钢结构厂房基础设计原理
钢结构原理与设计
钢结构原理与设计
钢结构是一种广泛应用于建筑工程和其他工业领域的结构形式。
它由钢材构成，具有高强度、耐久性和灵活性等优点。
钢结构的设计原理基于力学和结构力学的知识，以确保结构的稳定性和安全性。
在钢结构的设计过程中，首先需要进行荷载计算，包括静力荷载和动力荷载。
静力荷载可以分为永久荷载和可变荷载，永久荷载包括自重、设备重量等，可变荷载包括使用荷载、风荷载等。
动力荷载包括地震荷载、振动荷载等。
设计师根据荷载计算结果进行结构的初步设计，确定结构的形式和尺寸。
常见的钢结构形式包括桁架结构、悬挑结构、刚架结构等。
结构的尺寸设计需要考虑受力情况、材料的强度和刚度等因素。
在结构的详细设计过程中，需要进行核心部件的强度计算和连接件的设计。
核心部件包括梁、柱、板等，设计师需要根据受力情况和荷载计算结果，确定核心部件的截面尺寸和钢材的型号。
连接件的设计包括螺栓、焊接等方式，设计师需要考虑连接件的强度和刚度，确保连接的可靠性。
此外，钢结构的设计还需要考虑施工和防火等因素。
在施工中，设计师需要提供施工图纸和施工工艺，确保施工的安全和顺利进行。
防火设计包括结构的耐火性能和防火涂料的选择，以提高结构的防火性能。
总之，钢结构的设计需要综合考虑力学、结构力学、荷载计算、材料强度、连接件设计、施工工艺等方面的知识，以确保结构的安全和可靠性。
设计师在设计过程中需要进行详细的计算和分析，以制定合理的设计方案。
同时，设计师还需要密切与建筑师、工程师和施工人员等其他相关人员合作，确保设计的实施与要求相一致。
钢结构的设计原理与方法
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统
一标准》（GB50068）规定：结构的可靠 度应采用以概率论为基础的极限状态设计方 法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标
准”要求，采用的也是以概率论为基础，用 分项系数表达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如
荷载、材料性能等，运用概率论和数理统计的方 法来寻找它们的规律性，从而进行结构设计，这 就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、
地震作用，温度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构
件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠； • 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极
久性能）的某项规定限值的极限状态。其表示式为：
• ——永久荷载标准值在结构或构件中产生的变形； • ——第一个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形； • ——第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形； • —— 结构或构件的容许变形值。梁以容许挠度表示。
钢结构设计的规定
• 承重结构设计均按承载能力极限状态和正
常使用极限状态来进行的。
• 计算结构或构件的强度或稳定性及连接的
强度时应采用荷载的设计值；计算疲劳和 变形时，采用荷载的标准值。
承载能力极限状态
• 承载能力极限状态为结构或构件达到最大承
载能力或达到不适于继续承载的变形的极限 状态。
• 强度、稳定性设计采用的极限状态设计表达
限状态。
Байду номын сангаас
钢结构设计原理知识点
钢结构设计原理知识点钢结构是现代建筑领域广泛应用的一种结构形式，具有强度高、刚度好、可塑性强等优点。
在钢结构设计中，掌握一些基本的设计原理是非常重要的。
本文将介绍钢结构设计中的一些知识点，帮助读者更好地理解和应用钢结构设计原理。
一、材料力学知识在钢结构设计中，材料力学是基础。
首先，我们需要了解钢材的强度和刚度特性，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量等。
这些参数将直接影响到钢材的使用性能和结构的承载能力。
二、结构力学知识在钢结构设计中，结构力学是必须掌握的知识。
了解结构受力原理、受力形式以及受力计算方法对于设计出安全可靠的钢结构非常重要。
1. 静力学静力学是钢结构设计中最基本的力学原理。
它研究物体处于静止或匀速直线运动时的受力平衡条件。
在钢结构设计中，我们需要应用静力学原理来确定杆件的受力状态，包括梁的弯矩、剪力和轴力等。
2. 动力学动力学是钢结构设计中考虑结构在振动或冲击力作用下的响应。
钢结构在地震、车辆行驶和风荷载等外部力的作用下会发生振动，因此需要考虑结构的自振频率、振型和阻尼等参数。
三、结构稳定性知识钢结构在受到外力作用下，需要保持稳定。
在钢结构设计中，我们需要考虑结构的屈曲和稳定性，以确保结构在使用寿命内不会发生失稳。
了解结构的稳定性条件和计算方法对于设计具有稳定性的钢结构至关重要。
四、连接方式与设计钢结构中的连接方式对结构的安全性和可靠性有着重要影响。
了解各种连接方式的特点和设计原理，选择适当的连接方式，能够确保结构连接的强度和刚度满足设计要求。
五、局部稳定与极限设计在钢结构设计中，局部稳定和极限设计是非常关键的。
了解杆件的局部稳定问题和极限状态下的设计要求，能够合理选择截面尺寸和设计参数，保证结构的安全可靠。
六、施工与监控最后，钢结构设计在施工和监控阶段也需要考虑。
通过合理的施工工艺和监控手段，可以确保钢结构的正确安装和使用。
因此，熟悉施工和监控方面的知识也是设计者需要具备的能力。
总结：钢结构设计原理的知识点非常广泛，本文仅涵盖了一些基本的知识点。
第八章钢结构设计原理单层厂房钢结构
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8.1.3 单层钢结构厂房的结构布置
单层钢结构厂房的结构布置包括厂房柱网的布设， 高度的确定，温度伸缩缝的设置等，而确定这些 的依据首先是必须满足生产工艺的要求，其次要 满足结构坚固耐用、经济合理和技术先进，以及 注意符合标准化模数要求等。
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1. 厂房柱网布设 柱网的布设首先要从工艺方面考虑，柱网布设的位置应和厂房内的地上
在结构方案确定后，即可按设计资料进行结构、构 件和连接的设计和计算，完成整个厂房的结构设 计。
最后的步骤即绘制施工图，对于一些构件和连接构 造，也可采用标准图集。
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8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的 计算长度
单层钢结构厂房横向平面框架的计算简图可分为柱 顶与屋盖结构(屋架或横梁)铰接形式(下图(a))和 柱顶与屋盖结构(屋架或横梁)刚接形式(下图(b))， 厂房内无吊车的轻型门式刚架式结构还可以采用 柱脚铰接的形式(下图(c))。
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2. 可变荷载
单层钢结构厂房的可变荷载包括屋面均布活荷载、 雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检 修荷载和地震作用等。
钢结构设计原理
钢结构设计原理钢结构作为一种常用于建筑和桥梁等工程中的结构形式，具有许多优点，如强度高、稳定性好、施工方便等特点。
钢结构设计的原理是通过合理的材料选取、结构配置和计算分析，使结构在承受外部荷载时能够保持稳定并达到设计要求。
1. 材料选取钢结构的设计原则首先是材料的选取。
常用的结构钢材料包括碳素钢、合金钢等，不同钢材具有不同的力学性能和耐久性。
在设计过程中，需要根据结构的要求和工程环境选择合适的材料，以保证结构的承载能力和使用寿命。
2. 结构配置钢结构设计还需要考虑结构的配置。
通过合理的构件布置和连接方式，可以提高结构的整体稳定性和承载能力。
结构配置包括构件截面形状、连接方式、支撑形式等方面的设计，需要充分考虑结构的受力性能和荷载传递路径。
3. 计算分析计算分析是钢结构设计的核心环节。
设计过程中需要进行结构的静力分析、动力分析和稳定性分析等计算，以确保结构在荷载作用下具有足够的承载能力和稳定性。
计算分析还包括结构的细部构造和连接设计，以保证结构的整体性能和安全性。
4. 结构优化钢结构设计的最终目的是实现结构的性能优化。
通过不断优化结构的材料、构件和连接方式，可以提高结构的承载能力、经济性和使用寿命。
结构优化需要综合考虑结构的承载性能、成本和施工方便性，以实现最佳的设计效果。
结语钢结构设计原理是一项复杂而重要的工程技术，需要设计人员具备扎实的工程知识和丰富的实践经验。
通过合理选材、优化配置和精确计算，可以设计出具有良好性能和安全性的钢结构工程。
钢结构设计的原理不仅涉及到结构工程领域，也体现了工程设计中的科学性和创新性。
钢结构设计基本原理
钢结构设计基本原理
1.强度原理
钢结构设计的首要原则是满足结构的强度要求。
强度主要包括抗弯强度、抗剪强度和抗轴向力强度等。
在设计过程中，需要根据结构受力状态
和受力形式，合理确定截面尺寸和钢材的强度指标。
同时，在力学上还需
要考虑局部变形和整体稳定性。
2.刚度原理
钢结构设计的第二个基本原理是满足结构的刚度要求。
刚度主要包括
抗水平位移和垂直位移的刚度。
钢结构一般采用刚性框架结构，通过合理
的柱、梁和节点布置，以及适当的截面形状和弹性模量，增加结构的刚度，提高结构的整体稳定性和工作性能。
3.抗震原理
钢结构设计的第三个基本原理是考虑结构的抗震要求。
钢结构的抗震
性能直接影响到结构的安全性和使用寿命。
在设计过程中，需要根据结构
的抗震等级、地震区位和设计地表加速度等参数，采用合适的抗震设计方
法和加固措施，以确保结构在地震作用下具有足够的抗震能力。
4.材料选择原理
钢结构设计的第四个基本原理是合理选择材料。
钢结构主要采用高强
度钢材，如Q235、Q345等，通过热轧、冷轧、焊接等工艺加工成型。
在
选择材料时，需要考虑到材料的强度、韧性、延展性和焊接性等性能，同
时还需要根据使用环境、抗腐蚀和阻燃要求等因素进行综合考虑。
5.工程经济原理
综上所述，钢结构设计的基本原理包括强度原理、刚度原理、抗震原理、材料选择原理和工程经济原理。
这些原理在钢结构设计中相互关联，需要综合考虑，以确保结构的安全性、稳定性和经济性。
钢结构设计的基本原理
钢结构设计的基本原理钢结构广泛应用于建筑、桥梁等工程领域，其设计的基本原理如下：1. 结构力学原理钢结构设计的基本原理之一是结构力学原理。
根据牛顿力学定律，结构中的力和力的分布决定着结构的响应和稳定性。
结构力学原理包括平衡条件、受力分析和内力计算等。
设计师需要合理使用力学理论，确定结构中的内力分布，从而满足结构的强度和稳定性要求。
2. 材料力学原理钢结构设计的基本原理之二是材料力学原理。
钢材具有高强度和良好的可塑性，其力学性能直接影响着结构的承载能力和安全性。
设计师需要了解钢材的强度、模量、屈服点等力学特性，并根据这些特性进行力学计算，以确定结构的材料使用要求。
3. 组件设计原理钢结构设计的基本原理之三是组件设计原理。
钢结构由多个组件组成，如梁、柱、横梁等。
设计师需要根据结构的荷载条件和要求，确定各个组件的尺寸、形状和连接方式。
组件设计原理包括强度校核、刚度控制和稳定性分析等方面，以确保结构的安全性和稳定性。
4. 构造系统原理钢结构设计的基本原理之四是构造系统原理。
不同的工程项目对钢结构的要求不同，因此设计师需要设计适应不同项目的构造系统。
构造系统原理包括选择合适的结构形式、优化结构构件的布置和设计适应性强的连接方式等。
通过合理选择构造系统，可以提高结构的承载能力和经济性。
5. 安全性原理钢结构设计的基本原理之五是安全性原理。
在设计过程中，设计师需要考虑结构的安全性，确保结构在正常使用和极限荷载条件下不发生失效。
安全性原理包括荷载分析、极限状态设计和疲劳分析等方面。
设计师需要根据不同的荷载情况和结构要求，进行合理的安全性计算和强度校核。
6. 规范和标准原则钢结构设计的基本原理之六是遵循规范和标准原则。
设计师在设计过程中应当遵守国家和行业规范，根据规范的要求进行设计计算和验算，以确保结构的合规性和安全性。
合理应用规范和标准可以提高设计效率和质量，减少结构失效的风险。
总结起来，钢结构设计的基本原理包括结构力学原理、材料力学原理、组件设计原理、构造系统原理、安全性原理以及规范和标准原则。
钢结构设计原理
钢结构设计原理
钢结构设计原理是指在钢材制作钢结构时需要遵循的一些基本原则和规范，以确保钢结构的安全性和可靠性。
首先，钢结构设计原理要求在设计过程中要充分考虑结构的强度和刚度。
钢材具有高强度和高刚度的特点，因此可以设计出更为轻盈的结构，并且能够承担更大的荷载。
设计时需要正确选择和计算材料的强度和刚度，以确保结构在正常使用条件下不会发生失稳或破坏。
其次，钢结构设计原理要求考虑结构的稳定性和抗震性能。
稳定性是指结构在受到外力作用时能够保持平衡和形状不变的能力。
抗震性能是指在地震等自然灾害发生时，结构能够充分吸收和分散地震能量，减小结构的损坏程度。
设计时需要合理选择结构的形式和连接方式，并进行抗震计算和设计，以确保结构具有良好的稳定性和抗震性能。
此外，钢结构设计原理要求考虑结构的可靠性和耐久性。
可靠性是指结构在使用寿命内能够满足设计要求的概率。
耐久性是指结构在使用寿命内不受外界环境和内部腐蚀等因素的影响，能够长期安全使用。
设计时需要进行结构的可靠性分析和设计，并采用防腐措施和维护措施，以确保结构的可靠性和耐久性。
最后，钢结构设计原理要求考虑施工的可行性和经济性。
设计时需要合理选择结构的构件和连接方式，以降低施工难度和成本。
同时，还需要考虑结构的维护保养以及可能的改造和扩展，以提高结构的使用寿命和适应性。
综上所述，钢结构设计原理主要包括强度和刚度、稳定性和抗震性能、可靠性和耐久性、施工可行性和经济性等方面的考虑。
遵循这些原则，可以设计出安全可靠、耐久性能好、经济实用的钢结构。
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钢结构厂房基础设计原理
长钢设计规划院陈彦涛
【摘要】工业钢结构厂房的基础常采用柱下单独基础和柱下桩基础两种形式。
通过对常用形式设计步骤的论述，总结了设计中容易忽视的桩底构造、钢筋保护层、基础的抗浮问题。
并对基础施工中预埋螺栓的定位方法进行以比较。
【关键词】钢结构;基础设计;预埋螺栓;定位
时下,随着社会的进步、经济的发展、钢材产量的逐年增加和科学技术的发展，越来越多的大、中型工业厂房、仓库等均采用了钢结构形式。
钢结构厂房以其重量轻、承载能力强、整体刚度及抗震性能好、施工周期短、构件布置修改相对方便的优点被社会接受和认可。
而地基基础作为房屋结构的一部分，它承担建筑物上部结构的所有荷载，并由之传于支承它的地基。
工业厂房楼面荷载大,设备重量大,有些设备还产生动力荷载，因此对基础的强度、刚度、稳定性的要求就极为重要。
同时，基础又是地下隐蔽工程，一旦失事难以补救，甚至不可挽救。
所以,在建筑物的结构设计中，基础设计尤为重要。
现就钢结构厂房基础设计的原理及应注意的几个问题加以讨论。
1 基础形式：
基础形式的选择，需要根据建筑物的规模、用途、荷载大小与性质以及对不均匀沉降的敏感性，再研究下部地质条件、土层分布、土的性质以及地下水的情况等进行综合分析，因地制宜。
对于钢结构厂房一般柱距、跨度不会太小，所以当地质条件比较好时，常采用独立基础；当地质条件较差时常采用桩基础。
桩基础可分端承桩和摩擦桩两种，根据工程情况选用。
北方地区地质土以黏性土为主，故较多采用独立基础，杂填土较厚时可采用人工挖孔灌注桩；南方以及沿海地区以沙土及杂填土为主，且填土厚度较大，地下水位也比较高，采用桩基础的较多。
一般情况下，柱下采用独立承台，如果地面布置设备较多，设备自重又比较大，设备下亦需采用桩基时，可以考虑全部或部分采用满堂桩基础。
2 基础设计
2.1 独立基础设计步骤
1).根据柱底位置以及基础埋置深度，初步拟定基础高度。
2) 根据地基承载力特征值确定基底面积:A≥(Fk+Gk)/fa 。
若为偏心受压基础，
基底最大应力不能超过1.2倍的地基承载力。
对于有吊车的厂房，最小应力应大于零。
3).根据基础的冲切强度验算其高度：F
L ≤0.7β
hp
f
t
a
m
h。
要求基础冲切面上由土反
力产生的局部荷载设计值，不能大于基础破坏斜截面的抗剪强度。
4).根据基础的抗弯强度计算基础底板内的受力钢筋:
M I =（1/12）a2
I
[(2l+a‘)（P
max
+P-2G/A）+(P
max
-P)l]；A
Si
=M
I
/(0.9h
f
y
)。
由于独立
基础底板在地基反力Pn的作用下，在两个方向均发生弯曲，所以两个方向都要进行受力计算，钢筋面积按两个方向的最大弯矩计算。
5).根据计算结果及构造要求绘制施工图。
2.2 桩基础桩基础的设计内容包括：
1).单桩竖向承载力特征值（Ra=q
pa A
p
+U
p
∑q
sia
l
i
）,其大小应通过单桩竖向静载荷确
定；水平承载力特征值（Rha），其大小取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值及桩顶嵌固情况等因素，应通过现场水平载荷试验确定。
2).验算桩本身的承载力，桩轴心受压时Q≤A
p f
c
ψ
c
，当桩承受拔力时，应进行抗拔
及桩身抗裂验算。
3).根据上部结构荷载确定单柱下桩的根数。
4).承台的设计。
承台分单桩承台及多桩承台，桩基承台应满足抗冲切、抗剪力、抗弯承载力和上部结构的要求，其构造要求及计算公式依照《建筑地基基础设计规范》[1]的有关规定进行设计。
5).根据计算结果及构造要求绘制施工图。
3 基础设计中容易忽视的几个问题
3.1 桩底构造对于现浇大直径人工成孔灌注桩，桩底一般设计为锅底形状，这样可以增大桩与地基持力层的接触面。
经计算，增大桩底直径可提高承载力约4%~9%。
但实际上是难以得到保证的。
由于桩的深度一般比较大（从十余米到几十米），井底环境又差，即使是逐个检查也难以查验准确，所以,设计时桩底不宜按锅底形面积计算，将其作为安全储备为宜。
3.2 钢筋保护层规范规定：基础钢筋的保护层，设垫层时为40mm；不设垫层时为70mm。
由于施工时70mm 厚的保护层难以保证，所以,设计时宜采用基础下加设垫
层的做法，以保证保护层的厚度。
3.3 基础的抗浮
当地下水位比较高时，基础设计时必须考虑基础的抗浮计算。
使得基础以上建筑物及填土的重量大于土中水对建筑物的浮力。
在地下水位较高的地区直埋式油罐、水池、地下车库等的基础设计中，抗浮问题就比较突出、这是由于其体积一般比较大，所受浮力远大于其自身重量。
所以在基础设计中一般应满足满足浮力不大于基础及其上土、建（构）筑物的自身重量之和γG（一般为0.9）倍以外，还要保障基础与建（构）筑物的可靠连接，使其连接件也能
满足抵抗浮力的要求。
否则在浮力作用下基础与上部建（构）筑物脱离浮出，造成一定的损失。
据调查，在工程建建设过程中因为抗浮不足而造成工程事故时有发生，在设计过程中应加以特别重视。
4 基础施工
钢结构厂房的基础施工，既要满足其本身的强度、刚度要求，又要满足与其上部钢结构连接的要求[2]。
基础混凝土表面标高要求：①对于单层厂房，柱底支承面标高允许偏差为±3.0mm，②对于多高层首先应符合设计要求，当设计无要求时其柱底支承面标高允许偏差为±2.0mm。
预埋地脚螺栓本身及其位置的允许偏差要求：
①地脚螺栓尺寸的允许偏差为：0mm~+30mm（螺栓露出长度）；0mm~+30mm（螺纹长度）②地脚螺栓中心偏移的允许偏差：单层厂房为5.0mm；多高层厂房为2.0mm。
以上要求都比较容易满足，难点在于基础内预埋螺栓的定位。
预埋螺栓位置的准确与否，直接影响上部钢结构的安装。
现就几种预埋螺栓的定位方法加以比较。
1)加设钢板开孔定位法。
此方法所用钢板为永久性、一次性模具，定位准确，但造价较高。
2)木模定位法。
依据柱脚预埋螺栓位置尺寸由木工下料制作。
此法可只制作部分模具，但需分段施工，再者由于建筑物的不同，柱脚设计亦尽不相同，所以木模也不好得到多次利用，另外木模的制作也相当繁琐。
3)软定位法。
也就是待预埋螺栓就位固定后，用草绳等物缠绕于其上部，然后浇筑混凝土基础，混凝土初凝后拔出缠绕物，再按要求调整预埋螺栓位置，预湿混凝土表面后用细石混凝土进行二次浇灌即可。
此种方法比较经济。
5 结论
工业厂房为满足其工艺要求，结构布置千变万化，其基础设计也随之而变。
只有把握基础设计的原理，严格遵守国家现行规范规定，注意设计中容易忽视的问题，确保施工质量，才能保证整个工程的质量。
【参考文献】
【1】GB50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].
【2】GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].
【3】GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S].。