大学建筑工程—钢结构课程设计任务书教案资料

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：

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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4.8～6.6m，车间内设有一台200KN的中级工作制的吊车，计算温度高于-20℃。

（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1.5m×（4.5～6.6m）的预应力混凝土大型屋面板（重量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400×400，砼强度等级为C25，基本风压W0=350N/m2，屋面均布活载或雪载为500N/m2，积灰荷载为100~500N/m2，无抗震要求。

（3）屋架形式采用三角形屋架，屋面坡度为1:2.5~1:3；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：G W=117+11L（N/m2），或中L为跨度（m）。

（5）班级任务安排下表1

2. 设计内容

按照给出的基本资料进行设计计算

1. 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(300~400) 。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≈（1/4~1/6）L；梯形屋架H≈（1/6~1/10）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SC1、SC2、CC1、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N i，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N i。

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l ox、l oy，平面外为变内力杆。通常先初选截