大学建筑工程—钢结构课程设计任务书

1、湖南科技大学 建筑工程专业 钢结构课程设计指导书 设计课题：钢屋架设计 指导教师： 班级指导老师电话号码班级 指导老师电话号码 湖南科技大学土木工程学院建筑工程系 2011年6月 钢结构课程设计指导书 1. 设计资料 （1）某单跨厂房，长度为120m,柱距4.86.6m,车间内设有一台200KN的中级 工作制的吊车，计算温度高于-20 C。 （2）屋架形式有三角形，平行弦形、人字形，或梯形钢屋架。 采用三角形钢屋架的屋面采用石棉水泥波形瓦屋面（重量200N/m2）,轻钢檩条及 拉条（重量100N/m2 ）。 采用其他屋架的屋面采用 1.5mX（ 4.56.6m）的预应力混凝土大型屋面板（重量

2、1500N/m2）,上铺100mm厚泡沫砼保温屋（重量 800N/m2）和三毡四油防水层（重量 300N/m2）。 钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为400X 400,砼强度等级为 C25,基本风压 W=350N/m2,屋面均布活载或雪载为500N/m2,积灰荷载为100500N/m2，无抗震要求。 （3） 屋架形式采用三角形屋架，屋面坡度为 1:2.51:3;或采用人字形、梯形屋架， 屋面坡度都为1:10 （也可自行设计）。钢材为Q235-B，焊条为E43系列手工焊。 （4） 屋架和支撑自重估计公式：Gw=117+11L （N/m2）,或中L为跨度（m）。 （5）班级任务安排下表1 表1班级

3、同学按学号（班级内序号）设计任务分配表 跨度/m 学生班级内序号 腹杆形式 屋架型式 15m 1 2 3 4 芬克式 三角形 18m 5 6 7 8 单斜式 21m 9 10 11 12 交叉形 平行弦形 24m 13 14 15 16 人字形 24m 17 18 19 20 人字形 梯形 27m 21 22 23 24 单斜式 30m 25 26 27 28 人字形 21m 29 30 31 32 单斜式 人字形 24m 33 34 35 36 交叉形 27m 37 38 39 40 人字形 柱距/m 4.8m 5.4m 6m 6.6m 2. 设计内容 按照给出的基本资料进行设计计算 1.

4、屋架的选型、尺寸的确定，钢材材质的选择。 2. 屋盖支撑体系的设计：上下弦杆水平支撑、垂直支撑及系杆的布置与截面选择。 3. 荷载与杆件内力的计算：节点荷载、杆件轴力计算。 4. 杆件截面的设计：定各杆件的形式、规格。 5. 节点设计：定节点板的形状尺寸、杆端焊缝计算与构造要求。 6. 施工图，绘制一个钢屋架的施工图。 3. 设计步骤 3.1 屋架的选型 (1) 根据课程设计的要求，选择具体的设计题目，结合已给的设计基本资料，确 定屋盖结构体系，屋架的外形、尺寸，腹杆的形式等。 根据屋面材料的不同，盖结构体系分为无檩屋盖和有檩屋盖。屋架外形常用的有三 角形、梯形、平行弦和人字形等。腹杆布置形式

5、常用的有芬克式、人字式、单斜式、交 叉式和再分式。它们各有特点和适用条件，根据具体使用情况选用合适形式。 (2) 确定屋架的主要尺寸：跨度 l 和高度 h。 跨度 l 常由使用和工艺方面的要求确定， 计算跨度 l0=l - a(300400) 。屋架的高度 h 则由经济条件、刚度条件、运输界限及屋面坡度等因素确定，一般三角形屋架H- (1/41/6) L;梯形屋架 H-(1/61/10) L。 ( 3)根据屋面材料、屋架高度和腹杆形式来确定上弦节点的间距与划分方法。对 于有檩体系屋盖，应根据屋面材料的几何尺寸，确定檩条的间距 s, 由此决定了屋架上 弦每个节间内有几个节间荷载。 ( 4)钢材材

6、质根据工作条件确定，通常为 Q235B。 3.2 屋盖支撑布置 平面屋架在其本身平面内为几何形状不变体系并具有较大的刚度，能承受屋架平面 内的各种荷载。但是，平面屋架在垂直于屋架平面方向(称为屋架平面外)的刚度和稳 定性则很差，不能承受水平荷载。因此，为使屋架结构整体具有足够的强度、刚度和稳 定性，必须在屋架间设置支撑系统。 屋盖的支撑系统包含下列五种：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水 平支撑、垂直支撑和系杆。 如果屋盖结构中设有天窗架， 应相应设置上弦横向水平支撑、 垂直支撑和系杆 根据设计条件，正确地进行支撑的布置与设计，在计算书中绘制出支撑布置简图， 如SCI、SC2、CC1、

7、LG1、LG2，支撑的布置决定了屋架上、下弦杆侧向计算长度 l1。 3.3 荷载和杆件内力的计算 1. 永久荷载：包括屋面材料、檩条、屋架支撑、吊顶等，要注意荷载的分布情况； 水平与斜向分布的区别。 2. 可变荷载：包括活载、雪载、风载、积灰荷载和悬挂荷载等。 3. 杆件轴力Ni,先计算出节点荷载P、再按结构力学的方法、电算法或查表法等（推 荐采用结构力学求解器计算） ，确定全跨或半跨荷载作用下的内力系数（附图 1），由内 力系数即可确定各杆件的轴力 Ni。 4. 荷载组合：确定出各杆件的最不利内力。 对于与柱铰接的屋架应考虑下列荷载组合情况： 第一种是全跨荷载组合：即全跨永久荷载全跨屋面活荷

8、载或雪荷载（取两者的 较大值）全跨积灰荷载悬挂吊车荷载，所有屋架都应进行全跨满载时的内力计算。 第二种是半跨荷载组合：对于梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架应根据使用和 施工过程的荷载分布情况考虑半跨荷载的作用，可按下列半跨荷载组合计算：全跨永久 荷载半跨屋面活荷载（或（半跨雪荷载）半跨积灰荷载悬挂吊车荷载。采用大型 混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：屋架及天窗架（包括支撑）自 重半跨屋面板重半跨屋面活荷载。 3.4 杆件截面设计 对单壁式屋架，可根据腹杆的最大内力（对梯形和人字形屋架）或弦杆端节间内力 （对三角形屋架），首先确定节点板的厚度，再进行各杆件截面的设计。 单壁式屋架

9、杆件的截面形式，常采用由两个角钢组成的T 形截面、十字形截面或 单角钢。也可用 TW、 TM、 TN 型钢来代替双角钢组成的 T 形截面。 由双角钢组成的 T 形或十字形截面杆件，为了保证两个角钢共同工作，必须每隔 一定距离在两个角钢间加设填板。 按规定确定杆件的计算长度和长细比。 （ 1）上弦杆 上弦杆通常为轴心受压构件或压弯构件，应分别计算强度、平面内、外的稳定和 刚度。先确定弦杆平面内、外的计算长度lox、 loy，平面外为变内力杆。通常先初选截 面，再进行验算。应分别计算在两组荷载作用下（跨中Mi,Ni、支座M2,Ni）,弦杆平面 内、外的稳定性。 （2）下弦杆 下弦杆通常是拉杆，按强

10、度选择截面 An_N/f，还要满足刚度要求=l0i ， 因为loylox，宜选择不等肢角钢短肢相连，或等肢角钢。 （3）腹杆 腹杆为轴心受力构件，对于受压的轴压杆，应按稳定选择截面，先假定长细比， 选择等肢双角钢杆件（lox =0.81; loy=l ）。对受力较小的杆件，可选单角钢杆件，11=0.91， 注意强度折减。对于受拉杆，按强度选择截面。 （4） 对于不受力或受力较小的杆件，可按刚度要求选择截面i_ ,，对受压 =150，对受拉 =350。 （5）对于连垂直支撑杆件应按压杆选择截面，采用双角钢十字型截面形式，10=0.91。 （6）支撑系统布置。 （7） 交叉支撑的斜杆，SC1、SC

11、2、SC3,按拉杆选择，采用单角钢杆件，注意杆 件平面内、外计算长度的取值，lox =l;loy “，单角钢的回转半径取单角钢的主轴。 （8） 交叉支撑、刚性系杆，按压杆选择，采用双角钢的T型或十字型的截面。 （9） 柔性系杆，按拉杆选择，采用单角钢杆件，b=0.9l。 全部杆件截面选择好后，列入表格中汇总。 3.5节点设计 设计时，应注意节点的一般要求。 节点设计可以结合绘制施工图时进行，在计算书中说明几个典型节点的设计过程， 如上弦节点和下弦节点的节点，拼接节点、支座节点。 3.6施工图的绘制 在杆件设计和节点设计完成后，进行施工图的绘制。 屋架详图是表达所有单体构件（按构件编号）的详细图

12、，主要用于钢结构制造。其 内容包括多方面，现将屋架详图的主要内容和绘制要点叙述如下： （1）屋架详图一般应按运输单元绘制，但当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。 主要图面应绘制屋架正面图、上下弦的平面图，必要的侧面图和剖面图，以及某些 安装节点或特殊零件的大样图。屋架施工图通常采用两种比例尺绘制，杆件的轴线一般 用1： 20s 1： 30;节点和杆件截面尺寸用1: 10s 1： 15。 在图面左上角用合适的比例绘制屋架简图。图中一半注明杆件的几何长度（ mm）, 另一半注明杆件的内力设计值（kN ）。当梯形屋架I 24m、三角形屋架15m时，挠度 值较大，为了不影响使用和外观，须在制造时起拱，拱度

13、一般取屋架跨度的1/500,并 在简图中注明。应注明各零件（型钢和钢板）的型号和尺寸，包括加工尺寸、定位尺寸、 孔洞位置以及工厂制造和工地安装的要求。 应对零件详细编号，编号按主次、上下、左右顺序逐一进行。完全相同的零件用同 一编号，如果两个零件的形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切斜角等原因有所不同， 但系镜面对称时，亦采用同一编号，可在材料表中注明正或反字样。以示区别。 材料表应包括各零件的编号、截面、规格、长度、数量（正、反）和重量等。材料 表的作用不但可归纳各零件以便备料和计算用钢量，同时也可供配备起重运输设备时参 考。 （2）文字说明应包括钢号和附加条件、焊条型号、焊接方法和质量要求

14、，图中未 注明的焊缝和螺栓孔尺寸、油漆、运输、安装和制造要求，以及一些不易用图表达的内 容等。绘图时，应注意图面布置布局合理，分布均称，比例得当，应表达清楚准确，不 能将肢背线与轴线画重合了。 绘完图后，应认真检查，在节点处的焊缝标注完整正确，节点板尺寸、杆端尺寸是 否完整。 4. 课程设计的要求 要求每个学生独立完成钢屋架的设计，各同学根据各自任务，认真绘制出钢屋架施 工图一张和一份完整的计算书（含支撑系统布置）。计算书手写或者打印均可，打印要 求按格式书写，计算表格采用给定表格；图纸手绘或者 CAD图均可。 5. 参考资料 1 钢结构设计，沈祖炎主编，中国建工出版社，2003 2 钢结构（

15、第三版），戴国欣主编，武汉理工大学出版社，2007.12 3 钢结构设计规范（GB50017-2003）,中国建工出版社，2003 附图1钢屋架内力系数图 1. L= 21m ; i=1: 2.5 S =74 4m m 0. 5瞥. 0 0.539 4. L= 21m i=1: 10 2. L= 24m S为檩条间距。 8 15 08 15 08 15 08 l o 2加跨梯形吊架形式及几何尺寸 咲耐架杆件需 5. L= 30m i=1: 10 15 08 15 0815 0815081508 15 0815 08 mm 15 09 :JOm跨幌形屋架形式及几何尺寸 15 it 35跨梯形屋架杆件编号 附表2屋架和支撑杆件截面选择表(打印手工填写) 件件 计算 内力 (N) 几何 长度 (m) 计算长度 (m) 截面 规格 截面积 A(mm2) 回转半径 (cm) 长细比 塑性 系数 X1 X2 等效弯 矩系数