目录

目录··································································Ⅰ 摘要及关键词···························································1 Abstract and Keywords····················································2 前言····································································3

1、结构设计基本资料························································4

1.1 工程概况···························································4

1.2 设计基本条件·······················································4

1.3 本次毕业设计主要内容··············································6

2、结构选型与初步设计······················································7

2.1 设计资料····························································7

2.2 网架形式及几何尺寸·················································7

2.3 网架结构上的作用··················································9

2.3.1静荷载························································9

2.3.2活荷载························································9

2.3.3地震作用······················································10

2.3.4荷载组合······················································10

3、结构设计与验算··························································11

3.1 檩条设计···························································11

3.2 网架内力计算与截面选择···········································18

3.3 网架结构的杆件验算················································20 3.3.1 上弦杆验算····················································20

3.3.2 下弦杆验算····················································21

3.3.3 腹杆验算······················································23

3.4 焊接球节点设计·····················································24

3.5 柱脚设计····························································27

3.6 钢柱设计与验算·····················································29

3.7钢筋混凝土独立基础设计············································32

3.8网架变形验算·······················································39

结束语···········································································41 参考文献········································································43 附录（文献翻译）································································44 谢辞·············································································49

摘要及关键词

摘要 本次毕业设计为合肥地区加油站钢结构设计，此次设计主要进行的是结构设计部分。本次设计过程主要分为三个阶段：

首先，根据设计任务书对本次设计的要求，通过查阅资料和相关规范确定出结构设计的基本信息，其中包括荷载信息、工程地质条件等。

然后，根据设计信息和功能要求进行结构选型并利用空间结构分析设计软件MST2008进行初步设计。本次设计主体结构形式采用正放四角锥网架结构，节点形式采用焊接球节点，支撑形式采用四根钢柱下弦支撑，基础形式采用柱下混凝土独立基础。

最后，通过查阅相关规范和案例进行檩条、节点、支座等部分的设计，并通过整理分析得出的数据，进行了杆件、结构位移等的相关验算，最终确定了安全、可行、经济的结构模式。

关键词 钢结构设计，网架设计结构，构件验算

1

ABSTRACT and KEYWORDS

Abstract The graduation project is the design of a steel structure of the gas station in Hefei City. And this design is mainly for structure design. The design process is mainly divided into three stages:

First, According to the requirement of the design specification for the design, through access to information and the relevant specification to determine the basic information of the structural design, including load information, engineering geological conditions, etc.

Second, According to the needs of design information and function structure selection and use of space structure analysis and design software MST2008 for preliminary design. The design of the main structure form using four square pyramid space truss structure, welding ball node form, adopt four pillar of steel bottom chord support, support form using concrete independent foundation under column.

Finally, through cases refer to the relevant specification and purlin, node, bearing and other parts of the design, and through the analysis of data, carried on the bar, the structure displacement, etc. The related calculation, finally determine the structure of a safe, feasible and economic mode.

Keywords Structural design, bar and node calculation, component checking

2

前言

随着近年来国民经济和交通运输的不断发展，国内各类车辆数量的不断增加，同时又没有找到合适的新能源的情况下，化石能源依然是现在所使用的主要能源，致使近年来加油站的数量逐渐增加，不仅有国营加油站，而且私营企业加油站的数量也不断增加。审视国内的成品油市场环境，一个微妙的变化日渐清晰，那就是作为成品油销售最前端的加油站被推到了市场的最前沿钢结构设计。

本次设计为206国道安徽合肥境内加油站钢结构设计。设计资料按照安徽省合肥市地区相应规范查取，相关地质资料及其他设计要求均按照设计任务书确定，并按照相应设计规范查取。

本次结构设计内容主要包括加油站顶棚设计、柱的设计、基础设计以及檩条和支座的设计。按照本次设计任务书的设计要求，本次设计加油站顶棚采用正放四角锥网架结构形式，截面材料选用Q235钢管，节点形式采用焊接球节点；网架支撑形式采用4根钢柱支撑；基础采用柱下混凝土独立基础；檩条形式为C型（内卷边槽钢）截面形式，为了结构具有较大安全储备，在檩条设计时按照简支檩条进行设计。

在进行加油站结构设计过程中，既充分考虑了结构的安全性能设计，又考虑到用料的经济性，以及加油站的日常使用的要求。在形状、朝向、通风、采光、日照等问题上，均设计时按有关设计规范要求做了相应的考虑。

3

1、结构设计基本资料

1.1 工程概况

206 国道为国家骨干公路，始于山东省威海市，途经江苏、安徽、江西，终于广 东省汕头市潮汕路路口，全长 2440 公里。

图1.1

本次设计为206国道加油站钢结构设计，建设地点在206国道A段安徽省合肥市境内。

1.2 设计基本条件

1.建筑结构的安全等级和设计使用年限

（1）查《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

建筑结构的安全等级：一级

（2）设计合理使用年限：50年

（3）查《建筑抗震设防分类标准》GB50223-95

建筑抗震设防类别：乙类

4

（4）查《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

地基基础设计等级：丙类

2. 建筑场地工程地质资料

1) 按“岩土工程勘察报告”，该工程场地主要地形概况为:

图1.2

选用第 2 层粉土做持力层，地基承载力特征值 fak=180kPa；

2)根据地质工程报告：地下水,无侵蚀性,最高水位距地表 10m。

3)场地土类型为中硬土,建筑场地类别为Ⅱ类.

3. 气候条件

基本风压值、基本雪压值按照参考文献[1]取值,地面粗糙程度 B 类

4. 抗震设防要求

本地区抗震设防烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组按照参考文献[2]取值。

5. 结构形式

钢罩棚采用正放四角锥网架结构，节点形式采用焊接球节点，支承柱采用12m高的钢管柱。

6. 平面布置图

图1.3

5

1.3 本次毕业设计主要内容

1. 钢网架结构：

结构平面布置、结构计算简图、荷载计算、截面尺寸确定、结构内力分析、内力组合、构件截面设计、变形验算、檩条及屋面板设计验算钢结构设计。

2. 支承柱及基础设计

支承柱平面布置、根据上部结构计算结果对支承柱进行设计验算。根据计算模型绘制柱脚大样图。钢结构设计

3. 下部结构

基础平面布置、根据上部结构计算结果计算基础荷载，根据荷载及地质情况进行柱下独立基础的设计及验算。

4. 结构设计计算说明书内容：工程概况及设计、主要结构构件的详细计算书等。

5. 结构施工图设计

包括 上、下弦杆件布置图，腹杆布置图，球节点布置图，支承柱布置图，柱与球节点连接大样图，柱脚大样图，基础大样图等。

6

2、结构选型与初步设计

2.1 设计资料

该网架设计采用平面网架结构，网架尺寸为20000mm×30000mm，网架采用正放四角锥形式，支撑方式采用四根钢柱支撑，支座位于下弦节点。屋面排水坡度为i 6%，屋面板为压型钢板，网架所用的杆件材料为Q235钢。

2.2 网架形式及几何尺寸

1.网架高度：f=1.41m。

2.网格尺寸：上下弦杆网格尺寸均为2000mm×2000mm。

3.网架平面布置图如下：

图2.1

网架立面图：

7

图2.2

网格尺寸：

图2.3

8

2.3 网架结构上的作用

2.3.1静荷载

1.屋面板自重：0.12KNm²

注：本次设计屋面板采用彩色钢板波形瓦，材料为0.6mm厚彩色钢板，自重0.12KNm²。

2.檩条自重（预估值）：0.15KNm² 恒载：0.27KNm²

2.3.2活荷载

1.风荷载

基本风压w0：查《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E 表E.5得合肥地区基本风压为0.35 KNm²。钢结构设计

风振系数βz ：由《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 8.4.1“对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。”，故本次设计风振系数取1。

风压高度变化系数μz：查《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 表8.2.1得本次结构设计的风压高度变化系数为1.06。

风荷载体型系数μs：查《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 表8.3.1项次27得体形系数为 迎风面-1.3 背风面-0.7

风荷载标准值： 迎风面

ωk= w0 βz μz μs 式（2-1） =0.35x1x1.06x（-1.3）=-0.48 KNm²(↑) 背风面

ωk= w0 βz μz μs

=0.35x1x1.06x（-0.7）=-0.26 KNm²(↑) 2.雪荷载

基本雪压SO：0.60 KNm² 屋面积雪分布系数μr：1.0 雪荷载标准值：

9

Sk=μr SO 式（2-2） =0.60x1.0=0.60 KNm²

3.屋面均布活荷载标准值（按荷载规范不上人屋面选用）：0.5 KNm²

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 5.3.3规定，不上人屋面的屋面均布活荷载，可不与风荷载和雪荷载同时组合，故活荷载只需考虑雪荷载（0.6KNm²）。

2.3.3地震作用

查荷载规范可得: 1.抗震设防烈度：7度 2.设计基本地震加速度：0.10g 3.设计地震分组：第一组

注：根据规范有关规定，当抗震设防烈度小于8度时此次设计的网架结构可不予考虑地震作用。

2.3.4荷载组合

工况1：1.35*恒+1.4*0.7*max（屋面活，雪荷载） 工况2：1.2*恒+1.4*max（屋面活，雪荷载） 工况3：1.0*恒+1.4*左风荷载 工况4：1.0*恒+1.4*右风荷载

10

3、结构设计与验算

3.1 檩条设计

1.设计资料

采用规范：《冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB 50018-2002》 檩条跨度为4m，檩条间距为2m； 檩条跨度不大于4m，故不布置拉条；

屋面板采用彩色钢板波形瓦，0.6mm厚彩色钢板，自重0.12KNm² 屋面的坡度角为3.43度； 檩条按简支构件模型计算； 屋面板能阻止檩条的侧向失稳； 檩条立面布置图：

图3.1

檩条计算简图：

11

图3.2

2.按檩条高度

h (

11~)l3550，从而初选C形檩条采用C-120*50*20*2.5截面，材料为Q235；

e0(cm)=4.03

ix(cm)=4.65

iy(cm)=1.87

Iw(cm6)=660.9

（1）截面参数

A(cm2)=5.98 Ix(cm4)=129.4 Wx(cm3)=21.57 Iy(cm4)=20.96 Wy1(cm3)=12.28 Wy2(cm3)=6.36 （2）荷载标准值

It(cm4)=0.1246

恒载： 面板自重: 0.12kNm2

檩条自重: 0.04694kNm

活载： 屋面活载: 0.5kNm2

雪荷载: 0.6kNm

风载： 基本风压: 0.35kNm2

体型系数-1.3，风压高度变化系数1.1 风振系数为1；风压综合调整系数1.05；

风载标准值：-1.3×1.1×1×1.05×0.35=-0.5005kNm2；

注：根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 5.3.3规定，不上人屋面的屋面均布活荷载，可不与风荷载和雪荷载同时组合，故活荷载只需考虑雪荷载（0.6KNm²）。

（3）荷载组合

恒载： qd=0.12×2+0.04694=0.2869kNm 活载： ql=0.6×2=1.2kNm

12

风载： qw=-0.5005×2=-1.001kNm 工况1:

1.2x永久荷载+1.4x屋面活荷载

标准值：1x0.2869+1x1.2=1.4869 kNm

设计值：q =1.2x0.2869+1.4x1.2=2.0243kNm qx=q*sin3.43=0.1211 kNm qy=q*cos3.43=2.0207 kNm 工况2:

1.0x永久荷载+1.4x风吸力荷载

标准值：1x0.2869+1x（-1.001）=-0.7141 kNm

设计值：q =1x0.2869+1.4x（-1.001）=-1.1145 kNm qx=q*sin3.43=-0.067 kNm qy=q*cos3.43=-1.1125 kNm （4）内力分析

经分析可知，由第一种荷载组合引起的内力起控制作用。 对X轴，檩条跨中最大弯矩：

Mx=18x2.0207x4x4=4.0414 kN·m 对Y轴，檩条跨中最大负弯矩：

My=18x0.1211x4x4=0.2422 kN·m （5）截面验算： ①有效截面的计算钢结构设计

根据GB 50018规范规定， 当hb≤3.0时 bt≤

式（3-1a）

当3.0＜=17530mm2 Mx=0 My=73kN·m Wnx=Wny=1146799mm4 则左边为

216.4⨯10373⨯106

+=67.7

175301.15⨯1146799

≤f=215N/mm2满足要求。 2. 参考规范《钢结构设计规范》5.2.2 弯矩作用在对称轴平面内（绕x）的实腹式压

弯构件，其稳定性应按下列规定计算

13

N+ϕxA

βmxMx

N⎫⎛

γxW1x 1-0.8⎪

N'Ex⎭⎝

≤f 式（3-9）

式中 N——所计算构件段范围内的轴心压力；

π2EA

N'Ex——参数，N'Ex=；

1.1λx

2

ϕx——弯矩作用在平面内的轴心受压构件稳定系数； Mx——所计算构件段范围内的最大弯矩；

W1x——在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量； βmx——等效弯矩系数，应按下列规定采用： 1）框架柱和两端支撑的构件： ①无横向荷载作用时，：βmx=0.65+0.35

M2

，M1和M2为端弯矩，使构件产生同向曲率时M1

取正号；使构件产生反向曲率取负号，M1≥M2；

②有端弯矩和横向荷载同时作用时；使构件产生同向曲率时，βmx=1.0；使构件产生反向曲率时βmx=0.85；

③无端弯矩但有横向荷载作用时，βmx=1.0。

2）悬臂构件和未考虑二阶效应的无支撑纯框架个弱支撑框架柱，βmx=1.0。 其中， N=216.4kN ϕx=0.777 A=17530mm2 βmx=1.0

π2EAπ2⨯200⨯103⨯17530

==1438kN N'Ex=2

1.1λx1.1⨯147.9

2

Mx=73kN·m W1x=1146799mm4

⎛

⎝

式左

216.4⨯103=+0.777⨯17530

N+ϕxA

βmxMx

γxW1x 1-0.8

N⎫⎪N'Ex⎭

6

1.0⨯73⨯10

=78.8

216.4⎫⎛

1.15⨯1146799⨯ 1-0.8⨯⎪

1438⎭⎝

14

经MST单元详细功能查得λ=147.9≤[λ]=150 刚度满足要求。 4. 柱顶位移验算：

经MST图形显示功能查得结构水平位移如下：

图3.10

由上图知，柱顶在y方向的位移为35mm。 查规范得钢柱的容许挠度为

l12000==48mm，故满足要求。 250250

15

3.7钢筋混凝土独立基础设计钢结构设计

1. 设计基本信息

（1）建筑场地的工程地资料:

图3.11

（2）荷载信息

经MST对结构的综合分析，根据各种工况组合情况，可得到结构的支座反力，即基础的基础顶面荷载如下：轴向压力 216.4kN 水平荷载 7.3kN 力矩 73kN·m （3）计算所需参数

基地承载力特征值Fk(kPa): 180.0 宽度地基承载力特征值修正系数 ηb: 0.3 深度地基承载力特征值修正系数 ηd: 1.6 基底以下土的重度(或浮重度) γ(kNm3): 18.2

基底以上土的加权平均重度 γm(kNm3): （19.0x0.3+18.2x1.7）2=18.3 承载力修正用基础埋置深度 d(m): 2 2．按地基持力层承载力计算基地尺寸 （1）地基承载力深度修正

fa = fak＋ηd·γm·(d－0.5) 式（3-10） =180+1.6x18.3x（2-0.5） =223.68kPa 由于基础埋深范围内没有地下水，

=lb=2，于是由

b

A

n

式（3-13）

16

l=nb 式（3-14）

b=

==1.17m取b=1.2m

l= nb =2x1.2=2.4m 因b=1.2m

（3）验算偏心距e

基底处的总竖向力： Fk+Gk=216.4+20·1.2·2.4·2=331.6kN 基底处的总力矩： Mk=73+7.3·2=87.6kN·m

偏心距： e=Mk（Fk+Gk）=87.6331.6=0.26m

（4）验算基底最大压力pkmax

pkmax=

Fk+Gk⎛6e⎫

1+⎪bl⎝l⎭

式（3-15）

=

331.6⎛6⨯0.26⎫

1+⎪

1.2⨯2.4⎝2.4⎭

（可以）

=190kPa

所以基底尺寸为1.2m·2.4m。

2. 柱下独立基础设计

该结构基础形式采用柱下阶梯型混凝土独立基础，混凝土采用C20普通混凝土，钢筋采用HRB235级钢筋。

（1）计算基底净反力设计值

相应于荷载效应基本组合的地基净反力 pj

17

Pj=Fbl=331.6（1.2·2.4）=115.1kPa 净偏心距 e0=MF=87.6331.6=0.26m 基底最大和最小净反力设计值

pjmax

pjmin

=

F⎛6e0⎫ 1±⎪lb⎝l⎭

⎛6⨯0.26⎫=115.1⨯ 1±⎪

2.4⎭⎝=

（2）基础高度 ①柱边截面

189.9kPa

40.3kPa

柱子结构形式采用钢柱，材料为Q235钢管，截面尺寸为299*20

one form or another is now probably the most widely used material in the

取h=500mm，

world for building construction. For the framings it and wrought iron, for bridges and structural frameworks in general.

Steel , the most important construction material of modern times, was introduced in the nineteenth century. Steel, basically an alloy of iron and a small amount of carbon, mad up to that time by a laborious process that restricted it to such special uses as sword blades. After the invention of the Bessemer process in 1856, steel was available in large quantities at low prices. The enormous advantage of steel is its tensile strength; that is, it dose not lose its strength when it is under a calculated degree of tension, a force which, as we , tends to pull apart many materials. New alloys as mild steel; compared with cast iron it is resilient and, up to a point known as the “elastic limit” it will recover its initial shape when the load on it is removed. Even if its loading is increased by considerable margin beyond the elastic limit, it will bend and will stay bent without breaking; whereas cast iron, though strong, is notoriously brittle and, if overloaded, will break suddenly without warning. Steel is also equally strong in both tension (stretching) and compression, which gives it an advantage over the earlier

structural metals and over other building materials such as brickwork, masonry, concrete, or timber, which are strong in compression but weak in tension. It is for this reason that steel rods are used in reinforced concrete—the concrete resisting all compressive stresses while the steel rods take up all the tensile (stretching) forces.