《钢结构》课程设计指导书
（普通梯形钢屋架设计）
土木工程学院
绪言课程设计目的要求
课程设计是土木工程专业十分重要的实践性教学环节，是培养学生综合分析问题的能力和运用基础理论知识解决实际工程问题的能力。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、设计内容
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120m，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0.5kN/m2，雪荷载标准值0.35kN/m2，积灰荷载标准值0.7kN/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。
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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l0=l－2×150=24000－300=23700mm。
屋架端部高度H0与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H0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H0=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、解释法、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时各节点的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杆件内力，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。
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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。如果按照正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。五、杆件截面设计
屋架跨度不大于30m时，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
节点板厚度需按腹杆的最大内力选用。
轴心拉杆，可按强度要求选择截面。对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆λ=80～100，腹杆100～120）选择截面再进行验算。
屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。六、节点设计
节点的设计一般步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后根据此焊缝长度的大小按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算弦杆与节点板的连接焊缝。
用作图法求节点板的形状和大小时，应按角度准确画出各杆件的轴线和轮廓线，各杆件的形心线应尽量与杆件轴线重合并取5mm的整数，再考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝的位置，在此基础上作出节点详图。
节点板的形状应尽可能简单、规则，至少有两边平行。如矩形、梯形、直角梯形等。七、屋架施工图
屋架施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。
1．屋架施工图一般按运输单元绘制。当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。施工图上应包括屋架正面图、上弦和下弦平面图以及必要的侧面图、剖面图和零件图。
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2．图纸的左上角用适当比例绘制屋架简图（单线图），左半跨注明屋架杆件的几何轴线尺寸，右半跨注明杆件的内力设计值，并注明屋架跨的起拱高度（屋架图上不必表示）。
图纸正中为屋架正面和上、下弦平面图。右上角是材料表，把所有杆件和零部件的编号、规格、长度、数量（正、反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运输设备时参考。
3．屋架施工图通常采用两种比例尺绘制。屋架杆件的轴线一般用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清楚地表达节点的细部尺寸。
4．施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
5．施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
6．施工图上还应有文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。参考资料
1．钢结构设计手册编辑委员会．钢结构设计手册（上、下册）．中国建筑工业出版社
2．中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（GB50017-2003）．北京:中国建筑工业出版社，2003.
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国建筑工业出版社，2006.
4．中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2001).北京:中国建筑工业出版社，2008.
5．中华人民共和国国家标准.建筑结构可靠度统一标准(GB50068-2001).北京:中国建筑工业出版社，2001.
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7．戴国欣主编．钢结构（第3版）．武汉:武汉理工大学出版社，2007.8．王肇民主编．建筑钢结构设计．上海:同济大学出版社，2001.9．陈绍蕃主编．钢结构．北京:中国建筑工业出版社．2003.
10．沈祖炎、陈杨冀、陈以一编著．钢结构基本原理．北京:中国建筑工业出版社，2000.
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