钢屋架设计

钢屋架课程设计15米一、教学目标本课程旨在让学生掌握钢屋架的基本设计原理和计算方法，能够独立完成15米钢屋架的设计。

具体目标如下：1.掌握钢屋架的结构类型和受力特点。

2.掌握钢屋架的设计原理和计算方法。

3.熟悉相关规范和标准。

4.能够使用专业软件进行钢屋架设计。

5.能够进行手算钢屋架的受力和稳定性。

6.能够进行钢屋架的施工图绘制。

情感态度价值观目标：1.培养学生对工程安全的重视。

2.培养学生对工程美学的追求。

3.培养学生团队合作和解决问题的能力。

二、教学内容教学内容以教材《钢屋架设计》为主，结合实际情况，具体安排如下：1.钢屋架结构类型和受力特点（2课时）2.钢屋架设计原理和计算方法（4课时）3.钢屋架施工图绘制（2课时）4.钢屋架设计规范和标准（1课时）5.钢屋架设计实践（3课时）三、教学方法结合课程特点，采用以下教学方法：1.讲授法：用于讲解钢屋架的结构类型、受力特点、设计原理和计算方法等基本知识。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解钢屋架的设计过程和施工图绘制。

3.实验法：安排一次钢屋架设计实践，让学生动手操作，提高实际设计能力。

四、教学资源1.教材：《钢屋架设计》2.参考书：相关钢结构设计和施工方面的书籍3.多媒体资料：钢屋架设计原理和计算方法的PPT4.实验设备：计算机、CAD软件、尺规工具等以上资源将用于支持教学内容和教学方法的实施，提高学生的学习效果。

五、教学评估本课程评估将全面客观地反映学生的学习成果，包括以下几个方面：1.平时表现（30%）：包括课堂参与度、提问回答、团队协作等。

2.作业（30%）：包括课后习题、设计练习等。

3.考试（40%）：包括期中考试和期末考试，考试内容涵盖课程所有知识点。

评估方式将采取匿名评分，确保公正性。

评估结果将及时反馈给学生，以助于学生了解自己的学习情况，提高学习效果。

六、教学安排本课程共安排30课时，每周2课时，共计15周。

教学地点选在教室和实验室。

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。

如桁架受压弦杆侧向支承点间的 距离为两倍节间长度，且两节间弦杆 内力不等时，该弦杆在桁架平面外的 计算长度按下式计算： N2 l0 l1 (0.75 0.25 ) 但不小于0.5ll N1 式中：Nl——较大的压力，计算时取正值； N2——较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值
确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时，其计算 长度应按下表规定采用。
角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受 屋面集中荷载，按下式计算其强度： f
弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊 缝承受弦杆相邻节间的内力差 N N 2 N1 计算时应考虑偏心弯矩 M＝ ΔN· e 为 角 钢 肢 尖 至 弦 杆 轴 e（ 线距离），按下列公式计算：
对N : f
对M :
0.6M0 0.6M0 0.6M0 0.6M0 0.6M0 0.6M0 0.8M0 0.6M0
节间荷载作用的屋架，除把节间荷 载分配到相邻节点外，还应计算节间 荷载引起的局部弯矩。
（3）内力计算与荷载组合
① 全跨恒载+全跨活载：即全跨永久荷载+全跨屋面活载或雪 荷载（取较大值）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。
② 角钢桁架有集中荷载的节点
为便于大型屋面板或檩条的放置，常将节点板缩进上弦角钢 背，缩进距离不宜小于(0.5t+2)mm，也不宜大于节点板厚度t。
Q f f fw 2 0.7hf 1lw 式中：Q —节点集中荷载垂直于屋面的分量； hf 1 ——焊脚尺寸，取hf 1 ＝0.5t； f ——正面角焊缝强度增大系数。一般因Q不大，按构造满焊
⑤同一屋架的型钢规格不宜 太多，以便订货。 ⑥当连接支撑等的螺栓孔在 节点板范围内且距节点板边缘 距离≥100mm时，计算杆件强 度可不考虑截面的削弱。 ⑦单面连接的单角钢杆件，在按轴心构件计算其 强度或稳定以及连接时，钢材和连接的强度设计值 应乘以相应的折减系数。 2. 杆件的截面选择 轴心受拉杆件应验算强度和长细比要求。轴 心受压杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、 局部稳定和长细比。

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。