前 言

伴随着我国经济与科学技术的快速发展，钢结构已逐步在工业厂房，商业大楼，民用住宅，大型场馆等公共建筑中被广泛采用。钢材的强度高，故在结构中占体积小，因而建筑的实用空间就较大；钢结构可以成套预制装配，故施工方便；钢材可以回炉重新利用，故钢结构的再生性好。钢结构有着非常多的优点，我国的钢结构事业也正处在蓬勃发展中。

轻型钢结构除具有普通钢结构的材质均匀，可靠性高；强度高，重量轻；塑性韧性，抗震性能好；便于机械化制造，施工期短；可回收，建筑造型美观等特点以外，一般还具有取材方便，用料较省，自重更轻等特点。它对加快基本建设速度，特别对中小型企业的建设，以及对现有企业的挖潜、革新、改造等工作能够起到显著的作用，因而受到建设单位，尤其是在工业建筑中的普遍欢迎。由于轻型钢结构的经济指标很好，总造价较低，再加上结构自重轻为改革重型结构体系创造了条件。因此，轻型钢结构是很有发展前途的一种结构形势。

基于以上对轻型钢结构的认识，我在毕业设计课题中选择了轻型钢结构设计。本次设计的是万利集团民用工业园的轻钢结构房屋工程。通过这次设计，我希望能对钢结构的计算原理、轻型钢结构的特点和构造要求有一个较系统的认识。同时，通过这次设计，培养自己理论结合实践的能力，积累工程经验，从而为将来走向工作岗位打下坚实的基础。

摘 要

近年来，轻钢结构因其取材方便、用料省、自重轻、构件批量生产、现场施工速度快、周期短等诸多特点，在我国取得了长足的发展。其中，门式刚架造型由于其简洁美观、平面布置灵活、安装便利及可以满足多种生产工艺和使用功能的要求等特点，目前正被运用于越来越多的钢结构房屋建筑中。

本工程是以轻型门式钢架作为结构形式的单层工业厂房。厂房共有两跨，每跨设有两台桥式软钩吊车。厂房为双坡屋面，除基础和地基梁使用混凝土、外墙标高1.2m以下为240厚砖墙外，其他所有主次要构件均为钢结构。

首先根据现有资料进行建筑方案的比选及建筑的平、立、剖面的设计；然后建筑设计基础之上的结构布置、静力计算、框架设计、节点设计、柱脚设计、檩条设计、柱间支撑设计、吊车梁设计及基础设计等。建筑设计给结构设计提供初步的计算资料，结构设计又把更新的数据反馈给建筑设计，如此循环以得到最终设计结果。

在结构设计中，对各种构件的基本的设计思路如下：(1)建立合理的力学模型，确定计算简图；(2) 计算各种工况下构件危险截面的内力；(3) 进行荷载效应组合，得到可能的最不利内力；(4)对构件危险截面进行内力验算，继而确定其具体尺寸(包括截面尺寸、板件厚度、螺栓直径及间距、焊脚尺寸及长度、疲劳验算等)。构件的尺寸选择一般是通过经验公式进行初选，然后进行验算调整直至其符合要求。

在人工设计结束以后，利用3D3S钢结构设计软件建模设计。首先对手算设计的主体构件进行验算和校核，然后利用软件中围护结构设计模块对厂房总体设计进行完善，主要包括隅撑、女儿墙小立柱等构件。最终利用软件自动生成施工图并加以必要修改，以建施和结施图纸集的形式将总体设计表达出来。

关键词：轻型门式刚架；荷载组合；内力分析；结构设计与验算；3D3S建模

目 录

第1章 引言 ............................................................................................................................................................ 1

1.1 目前轻钢结构的特点及发展现状 ........................................................................................................ 1 1.2 毕业设计的内容与方法 ........................................................................................................................ 2 第2章 建筑设计 ...................................................................................................................................................... 2

2.1 工程概况 ................................................................................................................................................ 2 2.2 设计条件 ................................................................................................................................................ 2

2.2.1. 自然条件 .................................................................................................................................... 2 2.2.2. 荷载条件 .................................................................................................................................... 2 2.2.3. 材料规格 .................................................................................................................................... 3 2.2.4. 施工与安装条件 ........................................................................................................................ 3 2.3 建筑设计 ................................................................................................................................................ 3

2.3.1. 设计依据及设计指导思想 ........................................................................................................ 3 2.3.2. 设计特点及方案 ........................................................................................................................ 4 2.3.3. 构造说明 .................................................................................................................................... 5

第3章 内力计算 ...................................................................................................................................................... 6

3.1 结构设计资料 ........................................................................................................................................ 6 3.2 结构布置 ................................................................................................................................................ 7

3.2.1. 柱网布置及抗风柱布置 ............................................................................................................ 7 3.2.2. 横向框架结构主要尺寸 ............................................................................................................ 7 3.2.3. 柱间支撑布置 ............................................................................................................................ 8 3.2.4. 墙架布置 .................................................................................................................................... 8 3.2.5. 屋面支撑 .................................................................................................................................... 9 3.2.6. 支撑的布置 ................................................................................................................................ 9 3.3 静力计算 .............................................................................................................................................. 11

3.3.1. 计算简图 .................................................................................................................................. 11 3.3.2. 荷载计算 .................................................................................................................................. 12 3.3.3. 梁柱截面估选 .......................................................................................................................... 14 3.3.4. 内力分析 .................................................................................................................................. 14

第4章 框架设计 .................................................................................................................................................... 24

4.1 柱的设计 .............................................................................................................................................. 24

4.1.1. 边柱截面设计 .......................................................................................................................... 24 4.1.2. 中柱截面设计 .......................................................................................................................... 27 4.1.3. 柱截面设计更改 ...................................................................................................................... 30 4.2 横梁的设计 .......................................................................................................................................... 35

4.2.1. 内力组合 .................................................................................................................................. 35 4.2.2. 跨中截面选择 .......................................................................................................................... 35 4.2.3. 梁端截面选择 .......................................................................................................................... 36 4.2.4. 梁翼缘和腹板的连接焊缝 ...................................................................................................... 38 4.2.5. 梁变截面设计 .......................................................................................................................... 38 4.2.6. 加劲肋的设计 .......................................................................................................................... 39 4.3 主要节点设计 ...................................................................................................................................... 40

4.3.1. 横梁和柱连接及横梁拼接形式和要求 .................................................................................. 40 4.3.2. 横梁和柱的连接 ...................................................................................................................... 40 4.3.4. 牛腿的设计与验算 .................................................................................................................. 45 4.4 柱脚设计 .............................................................................................................................................. 48

4.4.1. 底板尺寸 .................................................................................................................................. 48 4.4.2. 肋板计算 .................................................................................................................................. 49 4.4.3. 靴梁计算 .................................................................................................................................. 49 4.4.4. 锚栓计算 .................................................................................................................................. 50 4.4.5. 厂房侧移计算 .......................................................................................................................... 52

第5章 墙架及抗风柱设计 .................................................................................................................................. 52

5.1 山墙墙梁设计 ...................................................................................................................................... 52

5.1.1. 荷载及墙板设计 ...................................................................................................................... 52 5.1.2. 墙梁设计 .................................................................................................................................. 53 5.2 纵向墙梁的设计 .................................................................................................................................. 53

5.2.1. 荷载及墙板设计 ...................................................................................................................... 53 5.2.2. 墙梁设计 .................................................................................................................................. 53 5.3 抗风柱的设计 ...................................................................................................................................... 54

5.3.1. 截面选择 .................................................................................................................................. 54 5.3.2. 截面验算 .................................................................................................................................. 55

第6章 檩条设计 .................................................................................................................................................. 56

6.1 荷载计算 .............................................................................................................................................. 56 6.2 内力计算 .............................................................................................................................................. 56

6.2.1. 永久荷载与屋面活载组合 ...................................................................................................... 56 6.2.2. 考虑风荷载吸力的组合 .......................................................................................................... 57 6.3 截面选择 .............................................................................................................................................. 57 6.4 确定有效截面并验算强度 .................................................................................................................. 57 6.5 风吸力组合下稳定计算 ...................................................................................................................... 59 6.6 绕度计算 .............................................................................................................................................. 59 6.7 长细比计算 .......................................................................................................................................... 59 第7章 柱间支撑设计 ............................................................................................................................................ 60

7.1 柱间支撑的形式 .................................................................................................................................. 60 7.2 柱间支撑的设计 .................................................................................................................................. 60

7.2.1. 荷载计算 .................................................................................................................................. 60 7.2.2. 支撑构件内力计算（设计值） .............................................................................................. 61 7.2.3. 截面选择和验算 ...................................................................................................................... 61 7.2.4. 厂房纵向刚度计算 .................................................................................................................. 62

第8章 吊车梁与地基梁设计 .............................................................................................................................. 62

8.1 吊车梁设计 .......................................................................................................................................... 62

8.1.1. 吊车梁资料 .............................................................................................................................. 62 8.1.2. 吊车荷载计算 .......................................................................................................................... 62 8.1.3. 内力计算 .................................................................................................................................. 62 8.1.4. 截面选择 .................................................................................................................................. 63 8.1.5. 强度计算 .................................................................................................................................. 65 8.1.6. 稳定性计算 .............................................................................................................................. 66 8.1.7. 挠度计算 .................................................................................................................................. 68 8.1.8. 支座加劲肋计算 ...................................................................................................................... 68 8.1.9. 焊缝计算 .................................................................................................................................. 69 8.1.10. 疲劳验算 .................................................................................................................................. 69 8.2 地基梁设计 .......................................................................................................................................... 70

8.2.1. 纵向地基梁 .............................................................................................................................. 70