1、 一、課程設計（論文）的容通過某工業廠房鋼屋架的設計，培養學生綜合運用所學的理論知識和專業技能，解決鋼結構設計實際問題的能力。要求在老師的指導下，參考已學過的課本及有關資料，遵照國家設計規要求和規定，按進度獨立完成設計計算，并繪制鋼屋架施工圖。具體容包括：進行屋架支撐布置，并畫出屋架結構及支撐的布置圖；進行荷載計算、力計算及力組合，設計各桿件截面；對鋼屋架的各個節點進行設計并驗算一個下弦節點、一個上弦節點、支座節點、屋脊節點及下弦中央節點；繪制鋼屋架運送單元的施工圖，包括桁架簡圖及材料表等。二、課程設計（論文）的要求與數據1、課程設計（論文）的要求學生的課程設計資料包括封面（按學校統一規定格式

2、打印）、課程設計（論文）任務書、正文及按規定要求折疊的工程圖紙，應按以上排序裝訂后提交。學生應掌握課程的基本理論，基本知識扎實，概念清楚，設計計算正確，結構設計合理，設計說明書撰寫規，繪圖符合標準，工程圖紙應符合房屋建筑制圖統一標準（GB/T 500012001）和建筑結構制圖標準（GB/T 501052001）的要求。2、課程設計數據(1) 結構形式某廠房跨度為18m，總長72m，柱距6m，采用梯形鋼屋架、1.56.0m預應力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面450450，混凝土強度等級為C30，屋面坡度為。地區計算溫度高于-200C，無侵蝕性介質，地震設防烈度為7度，屋架

3、下弦標高為18m；廠房橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制）。(2) 屋架形式及選材屋架形式、幾何尺寸及力系數如附圖所示。屋架采用的鋼材及焊條為：學號尾數為單號的同學用鋼，焊條為型；學號尾數為雙號的同學用鋼，焊條為型。(3) 荷載標準值（水平投影面計） 永久荷載：三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層 0.4 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.4 KN/m2 保溫層 0.7KN/m2(按附表取) 一氈二油隔氣層 0.05 KN/m2 水泥砂漿找平層 0.3 KN/m2預應力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架及支撐自重：按經驗公式計算：0.318KN/m2懸掛管道： 0.25 KN/m2 可變荷載

4、：屋面活荷載標準值： 雪荷載標準值： 0.5KN/m2積灰荷載標準值： 0.75KN/m2(按附表取)保溫層及積灰荷載取值與設計方案編號有關，詳見附表一。每位同學須對照附表一中的設計方案編號將相應的荷載取值填入課程設計任務書中。附表一 設計方案安排表設計方案學號保溫層積灰荷載10027,0018,000100060.70.752000700210.60.93002200300.51.040033006200240.451.2三、課程設計（論文）應完成的工作1、計算書部分進行屋架支撐布置，畫出屋架結構及支撐的布置圖；選擇鋼材及焊接材料，并明確提出對保證項目的要求；進行荷載計算、力計算及力組合，設

5、計各桿件截面；設計一個下弦節點、一個上弦節點、支座節點、屋脊節點及下弦中央節點。2、圖紙部分繪制鋼屋架運送單元的施工圖，包括桁架簡圖及材料表。附 圖 一圖1.1 18米跨屋架幾何尺寸圖1.2 18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的力值圖1.3 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的力值18m鋼屋架課程設計（方案 ）計算書1荷載計算鋼材選擇用Q235-D，E50焊條。 荷載計算說明：屋面活荷載標準值與雪荷載不會同時出現，從資料可知屋面荷載大于雪荷載，故取屋面活荷載計算。1.1永久荷載永久荷載：標準值單位1/cos（）單位三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層0.4KN/m20.402KN/m2水泥砂漿找平

6、層0.4KN/m20.402KN/m2保溫層0.7KN/m20.704KN/m2一氈二油隔氣層0.05KN/m20.050KN/m2水泥砂漿找平層0.3KN/m20.302KN/m2預應力混凝土大型屋面板1.4KN/m21.407KN/m2屋架及支撐自重：按經驗公式 計算0.318KN/m20.320KN/m2懸掛管道：0.25KN/m20.251KN/m2共3.837KN/m2 1.2可變荷載可變荷載標準值單位1/cos（）單位屋面活荷載標準值： 0.7KN/m20.704 KN/m2積灰荷載標準值： 0.75KN/m20.754 KN/m2共1.457 KN/m21.3設計桁架時，考慮以下

7、三種荷載組合1.3.1全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載控制）根據公式（書本第9頁：1.3.13）及查規得屋面均布活荷載組合值系數0.7，積灰荷載組合值系數0.9F=（1.35*3.837+1.4*0.7*0.7+1.4*0.9*0.75）*1.5*6=61.342KN/m21.3.2全跨永久荷載+半跨可變荷載1.3.2.1全跨永久荷載F1.1=（1.35*3.837）*1.5*6=46.621KN/m2（按永久荷載為主的組合）F1.2=（1.2*3.837）*1.5*6=41.441 KN/m2F1.3=（1.0*3.837）*1.5*6=34.534KN/m2（對結構有利）1.3.2.

8、2半跨可變荷載F2.1=1.4*（0.7*0.7+0.9*0.75）*1.5*6=14.679 KN/m2（按永久荷載為主的組合）F2.2=1.4*（0.7+0.9*0.75）*1.5*6=17.368KN/m21.3.3全跨桁架包括支撐+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載的組合為主）1.3.3.1全跨桁架包括支撐F3.1=（1.2*0.318）*1.5*6=3.434KN/m2F3.2=（1.0*0.318）*1.5*6=2.862KN/m21.3.3.2半跨屋面板自重及半跨屋面活荷載F4=（1.2*1.4+1.4*0.7）*1.5*6=23.94 KN/m21.3.1與1.3.2為

9、使用階段荷載情況1.3.3為施工階段荷載情況2桁架計算簡圖圖1.1 18米跨屋架幾何尺寸圖1.2 18米跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的力值圖1.3 18米跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的力值3桁架桿件力計算3.1桁架桿件力組合表桿件名稱力系數第一種組合第二種組合第三種組合計算桿件力/KN全跨左半跨右半跨FxF1.ix+F2.ixF1.ix+F2.ixF3.ix+F4xF3.ix+F4x上弦AB000.000 0.00 0.00 BC-6.221-4.371-1.850 -381.61 -381.61 CD000.000 0.00 0.00 DE-8.993-5.636-3.357 -551.

10、65 -551.65 EF000.000 0.00 0.00 FG-9.102-4.551-4.551 -558.33 -558.33 下弦ac3.472.5370.933 212.86 212.86 ce7.9625.3252.637 488.41 488.41 eg9.2795.3123.967 569.19 569.19 斜腹桿aB-6.502-4.754-1.748 -398.85 -398.85 Bc4.7393.1581.581 290.70 290.70 cD-3.382-1.862-1.520 -207.46 -207.46 De1.884 0.541.344 115.57 1

11、15.57 eF-0.690 0.615-1.305 -42.33 -23.14 -51.32 12.75 -33.61 -51.32 12.75 Fg-0.462 -1.6321.170 -28.34 -55.75 10.29 -40.66 26.69 -55.75 26.69 豎桿Aa-0.500 -0.50.000 -30.67 -30.67 Cc-1.000 -10.000 -61.34 -61.34 Ee-1.000 -10.000 -61.34 -61.34 Gg0.812 0.4060.406 49.81 49.81 3.2斜腹桿eF和Fg力計算組合表桿件名稱全跨左半跨右半跨F1

12、.iF2.iF1.ix+F2.ixF1.ix+F2.ix斜腹桿eF-0.690 0.615-1.305 46.621 14.679 -23.14 -51.32 -0.690 0.615-1.305 41.441 17.368 -17.91 -51.26 -0.690 0.615-1.305 34.534 14.679 -14.80 -42.98 -0.690 0.615-1.305 34.534 17.368 -13.15 -46.49 Fg-0.462 -1.6321.170 46.621 19.782 -53.82 1.61 -0.462 -1.6321.170 41.441 22.428

13、 -55.75 7.10 -0.462 -1.6321.170 34.534 19.782 -48.24 7.19 -0.462 -1.6321.170 34.534 22.428 -52.56 10.29 全跨左半跨右半跨F3.iF4F3.ix+F4xF3.ix+F4xeF-0.690 0.615-1.305 3.434 23.940 12.35 -33.61 -0.690 0.615-1.305 2.862 23.940 12.75 -33.22 Fg-0.462 -1.6321.170 3.434 23.940 -40.66 26.42 -0.462 -1.6321.170 2.862

14、23.940 -40.39 26.69 4支撐4.1上弦橫向水平支撐選用節間距的2倍4.2下弦水平橫向支撐同上弦支撐4.3下弦縱向水平支撐不設置4.4垂直支撐5桿件計算5.1上弦桿按受力最大值取桿截面統一選擇用一種規格整個上弦桿采用單截面按FG最大截面力計算N=-558.33*1000=-558330N上弦桿計算長度LOX=150.8cmLOy=2x150.8cm=311.6cm截面宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相并由于是梯形桁架，則節點板由腹桿力確定查表9.6.4，得398.65KN選用節點板厚度10mm，支座節點板厚度12mm設=80，查表附錄4得=0.688A=N/（f）=558330N/（

15、0.688x215N/mm2）=3774.54mm2需要求回轉半徑ix=LOX/=150.8/80=1.89iy=LOY/=311.6/80=3.9由iy/ix=3.9/1.89=2.07查附錄8選用2125x80x10A=3942mm2，ix=2.26cm，iy=6.11cm，b1/t=125/10=12.5驗算：X=LOX/ix=150.8/2.26=66.73因為b1/t=125/10=12.50.56xLOY/t=0.56*311.8/12.5=13.96yz=y=LOY/ix=311.6/6.11=51查表b類截面X=66.73得Y=0.771558330N/（0.771x3942m

16、m2）=183.7N/mm2215N/mm2所選截面合適5.2下弦桿整個下弦桿采用同一截面按eg最大截面力計算N=569.19*1000N=569190NLOX=300cmLOy=900-15cm=885cmA=N/（f）=569190N/（215N/mm2）=2647.40mm2LoyLOX，截面選用兩個不等肢角鋼，短肢相并查附錄8選用2100x63x10A=3093mm2，ix=1.745cm，iy=5.02cm驗算：X=LOX/iX=300/1.745=172350Y=LOY/iY=885/5.02=176.29350所選截面合適5.3端斜桿aBN=-398.85*1000=-39885

17、0NLOX=253cmLOy=253cm根據書本319頁表9.6.3截面選用兩個不等肢角鋼，長肢相并設=80，查表附錄4得=0.688A=N/（f）=398850N/（0.688x215N/mm2）=2696mm2需要求回轉半徑ix=LOX/=253/80=3.16iy=LOY/=253/80=3.16查附錄8選用2100x80x10A=3433mm2，ix=3.12cm，iy=3.53cm，b2/t=80/10=8驗算：X=LOX/ix=253/3.12=81.09因為b2/t=80.48xLOY/b2=0.48*253/10=12.14y=253/3.53=71.67yz=yx（1+（1.

18、09xb24）/（LOY2xt2）=76.67150查表b類截面y=76.67插入法得Y=0.712398850N/（0.712x3433mm2）=163.18N/mm2215N/mm2所選截面合適5.4斜腹桿cD按力計算N=-207.46*1000=-207460N計算長度LOX=0.8*286.4cm=229.12cmLOy=286.4cm截面選用兩個等肢角鋼設=80，查表附錄4得=0.688A=N/（f）=207460N/（0.688x215N/mm2）=1402mm2需要求回轉半徑ix=LOX/=229.12/80=2.86iy=LOY/=286.4/80=3.58查附錄8選用280x

19、5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗算：X=LOX/ix=229.12/2.48=92.39因為b/t=160.58xLOY/b=0.58x286.4/8=20.76y=286.4/3.63=78.9Bc按力計算N=290.7*1000N=290700NLOX=0.8*261.3cm=209.04cmLOy=261.3cmA=N/（f）=290700N/（215N/mm2）=1352mm2查附錄8為確保所選規格不用太多,選用280x5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗算：X=LOX/iX=209.04/2.48=84.29350Y=LOY/i

20、Y=261.3/3.63=71.98350所選截面合適5.5豎桿Ee桿:N=-61.34*1000=-61340NLOX=0.8*259cm=207.2cmLOy=259cm截面選用兩個等肢角鋼設=80，查表附錄4得=0.688A=N/（f）=61340N/（0.688x215N/mm2）=414.68mm2需要求回轉半徑ix=LOX/=207.2/80=2.59iy=LOY/=259/80=3.24查附錄8，豎桿與腹桿選用同一規格選用280x5A=1582mm2，ix=2.48cm，iy=3.63cm驗算：X=LOX/ix=207.2/2.48=83.55因為b/t=160.58xLOY/b

21、=0.58x259/8=18.78y=259/3.63=71.35查表b類截面y=79.63利用插入法得Y=0.686所選截面合適6桁架桿件截面選擇6.1桁架桿件截面選擇表桿件名稱計算桿件力/KN截面規格備注與填縫板平行的回轉半徑填板10mm位置最大間距設計值填板位置間距設計形心距離實際形心距離X0cmY0cmX0cmY0cm上弦AB0.00 2125x80x10短肢相并3.98159.2751.922BC-381.61 2125x80x10短肢相并3.98159.2751.922CD0.00 2125x80x10短肢相并3.98159.2751.922DE-551.65 2125x80x10

22、短肢相并3.98159.2751.922EF0.00 2125x80x10短肢相并3.98159.2751.922FG-558.33 2125x80x10短肢相并3.98159.2751.922下弦ac212.86 2100x63x10短肢相并3.152521001.581.5ce488.41 2100x63x10短肢相并3.152521001.581.5eg569.19 2100x63x10短肢相并3.152521001.581.5斜腹桿aB-398.85 2100x80x10長肢相并3.12124.81003.123Bc290.70 280x52.48198.41002.152cD-207

23、.46 280x52.4899.2752.152De115.57 280x52.48198.41002.152eF-51.32 280x52.4899.2752.15212.75 280x52.4899.2752.152Fg-55.75 280x52.4899.2752.15226.69 280x52.4899.2752.152豎桿Aa-30.67 280x52.4899.2752.152Cc-61.34 280x52.4899.2752.152Ee-61.34 280x52.4899.2752.152Gg49.81 280x52.48198.41002.1527節點設計7.1上弦節點F節點見

24、圖7.1F節點eF桿選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mmN=-51.32x1000N=51320N肢背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x51320N/（2x0.7x6x160）=27mm實際肢背：27+2hf=39mm,取10hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x51320N/（2x0.7x5x160）=14mm實際肢尖：14+2hf=24mm,取10hf=5cmFg桿選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mmN=-55.75x1000N=55750N肢背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x55750N/（2x0.7x6x160）=29mm實際

25、肢背：29+2hf=41mm,取10hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x5750N/（2x0.7x5x160）=15mm實際肢尖：15+2hf=25mm,取10hf=5cm為便于在上弦桿上擱置屋面板，節點板的上邊緣可縮進上弦肢背8mm用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連接起來。角焊縫作為兩條角焊縫計算，焊縫強度乘以0.8的折減系數計算時略去桁架上弦坡度的影響，而假定集中荷載與上弦桿垂直。上弦肢背槽焊縫的應力計算如下：hf=5mm，h”f=9mm上弦肢尖角焊縫的剪應力為：滿足要求。7.2下弦節點e節點圖7.2 e節點圖De桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：LW

26、=0.7N/（2hexffw）=0.7x115570N/（2x0.7x6x160）=60mm實際肢背：60+2hf=109+2*6=72mm，取8cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x115570N/（2x0.7x5x160）=31mm實際肢尖：31+2hf=41mm，取5cmEe桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x61340N/（2x0.7x6x160）=32mm實際肢背：32+2hf=31+2*6=43mm，取6cm肢尖：L”W=0.30N/（2hexffw）=0.30x61340N/（2x0.7x5x160）=1

27、6mm實際肢尖：16+2hf=20+2*5=26mm，取8hf+2hf=5cmFe桿：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x51320N/（2x0.7x6x160）=27mm實際肢背：27+2hf=39mm，取8hf+2hf=6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x51320N/（2x0.7x5x160）=14mm取8hf+2hf=5cm采用厚度10mm、400x300的節點板與下弦桿焊接：hf=6mm驗算下弦桿：N=566.19-488.41=77.78KN受力較大的肢背：Tf=0.75x77780N/（2x0.7x6mm

28、x（400mm-12mm）=17.89N/mm2160N/mm2焊縫滿足強度要求。7.3下弦中央節點g圖7.3 g節點圖下弦桿中間不間斷，按普通下弦節點計算腹桿Fg：選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x55750N/（2x0.7x6x160）=29mm實際肢背：29+2hf=41mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x55750N/（2x0.7x5x160）=17mm肢尖：17+2hf=27mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸5cm腹桿Gg：采用雙立柱的型式選用焊縫肢背與肢尖為hf=6mm和5mm肢

29、背：LW=0.7N/（2hexffw）=0.7x498100N/（2x0.7x6x160）=26mm實際肢背：26+2hf=38mm，取最小焊縫10倍的焊腳尺寸6cm肢尖：L”W=0.3N/（2hexffw）=0.3x49810N/（2x0.7x5x160）=14mm肢尖：14+2hf=24mm取最小焊縫10倍的焊腳尺寸5cm由于對稱的關系：Fg桿與Fg桿相同，不作計算根據實際桿件的位置布置與焊縫的長度初步選用鋼板規格：500x350x10下弦與節點板的焊縫連接因為下弦中間不中斷，所以N=587.84KN-587.84KN=0KN取0.15N=0.15*569.19=85.37KN選用焊縫肢背

30、與肢尖為hf=8mm和8mm，通長滿焊驗算：受力較大的肢背：Tf=0.75x85370N/（2x0.7x8mmx（500mm-16mm）=11.81N/mm2160N/mm2焊縫滿足要求7.4屋脊G節點圖7.4 G節點圖弦桿采用同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能緊密配合，并便于施焊，需將拼接角鋼的尖角削除，且截去垂直肢的一部分寬度，拼接角鋼的削除靠節點板來補償，節點一邊的焊接長度按弦桿力計算，設焊縫hf=10-1=9mmLw=558330N/（4x0.7x9mmx160N/mm2）=138.47mm拼接角鋼的長度取=600mm2x138.47+20+4x9=326.94mm上弦與節點板之間的槽焊，鋼板取500mm上弦與節點板的焊縫，500mm全長-20mm間隙-4x5=460mm驗算：（61342N）/（2X0.7X0.5X10X460）=19.05N/mm20.8*1.22*160N/mm2滿足要求設肢尖焊縫hf=9mm，節點板長度為500mm計算長度LW=50/2-1-2x0.9=22.2cm焊縫應力為：滿足要求。7.5支座節點a圖7.5 支座a節點圖根據規要求：下弦桿角鋼水平肢的