1、浙江工業大學建筑工程學院2018/2018 學年 短 學期建筑工程 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： 建筑工程 2008(1(2指導教師： 趙滇生吳劍國2018年7月1 / 13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：建筑工程 2008 級開課學期： 2018/2018 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案環節，目的在于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

2、系實際，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；熟練繪制鋼屋架及屋架支撐 布置圖、鋼屋架施工圖；學習掌握房屋鋼結構設計的程序和方法；學會正確運用鋼結構設計規范開展設 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范 通過教師簡單講授，要求學生理解設計原始資料，熟悉建筑結構荷載規范 (GB 50009 2001(2006 年版、鋼結構設計規范 (GB 50017 20

3、03和冷彎薄壁型鋼結構技術規范 (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，掌握設計和繪制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繪制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制方法，并繪制一張 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 144m30m，柱距 9m，跨度為 30m ，柱網采用封閉結合。車間內有兩臺 15t/3

4、t 中 級工作制軟鉤橋式吊車。2. 屋面采用長尺復合屋面板，板厚50mm，檁距不大于 1800mm 。檁條采用冷彎薄壁斜卷邊 Z 形鋼Z250 75202.5，屋面坡度 i=l/ 20l/ 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系梁。上柱截面為2 400mm400mm，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接。4. 鋼材用 Q235-B ，焊條用 E43 系列型。5. 屋架采用平坡梯形屋架，無天窗，外形尺寸如下圖所示。根據坡度不同，分A1A8共 8種不同的腹桿布置形

5、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 A1b A2c A314 / 13d A4e A5f A6g A7h A8圖1 屋架計算簡圖及腹桿布置形式表 1 屋架的編號及其具體尺寸序號12345678屋架編號A1H1A2H1A3H1A4H1A5H1A6H1A7H1A8H1腹桿布置形式A1A2A3A4A5A6A7A8屋面坡度 i1/201/151/101/8端部高度 H0/mm1500序號910111213141516屋架編號A1H2A2H2A3H2A4H2A5H2A6H2A7H2A8H2腹桿布置形式A1A2A3A4A5A6A7A8屋面坡度1/2

6、01/151/101/8端部高度 H0/mm1650序號1718192021222324屋架編號A1H3A2H3A3H3A4H3A5H3A6H3A7H3A8H3腹桿布置形式A1A2A3A4A5A6A7A8屋面坡度1/201/151/101/8端部高度 H0/mm1800序號2526272829303132屋架編號A1H4A2H4A3H4A4H4A5H4A6H4A7H4A8H4腹桿布置形式A1A2A3A4A5A6A7A8屋面坡度1/201/151/101/8端部高度 H0/mm1950序號3334353637383940屋架編號A1H5A2H5A3H5A4H5A5H5A6H5A7H5A8H5腹桿

7、布置形式A1A2A3A4A5A6A7A8屋面坡度1/201/151/101/8端部高度 H0/mm21006. 該車間建于杭州近郊。7. 屋蓋荷載標準值：(l 屋面活荷載0.50kN / m2(2基本雪壓 s0 0.45kN / m22(3 基本風壓 w0 0.45kN/ m2 (4復合屋面板自重0.15kN / m2(5 檁條自重查型鋼表2（6屋架及支撐自重0.12+0.01lkN/m28. 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，選擇鋼材及連接材料（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

8、點宜以大寫英文字母A、 B 、C連續編號，下弦節點或再分腹桿的中間節點宜以小寫英文字母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，以及桿件的類型。（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，特別是采用有檁屋蓋體系，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 。但當采用無檁體系時，由于大型鋼筋混凝土屋面板的標準長度為

9、6m，中間柱距（開間一般取 6m，為使山墻與側墻能夠封閉結合，一般車間兩端的柱距（開間 采用 5.5m，將端屋架（排架或剛架 內移 0.5m。（2根據需要設置支撐體系一般情況下，屋架的上弦橫向支撐必須設置。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，或山墻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、或房屋為廠房并設有壁行吊車或有較大振動設備（如鍛壓車間 ，對房屋的整體剛度要求較高時應設置，否則可以不設。對梯形屋架，縱向支撐常設在屋架的下弦 端部一個或兩個節間平面內，而對三角形屋架則常設在上弦端

10、部若干節間平面內，具體節間數由支撐斜 腹桿與屋架弦桿之間的夾角在 25 65確定。垂直支撐在任何屋蓋系統內一般必須設置。對跨度L30m 的梯形屋架和跨度 L24m的三角形屋架，通常只在跨度中點設置一道中間垂直支撐；當跨度大于上述情況時，則需在跨度中間設置兩道垂直 支撐。此外，在梯形屋架兩端則不論跨度大小均需設置垂直支撐。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桿與之相連。剛性或柔性系桿的設置：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置剛性系桿。在有檁屋蓋中，屋架上弦平面的系桿可用

11、檁條兼充， 但對兼充剛性系桿的檁條長細比應滿足 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置柔性系桿即可。(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。 按荷載規范規定，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種荷載組合確定弦桿和腹桿的軸力，第2和 3種荷載組合可能會影響屋架跨中部分腹桿的最不利軸力。對于輕型屋面，應注意計算在風吸力作用下屋 架的內力，考慮下弦桿可能的內力變號問

12、題；(3 采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件計算桿件內 力；(4 上弦桿承受節間荷載的，可用接近似法計算上弦桿的局部彎矩。4. 屋架節點板厚度確定，桿件截面選擇和填板設置(1 節點板的厚度確定根據支座斜桿 (三角形屋架為上弦桿端節間 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 在桁架平面內規范規定弦桿和支座斜桿 (支座豎桿 在桁架平面內的計算長度均取 l 0x=l，即取 x1.0，l 為節點中心 間的桿件長度；單系腹桿 (即無中間節點的腹桿 ，其取 l0x=0.8l ，但對兩端不用節

13、點板連接的腹桿，則仍 應取 l0x=l。 在桁架平面外 弦桿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 與其用系桿相連的各個節點。所有腹桿在桁架平面外的計算長度都等于其幾何長度，即l0y l。桁架弦桿、再分式腹桿的受壓主斜桿和 K 形腹桿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，規范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 。當桁架上弦桿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。 在斜平

14、面內單角鋼截面和雙角鋼組成十字截面的腹桿，屈曲將發生在與桁架平面斜交的平面內，規范規定不在支座處的此類腹桿，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采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，可以采 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，主要用于跨 中的豎腹桿，有時也用于梯形屋架的端豎桿。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（并 或兩短邊相連 （并組成的。一般應該根據等穩條件 xy 來確定選擇合理的雙角鋼組合截面形式，即一般應

15、選l0y/ l0x和三種組合 T 形截面的 iy/ ix值最接近的，當l0y/l0x介于兩種組合 T 形截面的 iy/ ix值之間，應同時選這兩種 T 形截面設計，最后取用鋼量較小者；若弦 桿存在局部彎矩，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 。3 初選桿件的角鋼規格 軸心受拉構件的長細比限制一般不會成為控制，可直接根據強度計算要求的凈截面面積AnN/f，直接查型鋼表初選角鋼規格。軸心受壓構件則應先假定桿件的長細比= x= y，求出所需要的截面回轉半徑ixl0x/x和 iyl0y/y，再根據鋼材強度等級及截面類別查軸心受壓構件的穩定系數表得到，求出所

16、需要的截面面積 A N/ （f，根據 ix、iy和 A即可根據型鋼表初選比較合適的角鋼規格。對于壓彎構件，考慮 局部彎矩的影響，可以將軸心受壓構件選擇截面中的ix和 A 適當放大后再選擇角鋼規格。將上面初選截面的桿件進行必要的驗算，以確定所選截面是否合適。軸心受拉構件驗算長細比和凈 截面強度，軸心受壓構件桿驗算長細比和兩個主軸方向的整體穩定，壓彎構件驗算長細比和彎矩作用平 面內及平面外的整體穩定。合理的截面應使桿件的安全性和經濟性均較好。驗算結果若合適則可，否則 應根據驗算結果調整截面形式或尺寸，重新進行驗算，直到合適為止。上述驗算中，對于單角鋼或雙角鋼組成的 T 形截面桿件，在計算其繞對稱軸

17、整體穩定時，應采用計長肢相并的不等邊雙角鋼截面當 b2/t 0.48l0y/b2 時當 b2/t0.48l0y/b2 時短肢相并的不等邊雙角鋼截面 :當 b1/t 0.56l0y/b1 時，可近似取 yz= y。否則應取對于雙角鋼組成的十字形截面桿件，屬于雙軸對稱截面，故不必考慮扭轉效應的影響。計算等邊單角鋼截面桿件的強度和連接、穩定時應該分別取下列系數進行強度設計值折減后，可不 再考慮扭轉效應對繞對稱軸穩定的影響。a. 按軸心受力計算強度和連接乘以系數0.85；b. 按軸心受壓計算穩定性： 0.6 + 0.0015 ，但不大于 1.0； 為長細比，對中間無聯系的單角鋼壓桿， 應按最小回轉半徑

18、計算，當 桿件截面規格不宜過多，最小角鋼規格為L56364 或 L454，與垂直支撐相連的豎桿截面則不宜小于 2L635 。(3 每根桿件填板的尺寸和設置數量驗算，注意受壓桿件在兩側向支承點之間至少設置兩塊填板。5. 節點設計(1 根據構造要求先確定焊腳尺寸，再計算各腹桿及弦桿端部所需的焊縫長度，一般精確到10mm ，焊腳尺寸 hf和計算長 lw 均應滿足構造要求；節點板的尺寸主要根據布置焊縫的需要確定，應盡量規則以減小連接偏心，且宜采用至少兩對邊平 行或兩相鄰邊垂直的形狀，便于下料時套裁，以節省鋼材。(2 設計支座節點；(3 設計屋脊節點；(4 設計其余節點。6. 施工圖繪制根據國家標準房屋

19、建筑制圖統一標準 (GB/T 50001 2018和建筑結構制圖標準 (GB/T 501052001 ，采用 AutoCAD 繪制鋼屋架施工圖，最后用繪圖儀在白版紙上打印施工圖。五. 上機時數的安排課程設計可利用 PKPM 系列結構設計軟件中的 STS 等鋼結構設計軟件進行分析計算和施工圖的繪 制，上機時數一般不少于 20 學時。其中計算分析 8學時，繪制施工圖 12學時。六. 設計成果要求1. 計算說明書要求 課程設計計算說明書應采用學院統一印定的封面，課程設計用紙統一采用浙江工業大學學生專用紙 (不得有明格或明線 ，計算說明書可以手寫，也可以用辦公軟件 word 排版打印，但紙張規格統一采

20、用 A4(297mm210mm 。內容要求如下：(1 目錄 依次列出計算說明書的下列部分的內容及頁次。(2 設計資料列出上述 三. 設計資料及有關規定 中與自己設計相關的內容。(3 屋架幾何尺寸及檁條設置1 計算屋架桿件幾何長度，并畫圖表示，同時標出節點編號及起拱值，說明運輸單元的劃分。2 計算檁條間距，用圖表示，并標出拉條及撐桿。采用長尺復合屋面板，單坡內不設搭接，檁條最大允許間距由所選屋面板規格確定。另外，屋架上 弦節點處應設檁條。(4 支撐布置及屋架編號1 簡要說明所設支撐的必要性、并畫出屋架、支撐、系桿的布置圖，標出必要尺寸和軸線(不要求確定支撐系桿截面 ，如上下弦橫向支撐的間距 (開

21、間 和跨度、各豎向支撐的位置和高度等。2 在上圖中將鋼屋架編號。數量最多的鋼屋架采用普通編號如“GWJ-30 ”，對僅因連接支撐的螺栓孔等局部不同的，可以采用在普通編號后加a、b、c等字母以示區別，如“ GWJ-30a ”、“ GWJ-30b ”等。(5 桿件內力計算1 荷載組合情況 說明按荷載規范規定，取屋面活荷載和雪荷載中的大者作為可變荷載計算。考慮三種荷載組合確定 弦桿和各腹桿的軸力。對于采用輕型屋面的屋架，計算時還應考慮風吸力可能引起的屋架下弦桿內力由 拉力變為壓力的不利情況，計算書中對此應加以分析說明；2 節點荷載設計值計算過程，3桿件軸力計算過程，上弦桿和下弦桿應寫出詳細計算過程，

22、其余桿件可列表計算；4 如果上弦桿承受節間荷載，則用接近似法計算上弦桿局部彎矩的過程；5 畫出設計內力圖表示上述軸力和局部彎矩。(6 屋架節點板厚度確定，桿件截面選擇和填板設置1 根據支座斜桿 ( 三角形屋架為上弦桿端節間 內力確定支座節點板和其它節點板的厚度的過程；2 桿件截面選擇 根據等穩原則確定弦桿和腹桿的截面形式，如果屋架弦桿作用有節間荷載，則應考慮局部彎矩的影響；拉桿和壓桿分別根據強度和整體穩定初選截面規格；再經過具體驗算，最后確定合理的角鋼規格。 寫出上下弦桿和主斜桿選擇計算的詳細步驟，其余桿件可在下列屋架桿件截面選擇表中計算。桿件計算 內力 (N幾何 長度 (mm計算長度(mm截

23、面規格截面 面積 (cm2回轉半徑(mm長細比容許長細比穩定系數驗算強度 N/A 或整體穩定 N/( min A填板數量焊縫(mm名稱編號l0xl0yAixiyxy( yzminhfl1l2上弦桿下弦桿腹桿3 每根桿件填板尺寸、設置數量及驗算過程。(7 節點設計1 根據構造要求先確定焊腳尺寸，再計算各腹桿及弦桿端部所需的焊縫長度，寫出計算過程；2 支座節點的構造、尺寸及各零件和焊縫尺寸，寫出驗算過程，焊縫用代號表示。3 屋脊節點及下弦桿拼接節點的拼接角鋼尺寸、切肢尺寸、節點板尺寸及拼接焊縫等驗算過程。4 其余節點在施工圖中設計標注。(8 說明 說明在鋼屋架制作、運輸、吊裝過程中的有關事項。(9

24、 設計總結 總結課程設計過程中的收獲和有待改進的問題等。2. 施工圖要求施工圖紙統一采用 A1 規格的白版紙或硫酸紙，內容要求如下：(1 屋架計算簡圖用 1:100 比例繪制屋架計算簡圖，在左半跨標出屋架跨度、端部和中部高度、起拱尺寸和各桿件幾何 長度；在右半跨標出各桿件的軸力設計值，如果上弦桿存在局部彎矩，則還應標出其設計值；并分別注 明所用單位。(2 屋架施工詳圖用兩種比例 (軸線尺寸用小比例尺，其余用大比例尺。其中小比例尺根據整體圖面布置允許的圖幅確 定，大比例尺則根據能夠清晰表達桿件和節點細部構造和尺寸確定繪制屋架正面詳圖，上弦和下弦俯視平面圖，跨中豎桿及端桿的側視詳圖，支座節點詳圖。

25、給所有零件統一編號，尺寸相同的應編同一個 號，編號遵循先主要桿件、后次要桿件和板件，從上到下，從左到右的原則。施工詳圖中應標明的尺寸：所有節點板尺寸及節點板邊到節點中心的定位尺寸；所有桿件端部到節 點中心的尺寸；所有桿件肢背到軸線的尺寸(精確到 5mm ；不等邊角鋼桿件的與節點板連接肢的寬度，所有角焊縫的長度和焊腳尺寸 (在說明中已說明的可省略不標、塞焊尺寸、工地焊代號；所有填板的尺寸、焊縫；拼接角鋼的規格和長度、切肢削棱的尺寸，其它必要的零件詳圖尺寸，連接支撐和拼接所需 螺栓孔直徑及定位尺寸。繪制施工圖時，計算簡圖、構件或零件一般用中實線，其中角鋼厚度可放大繪制比例，且內側線可 稍細，以免兩

26、線疊合成一條粗線；尺寸標注和材料表用細實線；軸線用細點劃線；尺寸標注的尺寸界線 與對象之間應注意有適當的偏離。(3 材料表 列出各零件編號，幾何尺寸、數量、質量及屋架總質量等。(4 說明 對采用的鋼材、焊條，未在圖中標明尺寸的焊縫，安裝螺栓，防銹措施等有關事項逐項予以說明。(5 標題欄標題欄統一采用下圖 2 所示格式和尺寸，其中 “浙江工業大學建筑工程學院課程設計”、 “30m 梯形鋼屋架施工圖 ”和本人所在專業、班級、學號以及繪圖所用比例可以直接采用計算機繪制輸出，但本人姓 名、指導教師和日期欄必須用墨水筆手簽，不得用計算機繪制輸出。圖 2 施工圖統一標題欄尺寸及式樣七. 時間安排本課程設計總學時為 1 周，課內時間具體安排見下表 2。表 2 課程設計時間安排課程設計內容教案要求重點難點學時安排教案類型作業形式1. 理解設計資料，熟悉鋼結構設計規范B0.5 天設計2. 鋼屋架及支撐布置方案的設計繪制鋼屋架及支撐布置圖B0.5 天設計計算說明書3. 鋼屋架的設計和計算說明書的編寫3.1 鋼屋架的荷載計算3.2 桿件內力計算3.3 桿件設計3.4 節點設計A2天設計計算說