

善荷載標意值州/樂）035分區(qū)

邊絳市?地面粗粗度!?▼

收友清教標準值8/4）0地面和他償8▼

調(diào)整后風(fēng)壓0?/。2）°&

檜依有我3）1SIH登化輻103J

039

荷蜘哈高度變化系散?

儂形察故-i4

荷我紐臺迎風(fēng)面體形系效1

一形成計找十空|

成計算根型|

青鳳面體形系數(shù)-11

名彌詡[.隹皆一.瓶..關(guān)

GHSII[I[ta.Ii髓名稱1B8E接核…i順]|關(guān)閉

圖4.7屋面棵條計算圖4.8墻面柳條計算

4.4門式剛架的后處理

單板設(shè)計完成之后，對剛架進行后處理。先對齊模型并生成實體模型，接著進行

主結(jié)構(gòu)節(jié)點計算參數(shù)的設(shè)置、主結(jié)構(gòu)節(jié)點連接形式的選擇（如圖4.4所示）、圍護結(jié)

構(gòu)節(jié)點設(shè)計與牛腿設(shè)計（如圖4.10所示），然后對節(jié)點歸并，主鋼架命名與構(gòu)件編號,

最后繪制施工圖。

圖4.9連接節(jié)點形式

受力信息

偏心喉(mm)牛腿力設(shè)計值P3)34292

焊縫信息

角睥縫6

幾何信息

牛腿標高H(m)7.3牛腿寬度B(mm)■WO

截面高度H1(m)300截面高度500

翼緣厚度10腹板厚度t2(mm)8

橫向加勁助厚度以…)10橫向加勁助亮度(mm)300

牛胭加勁肋厚度t%nm)10牛腿加勁助寬度(mm)146

無伸長度(m)200切角弧半徑R(mm)0

盤板

墊板長度(M)240墊板寬度(mm)400

墊板厚度(mm)10墊板焊縫高度(m)6

圖4.10牛腿設(shè)計

5構(gòu)件設(shè)計

在構(gòu)件設(shè)計中要緊包含楝條設(shè)計、墻梁設(shè)計、抗風(fēng)柱設(shè)計、支撐設(shè)計、吊車梁設(shè)

計。設(shè)計包含荷載計算、截面選擇與截面特性的計算、截面驗算等。部分構(gòu)件還需進

行穩(wěn)固性驗算、焊縫計算等。

5.1屋面棵條設(shè)計

橡條選用冷彎薄壁型鋼C型，屋面坡度為1/10(a=5.71°)o椽條跨度6.0m,橡

距1.5m,在橫梁與屋面橡條之間設(shè)置一道拉條。材料使用Q235-BFo

(1)荷載計算

根據(jù)屋面板的受力情況，分別計算永久荷載、屋面均布活荷載與風(fēng)荷載：

(a)永久荷載：

屋面壓型鋼板自重：0.12kN/m2

橡條及支撐(含拉條)自重：0.05kN/m2

(b)可變荷載：

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB