《钢结构》课程设计任务书中国矿业大学银川学院土木工程教研室2013年11月一、设计资料1. 基本资料某单跨单层厂房，跨度L=18m，长度42m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，梯形屋架铰接于混凝土柱上，屋面坡度i=1/10，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m预应力混凝土屋面板（考虑屋面板对屋架在平面外的支撑作用）。
钢材采用Q235-B，焊条采用E43型，手工焊。
柱网布置如图1所示、屋架支撑系统布置图如图2所示。
图1 柱网布置图（a）（b）（c）图2 屋架支撑布置图（a）屋架上、下弦支撑布置图（b）1-1剖面图；（c）2-2剖面图2. 屋架形式及几何尺寸如图3所示。
图3 屋架形式及几何尺寸3. 屋面荷载及内力系数（1）永久荷载（标准值）三毡四油防水层0.40 kN/m2水泥砂浆找平层0.40 kN/m2保温层0.20 kN/m2预应力混凝土屋面板（1.00 +0.001×本人学号后三位数）kN/m2 (例如：学号为070807110190，则屋面板荷载为：1.00+0.001×190=1.19kN/m2) 屋架及支撑自重0.12+0.011L=0.318kN/m2（2）可变荷载（标准值）屋面活荷载：按学号选取（参见下表）；雪荷载：0.30kN/m2屋面活荷载的取值 (kN/m2)如图4所示。
图4 屋架内力系数（a）全跨单位荷载作用下各杆件的内力值（b）半跨单位荷载作用下各杆件的内力值二、设计内容1. 完成一份钢屋架计算书。
用A4纸手写，加统一格式封皮装订，见附件1。
计算书内容必须包括：（1）钢屋架荷载计算；（2）杆件内力的计算和组合；（3）杆件截面的选择和验算；（4）主要节点设计（至少完成一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点的设计，节点设计内容包括节点板、加劲肋及连接焊缝）。
2. 绘制一份钢屋架施工图。
用空白的A2绘图纸手绘，采用统一的图签栏，如图5所示。
建议杆件轴线比例采用1:20，节点（包括杆件截面、节点板和小零件）比例采用1:10。
当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架的施工图。
施工图内容必须包括：（1）施工图的说明；（2）材料表；（3）屋架简图；（4）屋架立面图；（5）上、下弦平面图；（6）必要的侧面图和剖面图（屋脊处和屋架端部的剖面图）；（7）某些安装节点或特殊零件的大样图（屋脊节点和下弦拼接节点大样图、支座节点大样图）。
图5 图签栏三、进度安排《钢结构》课程设计指导书中国矿业大学银川学院土木工程教研室2013年11月本指导书根据设计任务书提出的设计内容和要求指出了设计中应考虑的原则和应注意的问题，对其中某些问题作了必要的说明。
更多一般的设计原理、方法及参考数据，可查阅相关设计手册和规程规范。
一、课程设计目的课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。
要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。
要求在指导教师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。
二、设计资料和任务参见课程设计任务书三、钢屋架设计计算1. 材料选择根据荷载性质，钢材可采用Q235-B，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。
屋架连接方法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。
2. 屋架形式及几何尺寸因屋面采用大型屋面板，屋面坡屋i＝1/10，故宜采用梯形屋架。
屋架计算跨度应取L0=L-2×150=18000-300=17700mm。
屋架端部高度H0与屋架中部高度及屋面坡度相关，当梯形屋架与柱铰接时，屋架端部高度取1.6~2.2m。
为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。
屋架跨中起拱L/500。
3. 支撑布置根据车间长度、屋架跨度、荷载情况以及吊车设置情况，布置上、下弦横向水平支撑、垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。
凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。
四、荷载和内力计算1. 荷载计算屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。
荷载计算中，因屋面坡度较小，对荷载影响小，可不予考虑，故所有荷载可按水平投影面积计算。
风荷载对屋面为吸力，重屋盖可不考虑。
2. 荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：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与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载若只考虑全跨永久荷载+全跨可变荷载组合，则屋脊两侧各两根斜腹杆应按压杆设计。
3. 内力计算按图解法、数解法、电算法均可计算屋架各杆内力。
先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杆件内力。
取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。
可列表计算。
跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。
如果按正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。
五、杆件截面设计屋架跨度不大于30m时，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。
上弦杆计算长度，在屋架平面内，为节间轴线长度。
在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋架保证三点焊，故取两块屋面板宽度且不大于3m），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
节点板厚度需按腹杆的最大内力查表选用。
轴心拉杆，可按强度要求选择截面。
对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆λ=80～100，腹杆100～120）选择截面再进行验算。
屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。
六、节点设计节点的设计一般步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后根据此焊缝长度的大小按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算弦杆与节点板的连接焊缝。
用作图法求节点板的形状和大小时，应按角度准确画出各杆件的轴线和轮廓线，各杆件的形心线应尽量与杆件轴线重合并取5mm的整数，再考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝的位置，在此基础上作出节点详图。
节点板的形状应尽可能简单、规则，至少有两边平行。
如矩形、平行四边形、直角梯形等。
七、屋架施工图屋架施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。
因此，必须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。
1．屋架施工图一般按运输单元绘制。
当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。
施工图上应包括屋架正面图、上弦和下弦平面图以及必要的侧面图、剖面图和零件图。
2．图纸的左上角用适当比例绘制屋架简图（单线图），左半跨注明屋架杆件的几何轴线尺寸，右半跨注明杆件的内力设计值，并注明屋架跨中央的起拱高度（屋架图上不必表示）。
图纸正中为屋架正面和上、下弦平面图。
右上角是材料表，把所有杆件和零部件的编号、规格、长度、数量（正、反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运输设备时参考。
3．屋架施工图通常采用两种比例尺绘制。
屋架杆件的轴线一般用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15的比例尺绘制。
对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清楚地表达节点的细部尺寸。
4．施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。
定位尺寸主要有：轴线至角钢肢背的距离、节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离等。
螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。
工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等。
工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
5．施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。
完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
6．施工图上还应有文字说明。
其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。
此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。
八、主要参考文献1 刘声扬，王汝恒主编. 钢结构——原理与设计. 武汉：武汉理工大学出版社，2010.72 中华人民共和国国家标准. 钢结构设计规范（GB50017—2003）. 北京：中国计划出版社，20033 中华人民共和国国家标准. 建筑结构荷载规范（GB50009—2012）. 北京：中国建筑工业出版社，20124 中华人民共和国国家标准. 房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）. 北京：中国计划出版社，20025 中华人民共和国国家标准. 建筑结构制图标准（GB/T 50105-2001）. 北京：中国计划出版社，20026 《钢结构设计手册》编辑委员会. 钢结构设计手册（上册）. 第3版. 北京：中国建筑工业出版社，20047 《建筑结构静力计算手册》编写组. 建筑结构静力计算手册. 第二版. 北京：中国建筑工业出版社，19988 国家建筑标准设计. 梯形钢屋架（05G511）. 北京：中国建筑标准设计研究所，2005《钢结构》课程设计——钢屋架计算书班级：姓名：学号：指导教师：年月日。