梯形钢屋架课程设计任务书.doc

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1、钢结构设计课程设计任 务 书 与 指 导 书九江学院土木工程与城市建设学院徐 芸二0一六年三月 任 务 书一、 题目：厂房m钢屋架设计二、 目的通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。三、 设计资料某车间跨度为18、21、24、27m，厂房总长度90m，柱距6m，车间内设有两台50/10t中级工作制软钩桥式吊车,地区计算温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为18m；采用1.5

2、6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，桁架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为450450mm，混凝土强度等级为C25。屋架采用的钢材及焊条为：Q235B钢或Q345钢，焊条为E43型、E50型。四、 设计任务及要求1. 完成设计计算书一份内容：（1） 设计资料、设计依据（2） 选择钢屋架的材料，并明确提出对保证项目的要求；（3） 确定屋架形式及几何尺寸，屋盖及支撑布置；（4） 进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选择各杆件截面(截面形式可以任意，比如角钢、钢管等均可)；（5） 节点设计：设计下弦节点、上弦节点、再分式腹杆节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节

3、点等。（6） 填板设计（7） 材料统计要求：（1）书写工整（不能用圆珠笔或铅笔），表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据；（2）图表应用得当（应附有与设计有关的插图和说明），各种图形应按比例并用仪器绘制。2. 绘制钢屋架施工图（A1一张）（1） 屋架几何尺寸和内力简图（1:100）；（2） 构件详图：屋架正立面图（比例1:201:10）,节点大样，上、下弦平面图，端部侧面图、跨中及中间部位剖面图；（3） 零件或节点大样图（1:5）；（4） 材料表；（5） 设计说明。要求：图纸应符合房屋建筑制图统一标准和建筑结构制图标准的要求；3. 课程设计上交时间：第9周周三（4月20日）下午3

4、:00之前交给给班级学委。请各班学委按照学号依次整理后当天下午3:30之前联系我即可。五、 设计题目（1） 荷载数值见表1。（2） 每人单独设计一榀屋架。屋架的跨度L（m）、端部高度H0（m）、屋面坡度i及荷载形式按下表15的序号选择（按班级、学号依次选题）。表1 荷载值荷载一（标准值）永久荷载：改性沥青防水层0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m280厚泡沫混凝土保温层0.6kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.5kN/m2悬挂管道0.15N/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压：0.35 kN/m2基本雪压：（不与活荷

5、载同时考虑） 0.5kN/m2积灰荷载0.5kN/m2不上人屋面活荷载0.7kN/m2（可变荷载可按水平投影面积计算）荷载二（标准值）永久荷载：改性沥青防水层0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m2150厚加气混凝土保温层0.9kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2悬挂管道 0.10N/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压：0.40 kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑 ） 0.5kN/m2积灰荷载0.7kN/m2不上人屋面活荷载0.7kN/m2（可变荷载可按水平投影面积计算）荷载三（标准值）永久荷载：改性

6、沥青防水层 0.4kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m2120厚加气混凝土保温层0.7kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）1.4kN/m2悬挂管道0.10N/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压： 0.45 kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.4kN/m2积灰荷载 0.7kN/m2上人屋面活荷载 1.2kN/m2（可变荷载可按水平投影面积计算）荷载四（标准值）屋面采用。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚保温层；防水层，上铺小石子。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.

7、3 kN/m2。永久荷载：三毡四油沥青防水层 0.3kN/m220厚1:2.5水泥砂浆找平层0.4kN/m280厚泡沫混凝土保温层 0.55kN/m21.56.0m大型屋面板（包括灌缝） 1.2kN/m2悬挂管道0.10N/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m2可变荷载基本风压：0.45 kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.5kN/m2积灰荷载0.3kN/m2上人屋面活荷载0.7kN/m2（可变荷载可按水平投影面积计算）表2 A1311班学生学号与设计选题对应表荷载荷载一荷载二荷载三屋面坡度i=1/10i=1/11i=1/12 跨度（m）学号端部高度（m）18

8、21242718212427182124271.701917253136391.7521018263237401.80311192733381.85414122028341.9046425132129352.00474361422302.05494471523482.10504581624截面角钢钢管（方管、圆管）表3 A1312学生学号与设计选题对应表荷载荷载四荷载一荷载二屋面坡度i=1/10i=1/11i=1/12 跨度（m）学号端部高度（m）1821242718212427182124271.701917253136391.7521018263237401.80311192733381.

9、85414122028341.9046425132129352.00474361422302.05494471523482.10504581624截面角钢（Q235B钢）钢管（方管、圆管）（Q345钢）表4 A1313班学生学号与设计选题对应表荷载荷载三荷载四荷载一屋面坡度i=1/10i=1/11i=1/12 跨度（m）学号端部高度（m）1821242718212427182124271.701917253136391.7521018263237401.80311192733381.85414122028341.9046425132129352.00474361422302.054944715

10、23482.10504581624截面角钢（Q345钢）钢管（方管、圆管）（Q235B钢）表5 A1314班学生学号与设计选题对应表荷载荷载二荷载三荷载四屋面坡度i=1/10i=1/11i=1/12 跨度（m）学号端部高度（m）1821242718212427182124271.701917253136391.7521018263237401.80311192733381.85414122028341.9046425132129352.00474361422302.05494471523482.10504581624截面角钢（Q235B钢）钢管（方管、圆管）（Q345钢）注意事项（仅以角钢截面

11、为例）1.节点设计的基本要求（参见教材）（1）各杆件的形心线位置尽量与屋架几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心所产生的附加弯距。（焊接桁架中应调整称5mm的倍数）（2）节点强度一般应高于相连接的杆件的承载力。（3）节点的传力路线明确，构造形式便于制作和安装。（4）角钢的切断面一般与其轴线垂直，需要斜切时只能切肢尖。2.节点板设计节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定，节点板的形状应简单，如矩形、梯形等，必要时也可以绘制成其它形状，但至少应有2条平行边；节点板厚度按表9.6.3选定，同一榀屋架中除支座节点板比其它节点板厚2mm外，其余厚度均一致。按比例画出各杆件尺寸，考虑构造要求后（各杆件

12、之间应留有空隙a，在承受静力荷载时a20mm，在承受动力荷载时a 50mm）；画出各杆件在节点处角钢切断位置。3.施工图绘制施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。 起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度24m的梯形屋架中间起拱约为跨度的1/500。1）通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。一半标出几何长度，另一半杆件的计算内力值。 2）屋架的正面图。可用比例1:301:20。 3）屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的

13、剖面图。 4）节点图：节点尺寸可用比例1:151:10。5）标注尺寸，要全部注明各杆件和板件的定位尺寸和孔洞位置等。 6）编制材料表，对所有零件应进行详细编号，编号应按零件的主次、上下，左右一定顺序逐一进行。7）文字说明包括所用钢材的钢号及保证项目；焊条型号，焊接方法和质量要求；图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求；油漆、加工和运输要求等。4. 课程设计评分标准课程设计评分标准见表6。表6 2013级本科土木工程专业钢结构课程设计评分标准项目权重分值优秀（100X90）良好（100X90）中等（100X90）及格（100X90）不及格（100X90）参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准图纸0.

14、5100设计合理,图纸内容与计算书完全吻合,图幅、图框选择合理,图面布置优美,内容表达完整、正确,线型选择正确,标注到位,完全符合国家制图标准设计合理，图纸内容与计算书比较吻合，图幅、图框选择合理，图面布置比较优美，内容表达比较完整、正确，线型选择正确，标注比较到位，比较符合国家制图标准设计基本合理，图纸内容与计算书基本吻合，图幅、图框选择基本合理，内容表达基本完整、正确，线型选择基本正确，标注基本到位，基本符合国家制图标准设计基本合理，图纸内容与计算书大部分吻合，图幅、图框选择基本合理，内容表达大部分完整、正确，线型选择大部分正确，标注基本到位，没有根本违反国家制图标准设计不合理，图纸内容与

15、计算书不吻合；内容表达不完整、正确；线型选择不正确且标注不到位，违反国家制图标准。以上犯一条以上即为不及格图纸计算书0.4100理论分析与计算正确，数据来源可靠，计算内容完整没有遗漏,结构严谨，逻辑性强,语言准确，文字流畅,手写且书写工整,插图完整，标注清晰明白理论分析与计算比较正确，数据来源比较可靠，计算内容完整没有遗漏，结构比较严谨，逻辑性强，语言准确，文字流畅，手写且书写比较工整，插图比较完整，标注比较清晰明白理论分析与计算基本正确，数据来源基本可靠，计算内容基本没有遗漏，结构比较严谨，文字基本流畅，手写且书写基本工整，插图基本完整，标注基本清晰明白理论分析与计算没有原则错误但小问题较多

16、，计算内容有较多小遗漏，结构还算严谨，文字基本流畅，手写且书写基本工整，插图不太完整，标注不太清晰明白理论分析与计算有原则错误；计算内容有较多遗漏；结构不严谨且书写不工整、无法阅读；插图基本没有或者有几幅不完整的手绘插图标注没有或者不清晰明白。以上犯一条以上即为不及格计算书学习态度0.1100学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间学习态度比较认真，科学作风良好，能圆满完成任务书规定任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项任务学习态度尚可，在教师的督促下基本能按期完成各项任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨，不能保证设计时间和进度指 导 书一、教学要求1. 了解普通

17、钢屋架设计的全过程；2. 学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法3. 了解钢屋盖支撑体系的作用并能正确布置支撑；4. 掌握钢屋架的内力计算、杆件截面选择，节点设计的方法；5. 掌握焊接连接的构造要求。二、屋架形式及主要尺寸的确定在确定钢屋架外形时，应满足适用、经济和制造安装方便的原则。腹杆和节点数尽量少，应使短杆受压，长杆受拉，杆件夹角宜在3060之间。屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、节间宽度。跨度一般以3m为模数。计算跨度：L0=L-2150mm卷材防水屋面上弦坡度为：1/81/12 时，跨中高度一般为：（1/61/10）L；端部高度常用：H01.82.2m；上弦节间长度应等于大型屋

18、面板的宽度。三、屋架的内力计算1.计算的基本假定节点均为铰接；所有杆件的轴线均位于同一平面内，且同心交汇于节点；荷载均作用于节点。2.内力计算按结构力学得方法进行。3.内力组合（1）全跨永久荷载+全跨屋面活荷载或雪荷载（两者中的较大值）+全跨积灰荷载（2）全跨永久荷载+半跨屋面活荷载或雪荷载（两者中的较大值）+半跨积灰荷载（3）全跨屋架重+半跨屋面板和施工时活荷载（施工活荷载或雪荷载的较大值）由于屋面夹角较小，风载为吸力，起卸载作用，一般不考虑。施工时要求屋面板对称安装，因此也不考虑组合（3）。四、杆件的计算长度和长细比1. 杆件的计算长度表1桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l0项次弯曲方向弦杆腹

19、杆支座斜杆和支座竖杆其它腹杆1在桁架平面内ll0.8l2在桁架平面外l1ll3斜平面-l0.9 l注：1. l为构件的几何长度(节点中心间距离)；l1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。 2. 斜平面系指与桁架平面斜交的平面,适用于构件截面两个主轴均不在桁架平面内的单角钢和十字形截面的腹杆。当桁架弦杆侧向支承点之间的距离为节间长度的2倍（见教材）,且两节间弦杆轴心压力不相同时,弦杆（包括再分式腹杆体系中的受压腹杆）在平面外的计算长度应按下式计算：2. 长细比压杆：ll=150拉杆：ll=350有重级工作制吊车时ll=250四、杆件截面形式和截面选择原则：lxly1. 上下弦杆上、下弦杆l0x=l，

20、loy=l1，一般loy l0x（2倍以上）故通常采用短肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix2.8)。2. 支座腹杆支座腹杆l0x loy =l，故通常采用长肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix0.9)。3. 一般腹杆一般腹杆 loy =l，l0x0.8 l，loy/ l0x1.25，故通常采用等边角钢T形截面(iy/ix1.5)。4. 再分式腹杆再分式主斜杆一般是loy/ l0x2，因杆件通常较短故通常采用等边角钢T形截面(iy/ix1.5)，必要时可用短肢相并的不等边角钢T形截面(iy/ix2.8)；再分式腹杆l0x loy =l，但一般是杆件短内力小，故常较小规格的等边角钢T形截面(

21、iy/ix0.9)。5. 跨中腹杆桁架正中竖杆，为保证屋架在运输和安装的方便，以及与正中垂直支撑和系杆连接不偏心，并获得较大的刚度，通常采用等边角钢组成十形截面。6填板的设置双角钢T形或十形截面是组合截面，应每隔一定间距在两角钢间放置填板，以保证两个角钢能整体共同受力。填板间距对压杆用ld40i1，对拉杆用ld80i1，i1一个角钢对11形心轴的回转半径，一般杆件，每个节间的填板数2个（T形截面）和3个（十形截面）；在侧向支承点间距2个节间的连续直通弦杆或腹杆中，每节间的填板数一般不得少于1个。7.截面选择普通钢屋架中所采用的角钢规格不宜小于L455或L56364。为了便于钢材备料，在同一榀屋

22、架中，角钢规格不宜过多，一般为56种。轴心受拉：（2）轴心受压：对于压杆可先假定长细比l60100（弦杆）或l80120（腹杆）,查表得j值，即可计算所需面积A。（3） 杆件截面选择(上下弦杆不等边角钢短肢相拼,支座竖杆、斜杆不等边角钢短肢相拼长肢相拼，其余腹杆采用等边角钢相拼的T形截面，跨中竖杆等边角钢十字拼接。五、节点设计1.节点设计的基本要求（参见教材）（1）各杆件的形心线位置尽量与屋架几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心所产生的附加弯距。（焊接桁架中应调整称5mm的倍数）（2）节点强度一般应高于相连接的杆件的承载力。（3）节点的传力路线明确，构造形式便于制作和安装。（4）角钢的

23、切断面一般与其轴线垂直，需要斜切时只能切肢尖。2.节点板设计节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定，节点板的形状应简单，如矩形、梯形等，必要时也可以绘制成其它形状，但至少应有2条平行边；节点板厚度按表91选定，同一榀屋架中除支座节点板比其它节点板厚2mm外，其余厚度均一致。按比例画出各杆件尺寸，考虑构造要求后（各杆件之间应留有空隙a，在承受静力荷载时a1020mm，在承受动力荷载时a50mm）；画出各杆件在节点处角钢切断位置。桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定应符合： 对有竖腹杆的节点板，当时，可不计算稳定，否则应进行稳定计算。且。（t节点板厚度） 对无竖腹杆的节点板，当时，可不计算稳定，否则应

24、进行稳定计算。且。3.节点的计算与构造（1）上弦节点（有集中力作用）腹杆与节点板的连接焊缝按各腹杆的内力计算： lw1 、lw2 角钢肢背和肢尖的焊缝计算长度l-2hfk1、k2角节点板的连接焊缝钢肢背和肢尖的焊缝内力分配系数。上弦杆与节点板的连接焊缝的计算假定节点荷载P由塞焊缝来承受，则上弦肢背塞焊缝计算：上弦肢尖角焊缝只传递弦杆内力差值，则上弦肢尖焊缝考虑偏心距的计算：（2）下弦一般节点（无节点集中荷载）腹杆与节点板的连接与（1）相同。下弦杆与节点板的连接焊缝只传递弦杆内力差值DNN1-N2，则: 由于DN较小，一般所需焊缝可按构造要求在节点板范围内进行满焊。（3）上弦跨中拼接节点构造 上

25、弦杆在屋脊断开处应采用上弦杆截面相等的角钢进行拼接，采用冷弯或热弯成适当坡度；拼接角钢应切肢削棱。切肢:D=t+hf+5mm计算弦杆与连接角钢连接一侧的焊缝长度为：可取：N=Af拼接角钢的长度L：L=2l1+b，b为间隙，常取b50mm左右。计算弦杆与节点板的连接焊缝时，假定节点荷载P由上弦角钢肢背处的塞焊缝承受（满焊可不验算），肢尖与节点板的连接计算则按上弦内力的15计算，即DN0.15Nmax，且考虑该力所产生的弯距M=0.15Ne（4）下弦拼接节点构造：一般用与下弦杆相同的角钢来拼接，拼接角钢要削棱、切肢：D=t+hf+5mm当下弦肢宽大于130mm时，应将接触面斜切（为了传力均匀）。计

26、算弦杆与连接角钢连接一侧的焊缝长度为：可取：N=Af拼接角钢的长度L：L=2l1+b，b为间隙，一般取1020mm。内力较大一侧的下弦杆与节点板之间的焊缝传递弦杆内力之差DN，如DN过小则取弦杆较大内力的15。弦杆与节点连接一侧的焊缝强度按下式计算：肢背焊缝：肢尖焊缝：（5）支座节点屋架支承于钢筋混凝土柱上,与柱子的连接一般按铰接设计。构造支座由底版、节点板、加劲肋和锚栓组成，加劲肋的高度和厚度与节点板相同。为了便于节点焊缝施焊，下弦角钢水平肢与支座底板间的净距c应不小于下弦水平肢的宽度（同时c 130mm）。锚栓d=20-24mm,底板上锚栓孔直径一般取锚栓直径的22.5倍,开成半圆带矩形开

27、口孔。计算底板面积和厚度的确定底板所需面积为：AAn+A0A0实际采用的锚栓孔面积。R支座反力fc混凝土轴心抗压强度设计值a底板平行于屋架平面的边长尺寸，通常取240360b底板垂直于屋架平面的边长尺寸，通常取240400。不得小于200。底板厚度:底板厚度按均不荷载下板的抗弯计算。其单位宽度的弯距为：M 两相邻支承边支座底板单位宽度上的最大弯矩；b系数，按下表选用；q底板单位面积的压力；a1两相邻支承边对角线长度；b1支承边交点至对角线的垂直距离。b1 /a10.30.40.50.60.70.80.91.0b0.0260.0420.0580.0720.0850.0920.1040.111则底

28、板的厚度为： 底板不宜太薄，一般t16mm。加劲肋与支座节点板连接焊缝可假定按传递支座反力的1/4计算,并考虑焊缝为偏心受力则：焊缝所受的剪力：焊缝所受的弯距：每块加劲肋与支座节点板的连接焊缝计算公式为：节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝的计算公式为： lw节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度。六、施工图绘制施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度24m的梯形屋架和跨度15m的三角形屋架,中间起拱约为跨度的1/500。1、通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。一半标出几何长度，另一半杆件的计算内力值。2、屋架的正面图。可用比例1:301:20。 3、屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的剖面图。4、节点图：节点尺寸可用比例1:151:10。5、标注尺寸，要全部注明各杆件和板件的定位尺寸和孔洞位置等。6、编制材料表，对所有零件应进行详细编号，编号应按零件的主次、上下，左右一定的顺序逐一进行。7、文字说明包括所用钢材的钢号及保证项目；焊条型号，焊接方法和质量要求；图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求；油漆、加工和运输要求等。