课程设计说明书
课程设计任务书
设计题目三角形钢屋架课程设计
学生姓名
设计要求：
1.计算书内容包括：
选题（屋架形式）、选择钢材、选择焊接方法及焊条型号、荷载计算及内力组合、杆件截面设计、屋架节点设计。
2.施工图（用CAD绘制或手绘）
绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图，图面内容：
屋架索引图（画在图面左上角）比例：1：100-1：150
屋架正面图（画对称的半榀）比例：1：20或1：30或自定
上、下弦杆俯视图比例：1：10或1：15
必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）
屋架支座详图及零件详图、施工图说明、标题栏（写明题目、指导教师、姓名、班级、日期）
学生应完成的工作：
1.设计计算书一份；
2.绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图（1号图纸）一张；
3.图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后上交。
参考文献阅读：
1.戴国欣主编.钢结构（第3版）[M].武汉：武汉理工大学出版社，2011.1.
2.张耀春主编.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2004.8.
3.唐岱新，孙伟民主编.高等学校建筑工程专业课程设计指导[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.6.
4.陈志华编著.建筑钢结构设计[M]. 天津：天津大学出版社，2004.3.
5.周俐俐，姚勇等编著.土木工程专业钢结构课程设计指南[M]. 北京：中国水利水电出版社，知识产
权出版社，2007.5.
工作计划：
周一、周二完成截面及节点设计。周三、周四绘制施工图。周五、周六。
任务下达日期：2012年12月7日
任务完成日期：2012年12月15日
指导教师（签名）：学生（签名）：
三角形钢屋架课程设计
摘要：为了使我们对钢结构设计课程有更深刻的理解，我们开展了为期一周的课程设计任务。三角形钢结构屋架作为工业厂房的主要结构，已经大量的应用于现实生活之中。因为其具有诸多的特点，能够很好的满足人们对现代生产的要求，所以钢结构设计要趋向成熟。通过设计，我们应该可以对课本的知识有更为深刻的理解。
关键词：课程设计三角形钢屋架结构
目录
1 设计背景 (5)
1.1 设计资料 (5)
1.2 屋架形式 (6)
2 设计方案 (6)
2.1 屋架尺寸 (6)
2.2檩条和支撑布置……………………………………………… .7
2.3檩条的设计 (8)
3 方案实施 (10)
3.1屋架节点荷载计算 (11)
3.2屋架杆件内力计算 (11)
3.3 节点设计 (12)
4 结果与结论 (24)
5 收获与致谢 (24)
5.1 收获 (24)
5.2 致谢 (24)
6 参考文献 (25)
7 附件 (25)
1 设计背景
1.1 设计资料
厂房长度114m，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设有两台中级工作制桥式吊车。
拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C20。柱顶截面尺寸为400mm mm
。钢屋架设计可不考虑抗震设防。厂房柱距选择：6m。跨度24m。
400
图1 建筑平面示意图
三角形钢屋架
1）属有檩体系：檩条采用槽钢，跨度为6m，跨中设有一根拉条φ10。
2）屋架屋面做法及荷载取值（荷载标准值）：
永久荷载：波形石棉瓦自重 0.20 kN/m2
檩条及拉条自重 0.20 kN/m2
保温木丝板重 0.25 kN/m2
钢屋架及支撑重 (0.12+0.011?跨度) kN/m 2 可变荷载：雪荷载 0.55kN/m 2 屋面活荷载 0.40 kN/m 2 积灰荷载 0.30 kN/m 2 注：1、以上数值均为水平投影值；
1.2 屋架形式 尺寸如图所示
2 设计方案
2.1屋架尺寸
屋架计算跨度：0l =l －300=24000－300=23700mm
屋面倾角： '
1a r c t a n
2148,s i n 0.3714,c o s 0.9285
2.5ααα==== 屋架跨中的高度为：23700
47402 2.5h mm =
=? 上弦长度：0
127632cos l l mm α=
= 节间长度：'
1276325535
a mm == 节间水平投影长度：a='
a cos α=2553×0.9285=2370mm 屋架几何尺寸见图2。
图2 屋架几何尺寸（单位：mm）
2.2檩条和支撑布置
根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节点上，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。
根据厂房总长度114m，跨度为24m，有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，可在厂房两端的第二开间和中间分别设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，并在同一开间两榀相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑（图3）。
上弦檩条可兼做系杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆（见图3）。
图3 屋架支撑布置（单位;mm ）
（a ）上弦横向水平支撑；（b ）下弦横向水平支撑；（c ）垂直支撑
2.3 檩条的设计
选用[20 a 槽钢截面，由型钢表查得，自重22.63kg ／m ≈0.23kN m ，x W =1783
cm ，y W =24.23
cm ，
x I =17804cm 。
1.荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）
永久荷载：（坡面）
波形石棉瓦： 0. 2×2.553=0.5106kN m 檩条和拉条： 0. 2kN m
保温木丝板重 0.25x2.553=0.63825 kN/m 2
k g =(0.5106+0.2+0.63825) x cos α
=1.35 x 0.9285 =1.25kN m
可变荷载：（檩条受荷水平投影面积为2.553×5=15.3182
m ，没有超过602
m ,故屋面均布活荷载取
0.52kN m ，去与雪荷载较大值为0.552kN m 。） q=雪荷载+积灰荷载=0.552kN m +0.32kN m =0.852kN m
k q =0.85×2.553cos α=0.85×2.553×0.9285=2.0kN m 檩条均布荷载设计值：
q =G k g γ+Q k q γ=1.2×1.25+1.4×2.0=4.3kN m
x q =q cos α=4.3×0.9285=3.99kN m y q =q sin α=4.3×0.3714=1.60kN m 2.强度验算弯矩设计值（见图4）：
图4 弯矩图
x M =218x q l =1
8×3.99×26=17.96kN m ?
y M =21()82y l q -=18-×1.60×26
()2
=-1.84kN m ?
（因为在檩条的跨中设置了一道拉条）
檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。
X X nx M W γ+y y ny M W γ=6317.96101.0517810???+63
1.8101.224.210???=1582N mm ＜f=2152
N mm 3.刚度验算
只验算垂直于屋面方向的挠度。 荷载标准值：
k g +k q =1.25+2.0=3.25kN m
()k k y q g += （k g +k q ）cos α=3.25×0.9285 =3.02kN m
v l =5385×3()K K y x
g q l EI +=3
545 3.026000384 2.0610178010?????=1446＜1150
因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用[20 a 槽钢檩条能满足要求。
3 方案实施
3.1屋架节点荷载计算
1.永久荷载（水平投影面）
波形石棉瓦板 0. 22kN m 保温木丝板重 0.25 kN/m 2
檩条和拉条 0.2/2.37=0.082kN m 屋架和支撑自重 0.12+0.11L=0.12+0.011×24=0.382kN m k g =0.912kN m 2.可变荷载（水平投影面）
雪荷载 0.55 kN/m 2 积灰荷载 0.30 kN/m 2
k q =0.852kN m
3 .屋架上弦在檩条处的集中荷载
屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为 F=（1.2×0.91+1.4×0.85）×6×2.37=32.45kN 3.2 屋架杆件内力计算
由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。芬克式屋架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力。
屋架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。本例屋架为标准屋架，可直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。分别如表2和图5
所示。
图5 杆件内力图（单位：kN ）
表2 屋架杆件内力计算表
杆件名称
杆件 内力系数 内力设计值（kN ）
上
弦
AB
-12.117 -393.2 BC -11.281 -366.1 CD -9.516 -308.8 DE -10.537 -341.9 EF -10.630 -344.9 下
弦 AG
+11.250
+365.1
GH +10.000 +324.5 HM +6.250 +202.8 腹
杆
BG 、LE -1.038 -33.7
CG 、DL
+0.837 +27.2 CH 、
DH -1.557
-50.5 HL +3.749 +121.7 LF +4.999 +162.2 FM
0.00
注：负为受压，正为受拉。
3.3 杆件截面设计
弦杆端节间最大内力为-393.2kN ，由焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间节点板厚度为10mm ，支座节点板厚度为12mm 。 1.上弦杆（见图6）
整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。
图6 上弦截面
max N =-393.2kN ，ox l =255.3cm ，oy l =2ox l =2×255.3=510.6cm 。选用2∟100×10组成的T 形截面，节点板厚为10mm ，查型钢表得 A=2×19.26=38.522cm ，x i =3.05cm ，y i =4.52cm
x λ=
ox x l i =
255.3
843.05
=＜[]150λ= y λ=
oy y
l i =
510.6
1134.52
=＜[]λ=150 根据max λ=y λ=113查表得?=0.475，则
σ= N
A ?=322
393.210214.8/0.47538.5210
N mm ???=＜f =2152N mm
故选择截面合适。
2.下弦杆（见图7）
图7 下弦截面
下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。
max
N=+365.1kN，屋架平面内的计算长度
取最大节间HM长度，即
ox
l=497.7cm。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋
架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离，即
oy
l=1185cm。
选用2∟80 x7组成T形截面，由型钢表查得
A =
n
A=2×10.86=21.722
cm,
x
i=2.46cm，
y
i=3.67cm
x
λ= ox
x
l
i
=
479.7
202.3
2.46
=＜[]350
λ=
y
λ= oy
y
l
i
=
1185
323
3.67
=＜[]λ=350
σ=
n
N
A
=
3
2
365.110
21.7210
?
?
=168.22
N mm＜f=2152
N mm
故所选截面合适。
3.腹杆
（1） BG、LE杆
N=－33.7kN,
oy
l=0.9l=0.8×142.7=128.4cm，
选用单角钢∟56×8，A=8.3762
cm，
yo
i=1.087cm。
λ=
128.4
1.087
o
y
l
i
==117＜[]λ=150
根据λ=117，查表得?=0.453，则
单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为
r γ==0.6+0.0015λ=0.6+0.0015×117=0.775
N A ?=3233.7100.4538.36710
???=88.92N mm ＜r γf =0.775x215=166.72N mm 所选截面合适。
（2）CG 、DL 杆
N=+27.2kN ，l =230.1cm
选用∟50×5单角钢截面，A=4.82cm ，yo i =0.98cm ，则
o l =0.9l =0.9×230.1=207.1cm
λ=
0yo l i =207.10.98
=211<[]λ=350 单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为
r γ=0.85
N A =3
227.2104.810
??=56.72N mm ＜r γf =0.85×215=182.82N mm 故所选截面满足要求。 （3）CH 、DH 杆
N=-50.5kN ，l =285.4cm
选用2∟50×5 双角钢截面，A=2x4.8=9.62cm ，x i =1.53cm ，y i =2.45cm
ox l =0.8l =0.8×285.4=228.3cm
oy l =l =285.4cm
x λ=
ox x l i =
228.3
1491.53
=＜[]150λ= y λ=
oy y
l i =
285.4
116.52.45
=＜[]λ=150 根据λ=149，查表得?=0.311，则
σ=n N A ?=32
50.5100.311x9.610
??=1642N mm ＜f =2152N mm
故所选择的截面合适。 （4）HL 、LF 杆
两根杆件采用相同的截面，用按最大内力max N =162.2kN 计算，ox l =l =343.7cm ，
oy l =2ox l =2×343.7=687.4cm
选用2∟45×6，A=2×5.08=10.162cm ，x i =1.36cm ，y i =2.28cm 。
x λ=
343.7
1.36
ox x l i =
=253＜[]λ=350 y λ=
687.4
2.28
oy y
l i =
=302＜[]λ=350 σ=n N A =3
2
162.21010.1610
??=159.62N mm ＜f =2152N mm 所选截面合适。
（5）FM 杆。
N=0, l =474cm
对有连接垂直支撑的屋架WJ —2，采用2∟56×5组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。o l =0.9l =0.9×474=426.6cm ，xo i =2.17cm
λ=
0xo l i =426.6
2.17
=197＜[]λ=200 故满足要求。 对不连接垂直支撑的屋架WJ —1，选用∟56×5单角钢，并按受拉支撑验算其长细比，yo i =1.10cm 。λ=0yo l i =426.61.10
=387＜[]λ=400故满足要求。屋架各杆件截面选择情况见表3。
表3 屋架杆件截面选择杆
件名称杆件
编号
内力设
计值
（kN）
计算长度（mm）
选用截面
截面
面积A
（cm2）
杆
件
受
力
类
型
长细比
容许长
细比
[]λmin
?
计算
应力
σ
(N/mm2
)
杆件端部
的角钢肢
背和肢尖
焊缝（mm）
填
板
数
(
每
节
间
) ox
l
oy
l
x
λ
y
λ
上弦AB、BC、
CD、DE、
EF、
-393.2 2553 5106
2∟100×
10
38.52
压
杆
84 113 150 0.475 214.8 — 1
下弦AG、GH
HM
365.1 4977 11850 2∟80×7 21.72
拉
杆
202.3 323 350 —168
5—90
5—50
2
腹杆BG、LE -33.7 1284 1284 ∟56×8 5.69
压
杆yo
λ=117 150 0.453 88.9 5—50
5—50
2 CG、DL 27.2 2071 2071 ∟50×5 4.8
拉
杆yo
λ=211 350 —56.7 5—50
5—50
CH、DH -50.5 2283 2854 2∟50×5 9.6
压
杆
149 116.5 150 0.311 169
5—80
5—50
HL、LF 162.2 3437 6874 2∟45×6 10.16
拉
杆
253 302 350 —159.6
5—80
5—50
2 FM
0（压）4266 4266 2∟56×5 10.84
压
杆yo
λ=195.7 200 ——5—50
5—50
7 0（拉）4266 4266 ∟56×5 5.42
拉
杆yo
λ=384.3 400 ——5—50
5—50
3.4节点设计
本例只选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。
1.屋脊节点（见图8）
腹杆LF与节点板的连接焊缝，查表得w
f
f=1602
N mm（以下同），取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别
为
1f
h=5mm和
2
f
h=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为
肢背：
1
l=
1
w
l+10=1
1
20.7
FL
w
f f
K N
h f
??
+10=
3
0.67162.210
20.75160
??
???
＋10=107mm
故取
1
l=110mm。
图8 屋脊节点（单位：mm ）
故肢尖：2l =2w l +10=2220.7FL w f f K N h f ??+10=3
0.33162.21020.75160?????＋10=57.8mm
取2l =60mm 。
拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去V=t+f h +5=16mm ，取V=20mm ，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为
w l =40.7w f f N
h f ??=3344.91040.75160
????=153.9mm
取w l =160mm
拼接角钢的总长度为
l =2（w l +10）+d=2（160+10）＋50=390mm
上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载F ／2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力EF N 的15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心距e=72mm ）。设肢尖焊缝焊脚尺寸f h =5mm ，节点板总长度为660mm ，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为
w l =（660／2）／cos α-20-10＝（660/2）/0.9285－20－10=325mm 焊缝应力为
f τ=0.1520.7f w N h l ?=30.15344.91020.75325
?????=22.72N mm
f σ=2
0.15620.7f w
Ne h l ??=320.15344.910656
20.75325???????=30.22N mm 22(
)()f f f στβ+=2
230.2()(22.7)1.22
+=33.52N mm ＜w f f =1602N mm 由以上计算结果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故可按照构造进行满焊，不必计算。 2.下弦拼接节点（见图9）
图9 下弦拼节点（单位：mm ）
屋架跨度24m 超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点G 和下弦节点H 处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按HL.CH 和HD 中最大内力
HL N =121.7kN 计算。
设肢背和肢尖的焊脚尺寸均取f h =5mm ，则杆端所需的焊缝长度分别为
肢背：1l =1w l +10=111020.7HL w f f k N h f +??=3
0.67121.71020.75160?????+10=83mm
故1l 取90mm 。
肢尖：2l =2w l +10=221020.7HL w f f k N h f +??=3
0.33121.71020.75160?????+10=46mm
故2l 按构造取50mm 。
拼接角钢采用与下弦杆相同截面，肢背处削棱，竖肢切去V=t+f h +5=17mm 。按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧所需的焊缝计算长度为
w l = 40.7w
f f
Af
h f ??=221.721021540.75160?????=204mm 故w l 取210mm 。
节点板长度l =2（w l +10）+10=2（210+10）+10=450mm
下弦与节点板连接的焊缝长度为450mm 。h f =5mm 。焊缝所受的力为下弦与节点板的连接焊缝按弦杆内力GH N 与HM N 的内力差计算，N ?=324.5-202.8=121.7kN 。受力较大的肢背处所受的焊缝应力为：
3
075121.710==24.720.76440
τ?????N/mm 2<160 N/mm 2
焊缝强度满足要求 3.上弦节点D （见图10）
图10 上弦节点D （单位：mm ）
各腹杆杆端与节点板的焊缝计算从略，节点板的形状和尺寸如图10所示。 设肢背和肢尖的焊脚尺寸均取f h =5mm ，则杆端所需的焊缝长度分别为
肢背：1l =1w l +10=111020.7DH w f f k N h f +??=
3
0.67491020.75160?????+10=39.3mm 故1l 取40mm 。
肢尖：2l =2w l +10=221020.7DH w
f f k N h f +??=3
0.33491020.75160?????+10=24.4mm 故2l 按构造取30mm 。
上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）F ，取节点板缩进肢背5mm ，
f h =t ／2=4mm ，则f σ=
20.7f f w F
h l β??=332.45101.2220.74?????
（300-8）=16.32N mm ＜0.8w f f =1282N mm
肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差为
N ?=N DC -N DE =-308.8+341.9=33.1kN
偏心距e=72mm ，且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊缝进行满焊即可满足条件。 4.支座节点。（见图11）
钢结构屋架设计
一丶设计资料 厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm 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C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。 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）如附表图所示。屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊 3、屋盖结构及荷载 采用无檩体系。 用1.5×6.0预应力混凝土屋板。 荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m2 ②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m2，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值 ③屋面个构造层的恒荷载标准值： 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层 0.4KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.6KN/m2 永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡ 4、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。 节点荷载设计值： 按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN 按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN 故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN 二丶屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10； ＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L 3190mm，下端起拱50mm。 屋架几何尺寸如图1所示：
课程设计说明书题目：钢结构梯形钢屋架设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
一、设计资料 (3) 二、结构形式与布置 (3) 三、荷载计算 (5) 四、内力计算 (6) 五、杆件设计 (8) 六、节点设计 (15) 梯形钢屋架课程设计计算书 一、设计资料 1、厂房的跨度分别取18m、21m、24m，长度为60m，柱距6m。车间内设有两台30/5t中级工作制吊车。梯形屋架，屋架端高分别为1.6m、1.7m、1.8m、1.9m、2.0m，
屋面坡度分别为i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm ，混凝土标号为C25；计算温度最低－20℃。采用1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.52/kN m ，雪荷载标准值0.52/kN m ，积灰荷载标准值0.52/kN m 。由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。 2、屋架计算跨度 01820.1517.7l m m m =-?= 3、跨中及端部高度：本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，屋面坡度为 i=1/10，屋架在18m 轴线处的端部高度' 0 1.800h m =，屋架的中间高度h=2.800m ，则屋 架在17.7m 处，两端的高度为m h 817.10=。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图1所示。 根据厂房长度60m 、跨度及荷载情况，设置了两道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图2所示。 图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸
一、设计资料： 1.结构形式: 某厂房总长度90m，跨度为18m.，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10。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），锻锤为2台5t。 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。 屋架采用的钢材为：Q235钢；焊条为：E43型。 3.荷载标准值（水平投影面计） 荷载： ①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋 架及支撑自重，以KN/m2为单位； =0.35KN/m2， ②可变荷载：活荷载标准值为0.7KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S 0活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。 积灰荷载标准值： 0.7KN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m2 保温层： 0.4KN/m2 一毡二油隔气层 0.05KN/m2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m2 二、结构形式与布置图： 屋架支撑布置图如下图所示。
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符号说明：WGJ-钢屋架；SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GG-刚性系杆；LG-柔性系杆 A a +3. 4700.000-6.221-8.993-9.102-9.102-6.502 -3.3 82 -0.690 -0.462 +4.739 +1.884 -0. 462 -1.0-1. 0+0. 812-0.5+7. 962+9.279 +9. 279c e g B C D E F G 0.5 1. 0 1. 0 1. 0 1.0 1.0 1. 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 三、荷载与内力计算： 1、荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4KN/m 2 保温层： 0.4KN/m 2 一毡二油隔气层 0.05KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.3KN/m 2 预应力混凝土屋面板 1.45KN/m 2 钢屋架和支撑自重 0.12+0.011×18m=0.32KN/m 2 总计：3.32KN/m 2 可变荷载标准值 雪荷载0.35KN/m 2<屋面活荷载标准值0.70KN/m 2，取0.70KN/m 2 0.70KN/m 2 积灰荷载 0.70KN/m 2 总计：1.14KN/m 2 永久荷载设计值 1.2×3.32KN/m 2=3.984KN/m 2 可变荷载设计值 1.2×1.40KN/m 2=1.96KN/m 2 2、荷载组合
钢结构课程设计任务书 一、题目 某厂房总长度90m，跨度为18m，屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距6m。 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，屋架下弦标高为18m。 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：Q345钢，焊条为E50型。 3.屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架 跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的 =0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷 基本雪压标准值为S 载不同时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.45kN/m2 水泥砂浆找平层 0.7kN/m2 保温层 0.4 kN/m2(按附表取) 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 附图
(a) 18米跨屋架 (b)18米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸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 二、设计内容 1.屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直
支撑和系杆，见下图。因连接孔和连接零件上有区别，图中给出W1、W2和W3 三种编号 （a）上弦横向水平支撑布置图 （b）屋架、下弦水平支撑布置图 1-1、2-2剖面图 2.荷载计算 三毡四油防水层0.45 kN/m2 水泥砂浆找平层0.7kN/m2 保温层0.4kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2 恒荷载总和 3.318kN/m2 活荷载0.7kN/m2 积灰荷载0.7kN/m2 可变荷载总和 1.4kN/m2 屋面坡度不大，对荷载影响小，未予以考虑。风荷载对屋面为吸力，重
－、设计资料 1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27m－2×0.15m=26.7m 3、跨中及端部高度： 端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图一所示: 2、荷载组合 设计桁架时，应考虑以下三种组合： ①全跨永久荷载+全跨可变荷载(按永久荷载为主控制的组合) ：全跨节点荷 载设计值：F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 图三桁架计算简图 本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。
1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得： N= -1139.63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即： oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不 等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆
钢结构屋架工程施工工艺及方法 钢结构屋架，应注意以下制作和质量控制措施要点。 （1）、制作工艺流程： （图纸会审、原材料验收矫正、工具胎具准备）→放样号料→切割→零件平直→钻孔→清理坡口→钢板接料→焊接→焊缝检查→部位矫正→焊接加劲肋及缀板→钢梁预拼装→检查几何尺寸→成品钻孔→除锈→刷漆→包装出厂 （2）、放样、号料： 放样前应熟悉图纸。确保放样平台平整、清洁。放样用的量具必须经过国家计量部门校准，并与安装人员使用同一厂家产品，同一计量，以便安装、检查。 放样时，根据工艺要求，预留切割余量，焊接收缩余量，并按规范要求起拱。 根据所放大样，制作样板、样杆，以加快号料的速度，保证精度。 号料时，应确保钢梁上下翼缘板和腹板的焊接接口相互错开200MM，并应尽量减少接口数量。需要拼接的零件必须同时下料，并标明接料号码。接口处标明坡口形式和角度。 （3）、切割： 为保证加工精度，钢板切割及坡口加工均采用半自动切割机，切割边必须整齐，出现缺口应修磨。 （4）、零件平直： 采用火焰加热及辊式平板机，对已切割的钢板零件进行处理，要求钢板局部平整度偏差小于‰，侧向弯曲小于‰。 （5）、钻孔： 用摇臂钻床对加劲肋、缀板及檩条垫板钻孔，为保证制作质量，对缀板采用钻模钻孔。孔径允许偏差为（0~+）。 （6）、坡口加工：
上下翼缘板和腹板均采用45°单面V 型坡口，坡口用半自动切割机加工，用角向磨光机清理焊缝接区氧化物及其他杂物，保持接口两侧50MM 内清洁干燥。 （7）、钢板接料： 将钢板按预先标定的顺序排放，并把接头部位垫高，以补偿焊后收缩变形，腹板可垫高30MM，翼缘板垫高50MM。然后由持证焊工点焊固定，并在对焊缝的两端设引弧板，引弧板的板厚、材质、坡口形式应与母材相同，尺寸不小于100MM*100MM。定位焊接电流应比正式焊接时大15~20%，焊高5MM，焊缝长50MM。间距200~300MM，并应避开焊缝两端。 （8）、焊接： 钢板焊接采用埋焊自动焊机。焊接前，应按规定烘干焊剂，清理焊丝，确保焊剂、焊丝清洁干燥。 焊接时，应严格按照焊接工艺评定给出的参数，由持证焊工实施，焊缝余高为2~3MM。 焊接完毕，用割矩割去引弧板，再用磨光机修磨平整。 （9）、焊缝检查： 对焊缝进行外观检查，不得存在咬边、裂纹、夹渣、气孔等缺陷。 外观合格后，清除焊缝两侧飞溅物，对焊缝进行超声探伤，达到二级标准为合格。 若内部出现超标缺陷，应将焊缝清除重焊。 （10）、除锈、油漆： 采用喷砂除锈，砂中石英含量不低于50%，除锈等级Sa2（1/2），然后立即清理、涂刷防锈漆，油漆型号和厚度应符合设计要求。涂刷油漆后四小时内不得淋雨，上道漆干燥后方可涂刷下道。
钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室
钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生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。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，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。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。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0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用
E43型，手工焊。 二、屋架形式及几何尺寸 因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。 屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。 三、支撑布置 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （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） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 3. 内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。
梯形钢屋架设计（21m 跨） 一、设计资料 某地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为21 m ，柱距6 m ,厂房长度为144 m ，厂房高度为15.7 m 。车间内设有两台150/520 kN 中级工作制吊车，计算温度高于 -20 ℃。采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m 2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m 2， 1.5 m ×6.0 m 预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m 2。屋面积灰荷载0.35 kN/m 2，屋面活荷载0.35 kN/m 2，雪荷载为0.45 kN/m 2，风荷载为0.5 kN/m 2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm ×400 mm ，砼标号为C20。 二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 1、钢材及焊条选择 根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B 。焊条采用E43型，手工焊。 2、屋架形式及尺寸 本设计采用无檩屋盖，i ＝1/10，采用梯形屋架。 屋架跨度为L =21000 mm 屋架计算跨度为0L ＝L -300＝20700 mm ， 端部高度取0H ＝2000 mm ，（1/16 ～ 1/12）L ，（通常取为2.0 ～2.5 m ） 中部高度取H ＝0H +0.5i L ＝2000 + 0.1×21000/2＝3050 mm ， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm （f = L /500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m 的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m 。
1:荷载计算 2 屋架杆件几何尺寸的计算 根据所用屋面材料的排水需求及跨度参数，采用人字式三角形屋架。屋面坡度为i=1：,屋面倾角α=arctg （1/）=°，sinα=，cosα= 屋架计算跨度 l 0 =l －300＝15000－300=14700mm 屋架跨中高度 h= l 0×i/2=14700/(2×=2940mm 上弦长度 L=l 0/2cosα≈7903mm 节间长度 a=L/4=7903/4≈1979m m 节间水平段投影尺寸长度 a ＇=acosα=1555×=1475mm 根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示 图1.屋架形式及几何尺寸 3 屋架支撑布置 屋架支撑 1、在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。 2、因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。 3、根据厂房长度36m ,跨度为4m ，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑及垂直支撑。如图2所示。 屋面檩条及其支撑 波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度≥150mm ，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距为 max 1820150 83531p a mm -= =- 半跨屋面所需檩条数
15556 112.1835p n ?= +=根 考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为： max 15556778835131p p a a mm ?===-＜ 可以满足要求。 3.2.1 截面选择 试选用普通槽钢[8，查表得m =m,I x =101cm 4,W x =25.3cm 3,W y =5.8cm 3; 截面塑性发展系数为γx =,γy =。 恒载 ×=（kN/m ） 石棉瓦 ×=（kN/m ） 檩条和拉条 （kN/m ） 合计 g k =（kN/m ） 可变荷载 q k =×=（kN/m ） 檩条的均布荷载设计值 q=γG g k +γQ q k =×+×=m q x =qsin α=×=m q y =qcos α=×=m 3.2.2 强度计算 檩条的跨中弯距 X 方向： 2211 1.1554 2.31088x y M q l kN m ==??=? Y 方向： 2211 0.37940.1903232y x M q l kN m = =??=? （在跨中设了一道拉条） 檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处 662 33 2.310100.19010138215/1.0525.310 1.2 5.7910 y x x x y y M M f N mm W W ??=+=+===????б＜［б］γγ 满足要求。 3.2.3 强度验算 载荷标准值 ()cos y k k p q g q a =+??α=(0.469+0.467)0.7780.9487=0.691kN/m 沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度： 3 354550.691400011384384 2.061010110361150 y x q l V l EI ?=?=?=???＜
普通钢屋架设计 --------焊接梯形钢屋架设计 －、设计资料 1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。 2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm， 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。 3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）： （1）永久荷载：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4 KN/ m 水泥砂浆找平层0.4 KN/ m2 保温层0.5 KN/ m2 一毡二油隔气层0.05 KN/ m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/ m2 屋架及支撑自重0.384KN/m2 （2）可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/ m2 荷载标准值 0.35 K N/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2 5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示 由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。 6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。
7、钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大的运输长度16m， 运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。 二、设计内容 一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置 对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下 （2）下弦平面支撑系统布置 同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下：
－、设计资料 梯形钢屋架长度为72m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.7kN/㎡，雪荷载标准值为0.3kN/㎡，积灰荷载标准值为0.6kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235级，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在27米轴线处的端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸
符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图
三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12×6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.3kN/㎡ 积灰荷载0.60kN/㎡ 总计0.90kN/㎡ 永久荷载设计值 1.35×3.387=4.572 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×0.9=1.26kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.572+1.26) ×1.5×6=52.488 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 P=4.572×1.5×6=41.148 kN 屋架上弦节点荷载 1 P=1.26×1.5×6=11.34 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.35+0.7) ×1.5×6=23.31 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。
钢结构课程设计 学生姓名： 学号： 所在学院：机电工程学院 专业班级： 指导教师： 2013年7月
《钢结构设计》课程设计任务书 1. 课程设计题目普通钢屋架设计 2. 课程设计的目的和要求 课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 3. 课程设计内容和基本参数（各人所取参数应有不同） （1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m, 屋面坡度1／10 （2）屋面荷载标准值（kN/m2） （3）荷载组合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 （4）材料钢材Q235B.F，焊条E43型。
屋面材料采用1.5m×6.0m太空轻质大型屋面板。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） （1）曹平周，钢结构，科学文献出版社。 （2）陈绍蕃，钢结构（下）房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。 5. 课程设计任务 完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。 5.1设计说明书（或报告） （1）课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。 （2）课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） （1）施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。 （2）图面布置要求合理，线条清楚，表达正确。 5.3图样、字数要求 （1）课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容。 （2）课程设计计算说明书可以采用手写。 （3）施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制。 6. 工作进度计划（19周～20周）
一丶设计资料 厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm 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C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。 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）如附表图所示。屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊 3、屋盖结构及荷载 采用无檩体系。 用1.5×6.0预应力混凝土屋板。 荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m2 ②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m2，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值 ③屋面个构造层的恒荷载标准值： 水泥砂浆找平层0.4KN/m2 保温层 0.4KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.6KN/m2 永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡ 4、荷载组合。一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。 节点荷载设计值： 按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN 按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7） F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN 故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN 二丶屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。屋面坡度i=1/10； ＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L 3190mm，下端起拱50mm。 屋架几何尺寸如图1所示：
钢结构屋面专项施工方案 第一章编制说明 一、工程概况 1、工程名称：澄湖农贸市场 2、工程地点：苏州市吴中区甪直镇 3、结构类型：排架 4、建筑面积：923.17m2 5、结构设计：建筑物抗震设防类为丙类，抗震设防烈度为7度，结构设计合理使用年限为五十年。 二、编制依据： 2.1、工程合同 2.2、施工图纸 2.3、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001 2.4、《钢结构高强螺栓连接安全技术规程》JGJ82-91 2.5、《施工现场临量用电安全技术规范》JGJ46-2005 2.6、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-91 2.7、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-86 2.8、《钢结构制作安装规程》YB9254-95 2.9、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002 2.10、《焊接与切割安全》GB9448-88 三、适用范围 本施工方案仅适用甪直镇澄湖农贸市场钢结构屋面工程。
第二章施工方案 一、施工准备 公司材料部充分落实工程所需的一切材料，项目部委派专人到工地现场实地考察、联系，具体落实吊装机械的进出路线、材料的堆放位置以及管理人员的办公室、材料仓库工作等。为确保安装人员顺利进场施工创造一个良好的施工环境。具体准备工作如下： 1、做好施工资料的准备，熟悉图纸，领会设计意图，编制详细的施工工艺及技术安全措施，并落实到每个人。 2、认真组织规划。项目部应根据合同要求和工程特点编制施工要点和质量计划，对施工过程提出控制要求。 3、项目经理部在开工前必须请设计院和建设单位进行设计交底或图纸会审，图纸会审应在项目经理部自审的基础上进行。 4、按施工要求，配置有关施工机械、设备。 5、钢结构进场前，项目经理部应对预埋螺栓位置、标高及轴线进行复核。 6、开工前，项目经理部对安装人员进行安全思想教育，对质量、工期、安全等进行全面贯彻，对所有设计图和节点有一个完整的了解。 7、现场需接通380V和220V电源，计算出所需要足够的电源线，做好各分配电箱的工作。 二、施工总体步骤 在现场进行主体施工的同时，在我公司进行钢构件的制作加工，屋架在加工厂制作好，现场进行拼接、安装。在制作中采用气割下料，手工焊接，经除锈和防腐处理后，加长汽车运到现场。在框架柱校正后，开始钢结构安装，吊装前
钢结构课程设计 学院：建筑工程学院 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 2012.05.27
钢结构课程设计——钢屋架设计 一、设计资料 1、某车间的跨度27m ，柱距为6m ，厂房总长度为240m ，屋面采用1.5m ?6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用），屋面的坡度为 10/1=i 。 2、屋架采用梯形钢屋架，其屋架支承于钢筋混凝土柱顶。 3、屋架的计算跨度：26.7m =0.152-2715.020?=?-=L L 4、屋架的中间高度：H =3.340m 5、在26.7m 的两端高度为：0h =2.005m 6、在27m 轴线处端部高度为：0h =1.990m 7、混凝土强度等级为C25，钢材采用Q235-B 级，焊条采用E43型，手工焊。 8、根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端5.5m 开间内布置上下弦横向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图2）。
柱网布置图 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 备注：某车间所设计的屋盖无吊车、无天窗、无振动设备，不必进行有关这些的计算。 二、结构形式与布置 屋架形式及尺寸如下图所示:
三、荷载计算 荷 载 计 算 表 荷载名称 标准值（kN/2m ） 设计值（kN/2m ） 预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.4×1.2＝1.68 三毡四油绿豆砂 0.45 0.45×1.2＝0.54 找平层20mm 厚 0.4 0.4×1.2＝0.48 保温隔热层 1 1×1.2＝1.2 支撑重量 0.07 0.07×1.2＝0.084 屋架自重 0.12+0.011×27=0.417 0.417×1.2＝0.50 永久荷载总和 3.737 4.48 屋面活荷载 0.7 0.7×1.4＝0.84 积灰荷载 0.8 0.8×1.4＝0.96 可变荷载总和 1.5 1.8 设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况： （1）第一种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载： kN F 52.5665.1)8.148.4(=??+= （2）第二种荷载组合：全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： kN F 32.4065.148.41=??= 半跨节点可变荷载： kN F 2.1665.18.12=??= （3）第三种荷载组合：全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载: 全跨节点屋架自重： kN F 256.565.1)084.050.0(3=??+= 半跨节点屋面板自重及活荷载：
钢结构屋架设计计算书
1. 设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30 吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房, 屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9 米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为, 混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面， C 型檩条，檩距为 1.5 ～ 2.1 米。结构的重要度系数为，屋面的恒荷载的标准值为。 屋面的活荷载为，雪荷载为，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43 型。 2. 屋架形式及几何尺寸 屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡 角为 3. 支撑的布置上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细 图 2 支撑的布置图
4. 檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距 1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。 5. 荷载标准值 上弦节点恒荷载标准值 上弦节点雪荷载标准值 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3
图 4 上弦节点雪荷载6. 内力组合内力组合见表— 1 屋架杆件内力组合表表—1
8. 节点设计 8.1 杆件焊缝尺寸的计算 屋架杆件的焊缝计算表-3 注：表中焊缝的计算长度。不小于和40mm其中较小值 8.2 形心距离的确定 屋架各杆件的角钢背面的距离如图表-4，表中为杆件重心线至角钢背面的距离 屋架各杆件的角钢背面的距离表-4
2（按附表取） 2 、题目 某厂房总长度90m 跨度为18m 屋盖体系为无檩屋盖。纵向柱距 6m> 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-20°C,无侵蚀性介质，屋 架下弦标高为18m 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： Q345钢，焊条为 E50 型。 3. 屋盖结构及荷载 （1）无檩体系：采用1.5 x 6.0m 预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用） 荷 载：①屋架及支撑自重：按经验公式 q=0.12+0.011L , L 为屋架 跨度，以m 为单位，q 为屋架及支撑自重，以kN/m 为单 位； ②屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7kN/m 2，雪荷载的 基本雪压标准值为S=0.35kN/m 2，施工活荷载与雪荷 载不同 时考虑，而是取两者的较大值；积灰荷载为 0.7kN/m 2 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水 层 0.45kN/m 水泥砂浆找平层 0.7kN/m 保温层 0.4 kN/m 预应力混凝土屋面板 1.45kN/m
150 C € 1 >0l^e = 9iW(} 1,0 10 i.o i ?° TB + 7.962 + 9.279 ￡102 + 9.279 (a) 18 米跨屋架 ace 二、设计内容 1. 屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置上、下弦横向水平支撑、垂直(b)18 米跨屋架全跨单位荷载几何尺寸作用下各杆件的内力值 可 匚 e g e (c) 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 J z5n7 5 .1507^ 1507』历07』”°?】g C s E 5 T 3,470 g 1 弐一 o7oo o
1.设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 ,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5～2.1米。结构的重要度系数为，屋面的恒荷载的标准值为。屋面 的活荷载为，雪荷载为，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43型。 2.屋架形式及几何尺寸 屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为,檩距为 1.866m。 图1 屋架形式和几何尺寸 3.支撑的布置 上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图2。
图2 支撑的布置图 4.檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。
5.荷载标准值 上弦节点恒荷载标准值 上弦节点雪荷载标准值 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3 图3 上弦节点恒荷载由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4 图4 上弦节点雪荷载6.内力组合 内力组合见表—1 杆件名称杆件编 号 恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利 荷载 （kN）内力 系数 恒载 内力 （kN） 雪载 内力 （kN） 内力 系数 半跨雪 载内力 （kN） 1.2恒+ 1.4雪 （kN） 1.2恒+ 1.4半跨 雪（kN）123452+32+5 上弦杆1-2-14.23-75.56 -52.94 -10.28-38.24 -164.78 -144.21 -164.78 2-3-12.65-67.17 -47.06 -8.7-32.36 -146.49 -125.92 -146.49 3-4-11.07-58.78 -41.18 -7.11-26.45 -128.19 -107.57 -128.19 4-5-9.49-50.39 -35.30 -5.53-20.57 -109.89 -89.27 -109.89 5-6-7.91-42.00 -29.43 -3.95-14.69 -91.60 -70.97 -91.60 下弦杆1-713.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 7-813.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 8-91263.72 44.64 8.2530.69 138.96 119.43 138.96 9-1010.555.76 39.06 6.7525.11 121.59 102.06 121.59 10-11947.79 33.48 5.2519.53 104.22 84.69 104.22