钢结构。
课程设计题目：梯形钢屋架。
班级：土木工程。
设计期限：2024年11月21日～2024年1月12日。
指导教师：一、 课程设计的意义与目的。
钢结构课程设计是建筑工程专业教学计划中一个重要的实践教学环节，对培养学生的基本技能、提高学生对实际结构工作情况的认识和巩固所学的理论知识有重要作用。课程设计应达到如下目的：
了解钢屋盖设计的一般程序和内容，为毕业后从事实际设计工作奠定基础：
巩固钢结构课程中所学内容(例如材料性能及材料的选择，连接设计及计算，基本构件的设计计算等)，并应用于课程设计中：
掌握钢屋架施工图的表达方法和制图规定：
学习书写结构计算书。
学习运用规范及有关技术资料。
二、 设计资料。
机械厂欲建一金工车间，其平面及柱网布置如图所示，厂房的跨度分别取l8m、21m、24m，长度为54m，柱距6m。车间内设有两台20／5吨中级工作制吊车。采用1.
5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。梯形屋架，屋架端高分别为1.8m、1.
9m、2.0m，屋面坡度为i=1/10，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土标号为c25；计算温度最低－20℃．
l分别为18m、21m、24m。
柱网布置图。
1. 屋面做法：
w1：二毡三油上铺小石子防水层（0.35 kn/m2）
20厚水泥砂浆找平层 (0.4 kn/m2)
80厚泡沫混凝土保温层 (0.5 kn/m2)
1.5m×6m钢筋混凝土大型屋面板（1.4 kn/m2）
钢屋架及支撑自重：0.12+0.011l （kn/m2）
基本雪压0.25kn/m2，屋面活荷载0.30kn/m2，不考虑风荷载，积灰荷载和**荷载。
w2：二毡三油上铺小石子防水层（0.35 kn/m2）
20厚水泥砂浆找平层(0.4 kn/m2)
80厚泡沫混凝土保温层 (0.5 kn/m2)
1.5m×6m钢肋grc大型屋面板（0.55kn/m2）
钢屋架及支撑自重：0.12+0.011l （kn/m2）
基本雪压0.40kn/m2，屋面活荷载0.70kn/m2，不考虑风荷载，积灰荷载和**荷载。
2. 钢材种类：g1：q235b； g2：q345b
三、 设计内容。
1．屋盖支撑体系布置设计；
2．屋架设计计算；
屋架尺寸的确定，腹杆的布置，荷载及内力计算，杆件截面的设计，节点设计。
3．编写结构设计计算书一份。要求步骤清楚，计算正确，书写工整。
计算书封面写明如下内容：课程设计名称——梯形钢屋架设计；年级；姓名；学号。计算书正文要求书写工整，必要的图表不可缺少；注明所用参考文献。要求附内力系数图。
4．绘制屋架施工图一张(1号图，手绘)。
钢屋架施工图中包括屋架几何尺寸及内力图，构件详图（半榀屋架施工图，至少2个剖面图——支座和跨中截面的剖面图），零件或节点大样图，材料表，说明。
注意构件详图中杆件截面和节点尺寸比例是轴线比例的两倍。即：轴线比例1：
20；节点和构件比例1：10。构件长度取5mm或10mm的倍数。
构件截面根据受力取5~6种。角钢的尺寸≥45×4或56×36×4。
钢屋架施工图的图签格式如下：
四、 设计参数。
表1 主要参数组合表。
表2.各位同学的设计条件组合表。
注：各人按学号后三位对应取值。
五、 参考资料。
1．建筑结构荷载规范《gb50009-2012》
2．钢结构设计规范《gb50017-2003》
3．钢结构设计原理刘锡良、丁阳主编。天津大学出版社。
4．建筑钢结构设计刘锡良、陈志华主编。天津大学出版社。
5．土木工程专业建筑工程方向课程设计指导书张三柱主编中国水利水电出版社。
6．课程教材。
六、 设计时间及参考进度。
设计时间为一周。
参考进度：七、成绩评定标准：
优：理论分析与计算正确，设计合理，计算书内容完整，书写工整，图面布置合理，制图规范，图纸能较好表达设计内容；
良：计算较正确，计算书内容完整，设计合理，书写较工整，制图较规范，图纸能完整表达设计内容；
中：计算基本正确，计算书基本完整，设计基本合理，制图基本符合制图标准，图纸基本能表达设计内容；及格：设计基本合理，计算分析部分有误，计算书图表不太完整，图纸大部分表达正确；
不及格：理论分析与计算有原则错误；计算内容有较多遗漏；设计不合理，图纸内容与计算书不吻合；图纸错误较多，内容表达不完整，制图不规范。
钢结构课程设计指导书。
一、课程设计任务布置：见任务书。
二、屋盖支撑体系。
1、支撑体系的作用。
a) 增大结构纵向刚度，承担纵向水平荷载；
b) 增大结构横向刚度，协调横向框架受力；
c) 减小屋架弦杆/框架柱的平面外计算长度；
d) 维持托架及中间屋架的稳定性；
e) 保证安装过程中结构稳定性，防止倾倒；
f) 增大结构的抗扭刚度。
2、屋盖支撑种类及布置原则。
屋盖支撑包括上弦横向支撑、下弦横向支撑、下弦纵向支撑、竖向支撑（垂直支撑）、系杆及天窗支撑等。
屋盖支撑布置的原则为：厂房两端布置上下弦横向支撑和竖向支撑；屋架两边布置下弦纵向支撑，形成封闭体系；横向及竖向支撑间距不应超过60m，否则应加设支撑；竖向支撑一般布置屋架跨中和端竖杆平面，s>30m时，在跨中1/3处加设两道；布置系杆增强屋架侧向稳定，减小弦杆计算长度，传递水平荷载。
3、屋盖支撑布置：绘图说明。
三、普通梯形钢屋架设计。
1．钢屋架的形式和尺寸。
形式：梯形钢屋架、人字型腹杆布置。
尺寸：24m跨度屋架跨中起拱l/500。
2、普通钢屋架的计算分析。
1）计算假定。
钢屋架的节点为铰接；所有杆件的轴线在同一平面内，汇交于节点中心；荷载作用在屋架节点上，且在屋架平面内。
2）普通钢屋架的荷载。
荷载类型：永久荷载结构及屋面自重；
可变荷载屋面活荷，雪荷。
荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载；
全跨永久荷载+半跨可变荷载；
全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板+半跨屋面活荷。
3）内力分析。
按平面桁架计算杆件轴向力：静定结构；数解法（节点法，截面法）/**法，结构力学求解器。
3．普通钢屋架的杆件设计。
1）杆件的计算长度。
屋架平面内：节点中心的距离，由于节点刚度，压杆失稳时将受到拉杆的约束（弹性嵌固），拉杆越多，拉力越大，约束作用越强。
受压（上）弦杆/下弦杆/支座竖杆（端竖杆）/端斜杆：l0x=l；其它腹杆：l0x=0.8l；（与下弦连接的节点嵌固作用较大），l为杆件几何长度。
屋架平面外：侧向支撑点间距l1。
上弦杆：屋面板与屋架3点焊可靠连接时，l0y=2b且≤3m；否则，l0y=l1
下弦杆 l0y=l1（下弦横向水平支撑或系杆的间距）；腹杆 l0y=l。
侧向支撑点间距为杆件节间长度的2倍时，取杆件内力为此二节间内力较大值，杆件计算长度：l0y= l1(0.75+0.25n2/n1) 且l0y≥0.5 l1
对双角钢十字形截面和单角钢截面的腹杆，斜平面屈曲，l0x=0.9l。
2） 截面形式。
截面形式选择的原则是与杆件两个方向的计算长度相配合，使杆件两个方向的长细比接近相等，即达到等稳定。
等边角钢 t型截面 iy≈(1.3-1.5)ix, 普通钢屋架的腹杆；
不等边角钢 t型截面短肢相连 iy≈(2.6-2.9)ix, 普通钢屋架的上下弦杆，平面外支撑间距为节间长度的2-3倍；
不等边角钢 t型截面长肢相连 iy≈(0.75-1.0)ix, 普通钢屋架的端竖杆、端斜杆及有局部弯矩作用的上弦杆；
等边角钢十字截面 iy≈ix, 有竖向支撑连接的竖腹杆；
为使两个角钢成为整体，应在两肢间设置垫板，垫板长应伸出角钢肢15~20mm，宽60mm左右（50～80mm），与节点板等厚，间距不大于40i（压杆）和80i（拉杆），且每根杆件至少两块，十字型截面垫板沿两个方向交错布置。
3） 截面选择和计算。
角钢规格不宜小于l45×4或l56×36×4；一般规格5-6种。
弦杆采用一种规格，屋架中内力较小的杆件一般按刚度要求选择截面。
轴心拉杆：强度；刚度λ≤[250～400。
轴心压杆：稳定性； 刚度λ≤[150～200；
注意计算中钢材采用q345钢材时，长细比乘以钢号换算系数查表得到稳定系数，即根据查得值。
4. 钢屋架的节点设计。
1）节点设计原则。
a.杆件形心线应与钢屋架几何轴线重合并汇交于节点中心，避免偏心引起弯矩；
b.直接支承大型钢筋混凝土屋面板的上弦角钢应予以加强；
c.节点板的外形应尽量简单，矩形/梯形/平行四边形等；
d.角钢端部切割一般垂直于轴线，可切去部分肢，但不允许完全切去垂直肢；
e.节点中，杆件边缘间距：焊接10~20mm，螺栓5~10mm；
f.单斜杆与弦杆连接，注意避免出现偏心弯矩；
g.节点板应有足够的强度和刚度，保证弦杆和腹杆的内力传递，节点板厚度6~20mm，同一榀屋架节点板厚度相同，支座节点板比中间节点板厚2mm。
2）节点的计算和构造（5个节点）
根据杆件与节点板之间的焊缝长度确定节点板大小。
a.无节点荷载的下弦节点。
腹杆与节点板的连接焊缝：腹杆轴力。
下弦杆与节点板的连接焊缝：弦杆轴力差。
b.有集中荷载的上弦节点。
腹杆焊缝同上；
上弦杆与节点板之间的连接焊缝。
弦杆轴力差：肢背焊缝； 肢尖焊缝。
集中力：；验算：
c.弦杆拼接节点（屋脊和跨中下弦拼接节点）
工厂拼接：轴力较小的节间；工地拼接：设在节点。
弦杆拼接采用拼接角钢，作用：传递内力/保证刚度；焊接拼接前采用定位螺栓定位；拼接角钢一般为同号角钢，需切肢切棱角以保证焊缝质量及角钢密贴，切肢尺寸；为减小应力集中，如弦杆肢宽＞130mm，应斜切拼接角钢两肢；拼接角钢需弯角时，可热弯或切肢后冷弯；拼接角钢长度有所需焊缝长度确定，且不小于40~60mm，被拼接角钢间应留10mm间隙。
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