单层厂房是指只有一层工业厂房,适用于生产工艺流程在水平运输为主,有大型 起重运输设备和工厂的动态荷载,例如其中有冶金工业、机械制造业和其他行业等 等。单层工业厂房的框架结构由支撑构件,其他垂直方向和水平方向承担荷载的功能 构件组合而成。厂房依赖于各种结构合理的连接从而形成一个完整的结构体系,确保 厂房足够的坚固、经久耐用。钢筋混凝土结构和钢架结构在中国得到非常广泛的使 用,这两种结构由横向弯曲排架、纵向联系的杆件,以及支持系统的各个杆件和围护 结构这些部分统一组合而成。
单层钢结构厂房有着广泛的应用、成本合理的优势,以及建筑足够的精简,持久 耐用。随着中国钢铁产量的增加,许多工厂都采用了钢结构的形式。单层工业厂房侧 壁(俗称山墙)由于受风面积相对较大,所以厂房对其室内空间、屋顶的面积以及受荷 强度要求很高,如何进行有效的荷载效应组合、选取最不利内力组合，作为柱及基础 的设计依据，将是本设计中要重点解决的问题。 关键词：内力组合；偏心受压；钢材;厂房
Single-layer workshop refers to only one layer for the industrial workshop, applicable to the production process flow in horizontal transportation primarily, a large lifting transportation equipment and more dynamic loads of factories, such as metallurgy industry, mechanical manufacturing industry and other industries and so on. Single-layer workshop’s skeleton structure consists of propping works, and other vertical and horizontal load function of components. Workshop relies on various structural components for a whole, reasonable connection form a complete structure empty to ensure workshop strong, durable. Widely used in China are reinforced concrete structure and bent steel structure, consisting of transverse bent, longitudinal contact component, support system components, palisade structure and other parts.
Monolayer steel structure workshop has wide application and cost advantages; and its building construction is short, simple, durable. With the increase of steel production in China, Many factories have adopted steel structure. Single-layer workshop end wall (frontispiece) with larger area by wind, interior space requirements, workshop roof area, load, were bigger complex structure, how to effectively of combination of action effects, to select the most unfavorable combined, as column and internal based design basis, will be the focus of this article.
Keywords: Internal force combination; Eccentric loading; Steels; workshop
| 1工程概况........................................................................................................................................... 1 |
|---|
| 1.1建筑设计要求：..................................................................................................................... 1 |
| 1.2设计资料：............................................................................................................................. 1 |
| 2建筑设计........................................................................................................................................... 1 |
| 2.1工业建筑设计应满足的要求................................................................................................. 1 |
| 2.2建筑构造做法......................................................................................................................... 2 |
| 2.2.1 散水做法（水泥沙浆散水）..................................................................................... 2 |
| 2.2.2 坡道做法（水泥锯齿坡道）..................................................................................... 3 |
| 2.2.3 地面做法（水磨石地面）......................................................................................... 3 |
| 2.2.4 内墙做法（水泥沙浆墙面）..................................................................................... 3 |
| 2.2.5 墙板做法..................................................................................................................... 3 |
| 2.2.6 踢脚板做法（大理石踢脚板）................................................................................. 3 |
| 2.3 平面设计................................................................................................................................. 4 |
| 2.4 剖面设计................................................................................................................................. 5 |
| 2.5 立面设计................................................................................................................................. 6 |
| 3荷载计算........................................................................................................................................... 8 |
| 3.1恒载计算部分：..................................................................................................................... 8 |
| 3.2风载标准值计算：................................................................................................................. 8 |
| 3.3活载标准值计算：................................................................................................................. 9 |
| 3.4吊车荷载标准值计算：......................................................................................................... 9 |
| 3.5结构内力计算....................................................................................................................... 10 |
| 3.5.1柱截面参数：................................................................................................................... 10 |
| 3.5.2梁截面参数：................................................................................................................... 10 |
| 3.5.3梁柱的刚度计算............................................................................................................... 11 |
| 3.5.4手算活载作用下结构内力：........................................................................................... 11 |
| 3.5.5力矩分配法求结构内力：............................................................................................... 12 |
| 3.6第⑤轴钢架内力组合：....................................................................................................... 41 |
| 3.7最不利内力组合.................................................................................................................... 59 |
| 4门式刚架构件验算......................................................................................................................... 63 |
| 4.1边柱验算：............................................................................................................................ 63 |
| 4.1.1验算截面1-1：................................................................................................................. 63 |
| 宽厚比验算：............................................................................................................................... 66 |
| 4.1.2验算上柱截面3-3：........................................................................................................ 67 |
| 4.1.3验算截面4-4：.................................................................................................................... 69 |
|---|
| 4.1.4柱的平面外的整体稳定性验算：...................................................................................... 71 |
| 4.2中柱验算：................................................................................................................................... 74 |
| 4.2.1截面13-13强度验算：...................................................................................................... 74 |
| 4.2.2验算截面12-12：............................................................................................................ 76 |
| 4.2.3验算截面11-11：............................................................................................................ 77 |
| 4.2.4验算截面10-10：............................................................................................................ 78 |
| 4.3厂房钢梁的验算........................................................................................................................... 82 |
| 4.3.1斜段钢梁H400~50030012*16验算：......................................................................... 82 |
| 5牛腿设计......................................................................................................................................... 86 |
| 5.1荷载统计............................................................................................................................... 86 |
| 5.2截面选型............................................................................................................................... 87 |
| 5.3牛腿验算............................................................................................................................... 88 |
| 6吊车梁设计..................................................................................................................................... 90 |
| 6.1设计资料............................................................................................................................... 90 |
| 6.2吊车荷载的计算................................................................................................................... 90 |
| 6.3吊车梁验算........................................................................................................................... 91 |
| 6.4支座加劲肋........................................................................................................................... 93 |
| 6.5焊缝计算............................................................................................................................... 94 |
| 7支撑设计：..................................................................................................................................... 95 |
| 7.1屋面支撑............................................................................................................................... 95 |
| 7.2柱间支撑：........................................................................................................................... 97 |
| 8节点设计：..................................................................................................................................... 99 |
| 8.1左边梁柱节点设计............................................................................................................... 99 |
| 8.2截面6-6梁梁节点............................................................................................................. 101 |
| 8.3截面8-8梁梁节点：......................................................................................................... 103 |
| 8.4屋脊梁梁节点：................................................................................................................. 105 |
| 8.5柱脚节点设计..................................................................................................................... 106 |
| 8.5.1左柱柱脚设计................................................................................................................. 106 |
| 8.5.2中柱柱脚设计................................................................................................................. 109 |
| 9屋面板设计....................................................................................................................................111 |
| 9.1荷载分析..............................................................................................................................111 |
| 9.2屋面板选型..........................................................................................................................111 |
| 9.3内力计算............................................................................................................................. 112 |
| 9.4最不利内力组合................................................................................................................. 112 |
| 9.5有效截面计算..................................................................................................................... 113 |
| 10墙面压型钢板设计..................................................................................................................... 115 |
|---|
| 10.1压型钢板选型................................................................................................................... 115 |
| 10.2内力计算........................................................................................................................... 115 |
| 10.3压型钢板截面特性的计算................................................................................................ 116 |
| 10.4有效截面计算.................................................................................................................... 116 |
| 10.5强度验算：....................................................................................................................... 117 |
| 10.6刚度验算........................................................................................................................... 118 |
| 11屋面檩条设计............................................................................................................................. 118 |
| 11.1设计资料和截面选型....................................................................................................... 118 |
| 11.2截面初选........................................................................................................................... 119 |
| 11.3荷载计算........................................................................................................................... 119 |
| 11.3内力计算........................................................................................................................... 120 |
| 11.4有效宽度计算................................................................................................................... 121 |
| 11.5稳定性计算....................................................................................................................... 123 |
| 11.6挠度验算........................................................................................................................... 124 |
| 12墙梁设计..................................................................................................................................... 124 |
| 12.1设计资料和截面初选....................................................................................................... 124 |
| 12.2墙梁强度验算................................................................................................................... 125 |
| 12.3挠度验算........................................................................................................................... 126 |
| 13隅撑的设计................................................................................................................................. 127 |
| 13.1屋面隅撑设计................................................................................................................... 127 |
| 13.2墙面隅撑设计................................................................................................................... 127 |
| 14抗风柱设计................................................................................................................................. 128 |
| 14.1荷载分析........................................................................................................................... 128 |
| 14.2内力分析........................................................................................................................... 129 |
| 14.3抗风柱构件验算............................................................................................................... 129 |
| 15基础设计..................................................................................................................................... 130 |
| 15.1地质资料........................................................................................................................... 130 |
| 15.2内力计算........................................................................................................................... 130 |
| 15.3边柱基础设计................................................................................................................... 131 |
| 15.4中柱基础设计................................................................................................................... 135 |
| 致谢辞............................................................................................................................................... 1400 |
| 参考文献............................................................................................................................................. 141 |
地面：采用水磨石地面；墙体：1.2 米下用砖砌墙体，1.2 米以上采用压型钢板， 两部分墙体外观注意协调；屋面：屋面采用压型钢板，有保温要求；排水：要求采用天 沟有组织排水；其他：室内外高差为 0.150mm。建筑使用年限为 25 年。
结构形式：主体为单层门式钢架，主钢构连接采用摩擦型高强度螺栓，其他构件 连接可采用焊接等其他方法。车间两跨纵向各设一台吊车，吊车荷载为 25t 中级工作制。 风载为 0.5kN/m2 地耐力为 205kpa。
1.规模：柳州市某钢结构厂房，为满足生产工艺要求，设计成两跨单层轻钢结构厂房，
总建筑面积 3495m2 ，建筑高度 13.15m。
1）主导风向：夏季东南风、冬秋季西北风，基本风压值详表一，地面粗糙度为 B
类。
3）地质资料：地质持力层为粘土，孔隙比为 e=0.8，液性指数 I1=0.90，场地覆盖层
为 1.5 米，场地土壤属Ⅱ类场地土，地耐力 fk 详表一。
4）抗震设防：此建筑物为一般建筑物。建筑物地处 6 度抗震设防区内。不考虑雪
荷载。
在进行厂房建筑设计时，应该要考虑一下所阐述的几种因素： 一、满足生产工艺的要求：
1
生产工艺是工业建筑设计的重要依据，要满足建筑的使用功能要求。因此，建筑设 计要在建筑面积大小、柱距、梁的跨度、厂房高度、有无抗风柱以及结构方案和构造措 施等方面，必须满足生产工艺的各项要求。同时，建筑设计还要满足厂房所需的机器设 备的安装、操作、运转、检修等方面的要求。
二、满足建筑技术的要求：
1、工业建筑的坚固性及耐久性应符合建筑的使用年限。由于厂房静荷载和活荷载 比较大，建筑设计应为结构设计的经济合理性创造条件，使结构设计更利于满足坚固和 耐久的要求。
2、由于科技发展日新月异，生产工艺不断更新，生产规模逐渐扩大，因此，建筑 设计应使厂房具有较大的通用性和改建扩建的可能性。
3、应遵守《厂房建筑模数协调标准》及《建筑模数协调统一标准》的规定，合理 选择厂房建筑参数(柱距、跨度、柱顶标高等)，以便采用标准的、通用的结构构件，使 设计标准化、生产工厂化、施工机械化，从而提高厂房建筑工业化水平。
三、满足建筑经济的要求：
1、在不影响卫生、防火及室内环境要求的条件下，将若干个车间(不一定是单跨车 间)合并成联合厂房，对现代化连续生产极为有利。因为联合厂房占地较少，外墙面积 相应减小，缩短了管网线路，使用灵活，能满足工艺更新的要求。
2、建筑的层数是影响建筑经济性的重要因素。因此，应根据工艺要求、技术条件 等，确定采用单层或多层厂房。
3、在满足生产要求的前提下，设法缩小建筑体积，充分利用建筑空间。合理减少 结构面积，提高使用面积。
4、在不影响厂房的坚固、耐久、生产操作、使用要求和施工速度的前提下，应尽 量降低材料的消耗，从而减轻构件的自重和降低建筑造价。
5、设计方案应便于采用先进的、配套的结构体系及工业化施工方法。但是，必须 结合当地的材料供应情况，施工机具的规格和类型，以及施工人员的技能来选择施工方 案。
1、20 厚水泥沙浆抹面。
2、垫层（100 厚碎石或碎砖夯实灌 M2.5 混合沙浆）。
3、素土夯实向外找坡 40%。
说明：按开间分快浇注，每块长度 6 米，分格逢宽 20mm，用沥青沙浆嵌缝。
2
1、25 厚 1：2 水泥沙浆抹面，做出 60 宽 6 深锯齿。
2、素水泥沙浆结合层一道。
3、60 厚 C15 混凝土。
4、垫层（150 厚碎石或碎砖夯实灌 M2.5 混合沙浆）
5、素土夯实（坡度按工程设计做）
1、12-18 厚 1：2 水泥磨石地面磨光打蜡。
2、素水泥沙浆结合层一道。
3、20 厚 1：3 沙浆找平层。
4、60 厚 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 1.5---1.8 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，四周抹小八字角。
7、垫层（100 厚碎石或碎砖夯实灌 M2.5 混合沙浆）
8、素土夯实。
1、刷内墙涂料。
2、5 厚 1：2.5 沙浆抹面，压实赶光。
3、13 厚 1：3 水泥沙浆打底。
1、彩色压型钢板。
2、C 型懔条和 80 聚苯乙烯泡沫保温材料。
3、彩色压型钢板。
1、稀水泥沙浆擦缝。
2、安装 10---20 厚大理石板。
3、20 厚 1：2 水泥沙浆灌贴。
3
厂房的平面设计是现有工艺设计人员进行工艺平面设计，在生产工艺平面的基础上 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。本厂房设计采用矩形平 面，这种平面形式较其它形式平面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；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，根据跨度和柱距大小提出了要求。柱网选择： 柱网尺寸是根据生产工艺的特征，综合建筑材料、结构形式、施工技术水平、基地状况、 经济性以及有利于建筑工业化等因素来确定的。由于跨度根据设计资料已定为 7.5m，满 足在《门式刚架轻型房屋结构技术规程》CECS102:2002 中 P16 的门式刚架的间距，即 柱网轴线间的纵向距离宜采用 6～9m。（图 2-1）
平面设计如图 2.1 所示：
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图 2.1
剖面设计是厂房建筑设计的一个组成部分。是在平面设计的基础上，主要解决建筑 空间如何满足生产工艺的各项要求。剖面设计应满足的以下要求：（1）适应生产需要 的足够空间；（2）良好的采光和通风条件；（3）屋面排水和满足室内保温隔热的维护 结构；（4）经济合理的结构方案；（5）为提高建筑工业化创造条件。 厂房剖面设计的具体任务是：确定厂房高度；选择厂房承重结构及围护结构方案； 处理车间的采光、通风及屋面排水等问题。
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