21m跨度钢结构课程设计(完整版)
目录
1.0 设计资料 (1)
1.1 结构形式与布置 (2)
1.1.1 桁架形式及几何尺寸 (2)
1.1.2 屋架支撑布置 (2)
1.2 荷载计算 (4)
1.2.1屋面活荷载选择 (4)
1.2.2屋架和支撑自重计算 (4)
1.2.3荷载组合 (4)
1.3 杆件设计及内力计算 (6)
1.3.1 屋架计算简图 (6)
1.3.2 杆件内力计算和杆件内力表 (6)
1.3.3 杆件设计 (7)
(1)上弦杆 (7)
(2)下弦杆 (8)
(3)腹杆 (9)
(4)竖杆 (11)
(5)屋架杆件截面选择表 (11)
1.4 节点设计 (12)
1.4.1 下弦节点“c” (12)
1.4.2 上弦节点“B” (13)
1.4.3 上弦节点“D” (14)
1.4.4 下弦节点“e” (15)
1.4.5 上弦节点“F” (16)
1.4.6 下弦节点“g” (17)
1.4.7 屋脊节点“H” (18)
1.4.8竖杆与上弦节点“C,E,G” (19)
1.4.9支座节点“A” (19)
1.4.10支座节点“a” (21)
参考文献 (22)
致谢 (22)
附录 (22)
1.0 设计资料
某厂房总长度90m ，跨度21m ，纵向柱距6m 。
1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10；L 为屋架跨度。地区计算温度高于-200C ，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g ，二类场地。屋架下弦标高为18m ；厂房内桥式吊车为2台150/30t （中级工作制），锻锤为2台5t 。
2. 屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如图1.11及下图所示。
21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
A
a
c
e
g
g'
e'
c'
a'+3.010
0.
000-5.310-7.
339-6.
861-5.319
-3.923
-2.1620.00
-5.641
-2.6
33
-0.047
+1
.91
3
+1
.367
+1
.57
+1
.848+3.960
+1
.222
-1.
039
-1.
2
00
-1.
525
-1.
7
76
-2.
043
-1.0-1.
0-1.00.000.
000.00-0.5
+6.663
+7.326
+5.884
+4.636
+3.081
+1.090
B
C
D
E F
G
H
G 'F '
E 'D '
C 'B 'A '
0.5 1.0
1.0 1.0
1.0
1.0 1.0 1.0
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
3.屋盖结构及荷载
无檩体系：采用1.5×6.0m 预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用） 荷载：
①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L ，L 为屋架跨度，以m 为单位，q 为屋架及支撑自重，以KN/m 2为单位；
②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7KN/m 2，雪荷载的基本雪压标准值值根据不同学号按附表取。施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载取0.6 KN/m 2。
③屋面各构造层的荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m 2 保温层 0.35KN/m 2 一毡二油隔气层 0.05KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m 2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m 2
表1-2 屋架构建内力组合表
3.杆件设计
1) 上弦杆
整个上弦采用等截面，按FG,GH杆件的最大设计内力设计，即
N=-703.76KN
上弦杆计算长度：
在屋架平面内：为节间轴线长度，即
L0x=l0=1.5075m
在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据布置和内力变化情况，取l Oy为支撑点间的距离，即
L 0y =2*1.5075= 3.015 m
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图1.17所示
图1.17 上弦截面
腹杆最大内力N=-446.901KN ，查表知，中间节点板厚度选用10mm ，支座节点板厚度选用12mm 。
设λ=60，查轴心受压稳定系数表 ?=0.807 则需要截面积为
*
A
=f
N .?=703760/(0.807*215)=4056.1mm 2
需要回转半径：
i x =l 0x /λ=1507.5/60= 25.125mm 2 i y = l 0y /λ=3015/60=50.25mm 2
根据需要的*
A , i x , i y 查角钢型钢表，初选 2 L140×90×10，肢背间距a=10mm ，则A=44522
mm ，i x =2.56cm ，i y =6.77cm 。
按所选角钢进行验算：
λx = l 0x /i x =1507.5/25.6=58.9<][λ=150 λy = l 0y /i y =3015/50.25=60<][λ=150
则满足长细比<=[λ]=150的要求。
由于λy >λx ，只需求?y 。查表?y =0.807，则
N/(?X A)= 703760/(0.807*4452)=195.9<215N/mm 2
所选截面合适。 2).下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=691.164KN 。 计算长度：
屋架平面内取节点间轴线长度 l ox =3000mm 。
屋架平面外根据支撑布置，取 l oy =20700/2=10350mm 。所需的净截面面
积*A =f N .=691164/215=3214.7mm 2=32.15cm 2 选用2L140×90×8(短肢相
并)，见图1.18：
图1.18 下弦截面
查表得：A=3608mm 2=36.08cm 2>32.15cm 2，i x =2.59cm ，i y =6.73cm.
λx = l ox /i x =300/2.59=115.8<350 λy = l oy /i y =1035/6.73=153.8<350
3)腹杠 ● 杆aB
杆件轴力： N=-443.982KN=-443982N 计算长度： l ox =l oy =2530mm
因为l ox =l oy ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x ≈i y 。选用2L140×90×10，肢背间距a=10mm ，则A=44.52cm 2，i x =4.47cm ，i y =3.74cm.
λx = l ox /i x =253/4.47=56.6 λy = l oy /i y =253/3.74=67.6
因λy >λx ，只需求?y 。查表?y =0.7654，则
σ=N/(?X A)= 443982/(0.7654*4452)=130.3 N/mm 2<215N/mm 2 故所选截面合适。 ● 杆Bc
杆件轴力： N=335.586KN=335586N 计算长度： l ox =l oy =2613mm
选用2L100×7，肢背间距8mm ，则A=27.60cm 2，x i =3.09cm ，y i =4.39cm.
λx = l ox /i x =261.3/3.09=84.6<150 λy = l oy /i y =261.3/4.39=59.5<150
因λx >λy ，只需求?x 。查表?x = 0.6574，则
σ=N/(?X A)= 335586/(0.6574*2760)=185.0N/mm 2<215N/mm 2 故所选截面合适。 ● 杆cD
杆件轴力： N=254.792KN
选用2L100×6，肢背间距a=8mm，则A=23.87cm2，x i=3.10cm，y i=4.37cm.
λx= l ox/i x=286.4/3.10=92.4<150
λy= l oy/i y=286.4/4.37=65.5<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x =0.6052，则
σ=N/(?X A)=254792/(0.6052 *2387)=176.4N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆De
杆件轴力：N=161.322KN
计算长度：l ox =l oy=2864mm
选用2L90×6，肢背间距a=8mm，则A=21.28cm2，x i=2.79cm，y i=3.98cm.
λx= l ox/i x=286.4/2.79=102.7<150
λy= l oy/i y=286.4/3.98=72.0<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x = 0.5378，则
σ=N/(?X A)=161322/(0.5378*2128)=141.0N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆eF
杆件轴力：N=-90.830KN
计算长度：l ox =l oy=3124mm
选用2L70×6，肢背间距a=8mm，则A=16.32cm2，x i=2.15cm，y i=3.18cm.
λx= l ox/i x=312.4/2.15=145.3<150
λy= l oy/i y=312.4/3.18=98.2<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x = 0.3248，则
σ=N/(?X A)=90830/(0.3248*1632)=171.4N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆Fg
杆件轴力：N=35.971KN
计算长度：l ox =l oy=3124mm
选用2L50×5，肢背间距a=8mm，则A=9.61cm2，x i=1.53cm，y i=2.38cm.
λx= l ox/i x=312.4/1.53=204.2<150
λy= l oy/i y=312.4/2.38=131.3<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x =0.1796，则
σ=N/(?X A)=35971/(0.1796*961)=208.4N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
●杆gH
杆件轴力：N=60.853KN
选用2L70×5，肢背间距a=8mm，则A=13.75cm2，x i=2.16cm，y i=3.16cm.
λx= l ox/i x=339/2.16=157.0<150
λy= l oy/i y=339/3.16=107.3<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x =0.285，则
σ=N/(?X A)=60853/(0.285*1375)=155.3N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
4)竖杆
◆杆Aa
杆件轴力：N=-28.890KN
计算长度：l ox =0.8l=0.8*1990=1592mm，l oy=1990mm
选用2L50×5，肢背间距a=8mm，则A=9.61cm2，x i=1.53cm，y i=2.38cm.
λx= l ox/i x=159.2/1.53=104.1<150
λy= l oy/i y=199.0/2.38=83.6<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x =0.5284，则
σ=N/(?X A)=28890/(0.5284*961)=56.9N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
◆杆Cc、Ee、Gg
这三根杆件受力相同而且较小，以最不利杆件Gg（长度最大）确定断面。由于受力较小，可按长细比选择截面。
杆件轴力：N=-57.780KN
计算长度：l ox =0.8l=0.8*2890=2312mm，l oy=2890mm
i x = l ox/[λ] =231.2/150=1.54cm
i y = l oy/[λ] =289.0/150=1.93cm
选用2L63×5，肢背间距a=8mm，则A=12.29cm2，x i=1.94cm>1.54cm，y i =2.89cm>1.93cm.
λx= l ox/i x=231.2/1.94=119.2<150
λy= l oy/i y=289.0/2.89=100<150
因λx >λy，只需求?x。查表?x =0.441，则
σ=N/(?X A)=57780/(0.441*1229)=106.6N/mm2<215N/mm2
故所选截面合适。
5)由于该屋架为对称结构，且荷载为对称荷载，故其他各杆截面设计由以上计算结果即可得到，详见表1-3
1.4 节点设计
用E43焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值2
/
160mm
N
f w
f
=
各杆件内力由表1-2查得，最小焊缝长度不应小于8f h和40mm。
1下弦节点c，见图1.19
图1.19
(1)斜杆Bc与节点的连接焊缝计算：
N=335.586KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm，所需焊缝长度为：
肢背：mm
l
w
3
.
148
16
160
8
7
.
2
10
586
.
355
7
.
03
1
=
+
?
?
?
?
?
=用150mm；
肢尖： mm l w 2.10012160
67.0210586.3553.031
=+?????= 用100mm
(2)斜杆cD 与节点的连接焊缝计算：
N=126.66KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为： 肢背： mm l w 5.1151616087.0210752.2547.031=+?????= 用120mm ；
肢尖： mm l w 9.6812160
67.0210752.2543.031
=+?????= 用80mm
(3)cC 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸mm
h f 5=
(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为410mm*335mm 。
下弦与节点板连接的焊缝长度为410mm ，hf=6mm 。焊缝所受的力为节点b 左右两下弦杆的内力差ΔN=563.008-236.898=326.11KN 。受力较大的肢背处焊缝应力为：
223
/160/2.73）
12-410（67.021011.32675.0mm N f mm N w f =<=?????=τ
焊缝强度满足要求。
2上弦节点B ，见图1.20
图1.20
(1)Bc 杆与节点板的焊缝尺寸和节点c 相同。 (2)斜杆aB 与节点的连接焊缝计算：
N=-443.982KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为10mm 和6mm ，所需焊缝长度为（按不等肢角钢短肢连接的角焊缝内力分配系数计算）：
肢背： mm l w 8.14820160107.0210443.98265.031=+?????= 用160mm ；
肢尖： mm l w 6.11512160
67.0210982.44335.031
=+?????= 用120mm
为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘的上肢背可缩进8mm ，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，槽焊缝强度设计值乘以0.8的折减系数。计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P 与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力由下面计算得
h ’f =节点板厚度/2=12/2=6mm ，h ’’f =10mm 上弦与节点板间焊缝长度为380mm ，则
=105.0 N/mm 2
<2
0.80.8160128w f f N mm =?=
上弦肢尖角焊缝的切应力为：
=21.4N/mm 2<160N/mm 2
则节点板满足要求
3上弦节点D ，见图1.21
图 1.21
(1) Dc 杆与节点板的焊缝尺寸和节点c 相同。 (2)斜杆De 与节点的连接焊缝计算： N=161.322KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为：
肢背： mm l w 0.791616087.0210322.1617.031=+?????= 用90mm ；
肢尖： mm l w 0.4812160
67.0210161.3223.031
=+?????= 用60mm
(3)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为310mm*260mm 。 经按照(2)中节点B 验算方法验算知，满足要求。 4下弦节点e ，见图1.22
图 1.22
(1) eD 杆与节点板的焊缝尺寸和节点D 相同。 (2)斜杆eF 与节点的连接焊缝计算：
N=90.830KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为： 肢背： mm l w 5.511616087.021090.8307.031=+?????= 用60mm ；
肢尖： mm l w 3.3212160
67.021090.8303.031
=+?????= 用40mm (3)eE 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸mm
h f 5=
(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为320mm*250mm 。
下弦与节点板连接的焊缝长度为320mm ，hf=6mm 。焊缝所受的力为节
点e 左右两下弦杆的内力差ΔN=691.164 -563.008 =128.156KN 。受力较大的肢背处焊缝应力为：
223
/160/2.37）
12-320（67.0210128.15675.0mm N f mm N w f =<=?????=τ
焊缝强度满足要求。
5上弦节点F ，见图1.23
图 1.23
(1) Fe 杆与节点板的焊缝尺寸和节点e 相同。 (2)斜杆Fg 与节点的连接焊缝计算： N=35.971KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为： 肢背： mm l w 0.301616087.021035.9717.031=+?????= 用40mm ；
肢尖： mm l w 0.2012160
67.021035.9713.031
=+?????= 用30mm (3)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为220mm*210mm 。 经按照(2)中节点B 验算方法验算知，满足要求。
6下弦节点g ，见图1.24
图 1.24
(1) gF 杆与节点板的焊缝尺寸和节点F 相同。 (2)斜杆gH 与节点的连接焊缝计算： N=60.853KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为： 肢背： mm l w 8.391616087.021060.8537.031=+?????= 用60mm ；
肢尖： mm l w 6.2512160
67.021060.8533.031
=+?????= 用40mm (3)gG 杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸mm
h f 5=
(4)根据求的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为250mm*270mm 。
下弦与节点板连接的焊缝长度为250mm ，hf=6mm 。焊缝所受的力为节点g 左右两下弦杆的内力差ΔN=60.853 -35.971 =24.882KN 。受力较大的肢背处焊缝应力为：
223
/160/3.9）
12-250（67.021024.88275.0mm N f mm N w f =<=?????=τ
焊缝强度满足要求。
7屋脊节点H ，见图1.25
图 1.25
(1)弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力来计算。 N=703.76KN
设肢尖、肢背焊角尺寸为8mm ，
mm l 4.21216160
87.041076.703w 3
=+????= 取w l =230mm
拼接角钢长度取 2×230+50=510mm 。
(2)上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的15％计算:N=703.76×15％=105.6KN 。
设肢尖焊角尺寸为8mm ，取节点板长度为500mm ，则弦杆一侧焊缝长度为500/2-10-20=220mm ，焊缝应力为
a 8.42220
87.021076.03715.0τ3
MP =?????=
a 3.8122087.026.691076.03715.06σ2
3MP =???????=
=91.9MPa<160MPa
验算可知，强度满足要求
(3)斜杆gH 与节点板的连接焊缝计算：N=60.853KN
此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm 和5mm ，
焊缝长度w l ≥40mm 取w l =60mm 。
8竖杆与上弦节点C,E,G ，见图1.26
图1.26
由于这三个杆的轴力相等且较小，焊缝尺寸均可按构造确定，取焊角尺寸hf=5mm ，焊缝长度w l ≥40mm 取w l =60mm 。 9支座节点A ，见图1.27
为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的长度，故可取160mm ，在节点板中心线左侧设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同端部节点板为12mm 。 (1)支座底板计算：
支座反力：R=57.78*103*(8-1)=404460N
加劲肋的宽度为80mm ，考虑底板上开孔，按构造需求取地板尺寸为240mm×360偏安全地取有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：
2
41280)121802(240mm A n =+??=
验算柱顶混凝土的抗压强度：
σ=R/A n =404460/41280=9.8N/mm 2 式中 f c ------混凝土强度设计值，对C25混凝土，f c =12.5N/mm 2 则混凝土抗压强度满足要求。 图1.27 (2)底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算、节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支撑而另两边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为： 2 2 βσα=M 式中 σ----底板下的平均应力， σ=9.8N/mm 2 2α-----两边支撑对角长度， mm 3.13980)2/12120(22=+- β-----系数 由22/αb 决定，2b 为两边支撑的焦点到对角线2α的垂直距离， 由三角形面积关系得2b =mm 9.683.13980 120=?，22/αb =0.50 查表得β=0.0602 M=0.0602*9.8*139.32=11447.9N ?mm 底板厚度 = =17.9mm ， 取t=20mm (3)加劲肋与节点板的连接焊缝计算： 偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力： V=404460/4=101115N 则M=101115*47.5=4802962.5N/mm 2 设肢焊缝尺寸为6mm ，设所需焊缝长度为170mm ，则： a 2.76) 12170(67.02101115 τMP =-???= a 4.137)12170(67.025 .48029626σ2 MP =-????= =136.0MPa<160MPa 所以加劲肋高度不小于170mm 即可。 (4)节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算: 设底板连接焊缝传递全部支座反力R=404460N , 设焊缝尺寸为8mm 节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度： ∑=--?+-?=mm h h l f f w 624)20280(4)2240(2 160MPa a 9.94624 87.022.1404460 σ<=???= MP 满足要求，则可取h f =8mm 10支座节点a ，见图1.28 图1.28 (1) aB 杆与节点板的焊缝尺寸和节点B 相同 (2)竖杆与节点板的连接焊缝计算: N=28.89KN 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊角尺寸 mm h f 5= 焊缝长度w l ≥40mm 取w l =60mm 。 3)ac 杆与节点板连接焊缝计算：N=236.898KN 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm 和6mm ，所需焊缝长度为： 肢背： mm l w 5.1081616087.0210898.2367.031=+?????= 用120mm ； 肢尖： mm l w 9.6412160 67.0210898.2363.031 =+?????= 用80mm 设计详图见施工图 参考文献 戴国欣主编，《钢结构》，武汉理工大学出版社，2007年出版。 陈绍番主编，《钢结构》（上、下册），中国建筑工业出版社，2003年出版。 汪一骏主编，《轻型钢结构设计手册》，中国建筑工业出版社，2001年出版。 魏明钟主编，《钢结构》，武汉理工大学出版社，2002年出版。在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。 致谢 首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因。而且通过这次课程设计使我能把学过的知识系统地串联起来并加以运用，在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助我的同学们，他们也为我解决了很多设计上的难题。同时也感谢学院为我们提供了一个良好的环境以使我们能顺利地完成课程设计。 最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友。 附录： 参考教材《钢结构基本原理》（第二版）（中国建筑工业出版社）后的附录 参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 1 P=1.75×1.5×6=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 中南大学 《钢结构基本原理》 课程设计 设计名称：钢框架主次梁设计 专业班级：土木1112班 姓名：周世超 学号： 指导老师：龚永智 设计任务书 （一）、设计题目 某钢平台结构（布置及）设计。 （二）、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. 钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001） 2、参考书籍 （1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构[M]. 中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院?中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）[M]. 机械工业出版社，2006 （三）、设计内容 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图一所示，结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚的单向实心钢筋混凝土板。荷载的传力途径为：楼面板—次梁—主梁—柱—基础，设计中仅考虑竖向荷载与动荷载的作用。框架按照连续梁计算，次梁按照简支梁计算。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600X300X12X18，楼层层高取3.9米 采用的钢材为Q345，焊条为E50 柱网尺寸9 ×9，永久荷载5，活荷载10 活荷载分项系数为1.4 恒荷载分项系数为1.2 （四）、设计内容要求 1)验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整 2)设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。 3)设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 4)设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短 贵州大学高等教育自学考试实践考试 钢结构课程设计 课程代码：02443 题目：单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 年级：2 0 1 3 级 专业：建筑工程 层次：本科 姓名：张伟 准考证号：21001181132 衔接院校：贵州大学 指导老师：张筱芸 完成日期： 2015. 4. 24 附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2， 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。 一由设计任务书可知： 厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20. 二选材： 根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。 三结构形式与布置： 屋架形式及几何尺寸见图1所示： 图1 屋架支撑布置见图2所示： 图2 四荷载与内力计算： 1．荷载计算： 活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡ 总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值： 雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。 总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2．荷载组合： 设计屋架时应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载 中南大学土木工程学院土木工程专业（本科） 《钢结构基本原理》课程设计任务书 题目：钢框架主次梁设计 姓名： 班级： 学号： 一、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB5009－2010） （4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB50017－2003） （5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001） 2、参考书籍 （1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院 中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）， 机械工业出版社，2006 二、设计构件 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值2.02kN mm （单号）、5.02kN mm （双号），其中12班竖向梁跨度取值：学号1~10为8m 、学号11~20为10m ；学号21~为12m ；其中13班水平向梁跨度取值：学号1~10为9m 、学号11~20为11m ；学号21~为13m ；。楼面板为120mm 厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。设计中仅考虑竖向荷载和活载作用，框架梁按连续梁计算，次梁按简支梁计算。其中框架柱为焊接H 型钢，截面尺寸为H600×300×12×18，层高3.5m 。 三、设计内容要求 （1）设计次梁截面CL-1（热轧H 型钢）。 （2）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 （3）设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短梁段长度一般为0.9～ 1.2m 。 （4）设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。 （5）设高计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用强螺栓连接。 钢结构课程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2012年 1 月 2 日 目录 一、设计资料 (1) 二、结构形式及支撑布置 (2) 三、荷载计算 (4) 四、内力计算 (5) 五、杆件设计 (6) 六、节点设计 (10) 七、参考资料 (17) 八、附表一 (18) 九、附表二 (19) 一、设计资料 某车间跨度为24m，厂房总长度72m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN 中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。 屋架形式 荷载（标准值） 永久荷载： 改性沥青防水层 0.35kN/m 2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m 2 100厚泡沫混凝土保温层 0.6kN/m 2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kN/m 2 屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L ）kN/m 2 可变荷载 基本风压： 0.35kN/m 2 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.30kN/m 2 积灰荷载 0.75kN/m 2 不上人屋面活荷载 0.7kN/m 2 二、结构形式及支撑布置 桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示 图2.1 桁架形式及几何尺寸 桁架支撑布置如图2.2所示 1950 12000 1350 150 50 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1508 19652494 2233 2569 28 13 280 32516 305 6 304 5 2798 330 5 329 53081 2850 30003000 3000 . . XX 工程学院 建筑钢结构 课程设计 班级： 学号： ： 目录 前言 (2) 某车间刚屋架设计 1.设计资料 (3) 2.荷载计算 (5) 3.荷载组合 (5) 4.内力计算 (6) 5.杆件设计 (7) 6.节点设计 (11) 参考文献 (19) 前言 本书意在完成钢结构设计课的作业，以及对自己两学期来钢结构设计课所学知识的一次检验。本书主要对一个单层厂房的屋盖进行设计验算，。编撰过程由于疏忽或个人知识面的局限性，难免会产生一些失误以及错误，望各位老师批评改正。 某车间钢屋架设计 1. 设计资料 １.１屋面类型 无檩屋面，屋面采用1.5X6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板。 １.２杆件及连接 杆件采用Q235钢，钢材强度设计值f =215N/mm 2。角焊缝强度设计值 为 2/160mm kN f w f １.３屋架主要尺寸 Ⅰ.跨度30ｍ Ⅱ.屋架上弦坡度１/１０ Ⅲ.架端架高度1990ｍｍ Ⅳ.屋架跨中高度3340ｍｍ １.４其他设计资料 Ⅰ.厂房长度２４０ｍ Ⅱ.屋架支撑于钢筋混凝土柱顶 Ⅲ.柱距６ｍ Ⅳ.柱网布置如图 Ⅴ.架几何尺寸 Ⅵ.屋架支撑布置 2.荷载计算 预应力混凝土大型屋面板 1.0?1.4 kN/m2=1.4 kN/m2 屋架自重0.12+0.011?30=0.45 KN/m2 永久荷载 2.2 KN/m2 共 4.05 kN/m2屋面活载 1.0 kN/m2 3. 荷载组合 由永久荷载控制的荷载组合值为 q=1.35×4.05＋1.4×0.7×1.0=6.45KN／㎡ 由可变荷载控制的荷载组合值为 q=1.2×4.05+1.4×1.0=6.26KN／㎡ 故永久荷载控制的组合起控制作用。 Ⅰ.全垮永久荷载加全垮可变荷载 F=6.45×1.5×6=58.05KN Ⅱ.全垮永久荷载加半跨可变荷载 钢屋架设计计算 一、设计资料 屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20）。钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊接。该厂房横向跨度为24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。 二、屋架布置及几何尺寸 屋架几何尺寸图 屋架计算跨度=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H0=2000mm。 二、支撑布置 三、荷载计算 1、荷载 永久荷载 预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1500N/m2 =1.5 KN/m2 屋架自重（120+11×24）=0.384 KN/m2 防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2 找平层2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2 保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2 支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2 小计∑3.714 KN/m2 可变荷载 活载 700N/m2=0.70 KN/m2 以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 永久荷载设计值：1.2×3.714=4.457kN/m2 可变荷载设计值：1.4×0.7=0.98kN/m2 2、荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1）全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P1=4.457×1.5×6=40.11kN P2=0.98×1.5×6=8.82kN （3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载 P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN 以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。 四、内力计算 按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。 全跨荷载布置图 1.设计资料： ................................................................ 错误！未定义书签。 2.结构形式与布置 ............................................................ 错误！未定义书签。 3.荷载计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.内力计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表，7位同学依次按序号进行选取。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A 、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B 、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C 、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。 单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 （2）屋架计算跨度 )(7.233.0240 m l =-= （3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度 mm h 19000=中部高度 钢结构课程设计计算书 专业：土木工程 班级：土木094 姓名：王忠涛 学号：099044411 指导教师：贾冬云 安徽工业大学 建筑工程学院 土木工程系 《钢结构设计》课程设计计算书 1.设计资料 某车间厂房总长度约为108m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用三角形桁架式钢屋架即芬克式屋架，屋架下弦标高为9m，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400㎜×400㎜，混凝土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5m~2.2m。屋面恒荷载(包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等)水平投影标准值为0.50kN/㎡。屋面活荷载标准值为0.30kN/㎡。不考虑积灰荷载、风荷载。雪荷载0.4kN/㎡，不考虑全垮积雪不均匀分布情况。结构重要性系数为γ0=1.0。屋架采用Q235B钢，焊条采用E43型。 2.屋架形式和几何尺寸 屋架形式采用芬克式屋架屋面坡度1/3 屋架几何尺寸如下图： 屋架形式和几何尺寸 3.支撑布置 上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连；下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设置在同一柱间内。支撑的布置见下图。 上弦支撑布置图 下弦支撑布置图 纵向支撑布置图 檩条布置图 4.荷载计算 （1）永久荷载标准值： 屋面恒荷载标准值G k=0.50 kN/m2 屋面活荷载标准值Q k=0.30 kN/m2。 屋面雪荷载标准值S k=0.4 kN/ m2。 （2）上弦的集中荷载和节点荷载永久值。 檩条支承于上弦节点，屋架坡度为a=arctg1/3=18.4o′，檩距为1.975m。 上弦节点恒荷载水平投影标准值：P1=0.5×7.2×1.975=7.11 KN； 上弦节点雪荷载水平投影标准值：P2=0.4×7.2×1.975=5.69KN。 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图 XX 工学院 课程实训 课程名称：钢结构设计原理专业层次：土木工程（卓越） 1、设计资料 1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。 考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2 ②二毡三油防水层400N/m2 ③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2 ④支撑重量70N/m2 考虑活载：活载700N/m2 6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。 2、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10； 屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ； 端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示： 1拱50 图1：24米跨屋架几何尺寸 三、支撑布置 由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。 上弦平面支撑布置 屋架和下弦平面支撑布置 垂直支撑布置 4、设计屋架荷载 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ P=0.12+0.011 跨度）计 w 算，跨度单位为m。 标准永久荷载： 二毡三油防水层 土建专业 钢结构 课程设计 钢结构课程设计 一、课程设计的性质和任务 《钢结构》是土木工程专业的重要专业课，为了加强学生对基本理论的理解和《钢结构》设计规范条文的应用，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，必须在讲完有关课程内容后，安排2周的课程设计，以提高学生的综合运用能力。课程设计又是知识深化、拓宽的重要过程，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面锻炼，是实现本科培养目标的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力以及严谨、扎实的工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完成设计任务奠定基础。 课程设计的任务是，通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。 二、课程设计基本要求 课程设计是综合性很强的专业训练过程，对学生综合素质的提高起着重要的作用。基本要求如下： 1、时间要求。一般不少于2周； 2、任务要求。在教师指导下，独立完成一项给定的设计任务，编写出符合要求的设计说明（计算）书，并绘制必要的施工图。 3、知识和能力要求。在课程设计工作中，能综合应用各学科的理论知识与技能，去分 析和解决工程实际问题，使理论深化，知识拓宽，专业技能得到进一步延伸。通过毕业设计，使学生学会依据设计任务进行资料收集、和整理，能正确运用工具书，掌握钢结构设计程序、方法和技术规范，提高工程设计计算、理论分析、技术文件编写的能力，提高计算机的应用能力。 三、课程设计的内容 《钢结构》课程设计的选题要符合教学基本要求，设计内容要有足够的深度，使学生达到本专业基本能力的训练。对学习好、能力强的学生，可适当加深加宽。 题目：钢屋架设计 采用平面钢屋架作为设计题目。设计内容包括：屋架内力计算、屋架杆件设计；节点设计；施工图绘制以及材料用量计算等。 完成的设计成果包括：结构设计计算书一份，施工图1~3张（2号）。 普通钢屋架设计 案例及设计指导 参考题目： 一、题目：普通梯形钢屋架设计 （一）设计资料 郑州某工业厂房，长度102m，屋架间距6m，车间内设有两台20/5t中级工作工作制桥式吊车，屋面采用×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。水混珍珠岩制品保温层10cm，20mm 厚水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土C30，屋架跨度和屋面积灰荷载按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度（1）24m （2）27m 2、屋面积灰荷载标准值（1）m2（2）m2 课程设计 课程名称：钢结构设计 设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计学院：土木工程学院 专业：土木工程 年级：大学三年级 姓名：郭锐 学号：19 指导教师：王鹏 日期：2016年12月 课程设计任务书 土木工程学院学院土木工程专业 3 年级姓名：郭锐学号：13325 课程设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计 课程设计主要内容： （一）设计资料 昆明地区某工厂金工车间，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10~1/12。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400m m，混凝土C20，屋面活荷载0.50 kN/m2，屋面积灰荷载0.75 kN/m2，屋架跨度、屋架计算跨度、屋面做法和屋架端高按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度（1）21m（2）24m 2、屋面计算跨度（1）L0＝L （2）L0＝L-300mm 3、屋面做法（1）有保温层（2）无保温层 4、屋架端高（1）h0=1.8m （2）h0=1.9m （3）h0=2.0m h=2.1m （4）0 （二）设计要求 1、由结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。 2、合理布置支撑体系，主要考虑 （1）上弦横向水平支撑 （2）下弦横向水平支撑 （3）垂直支撑 （4）系杆（刚性或柔性） 并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号 3、荷载及内力计算 （1）屋面恒载计算。 （2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑。 （3）屋面积灰荷载属于可变荷载。 （4）利用结构的对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。 （5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。 （6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，利用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。 （7）确定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力） 4、杆件截面选择 （1）屋架杆件常采用双角钢组合组成的T形截面或十字形截面，要根据λx=λy的等稳条件选择合理的截面形式。 （2）正确确定杆件的长细比，由轴心受力杆件确定杆件截面及填板数量。 （3）设计小组内每位同学所计算的上弦杆，下弦杆，斜杆截面选择过程要在计算书内详细说明，其余杆件截面选择可按同组内其他同学计算成果统一列表取用。 （4）杆件截面规格不宜过多，与垂直支撑相连的竖杆截面则不宜小于2L63×5。 5、节点设计 （1）熟知节点设计的基本要求及一般步骤。 （2）要在计算书内写出一般上下弦节点，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。 6、屋架施工图 （1）用铅笔绘制1#施工图 （2）施工图应包括 ①屋架简图（比例1∶100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度。 ②屋架正面图，上、下弦平面图（轴线比例1：20，杆件、节点比例1：10）。 ③侧面图，剖面图及零件详图。 ④注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺 栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 ⑤材料表（一榀屋架的材料用量）。 ⑥说明（钢号、焊条型号、起拱要求、图中未注明的焊缝尺寸和油漆要求等）。 指导教师（签字）： 《钢结构》（钢屋架）课程设计任务书 湖北工业大学工程技术学院土木系 结构教研室 2013年11月 一、设计资料 某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示， 杆件容许长细比：屋架压杆[λ]=150，屋架拉杆[λ]=350。 二、屋架形式及几何尺寸 如图2所示。 三、荷载 1. 永久荷载（标准值） 大型屋面板（0.50 +0.001*本人学号后三位数）kN/m2 （例如：学号为070807110190，则屋面板荷载为：0.50+0.001*190=0.69kN/m2） 防水层0.10kN/m2 屋架及支撑自重0.15kN/m2 悬挂管道0.05kN/m2 2.可变荷载（标准值） 屋面活荷载按学号选取（参见下表）；雪荷载0.30kN/m2 屋面活荷载的取值 (kN/m2) 四、课程设计要求 1. 掌握钢屋架荷载的计算； 2. 掌握杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度、截面形式，截面选择及构造要求， 填板的设置及节点板的厚度； 3. 掌握普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造；掌握钢 屋架施工图的内容和绘制。 五、课程设计进度安排 1拱50 图2 24米跨屋架几何尺寸 117 图3 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 A a c e g g 'e 'c 'a '+3.480 .000-6.25- 9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49 -2.470.00 0.00 -6.53 -3.14 +0.71 +1.55+1.39 +1.56 +1.80 +2.12+4.76 +1.90 -0.45 -2.47 -1.53 -1.75 -2.03 -2.34 -1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1. 25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i 图4 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力 钢结构课程设计示例 附录A 梯形钢屋架设计示例 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为18m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.5kN/㎡，积灰荷载标准值为0.75kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235B，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=18000-2×150=17700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）,中部高度2900mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图A-1所示。 图A-1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图B-2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图A-2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡ 找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡ 保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×18=0.318kN/㎡ 管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.068kN/㎡ 可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 屋架上弦节点荷载 1 P=1.75×1.5×6=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表A-1。 由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 一、设计题目 18m跨三角形钢桁架 二、设计资料 1、某单层轻型工业厂房，平面尺寸18m×90m，柱距6m，柱高6m，采用三角形钢屋架，跨度18m，屋面坡度i=1/3,屋面防水材料为波形彩钢瓦+50厚玻纤棉+钢丝网铝箔，冷弯薄壁C型钢檩条，檩条斜距1.555m，支撑布置自行设计，无吊车。采用钢筋混凝土柱，混凝土强度等级为C20，钢屋架与柱铰接，柱截面尺寸400×600mm；使用温度-5摄氏度以上，地震烈度7度，连接方法及荷载性质，按设计规范要求。屋架轴线图及杆件内力图见图。 2、荷载标准值如下： （1）、永久荷载（沿屋面分布） 屋面防水结构+檩条 0.2KN/m2 钢屋架及支撑等自重 0.35KN/m2 （2）、可变荷载 屋面活荷载（按水平投影）0.50KN/m2 基本风压（地面粗糙度为B类）0.80KN/m2 三、要求设计内容 1、屋盖结构布置 2、屋架杆件内力计算和组合 3、选择杆件截面型号，设计节点 4、绘制施工图 四、课题设计正文 （一）屋盖结构布置： 上弦节间长度为两个檩距，有节间荷载。上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通长的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连。上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的1/2。具体支撑布置如下图： 屋架支撑布置 1-1剖面图 （二）、屋架杆件内力计算和组合 1、荷载组合：恒载+活荷载；恒载+半跨活荷载 2、上弦的集中荷载及节点荷载如下图： 上弦集中荷载 上弦节点荷载 上弦集中荷载及节点荷载表 3、上弦节点风荷载设计值如图所示。 （1）按照规范可知风荷载体形系数：背风面-0.5；迎风面-0.5 （2）上弦节点风荷载为： 上弦节点风荷载 W=1.4×（-0.5）×0.8×1.556×6=-5.228KN 4、内力计算 （1）杆件内力及内力组合如下表： （2）上弦杆弯矩计算。 端节间跨中正弯矩为 M1=0.8M0=0.8×P丿l=0.8（1/4×12.04kNm×3/√10×1.555m） =3.553kNm 中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩为 钢结构课程设计例 题 钢屋架设计计算 一、设计资料 屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20）。钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊接。该厂房横向跨度为24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。 二、屋架布置及几何尺寸 屋架几何尺寸图 屋架计算跨度=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H0= mm。 二、支撑布置 三、荷载计算 1、荷载 永久荷载 预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1500N/m2=1.5 KN/m2 屋架自重（120+11×24）=0.384 KN/m2 防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2 找平层2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2 保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2 支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2 小计∑3.714 KN/m2 可变荷载 活载 700N/m2=0.70 KN/m2 以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，因此各荷载均按水平投影面积计算。 永久荷载设计值：1.2×3.714=4.457kN/m2 可变荷载设计值：1.4×0.7=0.98kN/m2 2、荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1）全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P1=4.457×1.5×6=40.11kN P2=0.98×1.5×6=8.82kN （3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载 P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN 以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。 四、内力计算 按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力 钢结构课程设计 钢结构课程设计 －、设计资料 1、题号83的已知条件：梯形钢屋架跨度27m，长度72m，柱距6m。屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，雪荷载标准值为0.5kN/m2，风荷载标准值0.45kN/m2。该车间内设有两台200/50 kN中级工作制吊车，轨顶标高为8.500 m。冬季最低温度为－20℃，地震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g。采用1.5m×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27000－2×150=26700mm 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。 屋架的中间高度h=3250mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取50mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示，支撑布置见图2所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 三毡四油放水层0.40kN/㎡ 找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡ 保温层（80mm厚泡沫混凝土）0.08×6=0.48kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.42kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.2kN/㎡` 可变荷载标准值 屋面活荷载0.70 kN/㎡ 屋面积灰荷载0.6kN/㎡ 总计 1.3kN/㎡ 永久荷载设计值 1.35×3.2=4.32kN/㎡ 可变荷载设计值 1.4×1.3=1.82kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： ①全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(4.32+1.82) ×1.5×6=55.26kN ②全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1=4.32×1.5×6=38.9 kN 半跨节点可变荷载：F2=1.82×1.5×6=16.38 kN ③全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架及支撑自重：F3 =0.42×1.35×1.5×6=5.10kN 半跨大型屋面板重及活荷载：F4=(1.4×1.35+0.7×1.4) ×1.5×6= 25.83kN钢结构课程设计参考示例
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