第一部分钢结构课程设计任务书一、基本要求1、每位同学务必按分组要求做，并在计算书中注明组别；2、计算书参考教材中例题，但内力计算图解法应用计算机绘制；3、图纸不得相互拷贝，为1号图；4、计算书中应有屋架支撑布置图；5、课程设计成绩单列，不计入钢结构课程成绩内；6、课程设计应由学生本人于2016年7月10日前，交到指导老师。

二、课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计三、设计资料1、车间柱网布置图（L×84m）。

2、屋架支承于钢筋混凝土柱顶（砼等级为C20），采用梯形钢屋架。

3、屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。

4、柱距6m。

5、荷载：1)屋架自重＝（120+11L）N/m2，其中L为屋架高度；2)基本荷载表：四、设计要求1、设计屋面支撑布置（要求对整间厂房进行布置，写入计算书）；2、计算屋架杆件设计内力（选取典型一榀屋架，写入计算书）；3、设计杆件截面；4、设计不少于5个的典型节点；5、绘制屋架的结构施工图（1号图纸）。

五、内力计算考虑下面三种情况1、满载（全跨静荷载加全跨活荷载），——正常使用中;2、半跨屋面板荷载和半跨活荷载（活荷载400 N/m2）和全跨屋架自重,——在吊装过程中出现最不对称内力。

3、全跨静荷载和半跨活荷载，——在使用过程中最不对称。

六、注意事项1、学生在计算书封皮必须显示自己的组别。

且在计算书工程概况中写清具体数值（如2013土木工程03班25号同学的组别为：第二组—25）。

2、图纸、计算书必须由指导老师签字方能视为有效。

3、图纸内容包括：⑴屋架计算简图（内力、尺寸）；⑵半跨屋架正面图，上下弦杆俯视图，端竖杆、中央竖杆侧面图，屋架支座俯视图，必要的零件大样图；⑶材料表；⑷图纸说明梯形钢屋架支撑布置如图所示：第二部分、钢屋架设计计算组别：丙—III—b—B、动载1、3， 24×84m、C20混凝土。

由于采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，故选用平坡梯形屋架。

屋架计算跨度：L。

=L-300=23700mm屋架端部高度：H。

=1800mm 计算高度：h=1813mm屋架跨中高度: H =H。

+(L。

/2)i=1800+(23700/2) ×(1/11)= 2880mm屋架高跨比： H/L。

=2880/23700= 1/8.23屋架坡度：i=1/111.荷载计算为使屋面节点受荷，配合屋面板1.5米宽，腹杆体系大部分采用下弦节间为3米的下承式屋架。

在跨中腹杆的倾角满足要求，可不必采用再分式杆系。

屋架跨中起拱L/500≈50mm,几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）动载取活载加雪荷载（1200N/m²）。

屋架沿水平投影面积分布的自重，按经验公式P＝(120＋11×L) = 0.384 N/m²。

永久荷载标准值：预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝） 1.5 kN/m2防水层0.38kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层0.4 kN/m2保温层 0.97kN/m 2 支撑重量 0.08kN/m 2屋架自重（120+11×24）/1000 =0.384N/m 2可变荷载标准值：屋面活载加雪活载 1.20kN/m 2以上荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。

永久荷载设计值：1.2×（1.5+0.38+0.4+0.97+0.08+0.384）＝4.457kN/m 2可变荷载设计值：1.4×1.2＝1.68kN/m 2荷载总重4.457+1.68=6.137 kN/m 22．内力计算2359300030002850244820702666234026662894312831282610289430002880FIabcde13551506150615061506150615061506A BCDE GH1501111800181315050屋架形式及几何尺寸-505.1895.4704.5289.0393.9-55.2-309.7-55.2211.0-139.4-82.233.6-55.270.6928.1-55.2FIabcde0.0-532.4-532.4-826.5-826.5-902.6-932.2-932.2ABCDEGH -27.6屋架内力设计值组合一：全跨恒荷载+全跨活荷载 P=6.137×1.5×6 = 55.231 kN 组合二：全跨恒荷载+半跨活荷载 P1=4.457×1.5×6 = 40.113 kN ；P2=1.68×1.5×6 = 15.12 kN组合三：全跨屋架自重+半跨屋面板荷载+半跨活荷载（0.4 kN ）P3=1.2×0.384×1.5×6 = 4.147 kN;P4=（1.2×1.5+1.4×0.4）×1.5×6 = 24.24 kN由力学求解器计算屋架各杆件内力，然后乘以实际的节点荷载。

计算简图如下(c)(b)(a)23//3P 22/P 42/P 1/P288021/屋架构件内力组合表1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N＝-932.2kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度l ox＝1506mm；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取l oy＝2×1506＝3012mm,因为l oy＝2l ox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。

腹杆最大内力NaB＝-505.1kN,查教材表7-4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

假定λ＝60，按3号钢，轴心受压构件（查附表）属于b类截面，φ＝0.807需要截面面积A ＝N/φf ＝932.2×103/（0.807×215）＝5372.7mm 2需要的回转半径为：i x ＝λl ox ＝1506/60＝25.1mm i y ＝λl oy＝3012/60＝50.2mm根据A 、i x 、i y 查不等肢角钢规格表,选用 2L180×110×10, A ＝5680mm 2, i x ＝31.3mm, i y ＝58.1mm.上弦截面180×110×10xxy y 按所选角钢进行验算：λx ＝i l xox ＝1506/31.3＝48.1＜[λ] ＝150 λy ＝i l yoy ＝3012/58.1＝51.8＜[λ] ＝150（满足要求）由于λy>λx ，只需求出φmin=φy,查轴心受力稳定系数表φy ＝0.852σ＝N/φyA ＝932.2×103/(0.852×5680)=192.6N/mm 2＜215 N/mm 2 所选截面合适，垫板每个节间设一块。

2．下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N ＝928.1kN 。

按下弦支撑布置情况：计算长度L ox ＝3000mm,L oy ＝6000mm 计算下弦截面净面积：An ＝fN ＝928.1×103/215＝4316.7mm 2选用2L140×90×10（短肢相并），A ＝4460mm 2ix ＝25.6mm iy ＝44.7mm.下弦截面xxy y 12λx ＝i l x ox＝3000/25.6=117.19<[λ]=350; λy ＝i l y oy ＝6000/44.7=134.23<[λ]=350. ó＝A N n＝928.1×103/4460=208.1 N/ mm 2＜215 N/ mm 2 所选截面满足要求。

3．端斜杆N ＝-505.1kN, 因为l ox ＝l oy ＝2359mm ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使ix ＝iy 。

如选用2L100×14，则A ＝5252mm 2 ix ＝30.0mm ，iy ＝46.8mm端斜杆截面验算： λx ＝i l xox=2359/30.0=78.6＜[λ] ＝150 λy ＝i l y oy =2359/46.8=50.4＜[λ] ＝150φ＝0.701 σ＝N/φA=505.1×103/(0.701×5252)＝137.19N/mm 2＜215N/mm 2 满足要求。

中竖杆截面4．竖杆IeN ＝-55.2kN ， l o ＝0.9l ＝0.9×2880＝2592mm中间竖杆最小应当选用2L63×4的角钢，并采用十字形截面，则A ＝996mm ，ixo ＝24.6mm λxo ＝l o/ ixo ＝2592/24.6＝105.36＜[λ]＝150 φ＝0.523 σ＝AN x =55.2×103/(0.523×996)=105.97 N/mm 2＜215 N/mm 2满足要求。

5.竖杆GdN ＝-55.2kN ， l ox ＝0.8l ＝0.8×2610＝2088mm l oy ＝2610mm可按[λ]选择,需回转半径ix＝2088/150=13.92mm i y＝2610/150=17.4 mm按ix,i y查表选用2L50×6 A=1138 mm2 , ix＝15.1mm,i y＝25.6mm.其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见下表八、节点设计1.下弦节点 b根据各杆内力表,设计这类节点的步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点连接焊缝的尺寸，即h f和l然后按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。

用E43焊条时，角焊缝w＝160N/mm2，的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f wt22┐┌100×8N=928.1KNNN N=55.2KNN =N下弦节点"b"⑴ Bb 杆的肢背和肢尖焊缝h f ＝8mm 和6mm ，N=393.9 kN 所需焊缝长度为： 肢背：l w ＝(0.7×393.9×103)/ (2×0.7×8×160)+10＝163.8取l w ＝170mm 肢尖：l w ’＝(0.3×393.9×103) / (2×0.7×6×160)+10＝97.9mm ，取l w ’＝100mm⑵ Db 杆的肢背和肢尖分别采用8mm 和6mm, N=309.7kN肢背: l w ＝(0.7×309.7×103) / (2×0.7×8×160)+10=130.98 mm,取l w ＝140mm 肢尖: l w ’＝(0.3×309.7×103) / (2×0.7×6×160)+10=79.13 取l w ’＝80mm⑶ Cb 杆的内力很小，N=55.2KN 。