课程设计说明书课程名称：钢结构设计题目：钢屋架设计院系：土木与建筑工程学院学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2012年12月16日课程设计任务书三角形钢屋架课程设计摘要：为了让同学们更好的学习《钢结构》这门课程，加深对知识的理解和掌握，提高同学们的动手能力，学校组织了这次针对《钢结构》的课程设计。
本次课程设计的主要内容是钢屋架的设计，钢屋架分三角形钢屋架和梯形钢屋架，本例课程设计题目为<三角形钢屋架设计与施工图的绘制>。
通过对杆件内力的计算、杆件截面的设计、节点设计以及施工图的绘制，从而设计出满足工程需要的钢屋架。
关键词：钢结构三角形屋架杆件节点内力目录1.设计背景 (1)1.1 设计资料 (1)1.2 屋架形式 (1)1.3 荷载情况 (2)2.设计方案 (3)2.1 屋架尺寸 (3)2.2 檩条和支撑布置 (3)3.方案实施 (5)3.1 檩条的设计 (5)3.2 屋架节点荷载计算 (6)3.3 屋架杆件内力计算 (7)3.4 杆件截面设计 (8)3.5 节点设计 (12)4.结果与结论 (20)5.收获与致谢 (21)5.1 收获 (21)5.2 致谢 (21)6.参考文献 (22)7.附件 (23)1.设计背景1.1 设计资料某厂房长66m ，檐口高度15m 。
厂房为单层单跨结构，内设有两台中级工作制桥式吊车。
拟设计三角形钢屋架，屋架简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C20，柱顶截面尺寸为；钢屋架设计可不考虑抗震设防；厂房柱距选择为6m ，跨度为24m 。
厂房建筑平面示意图见图1。
图1 建筑平面示意图1.2 屋架形式屋架形式见图2。
图2 屋架形式1.3 荷载情况1>属有檩体系：檩条采用槽钢，跨度为6m，跨中设有一根拉条Φ10。
2>屋架屋面做法及荷载取值（荷载标准值）：永久荷载：波形石棉瓦自重 0.20kN/m2保温木丝板自重 0.25kN/m2钢屋架及支撑重（0.12+0.11跨度）kN/m2可变荷载：雪荷载 0.55kN/m2屋面活荷载 0.40kN/m2积灰荷载 0.30kN/m2注：以上数值均为水平投影值。
2.设计方案2.1 屋架尺寸屋架计算跨度：03002400030023700l l mm =-=-=屋面倾角： 1arctan2148',sin 0.3714,cos 0.92852.5ααα==︒= 屋架跨中高度：2370047402 2.5h mm ==⨯上弦长度： 0127632cos l l mm α==节间长度： 12763'25535a mm ==节间水平投影长度： 'cos 25330.92852370a a mm α==⨯= 屋架几何尺寸见图3。
图3 屋架几何尺寸（单位/mm ）2.2 檩条和支撑布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节点上，檩距为节间长度。
在檩条的跨中设置一根拉条。
根据厂房总长度66m，跨度24m，有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，可在厂房两端第二开间设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，并在同一开间两榀相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑（在跨度1/3左右处各一道，见图4）。
上弦檩条可兼作系杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。
此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆（见图4）。
1(b)桁架下弦支撑布置图(c)1-1垂直支撑符号说明：上弦支撑刚性支撑柔性支撑下弦支撑垂直支撑图4 屋架支撑布置3.方案实施3.1 檩条的设计选用[18a 槽钢截面，由型钢表查得，自重20.17kg/m 0.20kN/m ，W x =141.4cm 3，W y =20.0cm 3，I x =1272.7cm 4。
（1）、荷载计算永久荷载：波形石棉瓦自重 0.20 2.553=0.51kN/m 保温木丝板自重 0.25 2.553=0.64kN/m 檩条自重 0.20kN/m k g =1.35kN/m 可变荷载: 雪荷载 0.55 2.5530.9285=1.30kN/m积灰荷载 0.30 2.5530.9285=0.71kN/mk q =2.01kN/m（由于雪荷载和屋面活荷载不会同时出现，从资料可知雪荷载大于屋面活荷载，故仅取雪荷载计算。
）檩条均布荷载:q=G k g γ+Q k q γ=1.2 1.35+1.4 2.01=4.43kN/m x q =q cos α=4.430.9285=4.11kN/m y q =q sin α=4.430.3714=1.65kN/m （2）、强度验算弯矩设计值：（见图5）x M =218x q l =18 4.1126=18.50 kN m ∙y M =21()82y l q -=-18 1.6526(2=-1.86kN m ∙（因为在檩条跨中设置了一道拉条）檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。
XX nx M W γ+y y ny M W γ=6318.50101.05141.410⨯⨯⨯+631.86101.220.010⨯⨯⨯=202.12N mm <=2152N mm图5 弯矩图（3）、刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。
荷载标准值k g +k q =1.35+2.01=3.36kN/m()k k y g q +=3.360.9285=3.12kN/mv l =53853()K K y xg q l EI +=3545 3.126000384 2.06101272.710⨯⨯⨯⨯⨯=1286<1150 因有拉条，不必验算整体稳定性故选[18a 槽钢檩条能满足要求。
3.2 屋架节点荷载计算（1）、永久荷载（水平投影面）:波形石棉瓦自重 0.20kN/m 2 保温木丝板自重 0.25kN/m 2 檩条自重 0.20/2.553=0.08kN/m 2 屋架和支撑自重 0.12+0.01124=0.38kN/m 2 共 0.91kN/m 2（2）、可变荷载:雪荷载 0.55kN/m2积灰荷载 0.30kN/m2共 0.85kN/m2（3）、屋架上弦在檩条处的集中荷载:屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为：F=（1.20.91+1.40.85）6 2.370=32.50kN3.3 屋架杆件内力计算由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。
芬克式屋架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力。
本屋架为标准屋架，可直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。
分别如表1和图5 所示。
图5 杆件内力图（单位/kN）表1 屋架杆件内力计算表注：正为受拉，负为受压。
3.4 杆件截面设计端节间最大内力为-393.2 ，由焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间节点板厚度为10mm ，支座节点板厚弦杆度为12mm 。
（1）、上弦杆（见图6）整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算max N =392.5kN ，ox l =255.3cm ，oy l =2ox l 2255.3=510.6cm 。
选用2∟100×10组成的T 形截面，节点板厚度为10mm ，查型钢表得：A=219.26=38.522cm ，x i =3.05cm ，y i =4.52cmx λ=ox x l i =255.3843.05=＜[]150λ= y λ=oy yl i =510.61134.52=＜[]λ=150 根据max λ=y λ=113查表得ϕ=0.475，则σ= NA ϕ=322393.210214.8/0.47538.5210N mm ⨯⨯⨯=＜f =2152N mm 故截面选择合适。
（2）、下弦杆（见图7）图7 下弦截面下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。
max N =+365.7kN ，屋架平面内的计算长度取节间HJ 长度，即ox l =497.6cm 。
因屋架下弦在跨中央有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点的距离，即oy l =1185cm 。
所需截面面积n A =max N f =365.7215=17.01cm 2 选用2∟80 x7的等肢角钢组成T 形截面，由型钢表查得 A=10.862=21.72cm 2>A n ， x i =2.46cm ，y i =3.67cmx λ=ox x l i =497.6202.32.46=＜[]350λ= y λ=oy yl i =1185322.93.67=＜[]λ=350 σ=n N A =32365.71021.7210⨯⨯=168.42N mm ＜f =2152N mm 故所选截面合适。
（3）。
腹杆1）CH 、DH 杆N=-50.5kN ，l =285.4cm ，ox l =0.8l =0.8×285.4=228.3cm ，oy l =l =285.4cm 选用2∟50×5双角钢截面，A=2x4.8=9.62cm ，x i =1.53cm ，y i =2.45cmx λ=ox x l i =228.31491.53=＜[]150λ= y λ=oy yl i =285.4116.52.45=＜[]λ=150 根据λ=149，查表得ϕ=0.311，则σ=n NA ϕ=3250.5100.311x9.610⨯⨯=1642N mm ＜f =2152N mm 故所选择的截面合适。
2）BG 、EI 杆N =－31.7kN ,oy l =0.9l =0.9×140.0=126.0cm ，选用单角钢∟56×5，A=4.82cm ， yo i =0.982cm 。
λ=0126.00.982o y l i ==128＜[]λ=150 根据λ=128，查表得ϕ=0.397，则单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为r γ==0.6+0.0015λ=0.6+0.0015×128=0.79N A ϕ=3231.7100.397 4.810⨯⨯⨯=166.42N mm ＜r γf =0.79215=1702N mm 所选截面合适。
3）CG 、DI 杆N=+27.2kN ，l =230.1cm选用∟45×4单角钢截面，A=3.492cm ，yo i =0.89cm ，则o l =0.9l =0.9×230.1=207.1cmλ=0yo l i =207.10.89=233<[]λ=150 单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为r γ=0.85N A =3227.2103.4910⨯⨯=77.92N mm ＜r γf =0.85×215=182.82N mm 故所选截面满足要求。