摘 要

本设计是综合运用所学的专业知识，对江苏省南京市某材料实验室进行钢结构建筑、结构的设计。本工程为单层门式钢架厂房，采用的是轻型门式刚架体系，建筑质量轻，强度高且跨度大，钢结构建筑施工工期较短，相应的降低投资成本，在国内有着较广泛的应用前景。

设计内容包括建筑设计与结构设计两部分。建筑设计包括：根据任务书要求进行总平面布置，单体建筑平、立、剖面和细部设计，绘制相应的建筑施工图。结构设计包括：手算一榀横向门式钢架的荷载、内力组合、柱间支撑设计、屋盖水平支撑设计、墙梁设计、檩条设计、山墙抗风柱设计、刚架设计、节点设计、吊车梁设计、基础设计并用PKPM-STS进行复核以及施工图的绘制等，其中内力计算采用PKPM-STS软件建模计算。

本次设计图纸部分有：总平面布置设图、平面图、立面图、节点构造详图、钢结构设计总说明、基础平面布置及详图、钢柱布置图、刚架和柱间支撑布置图、屋盖系统布置图、各个立面墙梁布置图、一榀典型门式钢架的剖面和节点详图、通用节点构造详图、吊车梁平面布置图和吊车梁详图、柱间支撑和屋面水平支撑详图、屋面檩条和墙梁以及抗风柱详图。

关键词：轻型钢结构厂房 门式钢架 结构设计 门式钢架设计

A material laboratory in Nanjing

Abstract

This design is a comprehensive use of the professional knowledge learned, a material laboratory in nanjing city, jiangsu province, steel structure design.This project is single door type steel plant, USES a light portal frame system, construction quality is light, high strength and large span, steel structure construction period is shorter, appropriate to reduce the cost of investment, in domestic has a broad application prospect.

The design content includes architectural design and structural design. Architectural design includes: general layout according to the requirements of the assignment book, design of flat, vertical, profile and details of individual buildings, and draw corresponding construction drawings. Structure design include: hand is one common lateral door frame support between the load and internal force combination, column design, the level of the roof support design, wall beam design, purlin design and mountain wind column design, frame design, node design, design of crane beam, foundation design with PKPM - STS for review and the drawing of construction drawing, calculation of internal force calculation using PKPM - STS software modeling.

This design drawing parts are: general layout diagram, floor plan, elevation, node structure, steel structure with a detailed design of the total, the basic layout and detail, arrangement plan of the steel column, frame and support between column layout, arrangement of the roof, the vertical wall beam layout, cross section of typical door frame and constructional detail, detail drawing, general node crane liangping layout and detail of crane beam and column between the level of support and roof supporting detail, roof purlin and wall beam and detail of wind column.

Key words: light steel structure workshop;Door frame;Structural design;Door frame design.

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 设计资料 7

1.1 设计依据 7

1.1.1 工程概况 7

1.1.2 工程地质资料 7

1.1.3 施工技术条件 8

1.1.4 材料供应 8

1.2 设计内容和要求 8

1.2.1 建筑部分 8

1.2.2 结构部分 8

1.3 结构主要设计规范 10

第二章 建筑设计 11

2.1 平面设计 11

2.2 立面设计 11

2.3 剖面设计 11

第三章 结构的选型与布置 12

3.1 结构选型 12

3.2 结构布置 12

3.2.1 建筑布局 12

3.2.2 主体厂房布置 12

3.2.3 屋面、墙面布置 12

3.2.4 门窗布置 13

3.2.5 轴网布置 13

3.2.6 定位轴线 13

3.2.7 墙梁布置 14

3.2.8 屋面布置 15

3.2.9 檩条布置 15

3.2.10 支撑布置 15

3.2.11 吊车梁布置 16

3.2.12 基础布置 16

3.3 初估构建截面尺寸 16

3.3.1 框架柱截面初估 16

第四章 荷载计算 17

4.1 永久荷载（标准值） 17

4.2 可变荷载（标准值） 17

4.3 门式钢架荷载计算 17

4.3.1 屋面永久荷载 17

4.3.2 屋面均布活载 18

4.3.3 柱身荷载 18

4.3.4 风荷载 18

4.3.5 吊车荷载 19

5.1设计资料 21

5.2荷载计算 21

5.2.1 永久荷载标准值 21

5.2.2 可变荷载 22

5.3内力计算及组合 22

5.3.1永久荷载与屋面活荷载组合： 22

5.3.2 永久荷载与风荷载吸力组合 22

5.4截面选择 23

5.5 应力分布 23

5.5.1上翼缘压应力分布不均匀系数 23

5.5.2腹板压应力分布不均匀系数 24

5.5.3上翼缘有效宽度 24

5.5.4腹板有效宽度 24

5.6强度计算 25

5.7 稳定性验算 25

5.7.1受弯构件的整体稳定系数Φ_bx计算： 25

5.7.2 稳定性验算 26

5.8 挠度验算 26

第六章 墙梁设计 26

6.1 设计资料 26

6.2 荷载计算 26

6.2.1 竖向荷载标准值： 26

6.2.2 水平荷载标准值： 27

6.3 内力计算 27

6.4 截面选择 28

6.5 强度验算 28

6.6 挠度验算 28

6.7 拉条计算 29

第七章 屋面水平支撑设计 29

7.1 设计资料 29

7.2 荷载计算 29

7.3 水平支撑设计 30

第八章 柱间支撑设计 31

8.1 设计资料 31

8.2 荷载计算 32

8.3 内力计算 32

8.4 截面设计 33

第九章 抗风柱设计 35

9.1 设计资料 35

9.2 荷载计算 35

9.3 内力分析 35

9.4 截面选择 36

9.5 强度验算 36

9.6 稳定性验算 36

9.6.1 平面内稳定 36

9.6.2 平面外稳定 36

9.7 挠度验算 37

第十章 刚架设计 37

10.1 荷载分析 37

10.1.1 屋面自重（标准值） 37

10.1.2 屋面活载（标准值） 37

10.1.3 风荷载 37

10.1.4 吊车荷载 38

10.2 作用在刚架上的线荷载标准值 38

10.2.1 作用于柱上的线荷载 38

10.2.2 屋面与檩条引起的线荷载 38

10.2.3 屋面活荷载引起的线荷载 38

10.2.4 风荷载引起的线荷载 38

10.2.5 吊车引起的线荷载 39

10.3 钢架计算简图及截面初选 39

10.4 内力计算 40

10.5 荷载组合 47

10.5.1 荷载组合种类 47

10.5.2 荷载组合计算 48

（1）柱上各节点荷载计算表： 48

（2）梁上各节点荷载计算表： 48

10.6 刚架水平位移验算 50

10.7 截面验算 50

10.7.1 刚架柱截面验算 50

10.7.2 刚架梁截面验算 52

第十一章 节点设计 57

11.1 节点7（梁柱节点） 57

11.1.1 节点布置 57

11.1.2 螺栓设计 58

11.1.3 节点端板设计 59

11.1.4 梁柱相交节点域验算 59

11.1.5 构件腹板强度验算 60

11.2 节点9（梁梁节点） 60

11.2.1 节点布置 60

11.2.2 螺栓设计 61

11.2.3 节点端板设计 61

11.2.4 构件腹板强度验算 62

11.3 节点1（柱脚节点） 62

11.3.1 柱脚布置 62

11.3.2 柱脚设计 63

11.4 牛腿设计 64

11.4.1 荷载计算 64

11.4.2 截面特性 65

11.4.3 强度验算 65

11.4.4 焊缝验算 65

第十二章 吊车梁设计 67

12.1 设计资料 67

12.2 吊车梁荷载 67

12.3 吊车梁内力 67

12.4 截面选型 69

12.5 截面验算 70

第十三章 基础设计 73

13.1 基础的选择 73

13.2 基础的埋置深度 74

13.3 确定地基承载力 74

13.4 确定基础上部荷载 75

13.5 确定基础底面积 75

13.6 基础冲切计算 76

13.7 基础截面配筋计算 78

13.7.1 基础长边方向 78

13.7.2 基础短边方向 79

第十四章 工程量计算 80

参考文献 81

致谢 82

第一章 设计资料

1.1 设计依据

1.1.1 工程概况

本工程坐落在南京工业大学江浦校区，为土木学院复合材料实验室。本工程为防火类别丙类厂房，主要功能是复合材料的实验测试及展示。结构类型为单跨单层钢结构门式刚架体系。结构设计基本条件为：长度 43.9 米，总宽度 18.4 米,横向 1×18 米跨。门式刚架檐口高度 9.75 米，室内外高差 0.45 米，每跨设置 2台 Gn=5T，Lk=16.5m 电动单梁吊车。其中东侧第一柱距设置夹层，层高 3 米。本工程按 7 度设防，设计地震加速度值 0.10g，设计地震分组第一组，建筑场地类别为 II 类，特征周期值为 0.35s。

1.1.2 工程地质资料

场地土类别为 II 类，特征周期为 0.35s。建筑场地为坡地，地面绝对高程详见总平面。本工程基础建议采用柱下独立基础，钢柱脚采用外露式。根据本次 58 个钻孔（的勘察表明，在 21.0 米的控制深度内，场地地基土可分为四层，具体描述如下：

第① 层填土：结构松散，土质不均匀，高压缩性，工程性质差，不应利用；