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1、钢结构课程设计任务指导书一目的和任务：钢结构是工业与民用建筑专业四大结构之一。建筑是反映国民经济水平的一大标志，随着改革开放的深入和国民经济的发展、国家经济综合实力的稳步提高，钢结构在建筑中的应用越来越多了，该课程在该专业中原本的重要性也越来越加强了。本课程设计旨在在给出的已知条件下，综合运用所学知识，作出正确的计算、绘出相应的施工图。二设计内容：本设计主要是设计一钢屋架，其应涵盖以下内容：（一）钢材和焊条型号选择根据地区温度、荷载特征、连接方法等选择（二）屋架形式及几何尺寸1、 屋架按其外形一般可分为三角形和梯形，三角形屋架一般用于中、小跨度 （l=1824m）的轻屋面结构，腹杆多采用芬克式
2、。梯形屋架在全钢结构厂房中运用较为广泛。2、 屋架的主要尺寸 1）跨度 计算跨度=标志跨度（300400mm） 。2）高度 三角形屋架高度主要取决于屋面坡度，当 i=1/21/3 时，h=(1/41/6)l0。梯形屋架的中部高度主要由经济高度决定，一般取 h=(1/61/10)l。(三)支撑布置支撑分为上、下弦横向水平支撑，纵向水平支撑，垂直支撑和系杆等五种，应结合屋架形式，房屋的跨度、高度和长度，荷载情况及柱网布置等条件设置。(四)檩条布置与计算(五)屋架内力计1、屋架的荷载和荷载组合永久荷载包括屋面材料和檩条、屋架、天窗架、支撑以及天棚等结构的自重；可变荷载包括屋面活荷载、雪荷载、风荷载、
3、积灰荷载以及悬挂吊车和重物等荷载；可能遇到的最不利组合一般应考虑以下三种：1） 、全跨永久荷载+全跨可变荷载2） 、全跨永久荷载+半跨可变荷载3） 、全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载在多数情况，用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力即为最不利内力。但在第二和第三种荷载组合下，梯形屋架跨中附近的斜腹杆可能由拉杆转为压杆或内力增大，应予考虑。组合时屋面活载和雪载不会同时出现，取两者中的较大值计算。对风荷载，当屋面倾角 30 0 时为产生卸载作用的风吸力，故一般不予考虑。但对瓦楞铁等轻型屋面和风荷载大于 490N/m2 时，则应进行风吸力有可能使拉杆变压杆的计算。屋架和支撑自重
4、g0 可按下面经验公式取值：g 0=l(kN/m 2,水平投影面)式中 系数，当屋面荷载 Q1kN/m 2 时，=0.01；当屋面荷载Q=12.5kN/m2 时，=0.012；当 Q2.5kN/m2 时，=0.12/l +0.01l； l屋架的标志跨度（柱网间轴线距离） 。2、杆件内力计算计算假定：1） 、节点均视为铰接；2） 、各杆件轴线均在同一平面内且相交于节点中心。屋架杆件的计算内力均按荷载作用于屋架的上、下弦节点进行计算。对有节间荷载作用的屋架，可先将节间荷载分配在相邻的两个节点上，按只有节间荷载作用的屋架求出各杆件内力，然后再计算直接承受节间荷载杆件的局部弯矩。作用于上弦节点的荷载
5、Q 可按各均布荷载对节点汇集进行计算：Q= (G、Q) qhksa+ G(qsk/cos)sa式中 （G、Q） 荷载分项系数。永久荷载为 1.2，可变荷载取 1.4；qhk按屋面水平投影面分布的荷载标准值（雪荷载、活荷载、屋架自重等） ；qsk按屋面坡向分布的永久荷载标准值（屋面材料等） ；s屋架的间距；a上弦节间的水平投影长度；屋面倾角。屋架杆件内力可根据屋架计算简图采用图解法或数解法计算。但对一般常用形式的屋架，各种建筑结构设计手册中均有单位节点荷载作用下的杆件内力系数，可查表应用。上弦杆承受节间荷载时的局部弯矩，一般简化为按简支梁弯矩 M0 乘以调整系数计算：对端节间正弯矩取 M=0.8
6、M0；对其它节间正弯矩和节点负弯矩取 M=0.6M0；当仅有一个节间荷载作用在节间中点时，M 0=Qa/4。3、屋架杆件的计算长度1） 、屋架平面内计算长度 lox 对弦杆、支座斜杆和支座竖杆，其计算长度取构件的几何长度；对其它中间腹杆，其计算长度取几何长度的 0.8 倍。2） 、屋架平面外的计算长度 loy 见书 3)、斜平面的计算长度见书。（六） 、杆件截面选择1、截面形式 截面宜宽肢薄壁，对压杆应尽量使两主轴方向长细比接近，以达到等稳定性。1） 、上弦杆：在一般支撑布置情况下，其计算长度常为 loy=2lox，故为满足x=y，需要 y=2x，因此宜采用两个不等边角钢短肢相并的 T 形截面
7、。当上弦有节间荷载时，为了提高杆件在屋架平面内的抗弯能力，宜采用两个等边角钢或两个不等边角钢长肢相并的 T 形截面；2） 、下弦杆：为受拉杆件，一般由强度条件确定截面，但还须满足拉杆长细比的要求。下弦杆的 loy 通常都很大，且可能受有振动，故应优先考虑两个不等边角钢短肢相并的 T 形截面，以增加杆件的侧向刚度。3） 、端斜杆：其在平面内和平面外的计算长度相等，故宜采用两个不等边角长肢相并的 T 形截面；4） 、一般腹杆：宜采用两个等边角钢相并的截面，受力很小的腹杆，也可采用单角钢截面。连接垂直支撑的竖杆，为了与支撑连接时不致产生偏心和在吊装时两端可以互换位置，宜采用两个等边角钢十字相连的十字
8、形截面。为保证两角钢共同工作设缀板2、选择原则1） 、应优先选用肢宽薄壁角钢，增加回转半径。角钢规格不宜小于 L454或 L56364，有螺栓孔时，角钢最小肢宽须满足设置要求。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽不宜小于 80mm。2） 、同一屋架的角钢规格应尽量统一，一般宜调整到超过 56 种，且不应使用肢宽相同而厚度相差不大的规格，以方便配料和避免制造时混料。3） 、对跨度大于 24m 的屋架，弦杆可根据内力变化，从适当的节点部位处改变截面，但半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以方便拼接的构造处理。3、截面计算屋架杆件一般均为轴心受力构件，当弦杆还受有节间荷载时，为拉弯或压弯构件，
9、可参照有关章节进行。对因构造要求而设置的杆件或内力很小的杆件，可按刚度条件根据容许长细比计算截面需要的回转半径。当采用单角钢作腹杆且单面连接在节点板上时，为偏心受力的压弯或拉弯构件，为简化计算，仍将其按轴心受力构件，但须将钢材和焊缝的强度设计值乘以折减系数 R，以考虑偏心的不利影响。1)计算稳定性时等边角钢 R =0.6+0.0015，但不大于 1.0短肢相连的不等边角钢 R =0.5+0.0025，但不大于 1.0长肢相连的不等边角钢 R =0.70式中 =l0/iy0-对最小刚度轴的长细比。i yo 为角钢最小回转半径， lo 为计算长度，取节点中心距离。当 20 时，取 =20。2)在计
10、算强度和连接时 R=0.85(七) 节点设计1、 节点板厚度 节点板受力复杂，不予计算，按表选取；2、 节点构造和计算参考课本。（八）绘制屋架施工图三、设计资料：112 号同学：1）某单跨厂房，跨度 24 米，长 90 米，柱距 6 米。屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面 400mmX400mm,混凝土强度等级 C30。厂房内有一台起重量 Q=30t 的中级工作制桥式吊车。屋面材料采用波形石棉瓦，木丝板保温层。屋面活荷载（水平投影面上）：0.50 kN/m 2，基本风压：0.35kN/m 2,基本雪压：0.40kN/m 2。根据上述设计资料设计一钢屋架。1324 号同学2）某单跨厂房车间柱网布
11、置：长度 90m,柱距 6m ，跨度 18m，屋面材料：预应力大型屋面板 1.5m6m。静载：屋架及支撑自重 0.4kN/m;屋面防水层 0.4kN/m2；找平层 0.4kN/m;大型屋面板自重（包括灌缝）1.4kN/m。活载（水平投影面上）：屋面雪荷载 0.3kN/m；屋面检修荷载 0.5kN/m。基本风压：0.40kN/m2,柱截面为 400mm400mm，混凝土标号为 C25。其他同学：3）某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为 27m，柱距 6m，厂房高度为 15.7m，长度为 156m。车间内设有两台 200/50kN 中级工作制吊车，计算温度高于-20。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层 0.5 kN/m，厚泡沫混凝土保温层 0.1 kN/，1.5m6m 预应力混凝土大型屋面板 1.4kN/m。屋面积灰荷载为 0.4kN/，屋面活荷载为 0.4kN/，雪荷载为 0.4kN/，风荷载为 0.45 kN/。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为 400mm400mm，混凝土标号为 C20。根据上述设计资料设计一钢屋架。四、必须提交的成果1、 手写计算书一份。要求有详细计算过程及相关图示必须有节点设计及节点图；2、 手绘二号施工图一张。要求图面整洁、规范并附材料表及有关说明，所有直线均用尺子比画。五、参考书图书馆查找荷载规范、钢结构类书籍。
