第一部分钢结构课程设计任务书一. 课程设计题目某车间梯形钢屋架结构设计二. 设计资料一单层单跨工业厂房，内设有2台中级工作制桥式吊车。
厂房总长120m，檐口高度15m，拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上。
柱顶截面尺寸400×400ｍ，柱混凝土强度等级为C20.钢屋架设计可不考虑抗震设防。
厂房柱距选择为12m屋架为梯形钢屋架（属无檩体系），跨度为24米带钢屋架挡风板。
无檩体系屋面做法及永久荷载标准值防水层为三毡四油上铺小石子0.35kN/m2找平层采用20厚水泥砂浆0.02×20＝0.40 kN/m2保温层为泡沫混凝土，选取80厚度：0.5 kN/m2预应力大型屋面板重 1.40 kN/m2可变荷载标准值雪荷载0.50 kN/m2屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2三.结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示，屋架支撑布置见图2所示（下弦支撑采用与上弦支撑同样布置）图1.屋架形式及几何尺寸第二部分、钢屋架设计计算采用1.5×12m预应力钢筋混凝土大型屋面板屋架计算跨度：L。
=L-300=23700mm屋架端部高度：H。
=2000mm计算跨度处高度: h＝2015ｍｍ屋架高跨比： H/L。
=3860/23700=1/6.14层架上弦（下弦）支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2符号说明：GWJ(钢屋架)；SC（上线支撑）；XC(下弦支撑)；CC(垂直支撑)；GC(刚性系杆)；LG（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图1.荷载计算屋架几何尺寸如图（1）所示，支撑布置如图（2）所示。
因为活载加积灰荷载加雪荷载（2000N/m²）大于活荷载（700 N/m²），所以动载取2000 N/m²。
屋架自重，P＝(120＋11×L) N/m²。
永久荷载标准值：二毡三油加绿豆砂0.35kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.5kN/m2预应力钢筋混凝土大型屋面板（含嵌缝） 1.4kN/m2支撑和钢屋架自重（120+11×30）/1000＝0.38管道设备自重0.10 kN/m2总计 3.13 kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载0.60 kN/m2积灰荷载0.50 kN/m2总计： 1.10 kN/m2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：1.2×3.13＝3.76kN/m2可变荷载设计值：1.4×1.10＝1.54kN/m22荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合组合一：全跨恒荷载－全跨活荷载屋架上弦节点荷载P＝（3.76+1.54）×1.5×12＝95.4 kN/m2组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=3.76×1.5×12＝67.68 kN/m2ｐ2＝1.54×1.5×12＝27.72 kN/m2组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载ｐ3＝0.38×1.2×1.5×12＝8.2 kN/m2ｐ4＝（1.68×1.2+0.6×1.4）×1.5×12＝45.36 kN/m2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，。
屋架各杆件内力组合见下表(1)。
杆件名称内力系数 p=1 组合一组合二组合三计算内力（KN) 全跨1左半跨2右半跨3P×1 P1×1+P2×2P1×1+P2×3P3×1+P4×2P3×1+P4×3上弦杆AB 0 0 0 0 0/0 0/0 0BCD -10.3 -7.1 -3.4 -985.5 -895.1/-794.2 -405.4/-240.2 -985.5 DEF -16.3 -10.6 -6.2 -1551.2 -1392.9/-1273 -611.9/-415.9 -1551.2 FGH -16.9 -10 -7.6 -1611.3 -1420.3/-1354 -592.1/-484.1 -1611.3 HJ -15.3 -7.9 -8.0 -1460.6 -1257.7/1257.7 -487.9/487.9 -1460.6下弦杆a-b 5.50 3.9 1.7 524.5 480/420 221.7/123.6 524.5 b-c 13.7 9.2 4.9 1307.8 1182.2/1063.5 528.6/334.5 1307.8 c-d 17.5 11.1 7.4 1673.1 1495.3/1391.3 648.4/478.1 1673.1 d-e 15.7 8.9 7.8 1502.1 1312.4/1281.1 532.9/481.7 1502.1斜腹杆Ba -10.4 -7.3 -3.3 -994.1 -908.1/-795.6 -417.5/-233.3 -994.1 Bb 8.3 5.4 2.9 790.9 713.25/642.8 317.0/201.8 790.9 Db -6.8 -4.1 -2.8 -648.7 -573.9/-538.7 -241.7/-184.1 -648.7 Dc 4.5 2.5 2.5 428.3 373.7/373.5 151.1/150.7 428.3 Fc -3.2 -1.3 -2.4 -308.1 -254.9/-2859 -85.9/-136.7 -308.1 Fd -1.9 -2.4 0.4 -182.2 -196.9/117.1 -126.3/4.3 -196.9/117.1 Hd 1.9 2.4 -0.4 178.4 192.8/114.6 123.7/-4.2 192.8/-4.2 He -1.7 -2.2 0.4 -162.2 -174.9/104.2 -111.9/3.8 -174.9/104.2竖杆Aa -0.5 -0.5 0 -47.7 -47.7/-33.8 -26.8/-4.1 -47.7 Cb -1 -1 0 -95.4 -95.4/-67.7 -53.6/-8.2 -95.4 Ec -1 -1 0 -95.4 -95.4/67.7 -53.6/-8.2 -95.4 Gd 0 0 0 0 0/0 0/0 0Je3.1 1.6 1.59 290.9 250.5/250.5 97.1/97.1 290.93.杆件截面设计腹杆最大内力，N=994.1KN(压)，由屋架节点板厚度参考表可知：支座节点板厚度取18MM,其余节点板与垫板厚度取16MM. 1.上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力设计，N ＝-1551.2kN上弦杆件计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度l ox ＝150.7cm ；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取l oy ＝2×150.7＝301.4cm. 因为l oy ＝2l ox ，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
图3.上轴稳定性弦截面假定λ＝60，双角钢组合截面绕x 和y 均属于b 类截面。
查轴心受压构件的稳定系数表，得φ＝0.807 需要截面面积A ＝fNφ＝1551200/（0.807×215）＝8940mm 2 需要的回转半径为：i x ＝λl ox ＝1508/60＝25.15mm i y ＝λl oy＝3016/60＝50.3mm 根据A 、i x 、i y 查不等肢角钢规格表,选用2L200×125×16,A ＝99.4cm 2, ix＝3.52cm,i y ＝6.38cm.按所选角钢进行验算：λx ＝i l xox ＝1507/35.2＝42.8＜[λ] ＝150λy ＝i l yoy ＝3014/63.6＝47.39＜[λ] ＝150（满足要求）由于λx<λy ，只需求φy 查附表用内插法得φx ＝0.868σ＝ANx ＝1551200/(0.868×9940)=179.79N/mm 2＜215 N/mm 2 所选截面合适。
2．下弦杆整个下弦也不改变截面，按最大内力N ＝1673.1kN 。
按下弦支撑布置情况：L ox ＝3000mm,L oy ＝11850mm 计算下弦截面净面积：An ＝fN＝1673100/215＝7781mm 2 选用2L125×110×14（短肢相并,见图），A ＝78cm 2, ix ＝3.08cm iy ＝5.75cm λx ＝i l x ox＝300/3.06=97.4<[λ]=350;λy ＝i l yoy ＝1185/5.75=206.1<[λ]=350. A N n＝1673100/78=214.5 N/ mm 2＜215 N/ mm 2 满足要求。
图4.下弦杆截面 3．端斜杆Ba已知N ＝994.1kN, l ox ＝l oy ＝253.9cm 。
因为l ox ＝l oy ，故采用不等肢角钢长肢相并（图 ），使ix=iy.如选用2L180×110×14，则A ＝78cm 2ix ＝5.75cm ，iy ＝4.6cm 截面刚度和稳定性验算： λx ＝i l xox=253.9/5.75=44.16＜[λ] ＝150 λy ＝i l yoy =253.9/4.6=55.2＜[λ] ＝150 ，刚度满足要求。
查b 类截面轴心受压构件的稳定系数表，得φx ＝0.655A N n＝994100/(0.832×7800)＝153.18N/mm 2＜215N/mm 2 ， 所选截面满足要求。
图5.端斜杆截面4．竖杆JeN ＝290.9kN(压力)， l ox ＝0.9l ＝0.9×320＝288cm 选用2L80×10的角钢，并采用十字形截面，则A ＝30.26cm ，ix 0＝3.04mm λx 0＝il xox ＝288/3.04＝94.7＜[λ]＝150AN =290900/3026=96.13N/mm 2＜215N/mm 2 满足要求。
其余各杆截面选择计算过程不一一列出,见表(2)杆件名称内力设计值N（KN）计算长度（cm）选用截面截面积A（2cm）回转半径（cm）maxλ[λ]minϕ计算应力（N/2mm）填板(块) xl0yl0xiyi上弦杆-1551.2 150.7 301.4 短肢相并2L200×125×16 99.4 3.52 6.38 47.39 150 0.868 -179.79 2 下弦杆1673.1 300 1185 短肢相并2L180×110×14 78 3.08 5.75 206.1 350 214.5 2 Ba -994.1 253.9 253.9 长肢相并2L180×110×14 78 5.75 4.6 55.2 150 0.832 -153.18 2 Bb 790.9 210 262.2 T型截面2L100×10 38.52 3.05 4.83 68.85 350 205.32 2 Db -648.7 229.8 287.3 T型截面2L100×16 59.21 2.98 4.96 77.1 150 0.707 -154.96 2 Dc 428.3 229.8 287.3 T型截面2L100×10 38.52 3.05 4.83 75.36 350 111.19 2 Fc -308.1 250.6 313.2 T型截面2L100×10 38.52 3.05 4.83 82.37 150 0672 -119.02 2Fd -196.9117.1250.3 312.9 T型截面2L100×10 38.52 3.05 4.8382.071500675 -75.730.43Hd 192.8-4.2271.8 339.7 T型截面2L63×5 12.29 1.94 2.97 140.1 1500.345156.88-0.993He -174.91104.2271.8 339.7 T型截面2L90×6 21.27 2.79 4.05 97.4 150 0.572-143.7648.993Aa -47.7 180 180 T型截面2L56×5 10.83 1.72 2.69 93 150 0.605 -72.8 2Cb -95.4 184208 230260T型截面2L56×5T型截面2L56×510.8310.831.721.722.692.691071211501500.5130.432-171.7-171.722Ec -95.4Gd 0 232 290 T型截面2L56×5 17.6 2.31 3.53 113 150 0.475 0 3 Je 290.9 288 288 十字形截面2L80×10 30.26 3.04 3.04 94.7 150 0.59 0 18七、节点设计用E13焊条时，角焊缝的抗拉，抗压和抗剪强度设计值f wt=160N/ mm2。