浙江工業大學建築工程學院
2010/2011學年短學期
建築工程2008級專業課程設計指導書
課程名稱： 鋼結構設計
題目： 30m梯形鋼屋架結構設計
學生姓名
學號班級： 建築工程2008(1) (2)
指導教師： 趙滇生吳劍國
2023年7月
鋼結構設計課程設計指導書
課程名稱： 房屋鋼結構設計
適用班級： 建築工程2008級開課學期：2010/2011學年短學期
學時數： 1周上機時數：20學時學分數：1學分
指導教師： 趙滇生、吳劍國
一. 設計目的和任務
鋼結構課程設計是重要的實踐性教學環節，目的在於幫助學生鞏固和深化鋼結構基本原理和房屋鋼結構設計課程的理論和知識，培養學生理論聯絡實際，自已動手進行設計、分析、計算和計算機繪圖等鋼結構設計基本技能，以培養學生的鋼結構工程實踐能力和創新能力。
土木工程專業鋼結構課程設計的任務是培養學生分析理解設計資料；掌握普通鋼屋架的結構形式與布置原則；熟練掌握鋼屋架的荷載計算、內力計算、桿件設計和節點設計；熟練繪製鋼屋架及屋架支撐布置圖、鋼屋架施工圖；學習掌握房屋鋼結構設計的程式和方法；學會正確運用鋼結構設計規範開展設計工作。
二. 基本內容與要求
1．熟悉設計資料和相關國家設計規範
通過教師簡單講授，要求學生理解設計原始資料，熟悉《建築結構荷載規範》(gb 50009－2001)(2023年版)、《鋼結構設計規範》(gb 50017－2003)和《冷彎薄壁型鋼結構技術規範》(gb 50018－2002)等相關國家標準。
2．掌握鋼屋架及支撐布置的原則
通過教師簡單講解，要求學生掌握鋼屋架及支撐布置的原則，掌握設計和繪製鋼屋架及支撐布置圖的方法。
3．掌握鋼屋架的設計計算方法和計算說明書的編寫方法
通過教師詳細講解，要求學生掌握鋼屋架桿件內力的計算方法，屋架桿件和節點設計方法，計算說明書的編寫方法。
4．繪製鋼屋架施工圖
通過教師詳細講解，要求學生掌握鋼屋架施工圖的繪製方法，並繪製一張a1圖幅的鋼屋架施工圖。
三. 設計資料及有關規定
1. 車間平面尺寸為144m×30m，柱距9m，跨度為30m，柱網採用封閉結合。車間內有兩台15t/3t中級工作制軟鉤橋式吊車。
2. 屋面採用長尺復合屋面板，板厚50mm，檁距不大於1800mm。檁條採用冷彎薄壁斜卷邊z形鋼z250×75×20×2.5，屋面坡度i=l/20～l/8。
3. 鋼屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上，柱頂標高9.000m，柱上端設有鋼筋混凝土連繫梁。
上柱截面為400mm×400mm，所用混凝土強度等級為c30，軸心抗壓強度設計值fc＝14.3n/mm2。
抗風柱的柱距為6m，上端與屋架上弦用板鉸連線。
4. 鋼材用 q235-b，焊條用 e43系列型。
5. 屋架採用平坡梯形屋架，無天窗，外形尺寸如下圖所示。根據坡度不同，分a1～a8共8種不同的腹杆布置形式，端部高度h0的有5種不同數值，一共有40種形式的屋架，編號和區別詳見下表1。
a) a1
b) a2
c) a3
d) a4
e) a5
f) a6
g) a7
h) a8
圖1 屋架計算簡圖及腹杆布置形式
表1 屋架的編號及其具體尺寸
6. 該車間建於杭州近郊。
7. 屋蓋荷載標準值：
(l) 屋面活荷載0.50 kn/m2
(2) 基本雪壓 s00.45 kn/m2
(3) 基本風壓 w00.45 kn/m2
(4) 復合屋面板自重0.15 kn/m2
(5) 檁條自重查型鋼表
(6) 屋架及支撐自重 0.12+0. 01l kn/m2
8. 運輸單元最大尺寸長度為15m，高度為4.0m。
四. 課程設計的步驟和方法
1. 確定屋架型式與尺寸，選擇鋼材及連線材料
(1) 計算屋架桿件幾何長度，說明運輸單元的劃分；
給屋架的每個節點編號，一般上弦節點宜以大寫英文本母a、b、c……連續編號，下弦節點或再分腹杆的中間節點宜以小寫英文本母a、b、c……編號，而且上弦節點正下方的節點用相應的小寫字母編號。這種編號，從字母的順序和大小寫，就可以很方便地識別節點和桿件的位置，以及桿件的型別。
(2) 計算檁條間距，布置拉條及撐桿；
長尺復合屋面板可以不考慮搭接需要，檁條最大允許間距為1800mm。另外，屋架上弦節點處一般應設檁條。
2. 屋面結構布置
(1) 合理布置屋架位置
屋架一般按等柱距(開間)布置，特別是採用有檁屋蓋體系，柱距也可以不取3m或1.5m的模數，根據需要自由確定柱距(開間)。但當採用無檁體系時，由於大型鋼筋混凝土屋面板的標準長度為6m，中間柱距(開間)一般取6m，為使山牆與側牆能夠封閉結合，一般車間兩端的柱距(開間)採用5.
5m，將端屋架(排架或剛架)內移0.5m。
(2) 根據需要設定支撐體系
一般情況下，屋架的上弦橫向支撐必須設定。
屋架下弦桿為拉桿無穩定性問題，因此當房屋的跨度和高度較大(例如跨度≥24m)、或室內有懸掛吊車，或山牆抗風柱與屋架下弦相連時，應設下弦橫向支撐，否則可以不設。
下弦縱向支撐僅當房屋的跨度和高度較大、或房屋為廠房並設有壁行吊車或有較大振動裝置(如鍛壓車間)，對房屋的整體剛度要求較高時應設定，否則可以不設。對梯形屋架，縱向支撐常設在屋架的下弦端部乙個或兩個節間平面內，而對三角形屋架則常設在上弦端部若干節間平面內，具體節間數由支撐斜腹杆與屋架弦杆之間的夾角在25°～65°確定。
垂直支撐在任何屋蓋系統內一般必須設定。對跨度l≤30m的梯形屋架和跨度l≤24m的三角形屋架，通常只在跨度中點設定一道中間垂直支撐；當跨度大於上述情況時，則需在跨度中間設定兩道垂直支撐。此外，在梯形屋架兩端則不論跨度大小均需設定垂直支撐。
垂直支撐只設在有橫向支撐的同一柱間的屋架上，不設垂直支撐的其它柱間的屋架上、下弦相應點間設縱向系杆與之相連。
剛性或柔性系杆的設定：屋脊處，當跨度較大的屋架兩端的上弦端節點，天窗架立柱處的屋架上弦節點、垂直支撐的上弦節點處均應設定剛性系杆。在有檁屋蓋中，屋架上弦平面的系杆可用檁條兼充，但對兼充剛性系杆的檁條長細比應滿足λ≤200。
上弦支撐其它節點處、不設橫向支撐的其它屋架在垂直支撐下弦節點處設定柔性系杆即可。
(2) 將鋼屋架統一編號。
3. 桿件內力計算
(1) 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) 全跨屋架支撐自重+半跨屋面結構材料+半跨施工荷載。
按荷載規範規定，可變荷載取屋面活荷載和雪荷載中的大者設計。
(2) 按上述三種組合計算節點荷載設計值。其中第1)種荷載組合確定弦杆和腹杆的軸力，第2)和3)種荷載組合可能會影響屋架跨中部分腹杆的最不利軸力。對於輕型屋面，應注意計算在風吸力作用下屋架的內力，考慮下弦杆可能的內力變號問題；
(3) 採用結構力學中介紹的各種計算方法、力學計算手冊或結構力學求解器等計算軟體計算桿件內力；
(4) 上弦杆承受節間荷載的，可用接近似法計算上弦杆的區域性彎矩。
4. 屋架節點板厚度確定，桿件截面選擇和填板設定
(1) 節點板的厚度確定
根據支座斜桿(三角形屋架為上弦杆端節間)內力確定支座節點板和其它節點板的厚度，一般支座節點板較其它節點板厚2mm；
(2) 桿件截面選擇
1) 桿件的計算長度
① 在桁架平面內
規範規定弦杆和支座斜桿(支座豎桿)在桁架平面內的計算長度均取l0x=l，即取μx＝1.0，l為節點中心間的桿件長度；單系腹杆(即無中間節點的腹杆)，其取l0x=0.8l，但對兩端不用節點板連線的腹杆，則仍應取l0x=l。
② 在桁架平面外
弦杆在桁架平面外的計算長度取其側向支承點的距離，側向支承點取橫向支撐或垂直支撐的節點及與其用系杆相連的各個節點。所有腹杆在桁架平面外的計算長度都等於其幾何長度，即l0y＝l。
桁架弦杆、再分式腹杆的受壓主斜桿和k形腹杆體系的豎桿在桁架平面外側向支承點的間距為節間長度的2倍、兩節間的軸心壓力有變化時，規範規定計算長度按下式計算
式中，l1為兩節間的長度，n1為兩節間中的較大壓力；n2為兩節間中的較小壓力(或拉力，對拉力應取負值)。當桁架上弦杆的側向支承節點間距為三節間時，計算長度取側向支承點的距離，l0y＝l1。
③ 在斜平面內
單角鋼截面和雙角鋼組成十字截面的腹杆，屈曲將發生在與桁架平面斜交的平面內，規範規定不在支座處的此類腹杆，其計算長度可取l0=0.9l，對支座豎桿則取l0＝l。
2) 桿件截面形式
屋架桿件的截面形式常採用雙角鋼組合組成的t形截面或十字形截面，對內力很小的桿件，可以採用單角鋼。十字形截面一般選用兩等邊角鋼組成，在桁架平面內和平面外的計算長度相同，主要用於跨中的豎腹杆，有時也用於梯形屋架的端豎桿。雙角鋼組成的t形截面一種是用兩等邊角鋼組成的，還有兩種是用兩不等邊角鋼分別將兩長邊相連(並)或兩短邊相連(並)組成的。
一般應該根據等穩條件λx≈λy來確定選擇合理的雙角鋼組合截面形式，即一般應選l0y/l0x和三種組合t形截面的iy/ix值最接近的，當l0y/l0x介於兩種組合t形截面的iy/ix值之間，應同時選這兩種t形截面設計，最後取用鋼量較小者；若弦杆存在區域性彎矩，則應將屋架平面的肢(與節點板相連的肢)寬適當加大(長肢相連的不等邊角鋼除外)。
鋼結構課程設計指導書
一 課程教學目標 鋼結構課程設計是土木工程專業教學計畫中乙個重要的實踐教學環節，通過課程設計使學生了解鋼屋蓋設計的一般程式和內容，為畢業後從事實際設計工作奠定基礎 鞏固鋼結構課程中所學內容並應用於課程設計中 掌握鋼屋架施工圖的表達方法和製圖規定 學習書寫結構計算書 學習運用規範及有關技術資料。二 教...
鋼結構課程設計指導書
設計指導書 一.材料選用 1.鋼屋架選用的鋼材應為q235b或q345b，應符合 碳素結構鋼 gb t 700 2006 規定的鋼化學成分和機械效能。2.手工焊接用的焊條應符合gb t5117 95的規定。焊接材料的選用，應與主體金屬強度相匹配。當主鋼材為q235b或q345b時，對應焊材分別為e4...
砌體結構課程設計指導書
目錄課程設計任務書3 一 房屋結構承重方案6 二 房屋靜力計算方案6 三 荷載統計6 四 牆體的高厚比驗算7 五 牆體承載力計算7 六 牆下條形基礎設計18 七 過梁計算20 八 挑樑計算22 九 抗震計算23 一十 平面圖 剖面圖 計算單元27 砌體結構課程設計 一 設計資料 某四層磚混教學樓其平...