卫韩龙钢结构课程设计.doc

钢结构课程设计
钢结构课程设计任务书
1 设计题目
某厂房钢屋架设计。
2 设计目的　
课程设计是本课程教学的实践教学环节之一，通过设计使学生进一步掌握钢屋架的设计原理、方法、步骤，提高综合分析、解决问题的能力。
3 设计条件　
某厂房总长度90m，跨度根据不同的学号从附表中取，屋盖体系可从以下所给的类型中选取。纵向柱距6m 。
3.1 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8度，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）。
3.2 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）如附图所示。屋架采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用Q235钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345钢，焊条为E50型。
3.3 屋盖结构及荷载
（1）永久荷载：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 kN/m2
水泥砂浆找平层 0.4 kN/m2
保温层 kN/m2(按分组表确定)
一毡二油隔气层 0.05 kN/m2
水泥砂浆找平层 0.3 kN/m2
预应力混凝土大型屋面板 1.4 kN/m2
屋架及支撑自重：按经验公式计算： KN/m2
悬挂管道： 0.15 kN/m2
（2）可变荷载：
屋面活荷载标准值： 0.7kN/m2
雪荷载标准值： 0.35kN/m2
积灰荷载标准值： kN/m2(按分组表确定)

4 设计内容
4.1 确定屋盖结构及支撑的布置图；
4.2 选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；
4.3对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点；
4.4 屋架施工图
（1）手工绘制运送单元的施工图，用铅笔绘制白纸图。设计的节点应尺寸齐备、书写规范、满足构造要求；
（2）施工图内容
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，以及超拱度。
②屋架正面图，上、下弦平面图（有二个比例）。
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。
⑥说明。
5 设计要求
5.1 设计内容完整、计算准确、保证经济；图纸整洁、布图合理；
5.2 计算书须用打印并装订（A4），插图应按一定比例绘制，做到眉目清晰，文图配合；
5.3 图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）》和《建筑结构制图标准（GB/T 50105—2001）》的要求；
5.4屋架跨度、保温层及积灰荷载取值见分组附表所示。请将自己的取值填入设计任务书中；
6 设计进度与考核：
6.1 进度
设计时间一周；
6.2 考核
根据设计内容的完整性、结构合理性、计算准确性以及图纸的质量、口试、考勤等方面为评分标准；
7 参考资料
[1] 夏志斌．钢结构原理与设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008.7.
[2] 刘声扬．钢结构原理与设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008.7.
[3] 夏志斌，姚谏.钢结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社.2005.9.
[4] GB50017-2002钢结构设计规范[S]．北京：中国计划出版社.2002.
[5] GB50009-2001建筑结构荷载规范 [S]．北京:中国建筑工业出版社.2002.

附表 钢屋架跨度、保温层及积灰荷载的取值
学 号
1
2
3
4
5
6
7
跨 度
18
21
24
18
21
24
18
保温层
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
积灰荷载
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
学 号
8
9
10
11
12
13
14
跨 度
21
24
18
21
24
18
21
保温层
0.65
0.55
0.6
0.5
0.7
0.7
0.65
积灰荷载
1.3
1.2
1.2
1.0
1.3
0.7
0.8
学 号
15
16
17
18
19
20
21
跨 度
24
18
21
24
18
21
24
保温层
0.65
0.6
0.5
0.45
0.45
0.5
0.4
积灰荷载
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.3
1.2
学 号
22
23
24
25
26
27
28
跨 度
18
21
24
18
21
24
18
保温层
0.5
0.45
0.55
0.7
0.65
0.65
0.6
积灰荷载
1.2
1.0
1.3
1.3
1.0
1.2
1.2
学 号
29
30
31
32
33
34
35
跨 度
21
24
18
21
24
18
21
保温层
0.5
0.45
0.45
0.5
0.4
0.5
0.45
积灰荷载
1.3
1.1
1.2
0.9
0.8
0.7
1.2
学 号
36
37
38
39
40
41
42
跨 度
24
18
21
24
18
21
24
保温层
0.55
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
积灰荷载
1.0
1.3
1.0
1.2
1.2
1.3
1.1

附 图

a . 18米跨屋架几何尺寸

b . 18米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值

c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
钢结构课程设计计算书
1.设计资料
1.1某厂房总长度90米，跨度为18米，纵向柱距为6米。
1.2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8度，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）。
1.3屋架采用的钢材、焊条尺寸：梯形钢屋架用Q235钢，焊条为E43型。
2.屋架形势和几何尺寸
屋面材料采用大型屋面板1.5×6.0m预应力混凝土屋板，故采用无檩体系平坡梯形屋架。屋架跨度为每端支座中线缩进150，则屋架的计算跨度，吊车吨位为，采用封闭式组合。
屋架各杆件的几何尺寸如图所示。

3.支撑布置.
厂房长度为，故仅在房屋两端部开间设置上、下弦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，其余为柔性系杆。

4.屋架节点荷载
屋面坡度较小，故对所有荷载均按水平投影面计算（风荷载为风吸力，且本设计为重屋盖，故不考虑）：
永久荷载标准值：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层
水泥砂浆找平层
保温层
一毡二油隔气层
水泥砂浆找平层
预应力混凝土屋面板
屋架和支撑自重 0.12+0.011×18=0.318
合计
可变荷载：
屋面活荷载标准值
雪荷载标准值
屋面积灰荷载
荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。对跨中部分斜腹杆因半跨荷载可能
产生的内力变号，采取将跨度中央每侧各两斜腹杆（图中杆）均按压杆控制长细比，故不再考虑半跨荷载作用的组合。
由可变荷载效应控制的内力组合计算：取永久荷载，屋面活荷载，屋面积灰荷载，则节点荷载设计值为：

由永久荷载效应控制的内力组合计算：取永久荷载，屋面活荷载，屋面积灰荷载，则节点荷载设计值为：

故应取节点荷载设计值

5.屋架杆件内力.
经计算在全跨荷载作用下的屋架杆件内力系数如图右半部分，内力设计值如下图所示。

6.杆件截面选择.
按腹杆最大内力，查表钢，选中间节点板厚度为，支座节点板厚度为。
6.1上弦杆
整个上弦杆采用等截面，按最大内力计算。
，。
假定， 查附表1.2，，
则
，
由附表10选用2 L110×70×8，短肢相并。
，，。
截面验算： 满足
满足
双角钢T形截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比
，则
故取， 查附表1.2，
满足
6.2下弦杆
整个下弦杆采用等截面，按最大内力计算。
，。

由附表10选用2 L110×70×6，短肢相并。
，，
满足
满足
满足
6.3腹杆
6.3.1杆：
，。
假定， 查附表1.2，

由附表10选用2 L125×80×8长肢相并。
，，
满足
满足
故由， 查附表1.2，得
满足
6.3.2 杆：
，
。

选用2 ∟，查附表9，，
，。
满足
满足
满足
6.3.3 杆：
，
，。
假定， 查附表1.2，

选用2 ∟63×8，查附表9
，，
满足
满足
故由，查附表1.2，得
满足
6.3.4 杆：
，
，。

选用∟，则，，
满足
满足
满足
6.3.5 杆：

，
假定， 查附表1.2，

选用2 ∟，查附表9，
，，。
满足
满足
故由，查附表1.2，得
满足
6.3.6gG杆

选用2 ∟十字相连，查附表9，，
满足
满足
6.3.7 、杆：
,其内力值大小相同，选用长细比较大的竖杆进行设计，则可保证其它竖杆的安全可靠性。
，内力较小，
选用∟，则，，。
满足
满足
故由，查附表1.2，得
满足
6.3.8 aA杆

根据布置螺栓的要求，端竖杆最小应当选用∟的角钢，采用十字行截面，
，。
端竖杆：
满足
故，查附表1.2，得
满足
七、节点设计
1）屋脊节点

竖杆gG杆端焊缝按构造取和为和。上弦与节点板的连接缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷载，一般可不作计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力的进行计算，即。
其产生的偏心矩
现取节点板尺寸如图所示。
设肢尖焊脚尺寸 则焊缝计算长度 验算肢尖焊缝强度：
满足
拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸
则接头一侧需要的焊缝计算长度：
拼接角钢的总长度：
，取
拼接角钢竖肢需切去的高度：，取，即坚肢余留高度为45mm。
2）下弦拼接节点

拼接角钢采用与下弦相同的截面，拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计。
设角焊缝焊脚尺寸，则接头一侧需要的焊缝计算长度为

拼接角钢的总长度：
取。拼接角钢水平肢较宽，故采用斜切，不但便于焊接，且可增加焊缝长度。水平肢上的安装螺栓孔，待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水平支撑。竖肢因切肢后余留高度较小，不设安装螺栓。
拼接角钢竖肢需切去的高度：
取，即坚肢余留高度为50mm。
取两斜腹杆杆端至节点中心距离为，竖杆杆端至节点中心的距离为。节点板按布置腹杆杆端焊缝需要，采用。
3）支座节点
根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用。为便于施焊，取底板上表面至下弦轴线的距离为。且在支座中线处设加劲肋—90×10，高度与节点板相同，亦为。
① 底板计算
支座反力
根据构造要求，取底板尺寸为。锚栓采用，并用图示U形缺口。柱采用混凝土，。
作用于板底的压应力为：
满足
底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支承板，

，查表得
则底板单位宽度上的最大弯矩

取（按厚度取值）
则需要底板厚度：，取
②加劲肋计算

对加劲肋和节点板间的两条竖直焊缝进行验算。
设，取焊缝最大计算长度（实际焊缝长度）

满足
③加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算

焊缝的总计算长度：

满足
其余节点略。
8. 附：屋架截面尺寸选择表
9. 屋架施工图（见附图）

土木工程学院2008级房屋建筑（1）班 17