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钢结构课程设计三角形屋架一、课程目标知识目标：1. 让学生理解并掌握三角形屋架的结构特点及其在钢结构中的应用。
2. 使学生掌握三角形屋架的稳定性分析及计算方法。
3. 让学生了解并掌握钢结构设计的相关规范和标准。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行三角形屋架结构设计和计算的能力。
2. 培养学生运用CAD软件绘制三角形屋架结构图纸的技能。
3. 培养学生分析问题、解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对钢结构及三角形屋架的兴趣，激发学生的学习热情。
2. 培养学生严谨、认真的学习态度，养成遵循规范和标准的好习惯。
3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论教学与实践操作相结合，使学生在掌握三角形屋架相关知识的基础上，具备一定的设计计算和绘图能力。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果。
通过本课程的学习，学生将能够独立完成三角形屋架的设计计算和绘图任务，为后续专业课程的学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 三角形屋架结构特点及其应用- 介绍三角形屋架的结构类型、受力特点及在钢结构中的应用。
- 教材章节：第二章第二节2. 三角形屋架稳定性分析及计算方法- 讲解三角形屋架的稳定性原理，推导相关计算公式。
- 教材章节：第三章第一节3. 钢结构设计规范与标准- 介绍我国钢结构设计的相关规范和标准，分析三角形屋架设计要求。
- 教材章节：第四章第二节4. 三角形屋架设计计算实例- 分析具体工程案例，讲解三角形屋架设计计算步骤及方法。
- 教材章节：第五章5. 三角形屋架结构绘图- 教授CAD软件操作，指导学生绘制三角形屋架结构图纸。
- 教材章节：第六章第三节6. 实践操作与团队协作- 安排实践操作环节，让学生分组进行三角形屋架设计计算和绘图。
- 教材章节：实践环节教学内容安排和进度：第一周：介绍三角形屋架结构特点及其应用，学习稳定性分析基本原理。
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=3190mm1、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/m²②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L3190mm，下端起拱50mm。
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P=4.0644×1.5×6=36.59 kN屋架上弦节点荷载1P=1.75×1.5×6=15.75 kN2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3P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN43.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。
钢结构课程设计21m梯形屋架梯形屋架是一种常用的屋架结构形式，具有良好的承载能力和稳定性。
本文将以21m梯形屋架为例，探讨其设计过程和关键要点。
一、梯形屋架的结构特点梯形屋架是一种由多个梯形单元组成的结构，其特点是上下层梁高度逐渐减小，形成梯形的外形。
这种结构形式可以合理分配荷载，提高整体的承载能力。
二、梯形屋架设计要点1. 荷载计算：首先需要进行荷载计算，包括自重、活载和风载等。
根据规范和实际情况确定荷载参数，计算荷载作用下的弯矩和剪力。
2. 材料选择：在进行梯形屋架设计时，需要选择适用的钢材。
一般情况下，Q235钢材是常用的选择，其具有良好的可焊性和承载能力。
根据实际情况，也可以选择其他材料。
3. 结构设计：梯形屋架的结构设计是整个设计过程中的核心环节。
根据荷载计算结果，确定梯形屋架的截面形状和尺寸。
在设计过程中，应考虑梁的弯矩和剪力的分布情况，合理配置截面尺寸，确保结构的稳定性和安全性。
4. 连接方式：梯形屋架的连接方式也是设计中需要考虑的重要因素。
常见的连接方式有焊接和螺栓连接两种。
在设计中，需要根据实际情况选择合适的连接方式，并进行合理的连接设计。
5. 防腐措施：钢结构在室外长期暴露于空气中，容易受到腐蚀。
为了延长梯形屋架的使用寿命，需要采取防腐措施。
常见的防腐方法包括涂漆、热镀锌和喷涂防腐等。
6. 施工工艺：梯形屋架的施工工艺也需要考虑。
在施工中，需要合理安排工序，确保施工质量和安全。
同时，还需要制定相应的施工方案和施工图纸。
三、梯形屋架设计案例分析以一座21m梯形屋架为例，进行设计分析。
1. 荷载计算：根据规范和实际情况，计算自重、活载和风载等荷载的作用下的弯矩和剪力。
2. 材料选择：选择Q235钢材作为梯形屋架的材料。
3. 结构设计：根据荷载计算结果，确定梯形屋架的截面形状和尺寸。
调整上下层梁的高度，使其逐渐减小，形成梯形的外形。
4. 连接方式：选择焊接连接方式，确保连接的牢固性和稳定性。
钢结构课程设计21m梯形屋架
钢结构课程设计21m梯形屋架
设计概述：
本设计为一座21m梯形屋架的钢结构课程设计。
屋架采用梯形结构形式，主要由主梁、次梁、剪力墙和支撑系统组成。
设计要求满足屋顶承受风、雪、自重等荷载的要求，并确保结构的稳定性和安全性。
设计步骤：
1. 确定屋架结构形式：本设计采用梯形结构形式，其中主梁跨度为21m，次梁根据需求进行设置。
2. 计算屋架荷载：根据工程要求和设计标准，计算风、雪和自重等荷载，并确定设计荷载。
3. 选取钢材和连接方式：根据荷载计算结果，选取适当的钢材规格和连接方式，保证结构的强度和刚度。
4. 进行结构模型分析：利用结构分析软件，建立屋架的三维模型，并进行荷载分析、刚度分析和稳定分析，确保结构的安全性和稳定性。
5. 进行结构设计：根据分析结果，进行结构设计，包括确定材料尺寸、梁柱截面尺寸、连接件尺寸和布置等。
6. 绘制结构施工图：根据设计结果，绘制结构施工图，包括平面布置图、节点图和详图等，用于施工实施。
7. 进行结构检验：对设计结果进行结构检验，确认设计的合理性和安全性。
8. 编写设计报告：整理设计过程和结果，编写设计报告，包括设计说明、结构计算和绘图等内容。
以上为钢结构课程设计21m梯形屋架的主要步骤，具体的设
计过程需要根据实际条件和要求进行调整和细化。
在设计过程中，需要合理应用结构分析软件、设计规范和工程经验，保证设计的科学性和合理性。
同时，还要注意施工工艺和质量控制，确保设计方案的顺利实施和结构的安全可靠。
重型厂房结构设计--钢屋架设计重型厂房结构设计--钢屋架设计一、设计概述由于重型厂房要承载大量设备和负荷，因此其结构设计极为重要。
本设计采用钢屋架结构来满足建筑的要求。
钢屋架结构具有自重轻、强度高、刚度好、施工周期短等优点，非常适合用于重型厂房的设计。
二、结构选型钢屋架结构主要由柱、梁和屋面系统组成。
柱和梁采用矩形钢管作为主要构件，选用Q345钢材，具有优良的强度和耐腐蚀性。
屋面系统采用彩钢板作为覆盖材料，具有防水、防火、耐腐蚀等特点。
三、结构设计1. 主悬挂梁的设计主悬挂梁是承载屋面系统和顶墙板的关键构件。
根据厂房的平面布置和荷载计算结果，确定主悬挂梁的位置和尺寸。
为了提高刚度，悬挂梁采用双T剖面型钢。
根据荷载计算和构造要求，确定主悬挂梁的截面尺寸和材料规格。
2. 柱的设计柱是厂房结构的主要承载构件，承受来自屋面荷载和其他附属设备的力。
根据实际设计要求和荷载计算结果，确定柱的尺寸和材料规格。
为了提高抗震性能，柱采用矩形钢管，并在柱的底部设置地震支座。
3. 屋面系统的设计屋面系统主要由钢梁、彩钢板和防水层组成。
钢梁用于支撑彩钢板和屋面荷载，彩钢板作为覆盖材料，防水层用于保证建筑不受外部湿气影响。
根据建筑布置和屋面系统的荷载计算结果，确定钢梁和彩钢板的尺寸和材料规格。
四、结构分析与验算根据上述设计结果，进行结构分析与验算。
主要包括静力荷载、动力荷载和抗震性能的计算。
通过对设计结构进行静力和动力分析，验证其满足规范要求和安全性能。
五、结构施工方案根据结构设计结果，制定施工方案。
包括施工工艺、施工周期、材料选用、焊接工艺等。
确保施工过程中的质量与安全。
六、结构优化和改进根据施工实践和使用反馈，对结构进行优化和改进。
包括减少材料使用、提高结构性能等。
以满足客户的实际需求和经济效益。
七、结论本设计采用钢屋架结构满足重型厂房的设计要求，具有自重轻、强度高、刚度好等优点。
通过结构分析与验算，证明了设计的合理性和安全性。
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=3190mm1、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/m²②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L3190mm，下端起拱50mm。
屋架几何尺寸如图1所示：四、杆件界面设计（1） 上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算：N max =-580.3KN ，l 0x =150.8cm ，l 0y =301.6cm 故截面应选择等边角钢截面。
假定λ=50，则ϕ=0.856，A req =N/ϕf=5803/（0.856×215）31.5 cm 2i yreq =l ox /λ=150.8/50=3.02cm i yreq = l oy /λ＝301.6/50＝6.03cm 由附表7.6选2L110×10, 肢背间距a=10mm A=2×19.26=38.52cm 2、i x =3.05cm 、i y =4.52cm截面验算：x λ＝l ox / i x ＝150.8/3.05=49.4<［λ］＝150(满足)y λ＝l oy / i y =301.6/4.52=66.7<［λ］＝150(满足) b/t=10/1=10＜0.58×301.6/10=17.54220.415169.7yz y oy b l t λλ⎛⎫=+= ⎪ ⎪⎝⎭ yz λ＞x λ,故max yz λλ=查表得ϕ＝0.7528由N/ϕA=5803/(0.7528×38.52)=200.1N/mm ²＜f=215 N/mm ² 故上弦杆采用2 L110×10（2） 下弦杆整个下弦杆采用等截面，按最大内力N=576.9 KN 计算l ox ＝300cm l oy =1185cm A nqeq =N/f=26.83cm 2由附表7.6选2 L100×8 , a=10mmA ＝2×15.64＝31.28 cm 2，i x ＝3.08cm ，i y ＝4.48cmn A /N ＝σ=5769/31.28=185N/2mm < 215 N/2mm (满足)x λ＝l ox / i x ＝300/3.08=97.4<［λ］＝350(满足)y λ＝l oy / i y =1185/4.48=264.5<［λ］＝350(满足) 故下弦杆采用2 L100×8（3）腹杆aBN=-336.7KN ，l 0x =l 0y =253cm选用截面2L90×8, a=10mm 截面几何特性：几何面积：A=27.88cm 2回转半径：i x =2.76cm ，i y =4.09cm[]253.591.71502.76x λλ==〈=长细比：[]253.561.91504.09y λλ==〈= b/t=9/0.8=11.25＜0.58×253/9=16.34220.41516691.7yz y x oy b l t λλλ⎛⎫=+=〈= ⎪ ⎪⎝⎭max 91.7x λλ==查表得x ϕ=0.610则A x /N ＝ϕσ=3367/0.610×27.88=198N/2mm < 215 N/2mm (满足) 所以选择截面为2L90×8的等肢角钢，肢背间距为a=10mm（3） 腹杆BcN=262.1KN ，l 0x =0.8×261.3=209cm ，l 0y =261.3cm 选2 L70×5, a=10mmA ＝2×6.88＝13.76 cm 2，i x ＝2.16cm ，i y ＝3.24cmn A /N ＝σ=2621/13.76= 190.5N/2mm < 215 N/2mm (满足)x λ＝l ox / i x ＝209/2.16=96.8<［λ］＝350(满足)y λ＝l oy / i y =261.3/3.24=80.6<［λ］＝350(满足)选用截面2L70×5 ， a=10mm（5）腹杆 FgN=43KN, l ox =l oy =0.8×312.4=249.9cm 选2L56×5，A=2×5.42=10.84cm ² 满足最小角钢要求i x ＝1.72cm ，i y ＝2.69cm[]249.9145.31501.72ox x x l i λλ===〈= 满足要求 []312.4116.11502.69oy y yl i λλ===〈= 满足要求。
（6）腹杆gHN=0.46KN, l ox =0.8×339=271.2cm ，l oy =339cm选2L63×5，i x ＝1.94cm ，i y ＝2.97cmx λ=l ox /i x =139.8﹤150 满足 y λ=l oy /i y =114.1﹤150 满足。
（7）腹杆HiN=-40.9KN l ox =0.8×339=271.2cm ，l oy =339cm选2L63×5，i x ＝1.94cm ，i y ＝2.97cmx λ=l ox /i x =139.8﹤150 满足 y λ=l oy /i y =114.1﹤150 满足。
按第二种荷载组合N Hi 压力略微增加，但其值小，可满足要求。
（8）腹杆IiN=78.2KN l ox =0.9×319=287.1cm选2L63×5，十字相连 ，A=12.28， i x ＝2.45cmx λ=l ox /i x =117.2﹤350 满足承载力验算：A /N ＝σ=782/12.28=63.7N/mm 2< 215(满足)所以选择截面为2L63×5的等肢角钢，肢背间距为a=10mm其余截面选择见下表：五、节点设计（1）屋脊节点。
竖杆Ii 杆端焊缝按构造取f h 和w l 为5mm 和80mm 。
上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅承受屋面板传来的集中荷=载，一般可不做计算。
角钢肢尖焊缝应取上弦内力N 的15%进行计算，即：∇N=0.15×562=84.3(kN).其产生的偏心弯矩M=∇Ne=384.31050⨯⨯=4215000（N •mm ）现取节点板尺寸如图所示。
设肢尖焊脚尺寸2f h =6mm ，则焊缝计算长度2w l =200－2×16－5=183（mm ）。
验算肢尖焊缝强度：=91.9（N/mm 2）<w f f =160N/mm 2（满足要求）上弦杆起拱后坡度为6.91。
拼接角钢采用与上弦相同截面，热弯成型。
拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。
设角焊缝焊脚尺寸f h =t －2=10－2=8（mm ）。
则接头一侧需要的焊缝计算长度为：()356210156.840.740.78160w wf f N l mm h f ⨯===⨯⨯⨯⨯ 拼接角钢的总长度为：()()1222156.828102100376.4()9.6w f l l h a mm ⎛⎫=++=⨯+⨯++⨯⨯= ⎪⎝⎭取l =400mm拼接角钢竖肢需切去的高度为：∇=)(2358105mm h t f =++=++取∇=25mm ，竖肢余留高度为75,mm 。
（2）下弦拼接节点。
拼接角钢采用与下弦相同截面。
拼接角钢一侧的焊缝 长度按与杆件等强设计。
设角焊缝焊脚尺寸)(6282mm t h f =-=-=，则接头一侧所需要的焊缝计算长度为：231.2810215250.2()40.740.76160w wf f Af l mm h f ⨯⨯===⨯⨯⨯⨯ 拼接角钢的总长度为：()()22250.22610534.4()w f l l h a mm =++=⨯+⨯+=取l=540mm ，拼接角钢水平肢较宽，故采用斜切，不但便于焊接，且可增加焊缝长度，水平肢上的安装螺栓孔，待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水平支撑。
竖肢因切肢后余留高度较小，不设安装螺栓。
拼接角钢竖肢需切去的高度为：586519t h mm ∇=++=++=（mm ） 取∇=20mm ，即竖肢余留高度为80mm 。
取两斜腹杆杆端至节点中心距离为230mm ，竖杆杆端至节点中心则取90mm （按工程惯例梯形屋架通常取下弦节点中心至各腹杆下端的距离为5mm 的倍数，各腹杆的角钢长度亦取5mm 或10mm 的倍数，而让上弦节点中心至腹杆上端的距离为不规则尾数）。
节点板按布置腹杆杆端焊缝需要，采用—330×10×380。
（3）支座节点。
根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用—380×12×440. 为便于施焊，取底板上表面至下线轴线的距离为160mm ，且在支座中线处设加劲肋—90×10，高度与节点板相同，亦为440mm 。
