河北工業大學土木工程學院
2009級土木工程專業
建築工程方向
鋼結構設計
課程設計任務書
2012 年 5 月
一、設計專案
某 18 m跨度車間梯形鋼屋架設計。
二、設計資料
某廠一金工車間，跨度 18 m，長度為90m，柱距6m，內設兩台50/5t中級工作制橋式吊車，設防烈度為7度。屋面採用1.5×6.
0m大型屋面板。20mm厚水泥砂漿找平，上鋪80mm厚泡沫混凝土保溫層；三氈四油防水層，上鋪小石子。屋面坡度i=1/ 10 。
屋面活荷載標準值0.7kn/m2，雪荷載標準值0.5 kn/m2，積灰荷載標準值0.
3 kn/m2。屋架鉸接於鋼筋混凝土柱上，上柱截面b×h=300×300mm，混凝土強度等級為c20。
三、設計內容：
（一）、材料選擇
根據荷載性質，鋼材可採用q235-a.f，要求保證屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎試驗及碳、硫、磷含量合格。屋架連線方法採用焊接，焊條可選用e43型，手工焊。
（二）、屋架形式及幾何尺寸
因屋面採用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i，故宜採用梯形屋架。
屋架計算跨度應取l。= l-2×150=18000-300=17700mm。
屋架端部高度h=1924mm。與屋架中部高度及屋面坡度相關，我國常將h。取為1.8～2.1m等較整齊的數值，以利多跨屋架時的屋面構造。
為使屋架上弦只受節點荷載，腹杆體系採用節間為3m的人字形式，屋面板傳來的荷載，正好作用在節點上，使之傳力更好。
屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。
（三）、支撐布置
根據車間長度，屋架跨度，荷載情況，以及吊車設定情況，宜布置三道上、下弦橫向水平支撐，垂直支撐和系杆，屋脊節點及屋架支座處沿廠房通長設定剛性系杆，屋架下弦沿跨中通長設一道柔性系杆。凡與支撐連線的屋架可編號為gwj—2，其它編號均為gwj—l。
（四）、荷載和內力計算
1、荷載計算
屋面活荷載與雪載一般不會同時出現，可取其中較大者進行計算。
屋架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）可按經驗公式計算。
荷載計算中，因屋面坡度較小，風荷載對屋面為吸力，對重屋蓋可不考慮，所以各荷載均按水平投影面積計算。
2．荷載組合
設計屋架時，應考慮以下三種荷載組合：
（1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載
（2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載
（3） 全跨屋架與支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載
3. 內力計算
按**法、解釋法、電演算法均可計算屋架各桿內力。
先求出單位荷載作用於各節點時的內力，即內力係數，然後可求出當荷載作用於全跨及半跨各節點時的桿件內力，並求出三種荷載組合下的桿件內力，取其中不利內力（正、負最大值）作為設計屋架的依據。可列表計算。
跨中附近斜腹件的內力發生變號，由於考慮了施工階段荷載的不利分布。如果按照正確的施工方法，屋面板採用對稱吊裝，就不會出現桿件內力的變號。
（五）、桿件截面設計
屋架跨度不大於30m時，上弦、下弦可不改變截面，按最大內力設計。
上弦杆計算長度，在屋樑平面內，為節間軸線長度。在屋樑平面外，根據支撐布置和內力變化情況（按大型屋面板與屋樑保證三點焊，故取兩塊屋面板寬度），其計算長度大於屋架平面內計算長度，故截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相並。
節點板厚度需按腹杆的最大內力選用。
軸心拉桿，可按強度要求選擇截面。對軸心壓桿，可先假定長細比（弦杆λ=80～100，腹杆100～120）選擇截面再進行驗算。
屋架所有的桿件還應滿足長細比限值的要求。
（六）、節點設計
節點的設計一般步驟是：先根據腹杆的內力計算腹杆與節點板連線焊縫的焊腳尺寸和焊縫長度，然後根據此焊縫長度的大小按比例繪出節點板的形狀和大小，最後驗算弦杆與節點板的連線焊縫。
用作圖法求節點板的形狀和大小時，應按角度準確畫出各桿件的軸線和輪廓線，各桿件的形心線應盡量與桿件軸線重合併取5mm的整數，再考慮桿件之間應有的間隙以及製作、裝配等誤差，按比例繪出各桿件端部及腹杆焊縫的位置，在此基礎上作出節點詳圖。
節點板的形狀應盡可能簡單、規則，至少有兩邊平行。如矩形、梯形、直角梯形等。
（七）、屋架施工圖繪製
屋架施工圖是指導鋼結構構件製造和安裝的技術檔案，同時也是編制工程預算的依據和工程竣工後的存檔資料。因此，務須做到清晰、明確，準確無誤，表達詳盡。
1．屋架施工圖一般按運輸單元繪製。當屋架對稱時，可僅繪製半榀屋架。施工圖上應包括屋架正面圖、上弦和下弦平面圖以及必要的側面圖、剖面圖和零件圖。
2．圖紙的左上角用適當比例繪製屋架簡圖（單線圖），左半跨註明屋架桿件的幾何軸線尺寸，右半跨註明桿件的內力設計值，並註明屋架跨**的起拱高度（屋架圖上不必表示）。
圖紙正中為屋架正面和上、下弦平面圖。右上角是材料表，把所有桿件和零部件的編號、規格、長度、數量（正、反）及重量等均填於表中，以備配料和計算用鋼量，並可供配備起重和運輸裝置時參考。
3．屋架施工圖通常採用兩種比例尺繪製。屋架桿件的軸線一般用1：20～1：
30，而節點尺寸和桿件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺繪製。
對重要節點和特殊零部件還可加大些，以清楚地表達節點的細部尺寸。
4．施工圖上應註明各零部件的型號和主要幾何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍數）、定位尺寸、孔洞位置以及對工廠製造和工地安裝的要求。定位尺寸主要有：節點中心至各桿件杆端和至節點板邊緣（上、下和左、右）的距離、軸線至角鋼肢背的距離等。
螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工廠製造和工地安裝要求主要包括：零部件切角、切肢、削稜、孔洞直徑和焊縫尺寸等均應在施工圖中註明。
工地安裝焊縫和安裝螺栓應標註其符號。
5．施工圖中的各零部件應加以詳細編號，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一編號，如兩個零部件形狀和尺寸完全一樣，僅因開孔位置或切角等不同，使兩構件成鏡面對稱時，可採用同一編號而只須在材料表中用正、反字樣註明，以示區別。
6．施工圖上還應有文字說明。其內容主要有：鋼材的鋼號、焊條型號和焊接方法、質量要求，圖中未註明的焊縫和螺栓孔尺寸，防鏽處理方法，以及運輸、安裝和製造要求等。
此外，對一些在施工圖上難以用圖而宜用文字表達清楚的內容亦可用文字加以說明。
四、課程設計進度計畫
（一）、材料選擇1/3天
（二）、屋架形式及幾何尺寸1/3天
（三）、支撐布置1/3天
（四）、荷載和內力計算1天
（五）、桿件截面設計1/2天
（六）、節點設計1/2天
（七）、屋架施工圖繪製2天
五、設計參考資料
1.陳紹蕃.鋼結構設計原理.北京:科學出版社,2001
2.魏明鐘.鋼結構.武漢:武漢工業大學出版社,2000
3.趙風華.**林.鋼結構設計原理.北京:高等教育出版社,2006
4.gb50017-2003 鋼結構設計規範.北京:中國計畫出版社,2003
5.gb50009-2001 建築結構荷載規範.北京: 中國計畫出版社,2001
六、附錄
《鋼結構設計》課程設計任務書
2009級土木工程建築方向 一 題目 車間鋼屋蓋設計 無吊車 無天窗 無振動裝置 二 設計資料 1 車間柱網布置圖 l 114m 如圖1 2 屋架支承於鋼筋混凝土柱頂 3 屋面採用1.5 6m的預應力鋼筋混凝土大型屋面板，其均布自重為1.4kn m2。屋面板不考慮作為支撐用 4 柱距6m，廠房跨度l...
包裝結構設計課程設計任務書
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《混凝土結構設計原理》課程設計任務書
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