钢结构课程设计
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2012年 1 月 2 日
目录
一、设计资料 (1)
二、结构形式及支撑布置 (2)
三、荷载计算 (4)
四、内力计算 (5)
五、杆件设计 (6)
六、节点设计 (10)
七、参考资料 (17)
八、附表一 (18)
九、附表二 (19)
一、设计资料
某车间跨度为24m，厂房总长度72m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN 中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。
屋架形式
荷载（标准值）
永久荷载： 改性沥青防水层
0.35kN/m 2
20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m 2 100厚泡沫混凝土保温层
0.6kN/m 2
预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）
1.4kN/m 2
屋架和支撑自重为
（0.120+0.011L ）kN/m 2
可变荷载 基本风压： 0.35kN/m 2 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.30kN/m 2 积灰荷载
0.75kN/m 2 不上人屋面活荷载
0.7kN/m 2
二、结构形式及支撑布置
桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示
图2.1 桁架形式及几何尺寸
桁架支撑布置如图2.2所示
1950
12000
1350
150
50
1507
1507
1507
1507
1507
1507
1507
1508
19652494
2233
2569
28
13
280
32516
305
6
304
5
2798
330
5
329
53081
2850
30003000
3000
图2.2 桁架支撑布置
符号说明：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
桁架及桁架上弦支撑布置
桁架及桁架下弦支撑布置
垂直支撑 1-1
垂直支撑 2-2
三、荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m 2 小于0.49kN/m 2，故不考虑风荷载
的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1cos 1.004α==换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（w P =0.12+0.011?跨度）计算，跨度单位为m 。 标准永久荷载： 改性沥青防水层
1.004x0.35=0.351kN/m 2 20厚1:
2.5水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kN/m 2 100厚泡沫混凝土保温层
1.004x 0.6=0.602kN/m 2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝）
1.004x 1.4=1.406kN/m 2
屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m 2 _____________________________
共 3.145kN/m 2
标准可变荷载： 屋面活荷载 0.7kN/m 2 积灰荷载
0.75kN/m 2
_____________________________
共 1.45kN/m 2
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 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 （1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）
全跨节点荷载设计值：
()222F 1.35 3.145kN m 1.40.70.7kN m 1.40.90.75kN m 1.5m 6m 52.89kN
=?+??+????=
（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨永久荷载设计值： 对结构不利时：
2
1,2F 1.35 3.145kN m 1.5m 6m 38.21kN
=???=（按永久荷载效应控制的组合） 2
1,2F 1.2 3.145kN m 1.5m 6m 33.97kN =???=（按可变荷载效应控制的组合） 对结构有利时：2
13F 1.0 3.145kN m 1.5m 6m 28.31kN =???=，
半跨可变荷载设计值：
()222,1F 1.40.70.7kN m 0.90.75kN m 1.5m 6m =14.68kN =??+???（按永久荷载效应控制的组合）
()22,2F 1.40.70.90.75kN m 1.5m 6m =17.33kN =?+???（按可变荷载效应控制的组合）
（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效
应控制的组合）
全跨节点桁架自重设计值：
对结构不利时：23,1F 1.20.384kN m 1.5m 6m=4.15kN =??? 对结构有利时：23,2F 1.00.384kN m 1.5m 6m=3.46kN =??? 半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
()224F 1.2 1.4kN m 1.40.7kN m 1.5m 6m=23.94kN =?+???
四、内力计算
荷载组合（1）计算简图如图4.1，荷载组合（2）计算简图如图4.2，荷载组合（3）计算简图如图4.3.
图 4.1 荷载组合（1）
图 4.2 荷载组合（2）
图 4.3 荷载组合4.3
由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、走半跨和右 半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表1
五、杆件设计
（1）上弦杆
整个上弦杆采用等截面，按FG 、GH 杆件的最大设计内力设计。
N =788.27kN=788270N
上弦杆计算长度：
在桁架平面内，为节间轴线长度：
150.7cm ox l =
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：
150.73452.1cm oy l =?=
因为ox l =3oy l ，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
腹杆最大内力N =470.35kN 节点板厚度选用10mm ，支座节点板厚度用12mm 设λ=60，选用角钢，为b 类截面，查表得0.807?=。
需要截面积：
22N 778270N A 4485.6mm 0.807215kN mm
f ?=
==? 需要的回转半径：
150.7cm 452.1cm
2.51cm =7.54cm 6060
oy ox
x y l l i i λ
λ=
=
===，
根据需要的A 、x i 、y i 查角钢规格表，选用2∟140×90×10，2A 5063mm =，
x i =2.85cm ，y i =7.70cm ，1b t 160cm 10cm 16==，按所选角钢进行验算：
150.7cm 52.882.86cm
ox x x l i λ=
== ∵1b t 16=＞10.56b 5.27ox l =
∴ 22221441b 1604521103.71 3.71t 52.7b 1052.7160oy yz l t λ????
?=+=+ ? ? ????
?? 60.26=＜ []150λ=
截面x 和界面y 都为b 类截面，由于x λ＞yz λ，只需要求y ?。查表的y ?=0.806。
2
N 778270N 190.72A 0.8065063mm
y ?==?＜2
215N mm 故所选截面合适。 （2）下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。
N =779070N
平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：
300cm ox l =，1185cm oy l =
所需截面面积：
2n 2N 779070N A 3623.6mm 215N mm
f =
== 选用2∟1409010??，2A 4452mm =，x i =2.56cm ，y i =6.77cm ，由于oy ox l l ?，故用不等肢角钢短肢相并
1185cm 6.77cm 175oy oy y l i λ===＜[]350λ=
考虑到下弦有221.5mm φ的栓孔削弱，下弦净截面面积：
222A 4452mm 221.510mm 4022mm n =-??=
22
779070N 176.3N mm 4022mm
n N A σ=
==＜2
215N mm 所选截面合适。
（3）端斜杆aB
杆件轴力： N =470.35kN=470350N
计算长度249.4cm ox oy l l ==，因为ox oy l l =，故采用不等值角钢长肢相并。使x y i i ≈设λ=60，查表得0.807?=。
2
2N 470350N A 2710.9mm 0.807215kN mm
f ?=
==? 249.4cm 60 4.16cm x ox i l λ===选用2∟1258010??，2A 3942mm =，3.98cm x i =， 3.31cm y i =，按所选角钢进行验算：
249.4cm 62.673.98cm
ox x x l i λ=
== ∵2b t 8=＜20.48b 14.96oy l =
∴ 44222221.09b 249.4 1.0980113.31249410yz y oy l t λλ????
?=+=+ ? ? ??????
80.76=＜ []150λ=
截面x 和界面y 都为b 类截面，由于x λ＞yz λ，只需要求y ?。查表的y ?=0.683。
22
N 470350N 174.70N mm A 0.6833942mm y ?==?＜2
215N mm 故所选截面合适。 （4）腹杆He
最大拉力： 21.46kN 最大压力： 97.75kN
按最大压力进行计算，设计计算值为97.75kN 。
由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取0.80.8329.5cm 263.6cm ox l =?=，节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即
329.5cm oy l l ==。
设λ=60，查表得0.807?=
22N 97750N A 563.4mm 0.807215kN mm
f ?=
==? 0.80.8329.5cm 60 4.39cm x ox i l λ=?=?=，329.5cm 60 5.49cm x ox i l λ===，选用等肢角钢，
2∟704?，2A 1114mm =， 1.96cm x i =， 2.94cm y i =，按所选角钢进行验算：
263.6cm 120.92.18cm
ox x x l i λ=
==＜ []150λ= ∵b t 15.75=＜0.58b 0.58329530.3oy l =?=
∴ 4422220.475b 329.50.47570112.9432954yz y oy l t λλ????
?=+=+ ? ? ?????
? 119.4=＜ []150λ=
截面x 和界面y 都为b 类截面，由于yz λ＞x λ，只需要求x ?。查表的x ?=0.433。
97750
202.6A 0.4331114
x N σ?=
==?＜2215N mm 由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。 故所选截面合适。 （5）腹杆Bb
腹杆拉力设计值为 N =357.85kN
22N 357850N A 1664.4mm 215N mm
f =
== 选用2∟806?组成梯形截面，2A 1879mm =， 2.47cm x i =， 3.65cm y i =，按所选截面进行验算：
平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8205.5cm ox l =，256.9cm oy l =，
205.5cm 83.22.47cm ox x x l i λ=
==＜ []350λ=，256.9cm 70.43.65cm
ox x x l i λ===＜ []350λ= 2A 1879mm =＞21664.4mm
故所选截面合适。 (6)竖杆Ie
竖杆拉力设计值： N =144.39kN
2
2
N 144390N A 671.6mm 215N mm f =
== 选用2∟504?组成十字形截面，2A 779mm =， 1.54cm x i =， 2.43cm y i =，按所选截面进行验算：
平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为0.8246.5cm ox l =，308.1cm oy l =，
246.5cm 160.11.54cm ox x x l i λ=
==＜ []350λ=，308.1cm 126.82.43cm
ox x x l i λ===＜ []350λ= 2A 779mm =＞2671.6mm
故所选截面合适。
其他腹杆：竖杆Aa 、Cb 、Ec 、Gd 选用2∟504?组成的十字形截面，腹杆Db 选用2∟1409010??短肢相并，腹杆Dc 、Fd 、Hd 选用2∟704?组成的梯形截面，腹杆Fc 选用2∟806?组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。 各杆件的截面的选择见附表2
六、节点设计
（1）下弦节点“b ”
有E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值2160N mm w f f =。设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝8mm 6mm f h =和，则所需的焊缝长度为：
肢背：'2
0.70.7357850N
139.8mm 220.78mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取16cm 肢尖： ''2
0.30.3357850N
79.9mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取10cm 设“Db ”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为8mm 6mm f h =和，所需的焊缝长度为：
235.31
52.89
605.59
肢背：'2
0.750.75280260N
117.2mm 220.78mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取14cm 肢尖： ''2
0.250.25280260N
52.1mm 220.76mm 160N mm
w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取7cm “Cb ”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取6mm f h =。
根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误
差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为310mm ?400mm 。 下弦与节点板的连接的焊缝长度为400mm ，6mm f h =。焊缝所受的左右两下弦杆的内力差为N 605.39kN 235.31kN 370.08kN ?=-=，肢背的力最大，取肢背进行计算，则肢背处的焊缝应力为：
20.75370080N
85.2N mm 20.76mm f τ?==???（400-12）
＜2160N mm
焊缝强度满足要求。 （2）上弦节点B
“Bb ”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b ”相同。
“Ba ”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为10mm mm f h =和8，所需的焊缝长度为：
肢背： '
2
0.650.65470350N
136.5mm 220.710mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取16cm 肢尖： ''
2
0.30.35470350N
91.9mm 220.78mm 160N mm w w e f N l h f ?=
==???，加2f h 后取11cm
考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm ，选择节点板尺寸为295mm ?480mm 。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。验算上弦杆的焊缝：
忽略桁架上弦坡度的影响，假定集中荷载F 与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力差。
槽焊缝的计算焊角尺寸为'11
105mm 22
f h ==?=节点板厚度 ，''f h =8mm
由节点板的长度确定槽焊缝的长度为480mm ，
222
105.6N mm <0.80.8160N mm 128N mm f w
w f f ===?=
上弦肢尖角焊缝的剪应力为：
22
22.6N mm <0.8160N mm f w
w f f ===
故焊缝强度满足要求。 （3）下弦节点“c ”
设“Dc ”杆的肢背和肢尖焊缝6mm 6mm f h =和，则所需的焊缝长度为：
肢背：'2
0.70.7186230N
97.0mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取11cm 肢尖： ''2
0.30.3186230N
41.6mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取6cm 设“Fc ”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为6mm 6mm f h =和，所需的焊缝长度为：
肢背：'2
0.70.7120380N
62.7mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???，加2f h 后取8cm 肢尖： ''2
0.30.3120380N
26.9mm 220.76mm 160N mm
w
w e f N l h f ?===???，由于焊缝计算长度不得小于8f h 和40mm ，肢尖焊缝长度取6cm 。
“Cb ”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取6mm f h =。
节点板取265mm ?315mm ，取6mm f h =，下弦杆与节点板的焊缝长度为315mm ，
焊缝受左右弦杆的内力差为N 759.5kN 605.59kN 153.91kN ?=-=，受力较大的肢背处的剪应力为：
20.75153910N
45.4N mm 20.76mm f τ?==???（315-12）
＜2160N mm
焊缝强度满足要求。 （4）下弦节点“d ”
设“Fd ”杆的肢背和肢尖焊缝6mm 6mm f h =和，则所需的焊缝长度为：
肢背：'2
0.70.758020N
30.2mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???<848mm f h =，计算长度取48mm ，加2f h 后取7cm
肢尖： ''2
0.30.358020N
13.0mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===??? <848mm f h =，计算长度取48mm ，加2f h 后取6cm
设“Hd ”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为6mm 6mm f h =和，所需的焊缝长度为：
肢背： '
2
0.70.739310N
20.5mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???<848mm f h =，计算长度取48mm ，加2f h 后取7cm
肢尖： ''2
0.30.339310N
8.8mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???<848mm f h =，计算长度取48mm ，加2f h 后取6cm 。
“Cb ”杆的内力为52890N ，6mm f h =。
肢背：'2
0.70.752890N
39.3mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???<848mm f h =，焊缝长度取6cm ，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊缝长度取6cm 。
节点板取255mm ?285mm ，由于d 点左右两端的拉力值相差不大，可只按构造确定其焊角尺寸为6mm f h =。 （5）下弦节点“e ”
腹杆“eH ”计算内力为97.75kN ，6mm f h =，肢背的焊缝长度为：
'2
0.70.797750N
50.9mm 220.76mm 160N mm
w w e f N l h f ?=
==???，加2f h 后取7cm
肢尖：'2
0.30.397750N
21.8mm 220.76mm 160N mm w
w e f N l h f ?===???<48mm ，取焊缝长度为6cm 。节点板取325mm ?270mm 。验算下弦节点板的焊缝。
计算内力为0.15?779.07kN=116.86kN ，6mm f h =，焊缝长度为270，焊缝肢背
的剪应力为：20.75116860N
40.44N mm 20.76mm f τ?=
=???（270-12）
＜2160N mm ，
肢尖受力较小，不必验算。故焊缝合适。 竖杆“eI ”焊缝计算： 拉力为144.39kN ，取8mm f h =，
''2
0.30.714439N
56.4mm 220.78mm 160N mm
w w e f N l h f ?===???考虑起弧和灭弧，焊缝长度取7cm ，肢尖受力较小，按构造确定焊缝长度为6cm 。 下弦拼接角钢的总长度为采用与上弦统一钢号的角钢进行拼接，垂直肢截取宽度为()5mm 1065mm 21mm f t h ++=++=
()2A 221020mm 40.7f
w
f f f l h h f ??
=++ ? ????
?
: ()()44522152261020mm=3681020
mm 40.76160???
=+?++ ??????
:: 拼接角钢的总长度取40cm 。
（6）上弦节点“C ”、“E ”、“G ”。
的节点板。焊脚尺寸取6mm ，焊缝长度取6cm 。连接板的尺寸如上图6.5.1 上弦点“D ”，“F ”、“H ”焊缝尺寸根据下弦节点已经确定。 节点“D ”：杆“Db ” 8mm 14cm f w h l ==肢背：，6mm 7cm f w h l ==肢尖：， 杆“Dc ” 6mm 11cm f w h l ==肢背：，6mm 6cm f w h l ==肢尖：， 节点“F ”：杆“Fc ” 6mm 8cm f w h l ==肢背：，6mm 6cm f w h l ==肢尖：， 杆“Fd ” 6mm 7cm f w h l ==肢背：，6mm 6cm f w h l ==肢尖：， 节点“H ”：杆“Hd ” 6mm 7cm f w h l ==肢背：，6mm 6cm f w h l ==肢尖：， 杆“He ” 6mm 7cm f w h l ==肢背：，6mm 6cm f w h l ==肢尖：， 节点“D ”、“F ”、“H ”所选择的连接板尺寸分别为：230mm ?335mm ，220mm ?255mm ，235mm ?245mm 。 （7）屋脊节点“I ”
采用与上弦角钢相同钢号的角钢进行拼接，截取的垂直肢的宽度为：
1
11
5mm 23mm f t h ++=，其中f h 取8mm ，接头一边的焊缝长度按弦杆的内力计算。
一条焊缝所需的焊缝长度为：2
751040N
209.6mm 40.78mm 160mm w l =
=???，拼接角钢
的长度取500mm>2?209.6mm+4?8mm+15?2=481.2mm ，合适。
根据腹杆的内力，取节点板尺寸为200mm ?450mm ，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为450mm-2x15mm-4f h ，f h =5mm ，故计算长度为3800mm ，节点荷载为52.89kN ，焊缝承受的剪应力：
2F 52890N
19.9N mm 20.720.75mm 380mm
f f w h l τ=
==??????＜2160N mm ，满足。
上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的15%，设肢尖的焊缝f h =8mm ，节点板的长度为200mm ，则节点一侧弦杆的计算长度为：
450mm
15mm 28mm 194mm 2
w l =
--?=，焊缝应力为： 20.15751040N
51.8N mm 20.78mm 194mm N f
τ?==??? 222
0.15751040N 75mm 6
120.3N mm 20.78mm 194mm
M f σ???==???
2112.8N mm =＜2160N mm （8）支座节点“a ”
腹杆“aB ”的焊缝尺寸同节点“B ”肢背：10mm 16cm f w h l ==，肢尖：
8mm f h = 11cm w l =。节点板的厚度为12cm ，所确定的节点板尺寸如图6.8.1，下弦杆焊脚
6.8.1 支座节点
6.8.2 支座底板
尺寸为肢背：8mm f h =14cm w l =，肢尖：6mm f h =14cm w l =，竖杆焊脚尺寸肢背和肢尖均为6mm f h = 6cm w l =，经验算焊缝满足要求。为了便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm 。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为12mm 。 ① 支座底板的计算
支座反力： R=8F=8?52.89kN=423.12kN 支座所需的净截面为：22423120N A 33849.6mm 12.5N mm
n c R f =
== 选择的支座底板的尺寸如图 6.8.2。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm 2>33849.6mm 2，故底板的面积合适。 底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。
根据底板尺寸确定1171.2mm a = 1b 81.2mm =，1b /1a =0.474查表得β的值为0.054。底板下的平均应力为：
22
423120N 6.29N mm 67280mm
σ== 每块板的单位宽度的最大弯矩为：
22221M 0.054 6.29N mm 171.2mm 9955.2N mm mm a βσ==??=?
底板厚度：
16.7mm t =
== 取t=18mm 。
②加劲肋与节点板的焊接焊缝计算。 计算简图如图6.8.3
假定一个加劲肋承受的力为支座反力的1/4，即加劲肋的计算内力为R 4423120N 4105780N ==，则焊缝的内力为
2
V 105780N
M=105780N 35mm=3702300N mm
=?
设焊缝6mm f h =，焊缝的计算长度为：
495mm 12mm 15mm 468mm w l =--=，则焊缝的应力：
2
2
2
22
105780N
26.9N mm 20.720.76mm 468mm
663702300N mm 12.1N mm 20.720.76mm 468mm f f w f f w V h l M h l τσ===????????=
==?????
229.5N mm ==＜2160N mm ，满足。
② 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。
设焊缝传递全部的支座反力，每块加劲肋各传力为R/4=105780N ，节点板传递的力为R/2=211560N 。
设节点板与焊缝的焊脚尺寸6mm f h =，则焊缝的计算长度我为：
()2290mm 12mm 556mm w l ∑=?-=
节点板的应力：
R 2211560N
0.70.76mm 556mm
f f w h l σ=
=
?∑??
22290.6N mm 1.22160N mm 195.22N /mm =
强度满足。
加劲肋焊脚尺寸8mm f h =每块加劲肋与地板的连接焊缝长度为：
()2100mm 15mm 12mm 126mm w l ∑=?--=
加劲肋焊缝的应力为：
R 4105780N
0.70.78mm 126mm
f f w h l σ=
=
?∑??
222149.9N mm 1.22160N mm 195.22N mm =
强度满足。
七、参考资料
1、张耀春.钢结构设计原理.高等教育出版社，2004版。
2、王国凡.钢结构连接方法及工艺.化学工业出版社,2005版。
3、钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京计划出版社，2003版。
4、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）.北京计划出版社，2002版
20
参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，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0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 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―A―F，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，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
屋架支撑布置见图2所示。 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0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 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=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 1 P=1.75×1.5×6=15.75 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=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 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。
贵州大学高等教育自学考试实践考试 钢结构课程设计 课程代码：02443 题目：单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 年级：2 0 1 3 级 专业：建筑工程 层次：本科 姓名：张伟 准考证号：21001181132 衔接院校：贵州大学 指导老师：张筱芸 完成日期： 2015. 4. 24
附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2， 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。
一、设计资料 温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m。建筑平面图如图1所示。 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=1/10； 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； 厂房内桥式吊车为1台30t（中级工作制）。 2. 屋架形式及材料: 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2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。 3. 荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.5 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.5 KN/m2 保温层0.55 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式0.120.011 q L =+计算： 0.318 KN/m2 悬挂管道： 0.15 KN/m2 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值：2 7.0m kN / 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.2 KN/m2 厂房平面图
.51507.5 9 内力系数图 二、屋盖支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间增设横向水 平支撑。 2、下弦横向水平支撑 屋架跨度为18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，
一由设计任务书可知： 厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20. 二选材： 根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。 三结构形式与布置： 屋架形式及几何尺寸见图1所示： 图1 屋架支撑布置见图2所示：
图2 四荷载与内力计算： 1．荷载计算： 活荷载于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： 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡ 总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值： 雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。 总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡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 屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载
中南大学土木工程学院土木工程专业（本科） 《钢结构基本原理》课程设计任务书 题目：钢框架主次梁设计 姓名： 班级： 学号：
一、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB5009－2010） （4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB50017－2003） （5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001） 2、参考书籍 （1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院 中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）， 机械工业出版社，2006 二、设计构件 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值2.02kN mm （单号）、5.02kN mm （双号），其中12班竖向梁跨度取值：学号1~10为8m 、学号11~20为10m ；学号21~为12m ；其中13班水平向梁跨度取值：学号1~10为9m 、学号11~20为11m ；学号21~为13m ；。楼面板为120mm 厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。设计中仅考虑竖向荷载和活载作用，框架梁按连续梁计算，次梁按简支梁计算。其中框架柱为焊接H 型钢，截面尺寸为H600×300×12×18，层高3.5m 。 三、设计内容要求 （1）设计次梁截面CL-1（热轧H 型钢）。 （2）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 （3）设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短梁段长度一般为0.9～ 1.2m 。 （4）设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。 （5）设高计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用强螺栓连接。
钢结构课程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2012年 1 月 2 日
目录 一、设计资料 (1) 二、结构形式及支撑布置 (2) 三、荷载计算 (4) 四、内力计算 (5) 五、杆件设计 (6) 六、节点设计 (10) 七、参考资料 (17) 八、附表一 (18) 九、附表二 (19)
一、设计资料 某车间跨度为24m，厂房总长度72m，柱距6m，车间内设有两台300/50kN 中级工作制吊车（参见平面图、剖面图），工作温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度，屋架下弦标高为12.5m；采用1.5×6 m预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C25，屋架采用的钢材为Q235B钢，焊条为E43型。 屋架形式
荷载（标准值） 永久荷载： 改性沥青防水层 0.35kN/m 2 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.4kN/m 2 100厚泡沫混凝土保温层 0.6kN/m 2 预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kN/m 2 屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L ）kN/m 2 可变荷载 基本风压： 0.35kN/m 2 基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.30kN/m 2 积灰荷载 0.75kN/m 2 不上人屋面活荷载 0.7kN/m 2 二、结构形式及支撑布置 桁架的形式及几何尺寸如下图2.1所示 图2.1 桁架形式及几何尺寸 桁架支撑布置如图2.2所示 1950 12000 1350 150 50 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1507 1508 19652494 2233 2569 28 13 280 32516 305 6 304 5 2798 330 5 329 53081 2850 30003000 3000
钢屋架设计计算 一、设计资料 屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20）。钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊接。该厂房横向跨度为24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。 二、屋架布置及几何尺寸 屋架几何尺寸图 屋架计算跨度=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H0=2000mm。 二、支撑布置
三、荷载计算 1、荷载 永久荷载 预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝） 1500N/m2 =1.5 KN/m2 屋架自重（120+11×24）=0.384 KN/m2 防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2 找平层2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2 保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2 支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2 小计∑3.714 KN/m2 可变荷载 活载 700N/m2=0.70 KN/m2 以上荷载计算中，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。 永久荷载设计值：1.2×3.714=4.457kN/m2 可变荷载设计值：1.4×0.7=0.98kN/m2 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 屋架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P1=4.457×1.5×6=40.11kN P2=0.98×1.5×6=8.82kN （3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载 P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN 以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。 四、内力计算 按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。 全跨荷载布置图
课程设计任务书 题目：梯形钢屋架 ——某工业厂房 适用专业：土木工程2010级 指导教师：雷宏刚、李海旺、闫亚杰、焦晋峰 太原理工大学建筑与土木工程学院 2013年12月
一、设计题目：梯形钢屋架 二、设计资料 某工业厂房，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20 kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。屋面排水坡度见表1，有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱上，柱顶标高9.0m，柱截面尺寸为400×400mm。不考虑积灰荷载。 注：屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑： 0.30kN/m2（6.0m） 0.40kN/m2（7.5m） 三、设计内容及要求 要求在2周内（2013.12.23～2014.1.3）完成钢结构课程设计内容，提交设计图纸及计算书一套。 1. 设计内容 （1）进行屋盖结构布置并选取计算简图； （2）屋架内力计算及内力组合； （3）屋架杆件设计； （4）屋架节点设计； （5）屋架施工图。 2. 设计要求 （1）整理设计计算书一份 ○1设计条件 ○2结构布置 ○3计算简图 ○4荷载选取 ○5内力计算 ○6内力组合 ○7构件设计 ○8节点设计 ○9挠度验算 （2）绘制施工图 ○1屋盖布置图（图纸编号01）：屋架平面布置图+上、下弦支撑平面布置图+垂直支撑布置图； ○2屋架施工图（图纸编号02）：屋架几何尺寸、内力简图+屋架施工详图+节点、异形零件详图+设计说明+材料表等。
表1 梯形钢屋架课程设计任务表 坡度1:10 1:20 长度（m）60（柱距6m）75（柱距7.5m）72（柱距6m）90（柱距 题号跨度 21 24 27 30 21 24 27 30 21 24 27 30 21 24 地点 北京市 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 上海市17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 乌鲁木齐33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 成都市49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 南京市65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 哈尔滨81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 太原市97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 运城市113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 长治市129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 吕梁市145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 四、参考资料 （1）钢结构设计基本原理，雷宏刚，科学出版社 （2）钢结构设计，黄呈伟、李海旺等，科学出版社 （3）建筑结构荷载规范，GB 50009-2012 （4）钢结构设计手册（上册）第三版，中国建筑工业出版社 （5）轻型屋面梯形钢屋架，中国建筑标准设计研究院 （6）钢结构设计规范，GB 50017-2003 （7）土木工程专业—钢结构课程设计指南，周俐俐等，中国水利水电出版社
1.设计资料： ................................................................ 错误！未定义书签。 2.结构形式与布置 ............................................................ 错误！未定义书签。 3.荷载计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.内力计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表，7位同学依次按序号进行选取。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A 、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B 、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C 、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。 单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 （2）屋架计算跨度 )(7.233.0240 m l =-= （3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度 mm h 19000=中部高度
钢结构设计原理与施工课程设计――钢结构厂房屋架 指导教师： 班级： 学生姓名： 学号： 设计时间：2011年6月7号 浙江理工大学科技与艺术学院建筑系
梯形钢屋架课程设计计算书 一.设计资料： 1、车间柱网布置：长度60m ；柱距6m ；跨度24m 2、屋面坡度：1：10 3、屋面材料：预应力大型屋面板 4、荷载 1）静载：屋架及支撑自重0.384KN/m 2；檩条0.2KN/m 2；屋面防水层 0.1KN/m 2； 保温层0.4vKN/m 2；大型屋面板自重（包括灌缝）0.85KN/m 2；悬挂管道0.05 KN/m 2。 2）活载：屋面雪荷载0.35KN/m 2；施工活荷载标准值为0.7 KN/m 2；积灰荷 载1.2 KN/m 2。 5、材质Q235B 钢，焊条E43系列，手工焊。 二 .结构形式与选型 1.屋架形式及几何尺寸如图所示 : 拱50 根据厂房长度为60m 、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于 跨度为24m 故不设下弦支撑。
2.梯形钢屋架支撑布置如图所示： 3.荷载计算 屋面活荷载0.7KN/m2进行计算。 荷载计算表
荷载组合方法： 1、全跨永久荷载1F＋全跨可变荷载2F 2、全跨永久荷载1F＋半跨可变荷载2F 3、全跨屋架（包括支撑）自重3F＋半跨屋面板自重4F＋半跨屋面活荷载2F 4．内力计算 计算简图如下
屋架构件内力组合表 4．内力计算 1.上弦杆 整个上弦采用等截面，按FG 杆件的最大设计内力设计，即N=－895.731KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==，0y l 2 1.508 3.016m ==× 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力N=－520.651KN ，中间节点板厚度选用6mm ，支座节点板厚度选用8mm
钢结构课程设计计算书 专业：土木工程 班级：土木094 姓名：王忠涛 学号：099044411 指导教师：贾冬云 安徽工业大学 建筑工程学院 土木工程系
《钢结构设计》课程设计计算书 1.设计资料 某车间厂房总长度约为108m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房，屋架采用三角形桁架式钢屋架即芬克式屋架，屋架下弦标高为9m，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400㎜×400㎜，混凝土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5m~2.2m。屋面恒荷载(包括屋面板、保温层、檩条、屋架及支撑等)水平投影标准值为0.50kN/㎡。屋面活荷载标准值为0.30kN/㎡。不考虑积灰荷载、风荷载。雪荷载0.4kN/㎡，不考虑全垮积雪不均匀分布情况。结构重要性系数为γ0=1.0。屋架采用Q235B钢，焊条采用E43型。 2.屋架形式和几何尺寸 屋架形式采用芬克式屋架屋面坡度1/3 屋架几何尺寸如下图： 屋架形式和几何尺寸 3.支撑布置 上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部，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，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连；下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设置在同一柱间内。支撑的布置见下图。 上弦支撑布置图
下弦支撑布置图 纵向支撑布置图 檩条布置图 4.荷载计算 （1）永久荷载标准值： 屋面恒荷载标准值G k=0.50 kN/m2 屋面活荷载标准值Q k=0.30 kN/m2。 屋面雪荷载标准值S k=0.4 kN/ m2。 （2）上弦的集中荷载和节点荷载永久值。 檩条支承于上弦节点，屋架坡度为a=arctg1/3=18.4o′，檩距为1.975m。 上弦节点恒荷载水平投影标准值：P1=0.5×7.2×1.975=7.11 KN； 上弦节点雪荷载水平投影标准值：P2=0.4×7.2×1.975=5.69KN。 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图
土建专业 钢结构 课程设计 钢结构课程设计 一、课程设计的性质和任务 《钢结构》是土木工程专业的重要专业课，为了加强学生对基本理论的理解和《钢结构》设计规范条文的应用，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，必须在讲完有关课程内容后，安排2周的课程设计，以提高学生的综合运用能力。课程设计又是知识深化、拓宽的重要过程，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面锻炼，是实现本科培养目标的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力以及严谨、扎实的工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完成设计任务奠定基础。 课程设计的任务是，通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。 二、课程设计基本要求 课程设计是综合性很强的专业训练过程，对学生综合素质的提高起着重要的作用。基本要求如下： 1、时间要求。一般不少于2周； 2、任务要求。在教师指导下，独立完成一项给定的设计任务，编写出符合要求的设计说明（计算）书，并绘制必要的施工图。 3、知识和能力要求。在课程设计工作中，能综合应用各学科的理论知识与技能，去分
析和解决工程实际问题，使理论深化，知识拓宽，专业技能得到进一步延伸。通过毕业设计，使学生学会依据设计任务进行资料收集、和整理，能正确运用工具书，掌握钢结构设计程序、方法和技术规范，提高工程设计计算、理论分析、技术文件编写的能力，提高计算机的应用能力。 三、课程设计的内容 《钢结构》课程设计的选题要符合教学基本要求，设计内容要有足够的深度，使学生达到本专业基本能力的训练。对学习好、能力强的学生，可适当加深加宽。 题目：钢屋架设计 采用平面钢屋架作为设计题目。设计内容包括：屋架内力计算、屋架杆件设计；节点设计；施工图绘制以及材料用量计算等。 完成的设计成果包括：结构设计计算书一份，施工图1~3张（2号）。 普通钢屋架设计 案例及设计指导 参考题目： 一、题目：普通梯形钢屋架设计 （一）设计资料 郑州某工业厂房，长度102m，屋架间距6m，车间内设有两台20/5t中级工作工作制桥式吊车，屋面采用×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。水混珍珠岩制品保温层10cm，20mm 厚水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土C30，屋架跨度和屋面积灰荷载按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度（1）24m （2）27m 2、屋面积灰荷载标准值（1）m2（2）m2
－、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，按最大设计力IJ 、JK 计算，根据表得： N= -1139.63KN ，屋架平面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：
《钢结构》（钢屋架）课程设计任务书 湖北工业大学工程技术学院土木系 结构教研室 2013年11月 一、设计资料 某单跨单层厂房，跨度L=24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图1所示， 杆件容许长细比：屋架压杆[λ]=150，屋架拉杆[λ]=350。 二、屋架形式及几何尺寸 如图2所示。 三、荷载 1. 永久荷载（标准值） 大型屋面板（0.50 +0.001*本人学号后三位数）kN/m2 （例如：学号为070807110190，则屋面板荷载为：0.50+0.001*190=0.69kN/m2） 防水层0.10kN/m2 屋架及支撑自重0.15kN/m2 悬挂管道0.05kN/m2 2.可变荷载（标准值） 屋面活荷载按学号选取（参见下表）；雪荷载0.30kN/m2 屋面活荷载的取值 (kN/m2) 四、课程设计要求 1. 掌握钢屋架荷载的计算； 2. 掌握杆件内力的计算和组合，杆件的计算长度、截面形式，截面选择及构造要求， 填板的设置及节点板的厚度； 3. 掌握普通钢屋架节点设计的原则和要求，主要节点的设计及计算和构造；掌握钢 屋架施工图的内容和绘制。
五、课程设计进度安排
1拱50 图2 24米跨屋架几何尺寸 117 图3 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 A a c e g g 'e 'c 'a '+3.480 .000-6.25- 9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49 -2.470.00 0.00 -6.53 -3.14 +0.71 +1.55+1.39 +1.56 +1.80 +2.12+4.76 +1.90 -0.45 -2.47 -1.53 -1.75 -2.03 -2.34 -1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1. 25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i 图4 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力
钢结构课程设计示例 附录A 梯形钢屋架设计示例 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为18m。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0.5kN/㎡，积灰荷载标准值为0.75kN/㎡。 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Q235B，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=18000-2×150=17700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）,中部高度2900mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图A-1所示。 图A-1 屋架形式及几何尺寸
屋架支撑布置见图B-2所示。 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A-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 防水层（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+0.011×18=0.318kN/㎡ 管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.068kN/㎡ 可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 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=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 屋架上弦节点荷载 1 P=1.75×1.5×6=15.75 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=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 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A-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。
一、设计题目 18m跨三角形钢桁架 二、设计资料 1、某单层轻型工业厂房，平面尺寸18m×90m，柱距6m，柱高6m，采用三角形钢屋架，跨度18m，屋面坡度i=1/3,屋面防水材料为波形彩钢瓦+50厚玻纤棉+钢丝网铝箔，冷弯薄壁C型钢檩条，檩条斜距1.555m，支撑布置自行设计，无吊车。采用钢筋混凝土柱，混凝土强度等级为C20，钢屋架与柱铰接，柱截面尺寸400×600mm；使用温度-5摄氏度以上，地震烈度7度，连接方法及荷载性质，按设计规范要求。屋架轴线图及杆件内力图见图。 2、荷载标准值如下： （1）、永久荷载（沿屋面分布） 屋面防水结构+檩条 0.2KN/m2 钢屋架及支撑等自重 0.35KN/m2 （2）、可变荷载 屋面活荷载（按水平投影）0.50KN/m2 基本风压（地面粗糙度为B类）0.80KN/m2 三、要求设计内容 1、屋盖结构布置 2、屋架杆件内力计算和组合 3、选择杆件截面型号，设计节点 4、绘制施工图 四、课题设计正文 （一）屋盖结构布置： 上弦节间长度为两个檩距，有节间荷载。上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通长的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连。上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的1/2。具体支撑布置如下图：
屋架支撑布置 1-1剖面图 （二）、屋架杆件内力计算和组合 1、荷载组合：恒载+活荷载；恒载+半跨活荷载 2、上弦的集中荷载及节点荷载如下图： 上弦集中荷载
上弦节点荷载 上弦集中荷载及节点荷载表 3、上弦节点风荷载设计值如图所示。 （1）按照规范可知风荷载体形系数：背风面-0.5；迎风面-0.5 （2）上弦节点风荷载为： 上弦节点风荷载 W=1.4×（-0.5）×0.8×1.556×6=-5.228KN 4、内力计算 （1）杆件内力及内力组合如下表： （2）上弦杆弯矩计算。 端节间跨中正弯矩为 M1=0.8M0=0.8×P丿l=0.8（1/4×12.04kNm×3/√10×1.555m） =3.553kNm 中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩为
设计某厂房钢屋架 一、设计资料 梯形屋架跨度24m，物价间距6m，厂房长度120m。屋架支撑于钢筋混凝土柱子上，节点采用焊接方式连接，，其混凝土强度C25，柱顶截面尺寸400mm×400mm。屋面用预应力钢筋混凝土大型屋面板。上弦平面侧向支撑间距为两倍节间长度，下弦平面在柱顶和跨中各设一道纵向系杆。屋面坡度i=1/10。刚材采用Q235B钢，焊条E43××系列，手工焊。 二、屋架形式和几何尺寸 屋架的计算跨度l0=L-300=24000-300=21000mm，端部高度取H0=2000mm，跨中高度H=3200mm 三、屋盖支撑布置（见图1） 四、荷载计算 ⒈永久荷载：预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1.40KN／m2 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35 KN／m2 找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN／m2 保温层（泡沫混凝土）厚40mm 0.25KN／m2 钢屋架及支撑重0.12+0.011×24=0.384KN／m2 合计 2.784KN／m2 ⒉可变荷载：屋面荷载0.5KN／m2 雪荷载0.6KN／m2 由于可变荷载和雪荷载不能同时达到最大，因此去他们中的较大值。取0.6 KN／m2 五、屋架杆件内力计算与组合 永久荷载分项系数1.2，可变荷载分项系数1.4. ⒈荷载组合： ⑴全跨恒载＋全跨活载 ⑵全跨恒载＋半跨活载 ⑶全跨屋架，支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨活载 ⒉节点荷载： 永久荷载F1=1.2×2.784×1.5×6=30.07KN
可变荷载F2=1.4×0.6×1.5×6=7.56KN ⒊屋架杆件内力计算 表一屋架构件内力组合表（单位：KN）见表1 六、屋架杆件设计 支座斜杆的最大内力设计值为-333.40 KN，查表9.1，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。 ⒈上弦杆 上弦采用等截面，按N=-572.28KN，FG杆件的最大设计内力设计。上弦杆计算长度：平面内：l ox=l o=1507mm；在屋架平面外，根据支撑和内力变化情况，取l oy =2×l0=3014mm。 假设λx=λy=120，查表得φ=0.437。取强度设计值f=215 N／mm2， 则需要的截面面积： A=N∕φf=572280∕0.751×215=3544mm2=35.44 cm2 需要回转半径： i x=l ox∕λ=1507∕70=21.5mm i y= l oy∕λ=1507×2∕70=43mm 根据需要的A、i x，查角钢型钢表，
钢结构课程设计例 题
钢屋架设计计算 一、设计资料 屋面采用梯形钢屋架、预应力钢筋混凝土屋面板。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上（砼等级C20）。钢屋架材料为Q235钢，焊条采用E43型，手工焊接。该厂房横向跨度为24m，房屋长度为240m，柱距（屋架间距）为6m，房屋檐口高为2.0m，屋面坡度为1/12。 二、屋架布置及几何尺寸 屋架几何尺寸图 屋架计算跨度=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H0= mm。 二、支撑布置
三、荷载计算 1、荷载 永久荷载 预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1500N/m2=1.5 KN/m2 屋架自重（120+11×24）=0.384 KN/m2 防水层 380N/m2 =0.38 KN/m2 找平层2cm厚 400N/m2 =0.40 KN/m2 保温层 970N/m2 =0.97 KN/m2 支撑自重 80N/m2 =0.08 KN/m2
小计∑3.714 KN/m2 可变荷载 活载 700N/m2=0.70 KN/m2 以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，因此各荷载均按水平投影面积计算。 永久荷载设计值：1.2×3.714=4.457kN/m2 可变荷载设计值：1.4×0.7=0.98kN/m2 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 屋架上弦节点荷载：P=（4.457+0.98）×1.5×6=48.93kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载：P1=4.457×1.5×6=40.11kN P2=0.98×1.5×6=8.82kN （3）全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载 全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P3=1.2×（0.384+0.08）×1.5×6=5.01kN 作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载 P4=（1.2×1.5+1.4×0.7）×1.5×6=25.02kN 以上1），2）为使用阶段荷载组合;3）为施工阶段荷载组合。 四、内力计算 按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力