湖南科技大學建筑工程—鋼結構課程設計任務書

1、湖南科技大學建筑工程專業(yè) 鋼結構課程設計指導書設計課題：鋼屋架設計指導教師：呂偉榮湖南科技大學土木工程學院建筑工程系2013年6月鋼結構課程設計指導書1. 設計資料（1）某單跨廠房，長度為120m，柱距4.56.6m，車間內(nèi)設有一臺200KN的中級工作制的吊車，計算溫度高于-20。（2）屋架形式有三角形或梯形鋼屋架。采用三角形鋼屋架的屋面采用石棉水泥波形瓦屋面（重量200N/m2），輕鋼檁條及拉條（重量100N/m2）。采用梯形屋架的屋面采用1.5m×（4.56.6m）的預應力混凝土大型屋面板（重量1500N/m2），上鋪100mm厚泡沫砼保溫屋（重量800N/m2）和三氈四油防水層

2、（重量300N/m2）。鋼屋架簡支于鋼筋砼柱上，上柱截面為400×400，砼強度等級為C25，基本風壓W0=350N/m2，屋面均布活載或雪載為500N/m2，積灰荷載為100500N/m2，無抗震要求。（3）屋架形式采用三角形屋架，屋架跨度為15m、18m、21m、24m，屋面坡度為1:2.51:3；或采用梯形屋架，屋架跨度為21m、24m、27m、30m、33m，屋面坡度都為1:10（24m梯形屋架自行設計）。鋼材為Q235-B，焊條為E43系列，手工焊。（4）屋架和支撐自重估計公式：GW=117+11L（N/m2），或中L為跨度（m）。（5）班級學生任務安排下表1表1 班級同學

3、按學號設計任務分配表學號分組跨度/m屋架型式學號分組123415三角形56781891011122113141516241718192021梯形21222324242526272827293031323033343536（37）33柱距/m5.15.45.76.0 指導教師安排：建工1班呂偉榮戴益民；建工3班王彥設計時間：1516周，6月14號之前必須全部完成。2. 設計內(nèi)容 按照給出的基本資料進行設計計算 1. 屋架的選型、尺寸的確定，鋼材材質(zhì)的選擇。 2. 屋蓋支撐體系的設計：上下弦桿水平支撐、垂直支撐及系桿的布置與截面選擇。 3. 荷載與桿件內(nèi)力的計算：節(jié)點荷載、桿件軸力計算。 4. 桿

4、件截面的設計：定各桿件的形式、規(guī)格。 5. 節(jié)點設計：定節(jié)點板的形狀尺寸、桿端焊縫計算與構造要求。6. 施工圖，繪制一個鋼屋架的施工圖。3. 設計步驟3.1 屋架的選型（1）根據(jù)課程設計的要求，選擇具體的設計題目，結合已給的設計基本資料，確定屋蓋結構體系，屋架的外形、尺寸，腹桿的形式等。根據(jù)屋面材料的不同，蓋結構體系分為無檁屋蓋和有檁屋蓋。屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。腹桿布置形式常用的有芬克式、人字式、單斜式、交叉式和再分式。它們各有特點和適用條件，根據(jù)具體使用情況選用合適形式。（2）確定屋架的主要尺寸：跨度l和高度h?？缍萳常由使用和工藝方面的要求確定，計算跨度l0=l

5、- a(300400) 。屋架的高度h則由經(jīng)濟條件、剛度條件、運輸界限及屋面坡度等因素確定，一般三角形屋架H（1/41/6）L；梯形屋架H（1/61/10）L。（3）根據(jù)屋面材料、屋架高度和腹桿形式來確定上弦節(jié)點的間距與劃分方法。對于有檁體系屋蓋，應根據(jù)屋面材料的幾何尺寸，確定檁條的間距s, 由此決定了屋架上弦每個節(jié)間內(nèi)有幾個節(jié)間荷載。（4）鋼材材質(zhì)根據(jù)工作條件確定，通常為Q235B。3.2 屋蓋支撐布置 平面屋架在其本身平面內(nèi)為幾何形狀不變體系并具有較大的剛度，能承受屋架平面內(nèi)的各種荷載。但是，平面屋架在垂直于屋架平面方向（稱為屋架平面外）的剛度和穩(wěn)定性則很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋

6、架結構整體具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設置支撐系統(tǒng)。屋蓋的支撐系統(tǒng)包含下列五種：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐和系桿。如果屋蓋結構中設有天窗架，應相應設置上弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿 根據(jù)設計條件，正確地進行支撐的布置與設計，在計算書中繪制出支撐布置簡圖，如SC1、SC2、CC1、LG1、LG2，支撐的布置決定了屋架上、下弦桿側(cè)向計算長度l1。3.3 荷載和桿件內(nèi)力的計算 1. 永久荷載：包括屋面材料、檁條、屋架支撐、吊頂?shù)?，要注意荷載的分布情況；水平與斜向分布的區(qū)別。 2. 可變荷載：包括活載、雪載、風載、積灰荷載和懸掛荷載等。3. 桿件軸力Ni

7、，先計算出節(jié)點荷載P、再按結構力學的方法、電算法或查表法等（推薦采用結構力學求解器計算），確定全跨或半跨荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)（附圖1），由內(nèi)力系數(shù)即可確定各桿件的軸力Ni。4. 荷載組合：確定出各桿件的最不利內(nèi)力。對于與柱鉸接的屋架應考慮下列荷載組合情況：第一種是全跨荷載組合：即全跨永久荷載全跨屋面活荷載或雪荷載（取兩者的較大值）全跨積灰荷載懸掛吊車荷載，所有屋架都應進行全跨滿載時的內(nèi)力計算。第二種是半跨荷載組合：對于梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架應根據(jù)使用和施工過程的荷載分布情況考慮半跨荷載的作用，可按下列半跨荷載組合計算：全跨永久荷載半跨屋面活荷載（或（半跨雪荷載）半跨積灰荷載懸掛吊車荷

8、載。采用大型混凝土屋面板的屋架，尚應考慮安裝時可能的半跨荷載：屋架及天窗架（包括支撐）自重半跨屋面板重半跨屋面活荷載。3.4 桿件截面設計 對單壁式屋架，可根據(jù)腹桿的最大內(nèi)力（對梯形和人字形屋架）或弦桿端節(jié)間內(nèi)力（對三角形屋架），首先確定節(jié)點板的厚度，再進行各桿件截面的設計。單壁式屋架桿件的截面形式，常采用由兩個角鋼組成的T形截面、十字形截面或單角鋼。也可用TW、TM、TN型鋼來代替雙角鋼組成的T形截面。由雙角鋼組成的T形或十字形截面桿件，為了保證兩個角鋼共同工作，必須每隔一定距離在兩個角鋼間加設填板。按規(guī)定確定桿件的計算長度和長細比。（1）上弦桿上弦桿通常為軸心受壓構件或壓彎構件，應分別計算

9、強度、平面內(nèi)、外的穩(wěn)定和剛度。先確定弦桿平面內(nèi)、外的計算長度lox、 loy，平面外為變內(nèi)力桿。通常先初選截面，再進行驗算。應分別計算在兩組荷載作用下（跨中M1,N1、支座M2,N1），弦桿平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性。（2）下弦桿下弦桿通常是拉桿，按強度選擇截面，還要滿足剛度要求，因為，宜選擇不等肢角鋼短肢相連，或等肢角鋼。（3）腹桿腹桿為軸心受力構件，對于受壓的軸壓桿，應按穩(wěn)定選擇截面，先假定長細比，選擇等肢雙角鋼桿件（）。對受力較小的桿件，可選單角鋼桿件，l1=0.9l，注意強度折減。對于受拉桿，按強度選擇截面。（4）對于不受力或受力較小的桿件，可按剛度要求選擇截面，對受壓，對受拉。（5）對于連垂

10、直支撐桿件應按壓桿選擇截面，采用雙角鋼十字型截面形式，l0=0.9l。（6）支撐系統(tǒng)布置。（7）交叉支撐的斜桿，SC1、SC2、SC3，按拉桿選擇，采用單角鋼桿件，注意桿件平面內(nèi)、外計算長度的取值，單角鋼的回轉(zhuǎn)半徑取單角鋼的主軸。（8）交叉支撐、剛性系桿，按壓桿選擇，采用雙角鋼的T型或十字型的截面。（9）柔性系桿，按拉桿選擇，采用單角鋼桿件，l0=0.9l。全部桿件截面選擇好后，列入表格中匯總。 3.5 節(jié)點設計設計時，應注意節(jié)點的一般要求。節(jié)點設計可以結合繪制施工圖時進行，在計算書中說明幾個典型節(jié)點的設計過程，如上弦節(jié)點和下弦節(jié)點的節(jié)點，拼接節(jié)點、支座節(jié)點。3.6 施工圖的繪制在桿件設計和節(jié)

11、點設計完成后，進行施工圖的繪制。屋架詳圖是表達所有單體構件（按構件編號）的詳細圖，主要用于鋼結構制造。其內(nèi)容包括多方面，現(xiàn)將屋架詳圖的主要內(nèi)容和繪制要點敘述如下：（1）屋架詳圖一般應按運輸單元繪制，但當屋架對稱時，可僅繪制半榀屋架。主要圖面應繪制屋架正面圖、上下弦的平面圖，必要的側(cè)面圖和剖面圖，以及某些安裝節(jié)點或特殊零件的大樣圖。屋架施工圖通常采用兩種比例尺繪制，桿件的軸線一般用1：201：30；節(jié)點和桿件截面尺寸用1：101：15。在圖面左上角用合適的比例繪制屋架簡圖。圖中一半注明桿件的幾何長度（mm），另一半注明桿件的內(nèi)力設計值（kN）。當梯形屋架、三角形屋架時，撓度值較大，為了不影響使用

12、和外觀，須在制造時起拱，拱度一般取屋架跨度的1/500，并在簡圖中注明。應注明各零件（型鋼和鋼板）的型號和尺寸，包括加工尺寸、定位尺寸、孔洞位置以及工廠制造和工地安裝的要求。應對零件詳細編號，編號按主次、上下、左右順序逐一進行。完全相同的零件用同一編號，如果兩個零件的形狀和尺寸完全一樣，僅因開孔位置或切斜角等原因有所不同，但系鏡面對稱時，亦采用同一編號，可在材料表中注明正或反字樣。以示區(qū)別。材料表應包括各零件的編號、截面、規(guī)格、長度、數(shù)量（正、反）和重量等。材料表的作用不但可歸納各零件以便備料和計算用鋼量，同時也可供配備起重運輸設備時參考。（2）文字說明應包括鋼號和附加條件、焊條型號、焊接方法

13、和質(zhì)量要求，圖中未注明的焊縫和螺栓孔尺寸、油漆、運輸、安裝和制造要求，以及一些不易用圖表達的內(nèi)容等。繪圖時，應注意圖面布置布局合理，分布均稱，比例得當，應表達清楚準確，不能將肢背線與軸線畫重合了。繪完圖后，應認真檢查，在節(jié)點處的焊縫標注完整正確，節(jié)點板尺寸、桿端尺寸是否完整。4. 課程設計的要求要求每個學生獨立完成鋼屋架的設計，各同學根據(jù)各自學號按表1分配設計任務，認真繪制出鋼屋架施工圖一張和一份完整的計算書（含支撐系統(tǒng)布置）。5. 參考資料1 鋼結構設計，沈祖炎主編，中國建工出版社， 20032 鋼結構（第三版），戴國欣主編，武漢理工大學出版社，2007.123 鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003），中國建工出版社，2003附圖1 鋼屋架內(nèi)力系數(shù)圖 附表2 屋架和支撐桿件截面選擇表 件 件計算內(nèi)力(N)幾何長度(m)計算長度(m)截面