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钢结构计算书实训任务书及指导书 成都航空职业技术学院钢屋架施工图设计实训任务书及指导书编写xx年11月钢屋架施工图设计实训任务书(适用于高等职业技术教育建筑工程技术专业)本课程以实际训练为主，着重于培养学生进行钢屋架施工图设计的能力。 本课程对建筑工程技术专业学生来说，实用性较强，是学好建筑工程技术专业的基础之一。 一、实训目的通过一周实训，学生基本能进行荷载汇集和杆力计算；能选用钢材及焊条；能确定屋架形式及几何尺寸；能够布置屋盖支撑；能够选择杆件截面；能进行节点设计；能画出钢屋架施工图。 二、实训要求1.技术要求具备钢屋架杆力计算基本能力，具备钢屋架设计及作图能力。 2.环境要求学生在教室内独立完成。 3.主要媒介 （1）规范、标准建筑结构荷载规范、钢结构设计规范、建筑结构制图标准。 （2）教材建筑力学，建筑结构。 （3）工具计算工具，作图工具。 三、实训任务以某单位单跨厂房钢屋盖设计开展实训教学。 1.钢屋架杆力计算。 2.选用钢材及焊条。 3.确定屋架形式及几何尺寸。 4.布置屋盖支撑。 5.选择杆件截面。 6.进行节点设计。 7.画出钢屋架施工图。 四、成果（作业）形式实训结束，每个学生应当按要求交出一份计算书和钢屋架施工图一张。 实训成果格式计算书用A4幅面纸张完成，要求计算正确，字迹工整，加装封面，装订成册；钢屋架施工图用A2幅面图纸完成，要求画图准确，布图美观，比例恰当。 五、已知条件根据下面的资料设计某单位单跨厂房钢屋盖。 杆件长度（单位米） （1） （2） （3） （4） （10） （11） （12） （13） （14） （15）4444222222 （16） （17） （9） （28） （27） （29） （30） （32） （34） （35）222.53.83.92.64.14.154.23 （36） （37） （38） （31）4.54.523.22.7内力计算表表1杆件名称计算内力KN上弦杆 10、 2511、 1213、 1415、16170.00-480.25-633.71-730.94-716.60288.89522.27770.00726.89368.45-424.16-285.92157.66-144.7752.81/-0.87下弦杆1234斜腹杆272830323334360.61/-44.463752.78/-73.55竖杆9-28.36-55.72-55.72-55.7291.8929313538支座反力RA=RB=467.2KN 六、实训时间安排本实训共一周 七、评价与考核1.评价内容计算书和钢屋架施工图2.评价方法过程表现与实训报告相结合进行综合评价，实训报告有老师批改并给出成绩。 3.过程与终结各占比例过程表现占30%；实训报告占70%。 序号实训内容实训时间（天）备注1布置任务、准备工作、熟悉资料0.52确定屋架形式及几何尺寸0.53钢屋架杆力计算0.54选用钢材及焊条、布置屋盖支撑0.55选择杆件截面0.56进行节点设计0.57画出钢屋架施工图1.58汇总总结和成绩评定0.5合计5钢屋架施工图设计实训指导书设计步骤指导 一、屋架杆件内力计算见任务书中条件 二、屋架杆件截面的设计1.杆件的计算长度 （1）桁架平面内计算长度l0x桁架弦杆，支座斜杆、支座竖杆刚度较大，两端相连的杆少，对节点的嵌固程度小，可不考虑，其计算长度取几何长度。 其它受压腹杆，考虑节点处拉杆的约束作用，计算长度适当折减，取l0x=0.8l0。 （2）桁架平面外计算长度loy屋架弦杆在平面外的计算长度，应取侧向支承点间的距离。 对上弦，取上弦横向水平支撑的节间长度。 在有檩屋盖中，如檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊牢，则檩条可视为上弦杆的支承点。 对下弦，视有无纵向水平支撑，取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。 对所有腹杆l0y=l0。 （3）斜平面计算长度单面连接的角钢和双角钢组成的十字形杆件，斜平面计算长度l0=0.9l,但支座斜杆与支座竖杆仍取ll=0。 2.杆件容许长细比验算长细比验算时应按平面内、平面外，两个方向分别验算=ilxxx0=ilyyy0对单角钢腹杆，或十字形截面的双角钢竖杆，应验算杆件在斜平面的最大长细比=ilmin03.屋架杆件截面形式选择上弦杆可选用不等边角钢短肢相连的截面、两个等边角钢相并的截面或型截面。 下弦杆可采用不等边角钢短肢相连的截面或型截面。 支座斜杆可采用不等肢角钢相连或等肢角钢相连的截面。 屋架的其它腹杆，可采用等边角钢相并。 与垂直支撑连接的竖杆采用两个等边角钢组成的十字形截面，受力很小的腹杆可采用单角钢，交替放置在桁架平面两边。 三、屋架的节点设计1.确定节点板及节点构造节点板的尺寸应由节点处各杆件截面尺寸及杆端焊缝长度来控制。 设计时可画大样图来确定。 节点板的厚度可按端节间弦杆最大内力查表选用。 2.节点构造与计算 （1）下弦中间节点弦杆与节点板的焊缝承受相邻弦杆的内力差NNN21?=?，由此可求出焊角尺寸肢背焊缝flNkhwfwf?7.0211肢尖焊缝flNkhwfwf?7.0222对腹板的角钢，可采用肢尖、肢背两侧焊缝或三围焊、型焊。 （2）上弦中间节点在弦杆内力差N?作用下，角钢肢背与节点板间焊缝所受的剪应力为lhNK.0wfN721?=? （3）弦杆的拼接节点弦杆与连接角钢连接焊缝所需的长度为mmfhNlwffw107.04max1+=下弦杆与节点板间的连接焊缝应按下式计算ffhNKwfwtf=7.0215.0max1上弦杆与节点板间连接焊缝所需长度为mmfwthfNPlw107.08sin213+?= （4）支座节点支座底板所需净面积为fNAn= 四、画屋架施工图（图纸具体见后面附图）1.可仅绘制半榀屋架。 施工图上应包括屋架正面图、上弦和下弦平面以及必要的侧面图、剖面图和零件图。 2.图纸的左上角用适当比例绘制屋架简图（单线图），左半跨注明屋架杆的几何轴线尺寸，右半跨注明杆件的内力设计值，并注明屋架跨中央的起拱高度。 3.屋架杆件的轴线一般采用1:201:30绘制，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1:101:15的比例尺绘制。 钢屋架设计案例计算书和图纸 一、设计资料厂房总长度120m,檐口高度15m。 厂房为单跨结构,内设两台中级工作制桥式吊车。 拟设计钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土等级为C30。 柱顶截面尺寸为400mm x400mm。 钢屋架设计不考虑抗震设防。 二、选题厂房柱距选择6m屋架形式D，如图2.1，跨度=24m。 图2.1 三、钢材选择及焊接方法和焊条型号钢材选择Q235B焊条选择E43型，手工焊 四、屋盖支撑系统布置图本屋盖为无檩盖房，i=10，为平坡梯形屋架。 屋架计算长度为L。 =L-300mm=23700mm，端部高度，中部高度和屋盖杆件几何尺寸见施工图（跨中起拱按L/500考虑）。 上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆布置见图4.1。 因连接孔和连接零件上有区别，图中分别给出了W1，W2和W3三种编号。 屋架内力示意图内力计算表表1杆件名称计算内力KN上弦杆 10、 2511、 1213、 1415、16170.00-440.25-683.71-770.94-746.60238.89582.27740.00766.89348.45-434.16-275.92187.66-124.7756.81/-0.67下弦杆1234斜腹杆272830323334360.51/-42.463754.78/-71.55竖杆9-25.36-50.72-50.72293135-50.7297.8938支座反力RA=RB=507.2KN 七、杆件截面设计 1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N=-770.94kN（压力），查钢结构设计手册，节点板厚度选用14mm，支座节点板厚度选用16mm。 计算长度屋架平面内取节间轴线长度cmlx8.1500=屋架平面外根据支撑和内力变化取cmly00.3000.1502=因为yxll002，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并。 如图7.1所示。 设60=，查表807.0=?需要截面积图7.1上弦截面mmfNA3.4443215807.01094.7703=?需要回转半径cmlixx51.26015080=cmliyy00.56030000=根据需要的A、ix、iy，查角钢型钢表，选用2按所选角钢进行验算10100160，A=50.6c,ix=2.85cm,iy=7.78cm。 9.5285.28.1500=xxxil，56.3878.700.3000=yyyil满足长细比150=的要求。 由于yx只需求出x?=min，查轴心受压构件的稳定系数表，842.0=x?=223/215/95.1805060842.01094.770mmNfmmNANx=?所选截面合适。 2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，N=766.89kN（拉力）计算长度屋架平面内取节间轴线长度cmlx3000=屋架平面外根据支撑布置取cmly11850=计算需要净截面面积2312.35672151093.766mmfNAn=图7.2下弦截面选用2140908（短肢相并），见图7.2所示，A=36.00c,ix=2.59cm,iy=4.50cm按所选角钢进行截面验算，取AAn=。 3508.11559.23000=xxil35033.26350.411850=yyil=223/215/4.21336001093.766mmNfmmNAN=所选截面满足要求。 3、斜腹杆截面计算斜腹杆28N=-434.16kN(压力)，l0x=l0y=l=254.3cm因为l0x=l0y，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix=iy选用21409010，见图7.3所示A=44.6c,ix=2.56cm,iy=6.84cm15034.9956.23.2540=xxxil属于b类截面15018.3784.63.2540=只需求出x?=min，查表，559.0=x?图7.3斜腹杆28截面=223/215/14.1744460559.01016.434mmNfmmNANx=?所选截面合适。 斜腹杆27N=348.45kN（拉力），l0x=0.8l=209.3cm,l0y=l=261.6cm计算需要净截面面积237.16202151045.348mmfNAn=选用2568，见图7.4所示图7.4斜腹杆27截面A=1674c,ix=1.68cm,iy=2.91cm验算3506.12468.13.2090=xxxil3509.8991.26.2610=yyyil=223/215/2.20816741045.348mmNfmmNAN=所选截面满足要求。 3斜腹杆30N=-275.92kN(压力)，l0x=230.2mm l0y=l=287.8mm选用2808，见图7.5所示，A=2460mm2,ix=2.44cm,iy=3.85cm1503.9444.22.2300=xxxil属于b类截面1508.7485.38.2870=只需求出x?=min，查表596.0=x?图7.5斜杆2-13截面=223/215/2.1882460596.01092.275mmNfmmNANx=?所选截面合适。 4斜腹杆32N=187.66kN（拉力），l0x=0.8l=229.4cm,l0y=l=286.7cm计算需要净截面面积238.8722151066.187mmfNAn=选用2565，见图7.6所示，A=10.82c,ix=1.72cm,iy=2.77cm验算图7.6斜腹杆32截面3504.13372.14.2290=xxxil3505.10377.27.2860=yyyil=223/215/4187mmNfmmNAN=所选截面满足要求。 5斜腹杆33N=-124.77(压力)，l0x=251.0cm l0y=l=313.8cm选用2638，见图7.7所示，A=19.02c,ix=1.90cm,iy=3.18cm x x y y14x x y y14x xy y141501.13290.10.2510=xxxil属于b类截面1507.9818.38.3130=只需求出x?=min，查轴心受压构件的稳定系数表，378.0=x?图7.7斜腹杆33截面=223/215/5.1731902378.01077.124mmNfmmNANx=?所选截面合适。 6斜杆34N=56.81kN（拉力），l0x=0.8l=250.2mm,l0y=l=312.7cm计算需要净截面面积232.2642151081.56mmfNAn=选用2565，见图7.8所示，A=10.82c,ix=1.72cm,iy=2.77cm验算3505.14572.12.2500=xxxil3509.11277.27.3120=yyyil=223/215/5.5210821081.56mmNfmmNAN=图7.8斜腹杆34截面所选截面满足要求。 7斜腹杆36N=-42.46kN（安装过程中出现较大压力），l0x=272.4cm l0y=l=340.5cm选用2634，见图7.9所示，A=9.96c,ix=1.96cm,iy=3.09cm1500.13960.14.2720=xxxil属于b类截面1502.11009.353400=只需求出x?=min，查表，349.0=x?=223/215/2.122996349.01046.42mmNfmmNANx=?图7.9斜腹杆36截面所选截面合适。 8斜杆37N=-71.55kN(安装过程中出现较大压力)l0x=271.4cm l0y=l=339.3cm选用2636，见图7.10所示A=14.58c,ix=1.93cm,iy=3.06cm验算1506.14093.14.2710=xxxil1509.11006.33.3390=只需求出x?=min，查轴心受压构件的稳定系数表图7.10斜腹杆37截面342.0=x?=223/215/5.1431458342.01055.71mmNfmmNANx=?所选截面合适。 4、竖杆截面计算1边竖杆9N=-25.36kN(压力)，,l0x=l0y=l=201.5cm选用26310，A=23.32c,ix=1.88cm,iy=3.07cm5.xx=xi1502.10788.1=xxl属于b类截面1506.6507.35.xx=只需求出x?=min，查轴心受压构件的稳定系数表，510.0=x?=223/215/3.212332510.01036.25mmNfmmNANx=?所选截面合适。 2竖杆29N=-50.72kN(压力)，,l0x=184.0cm l0y=230.0cm选用26310，A=23.32c,ix=1.88cm,iy=3.07cm xxyy141509.9788.10.1840=xxxil属于b类截面1509.7407.30.2300=只需求出x?=min，查轴心受压构件的稳定系数表，568.0=x?=223/215/3.382332568.01072.50mmNfmmNANx=?所选截面合适。 3竖杆31N=-50.72kN(压力)，l0x=208.0cm l0y=260.0cm选用26310，A=23.32c,ix=1.88cm,iy=3.07cm0.2080=xi1507.11088.1=xxl属于b类截面1507.8407.30.2600=150=的要求。 ?=min由于yx只需求出x，查轴心受压构件的稳定系数表，489.0=x?=223/215/5.442332489.01072.50mmNfmmNANx=?所选截面合适。 4竖杆35N=-50.72kN(压力),l0x=232.0m l0y=290.0cm选用26310，A=23.32c,ix=1.88cm,iy=3.07cm2320=xi1504.12388.1xxl属于b类截面1505.9407.30.2900=N=?150=的要求。 ?=min由于yx只需求出x，查轴心受压构件的稳定系数表，418.0=x?223/215/0.522332418.01072.50mmNfmmNAx=所选截面合适。 5中竖杆38N=97.89kN(拉力)，l0x=288.0m l0y=320.0cm233.4552151089.97mmfNAn=选用26310，A=23.32c,ix=1.88cm,iy=3.07cm0.2880=xi3502.15388.1=xxl3501.10407.30.3200=yyyil满足长细比350310=的要求。 =22/215/0.42233289.97mmNfmmNAN=所选截面合适。 图7.11中竖杆截面图屋架杆件一览表表二杆件杆内力kN计算长度截面形式及角钢规格截面积（c）回转半径长细比容许长细比系数min(N/m)lox loyix iymax上弦-770.94150.8300，0短肢相并2L1601001050.62.857.7852.901500.842-180.95下弦766.89300.01185.0短肢相并2L14090836.02.954.50263.33350213.4斜腹杆27348.45209.3261.62L56816.741.682.91124.6350208.228-434.16254.3254.3长肢相并2L140901044.62.566.8499.34150-0.559-174.1430-275.92230.2287.82L80824.62.4438594.31500.596-188.232187.66229.4286.。 72L56510.821.72277133.4350173.433-124.77251.0313.82L63819.021.903.18132.11500.378-173.53456.81250.2312.72L56510.821.722.77145.535052.536-42.46272.4340.52L6349.961.963.09139.01500.349-122.237-71.55271.4339.32L63614.581.933.06140.61500.342-143.5竖杆9-25.36201.5201.52L631023.321.883.07107.21500.510-21.329-50.72184.0230.02L631023.321.883.0797.91500.568-3531-50.72208.0260.02L631023.321.883.07110.71500.489-44.5 八、节点设计图8.1钢屋架节点图重点设计“1”、“2”、“11”、“18”“5”五个典型节点，其余节点设计类同。 1下弦2节点设计步骤根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即hf和lw。 然后根据lw的大小比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。 选用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值fwt160N/m，实际所需的焊脚尺寸可由构造确定。 （1）11-2杆的内力N=348.45KN，采用三面围焊，肢背和肢尖焊缝hf=6mm，根据所选角钢的宽度，所需要的正面角焊缝长度为mmlw633=kNflhNwffwf3.10316022.16367.027.033=肢背mmfhNNlwffw1.1551216067.0210x5.0x3.1031045.3487.07.022/7.03331=+?=?=，取160mm肢尖mmfhNNlwffw3.511216067.0210x3.103x5.0?1045.3483.07.022/3.03332=+=?=，取60mm （2）13-2杆的内力N=-275.92KN，采用三面围焊，肢背与肢尖的焊缝hf=6mm，所需要的正面角焊缝长度为mmlw803=NflhNwffwf418067.027.033=肢背mmfhNNlwffw9.1061216067.022.655871092.2757.07.022/7.0331=+?=?=，取110mm肢尖mmfhNNlwffw8.241216067.022.655871092.2753.07.022/3.0332=+?=?=，取60mm35-50.72232.0290.02L631023.321.883.07123.41500.418-52.03897.89288.0320.0十字形2L631023.321.883.07153.235042.0 （3）竖杆2-12杆的内力N=-50.72KN，采用三面围焊，焊缝尺寸可按构造确定取hf=8mm。 所需要正面角的焊缝长度为mmlw633=NflhNwffwf12126387.07.033=因为12.137733304321072.503.022332=NNNk，所以按两面侧焊缝计算。 肢背mmfhNlwffw8.351616087.021072.507.07.027.031=+=，取40mm肢尖mmlw4.241616087.021072.503.032=+=，因8xhf=64mm，故取70mm （4）下弦杆焊缝验算下弦杆与节点板连接焊缝承受两相邻下弦内力之差。 N582.87238.89343.98kN肢背焊缝验算，hf8mm，36232987.02160N/mm2满足要求。 根据节点放样，得节点板尺寸为345300，节图8.2所示。 2fmm/N23.1098.3433/2=点图如2上弦11节点 （1）11-2杆节点板连接的焊缝计算与下弦节点211-2杆计算相同。 中mmlw633=mmlw1601=mmlw602= （2）1-11杆N-434.16kN图8.2下弦节点2采用三面围焊，设肢背和肢尖hf=8mm，先假设所需要正面角的焊缝长度为mmlw1403=NflhNwffwf62.30607316022.114087.027.033=因为3322604961016.43430.022NNNk=，所以按两面侧焊缝计算。 lw116087.021016.43470.0316201.6，取lw1210mm lw216087.021016.43430.031688.7，取lw290m图8.3上