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摘要

在设计钢结构厂房时，我们从多个方面对钢结构厂房屋架进行了考虑。一方面是安全性，另一方面是经济性，还有耐久性等。近些年来，越来越多的企业厂房的开发商，大多都开始转而经营轻钢结构的厂房。并且，钢结构厂房的价值很快就得到了广泛的认同。单层钢结构厂房有较多优点。它用途广泛，能够适应多种需求。并且经久耐用，不易损坏。施工周期相对较短，能节省时间成本。建筑结构较为简易，便于施工和维护。造价也比较合理，性价比高。随着我国钢产量的迅速增长，钢结构在厂房建设中被更多地采用。从这可以看出，未来厂房的发展方向是钢结构厂房。我国的企业厂房大多采用钢筋混凝土排架结构和钢架结构。这类结构通常由纵向联系构件、横向排架、围护结构和支撑系统构件等几部分组成。本次毕业设计的主题一是对钢结构厂房屋架进行结构设计，二是对钢结构厂房的施工组织进行设计。

关键词：钢结构；屋架；结构设计；施工组织设计

Abstract

近年来，越来越多的企业工厂建筑大多被改建成轻钢结构车间，轻钢结构车间的价值很快将被广泛认可。

我国的大多数企业是由钢筋混凝土框架结构和钢框架结构构成的。这些结构通常由竖向连接构件、横向梁架、支撑结构和支承系统组成。

Keywords 包含钢结构、屋架、结构设计、施工组织设计。钢结构在建筑领域有重要应用；屋架是建筑结构的一部分；结构设计关乎建筑的稳定性和安全性；施工组织设计则对施工过程进行规划和安排。

绪论

现如今，钢结构厂房的发展极为迅猛。它涉及的范围十分广泛，难以想象。我国的钢产量在全世界居于首位，这一伟大成就为钢结构厂房等一系列钢结构工程的发展提供了基础，也创造了有利条件。钢结构企业的规模在不断壮大，数量也在增多。随着人民群众文化知识的普遍提升以及经济的持续发展，钢结构的市场也在日益增长。如今，钢结构的市场已然成为我国市场中最为肥沃的市场。渐渐地，许多大企业开始察觉到钢结构的市场发展态势，纷纷对钢结构企业进行了解并展开投资。

钢结构产业有其附属部分，即钢结构厂房。钢结构厂房具有诸多优点，比如节能、耐用、建造时间短、轻质且经济等。若新型钢结构厂房产业能够扩大使用范围，在工业领域以及以后的生活中得到应用，便能快速实现建筑低碳厂房的梦想。我国盛产钢材，所以钢产量充足，在钢结构厂房的建设方面，我国也积累了丰富的建设经验，取得了显著的科技成果。

当具备了较好的物质技术基础后，钢结构厂房的发展迈上了一个崭新的台阶。

钢结构厂房的屋架，从设计角度来看是重点。从施工角度来看也是重点。本次设计的重点研究方向包含对钢屋架结构形式的选择，对支座、节点的设计，还有对厂房的总体施工组织设计。

1.建筑设计

所以钢结构厂房不能用于承受大载荷的承重建筑。

钢结构厂房具有以下特点：强度较大，跨度较大，空间较大；自重较轻；整体刚性好，变形能力较强；占用面积相对较小；拆迁比较方便；绿色环保；使用面积较大。

钢结构厂房屋架设计是本次设计课题的主要部分。

1.1设计任务书

1.1.1建筑规模与要求

（1）规模

建筑基地的平面图如图 1 - 1 所示。

图1-1地基平面图

本工程是一层的工业厂房，它是由混凝土和钢结构构成的。该厂房的长度为 60 米，宽度是 24 米，高度为 11.35 米，建筑占地面积为 1440 平方米。

（2）设计要求

钢结构屋架及檩条进行设计。在屋架的选用方面，采用了芬克式三角型屋架。檩条则使用槽钢。该工程是单层工业厂房，主要由钢筋混凝土柱以及钢结构共同构成。

①混凝土强度等级：混凝土采用C20。

[id_880852539]

屋架的钢材采用某种类型，焊条采用型，通过手工进行焊接；檩条采用的是【12.6 热轧普通槽钢。

墙体下部在±0.000 以下时采用灰砂砖进行砌筑；墙体上部在±0.000 以上时采用现场复合彩钢板以及玻璃幕墙。

⑤屋面：石棉水泥波形瓦。采用无组织排水。

1.1.2建筑技术条件

气象条件

最热月的平均温度是 29.5℃；最冷月的平均温度是 2.8℃。夏季的极端最高温度为 42.3℃；冬季的极端最低温度是-4.9℃。

相对湿度：最热月平均74.5%。

主导风向：全年为北风，夏季为东南风，基本风压0.35。

雨雪条件：年降水量1450㎜，雪压可忽略不计。

工程地质条件自然地表1m内为填土，地基承载力符合设计要求。

地下水位：地表以下2.0m，无侵蚀性。

材料供应由建材公司供应，品种齐全。

环境类别：一类

1.1.3建筑设计任务及要求

建筑设计图纸内容及要求如下表1-1所示。

建筑设计图纸内容及要求如下表1-1所示。

表1-1建筑设计图纸内容及要求

序号

图纸内容

比例

数量（幅）

备注

一层平面图

1:100

要求三道标注尺寸，文字、指北针等标注齐全

屋顶平面图

1:100

轴立面图

1:100

剖面图

1;100

1.2

建筑图纸

1.2.1建筑平面设计

图1-2一层平面图1.2.2建筑立面设计

图1-31-11轴、11-1轴立面图

图1-4A-E(E-)轴立面

2.3建筑剖面设计

图1-51-1剖面图

结构设计

2.1设计资料

某机械加工的单跨单层厂房，其跨度为 24 米，长度是 60 米，柱距为 6 米。在厂房内有一台属于中级工作制的桥式吊车，屋面的材料是石棉水泥。

波形瓦屋面，其自重为 0.20。基本风压是 0.35，屋面的均布活荷载为 0.30，不考虑雪荷载和积灰荷载。屋架支撑在钢筋混凝土柱上，所选用的混凝土强度等级是 C20。使用型钢材，焊条采用型，通过手工焊进行焊接。檩条选用槽钢。

屋架形式及几何尺寸的确定，是为了满足屋面材料的排水要求。采用了图 2-1 所示的芬克式三角型屋架，屋面坡度设定为 1/3。经过计算得出：

：=

：

－300=24000－300=23700mm

屋架计算跨度

屋面倾角：

=18.43

°；

上弦节间水平投影长度a=3122

=2963

㎜

=0.316，=0.949

屋架的主要尺寸及各杆件的长如下图2-1所示。

图2-1屋架形式级几何尺寸（单位：mm）

2.3檩条和支撑布置

屋面材料的檩距决定了檩条的布置位置，檩条可布置于节点上（见图 2 - 1），并且檩距就是节间长度。在跨中位置设置了一道拉条。

厂房总长度为 60m，跨度是 24m，存在吊车且第一开间尺寸为 5.5m 等情况。于是，在厂房两端的第二开间设置了一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，同时在同一开间的两相邻屋架跨中设置了一道垂直支撑（具体见图 2- ）。

。

上弦檩条能够兼做系杆，所以不用另外设置系杆。不过，在下弦跨中设置了一道通长的柔性系杆。并且，在厂房两端的第一开间下弦处，分别设置了三道刚性系杆（具体情况可参考图 2-2）。

图2-2屋架支撑布置（单位：㎜）

2.4檩条的设计

根据设计经验，选用【12.6 热轧普通槽钢檩条。从型钢表中可以查得，其自重为 12.32kg/m，换算后为 0.1232，数值为 61.7。

，数值为 389，数值为 10.3，数值为 4.98 厘米，数值为 1.56 厘米。所计算的截面存在孔洞削弱情况，所以取折减系数为 0.9，由此可以得到净截面抵抗矩为：

，

=389

=0.9×61.7=55.53

=0.9×61.7

=55.53

=9.27

荷载和内力计算永久荷载：

石棉水泥波形瓦0.2×3.122=0.6244

0.7475檩条和拉条0.1231

檩条和拉条0.1231

可变荷载：0.3×3.122=0.8888檩条线荷载为：

=0.8888

1.2 乘以 0.7475 加上 1.4 乘以 0.8888 的结果是 2.1413，2.1413 乘以 0.949 等于 2.0320

1.2 乘 0.7475 得到的数加上 1.4 乘 0.8888 得到的数是 2.1413 。

=2.1413×0.949=2.0320

=2.1413×0.316=0.6766

由

和

引起的弯矩：

强度验算檩条的最大应力（拉应力）：在槽钢下翼缘的肢尖位置。

（强度满足）

刚度验算

只验算垂直于屋面方向的挠度。

ν=（满足）

3.19 长细比验算通过查表得知，12.6 的长细比对应的数值为 4.98 厘米，为 1.56 厘米，为 2。檩条的最大长细比为：该值满足要求，可兼作为支撑。因为设计有拉条，所以整体稳定性不必进行验算。

3.19

2.5屋架杆件内力计算

2.5.1节点荷载计算

永久荷载（水平投影面）

石棉水泥波形瓦的数值为 0.2 除以 0.949 等于 0.21；檩条和拉条的数值为 0.1231 除以 2.963 等于 0.04；屋架和支撑自重的数值为 0.12 加上 0.011 乘以 L，即 0.12 加上 0.011 乘以 24 等于 0.38。

0.63

屋面活荷载

屋面活荷载为0.30。

[id_1806168764]

查表得知，风荷载会随着高度而发生变化，其系数是 1.25。屋面迎风面的体型系数为－0.328，背风面的体型系数为－0.5。因此，（垂直于屋面方向的）负风压的设计值为……

迎风面的数值为：负的 1.4 乘以 1.25 再乘以 0.328 乘以 0.35，其结果等于负的 0.20 。

背风面：=－1.4×1.25×0.5×0.35=-0.31

永久荷载（荷载分项系数取 1.0）垂直于屋面的分量为 0.63×0.949 = 0.59，且和均小于此分量。所以在永久荷载与风荷载共同作用下，杆件的内力不会变号。因此，风荷载产生的内力的影响可不予考虑。

屋架上弦在檩条处的集中荷载由可变荷载效应控制的组合为：

P 等于 1.2 乘以 0.63 与 1.4 乘以 0.30 的和，再乘以 6，然后乘以 2.963，其结果为 20.9。

5.2杆件内力计算

屋面坡度比较小，风荷载比屋面的永久荷载小很多。所以当风荷载与永久荷载共同作用时，不会让杆件的内力增大。因此，这种情况不需要考虑。

计算屋架杆件的内力。此例中的屋架是芬克式标准屋架，能够直接从《建筑结构计算手册》里查到各杆件的内力系数，然后用节点荷载乘以这些内力系数，就得到了各相应杆件的内力。其结果分别如下面的图 2-3 和表 2-1 所示。

图2-3全跨荷载作用下内力系数表2-1杆件内力组合设计值

2.6杆件截面的选择

弦杆端节间的最大内力为－231.36。查看节点板厚度选用表后，能够选用屋架中间节点板的厚度为 8mm，支座节点板的厚度为 10mm。

，查

上弦杆

上弦杆采用等截面，按最大内力计算。

-231.36，其长度为 312.2cm，2 等于 2 乘以 312.2 等于 624.4cm。

选用由 2∟100×7 构成的 T 形截面（就像图 2.4 所展示的那样），其节点板的厚度为 8mm，通过查阅型钢表可以得知：

A=2×13.80=27.60

A=2×13.80=27.60

，

cm，

=3.09

cm

=4.39

＜

=101.03

（满足刚度要求）

=150

根据规范，要求T型截面

必须要用换算长细比

代替。

因

＜

=0.58

，所以

=145.7＜150

按b类截面查表可得，

=0.322

（满足稳定要求）故选择截面合适。

图2-4上弦杆截面图图2-5下弦杆截面图

下弦杆

。

下弦杆也是采用等截面，按最大内力计算。=

下弦杆也是采用等截面，按最大内力计算。

+219.45

屋架平面内的计算长度取最大节间GK长度，即

，即

杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离

1185cm。

所需截面面积为：==

选用 2∟100×7 的 T 形截面，（如图 2-5 所示），节点板的厚度为 8 毫米，通过型钢表进行查询可以得知

A=2×13.80=27.60，

，

=3.09

cm，

=4.39

cm

下弦杆与支撑相连接的螺栓采用 d = 16㎜（孔径 17㎜），下弦杆与系杆相连接的螺栓也采用 d = 16㎜（孔径 17㎜），下弦杆的净截面面积为：

（27.60 减去 21.75 再加上 0.5）等于 25.85，对下弦杆进行强度验算

84.89

＜

=310

长细比验算

170.48

＜

=350

因

＜

=0.58

272.87＜350（满足要求）故所选截面合适。

（3）腹杆

①GH,EH杆

GH 和 EH 是芬克式桁架的主斜杆，这两根杆采用的是相同的截面，以最大内力 94.05 进行计算，其结果为 329.1cm。

94.05

=658.2cm

选用2∟100×7（如图2-6），A=27.60

选用2∟100×7（如图2-6），A=27.60

，

=3.09

cm，

=4.39

cm。

=106.5

＜

=350

因

＜

38.18

，所以

153.29＜350

（所选截面合适）

图 2 - 6 展示了主斜杆 GH、EH 的截面图。图 2 - 7 展示了 CF、CH、BF、CG、DH 的截面图。其中有 CF、CH 杆。

CF 杆和 CH 杆均为拉杆，并且它们采用的是相同的截面。杆件的内力是 31.35，计算长度为 0.8 乘以 329.1 等于 263 。

31.35

28cm，329.1㎝。

选用2∟50×5(如图2-7），查型钢表可知

A=4.80×2=9.6

A=4.80×2=9.6

，

=1.53

cm，

=2.38

cm。

＜

=350

因

，所以

故所选截面满足要求。

BF、CG、DH杆

BF 杆是压杆，CG 杆是压杆，DH 杆是压杆。它们采用相同的截面，杆件内力为-39.71，计算长度被选取。

长度为 208.1 厘米，长度为 416.2 厘米。选用 2 个∠50×5（如图 2-7 所示），通过查阅型钢表可以得知。

A=4.80×2=9.6，=1.53cm，=2.38cm。

==

＜

=150

因

，所以

EK杆

N=0,=395cm

使用 2∟63×5 构成十字形的截面，依据受压支撑杆件的标准来对长细比进行验算。

0.9 等于 0.9 乘以 395，结果为 355.5cm；A 等于 6.14 乘以 2，其值为 12.28；2.45cm 以及 2.38cm。

=145.10＜=200故满足要求。

屋架各杆件截面选择情况见表2-2。

要使两个角钢组成的 T 形及十字形截面能够一起工作，就需要在两角钢之间设置填板。对于压杆，其填板数间距按照 40i 来计算；对于拉杆，其填板数间距按照 80i 来计算。具体内容可详见表 2-2。

EK

EK

∟63×

12.28

200

—

—

—

—

2.7节点设计

(1)屋脊节点（见图2-8）

拼接角钢与上弦杆连接的焊缝

取4

取

㎜，拼接角钢的一侧与上弦杆连接焊缝的长度为

10

㎜

拼接角钢的长度是：2 乘以 120 毫米加上 2 乘以 40 毫米，结果为 320 毫米。鉴于拼接节点的刚度以及拼接螺栓的要求，将拼接角钢的长度选定为 400 毫米。

，采用2∟100×7竖直肢切去Δ=（t+

，采用2∟100×7竖直肢切去Δ=（t+

）㎜=16㎜。并将棱角削平整。

拼接角钢的截面与上弦杆相同

图2-8脊节点E

4㎜，焊缝长度为

㎜，焊缝长度为

肢背

肢尖

按构造要求选取

80

㎜，

㎜=68㎜

㎜=35㎜

50㎜

竖杆EK与节点板相连接的焊缝，按构造要求取

4㎜，

㎜，

上弦杆与节点板的连接焊缝中，上弦肢背与节点板之间的连接采用塞焊缝，上弦肢尖与节点板之间的连接也采用塞焊缝。这种连接要求焊满，无需进行计算。

下弦节点K（计算过程略，具体见图2-9）

图2-9下弦节点K

支座节点A（见图2-10）①下弦杆与节点板连接的焊缝

+219.45，取

+219.45

，取

㎜

肢背

肢尖

180

㎜，肢尖按照构造焊满。

㎜=57㎜

取肢背

②底板计算支座反力

R=4P=（4×20.9）=83.6

=83.6

底板的平面尺寸是 300 ㎜乘 300 ㎜，锚栓的直径为 d 等于 23 ㎜，底板开孔的尺寸如图 2.10 所呈现的那样。混凝土柱的强度等级为

C20（10）。

10

柱顶混凝土压应力（即为底板所受均布荷载反力）为

=1.0

=1.0

＜10

图 2 - 10 中的支座节点 A（单位：mm），其支座节点板的厚度为 10 ㎜，加劲肋的厚度为 8 ㎜，从图 2 - 10 能够得知

=205.8㎜，

=205.8

㎜，

由

0.5

，查表得

0.058

，则

M=

（0.058×1.0×

=2457

所需的底板厚度为

6.9㎜取16㎜。

仅对几个重要部位的节点进行了计算，其他节点的计算过程被省略了钢结构厂房无组织排水，具体情况可查看屋架施工图。

3.施工组织设计

3.1编制依据

3.1.1

3.1.1

工程涉及的主要规范、规程和图集

表3-1工程涉及的主要规范、规程和图集

序号

名称

编号

建筑工程施工质量验收统一标准

GB50300-2013

钢结构工程施工质量验收规范

GB50205-2001

钢结构制作与安装规程

DGTJ08-216-2007

建筑钢结构焊接技术规程

JGJ81-2002

钢结构建筑构造图集

CDIO2J

地脚螺栓

GB799-88

建筑施工安全检查标准

JGJ59-99

3.1.2

工程涉及的主要法规

表3-2工程涉及的主要法规

序号

名称

编号

《中华人民共和国建筑法》

（京）新登字035号

《中华人民共和国安全成产法》

《建筑工程质量管理条例》

《建筑工程安全成产管理条例》

国务院令第353号

《中华人民共和国环境保护法》

3.1.2其他文件

钢结构厂房有地基平面布置图，还有建筑施工图，同时有屋架结构施工图以及部分说明。

3.2工程概况

3.2.1建筑概况

本工程的南侧存在着一个情况，即有一层工业厂房钢结构厂房无组织排水，同时还有一条城市主干道。那座厂房是由混凝土以及钢结构共同构成的。该厂房的长度为 60 米，宽度则是……

24m，高度：11.35m，建筑占地面积：1440㎡。

本工程的外墙体使用的是现场复合彩钢板，同时还有部分玻璃幕墙。屋面所采用的是石棉水泥波形瓦。

3.2.2结构概况

本工程的屋架是支撑在强度等级为 C20 的混凝土框架柱上的。主体结构的钢屋架材料等级是 Q345，其具体尺寸可在施工图中查看。

3.2.3施工现场条件

本工程的场地较为平坦。其南侧是城市的主干道，外部的运输道路十分畅通。市政的自来水管道已经被铺设到了施工现场。材料是由建材公司来提供的，并且部分材料已经进入到了施工现场。施工所需要的条件已经全部具备了。

3.3施工准备工作

3.3.1技术准备

工程技术人员检查施工图是否符合相关规范的要求。

组织进行图纸会审工作，将“图纸会审记录”做好，以此作为指导施工的依据。

准备本工程所需的规范、规程、标准及图集等。

3.3.2施工临水临电准备

敷设现场临时供水管线、现场施工临时用电线路。

3.3.3临建准备

场地的南侧有充足空间，可设置各种材料加工厂等。场地的东侧也有充足空间，能设置办公区和生活区（包含宿舍、厨房及餐厅）。所以，所有金属构件以及钢筋、模板都在现场进行加工，然后进行安装。并且，所有工人都居住在场地内。

3.3.4劳动组织准备

劳动组织依据基础阶段、主体阶段、装饰装修阶段等分别进行考虑和部署安排。所有进场的人员都必须接受严格的工种培训。

班前进行教育。对于特殊工种，必须持有相应的证件才能上岗。所有人员在进入场地之前，都需要接受安全教育培训。各工种作业人员的需求情况详见表 3-3。

表3-3项目劳动力需求表

3.3.5机械设备配备

主要机具需及时运输至现场。所有机械设备在安装和使用前，都要进行集中维修与保养，以此保证机械处于完好状态，进而能够正常工作。按照施工计划安排，要设立统一的机械设备集中管理机构，对进场、安装、使用和保养进行统筹安排，同时要建立相应且健全的岗位责任制度。工程所需的机具详见表 3-4.

表3-4主要施工机械需求表

3.4.1施工部署

本工程设立了项目经理部，对各系统、各部门以及各个岗位的职责进行了明确。其组织结构图呈现于图 3 - 1 中。

图3-1项目部组织机构图

通过对钢结构厂房工程相关资料的了解，同时结合该地区的实际情况以及施工单位的技术装备和经济实力，确定了该工程的工期目标是 60 天。

质量目标：根据施工质量验收标准，确保验收合格。

安全成产目标：绝不发生重大人员伤亡事故和重大机械安全事故。

文明施工目标：达到该地区标准化工地标准，争创样板工地。

3.4.2施工顺序

钢结构工程具有其自身特点，在施工阶段可大致划分为以下几个阶段：首先是施工准备阶段；接着是基础工程阶段；然后是主体工程阶段；之后是墙体及屋面工程阶段；最后是室内外装修工程阶段。

基础工程施工顺序如下：首先进行施工准备；接着进行土方开挖；然后进行垫层混凝土浇筑；之后进行基础钢筋绑扎；再进行基础模板安装；接着进行基础混凝土浇筑；之后进行养护；养护完成后进行拆模；最后进行回填土。

施工准备包括清理场地基土夯实及基槽放线。

主体工程施工顺序

框架柱进行钢筋绑扎工作，接着进行支模操作，之后浇筑混凝土；完成这些后进行拆模养护；然后进行钢屋架的吊装（采用高强螺栓连接）；接着安装檩条；再进行石棉水泥波形瓦的吊装；最后进行屋面清理。

室内装饰的施工顺序如下：先进行结构处理；接着进行放线；然后进行护角；之后进行顶棚装饰；再进行地面清理；接着进行地面面层；之后安装门窗；再安装灯具；之后进行调试；最后进行清理交工。

外装饰：结构处理→复合彩钢板安装→幕墙安装→局部涂料饰面。

3.5主要项目施工方法

3.5.1测量工程

依据建筑平面图上的坐标系以及尺寸，通过全站仪来明确建筑物的定位轴线，把轴线标志做好，并且对其进行保护。在浇筑混凝土之前，必须对基础轴线进行再次测量，混凝土浇筑完成后还要再复核一次，要将误差控制在 2 ㎜以内。

3.5.2模板工程

熟悉图纸是主要工艺流程之一；接着进行模板加工；之后刷隔离剂；再进行翻样校对；然后支模板；之后拆模清理并刷油；最后分类堆放且码放整齐。

施工要求采用的是Φ48 钢管扣件支撑体系。模板以及其支撑体系需要具备足够的强度，同时也需要具备足够的稳定性，这样才能确保混凝土在浇筑成型后能够完好无损。

3.5.3混凝土工程施工要点

当混凝土投料高度超过2.0m时，需增加串筒。

边浇筑边振捣，快插慢拔，插点要均匀，循序渐进，不得遗漏。

混凝土应连续进行浇筑。

混凝土浇筑前要进行钢筋等隐蔽工程的验收。

3.5.4钢构件焊接

本工程的各钢构件选择的焊接材料为：采用《碳钢焊条》GB/T5117-1988 中规定的 E50 型焊条。

选择焊接电流时：要依据焊件的厚度；还要依据焊条的型号；同时也要依据焊工的熟练程度等，从而选择合适的焊接电流。

焊接速度的选择：要求速度均匀，焊缝厚度、宽度保证均匀一致。

焊条型号决定了焊接电弧长度的选择，通常要求其稳定不变。酸性焊条一般需 3 至 4 毫米，碱性焊条一般为 2 至 3 毫米。

3㎜为宜。

焊缝不可以有裂纹。焊完之后要及时把熔渣清除掉。焊工进行检查，确认没有问题之后，才可以进行下一处的焊接。

焊接变形对施工质量有很大影响，所以焊接过程中应严格