课程设计说明书课程名称：钢结构设计题目：钢屋架设计学生姓名：***学号：********专业班级：2014级专升本2015年8月16日课程设计任务书三角形钢屋架课程设计摘要：本次课程设计以三角形钢屋架为材料背景,以完成屋架设计为任务，先进行屋架檩条设计和支撑布置,然后通过荷载组合和内力计算,从而完成杆件截面选择,进一步实现节点设计,最后做出施工图。
该课程设计是在钢结构厂房屋架的理解的基础上，通过对有檩体系的三角形屋架的设计，系统的明确了结构设计的方法，以及绘制施工图应掌握的技巧和方法，涉及的专业基础知识有：钢结构中的轴心受压和受拉截面的强设计，强度和稳定性验算，焊缝和螺栓的连接，理论力学计算桁架内力，以及AUTOCAD制图。
从课程设计中，培养设计从业人员应有的理论和素质。
关键词：三角形屋架檩条支撑内力计算截面设计节点目录1 设计背景 (1)1.1 设计资料 (1)1.2 屋架形式 (1)2 设计方案 (2)2.1 檩条设计 (2)2.2 屋架支撑 (3)3 方案实施 (4)3.1 荷载与内力计算 (4)3.2 杆件截面设计 (6)3.3 节点设计 (10)4 结果与结论 (15)4.1结果 (15)4.2结论 (15)5 参考文献 (17)1 设计背景1.1 设计资料1.建筑物基本条件厂房长度90m ，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。
拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C20,钢材用Q235B 级,采用E43型焊条。
柱顶截面尺寸为400mm mm 400⨯。
钢屋架设计可不考虑抗震设防。
厂房柱距选择：6m三角形钢屋架(b)属有檩体系：檩条采用槽钢，跨度为6m ，跨中设有一根拉条φ10。
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 0.20 kN/m 2檩条及拉条自重 0.20 kN/m 2 保温木丝板重 0.25 kN/m 2钢屋架及支撑重 (0.12+0.011⨯跨度) kN/m 2 可变荷载：雪荷载 0.4kN/m 2屋面活荷载 0.40 kN/m 2 积灰荷载 0.30 kN/m 2 注：1、以上数值均为水平投影值；1.2 屋架形式屋架计算跨度：0l =l －300=24000－300=23700mm屋面倾角： '1arctan 2148,sin 0.3714,cos 0.92852.5ααα====屋架跨中的高度为：2370047402 2.5h mm ==⨯上弦长度：0127622cos l l mm α==节间长度：2553512762=='a mm图12 设计方案2.1 檩条设计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（见图1），檩距为节间长度。
根据檩条跨度为6m,则在檩条的跨中设置一道拉条。
选用[18a 槽钢截面，由附表8.7查得，W X =141.4cm 3,W y =20cm 3,I x =1272.7cm 4。
1. 荷载计算永久荷载（水平投影面上）：波形石棉瓦自重 0.2KN/m 2 檩条及拉条自重 0.2KN/m 2 保温木丝板自重 0.25KN/m 2永久荷载标准值2/65.025.02.02.0m KN g gk =++=,2/54.137.265.0m KN q gk =⨯=。
可变荷载（水平投影面上）：雪荷载0.4KN/m 2,与屋面活荷载相等，不考虑其同时作用，两者取其一， 积灰荷载0.3KN/m 2,则2/7.03.04.0m KN g qk =+=，2/66.137.27.0m KN q qk =⨯=。
因屋面为轻荷载，考虑以可变荷载效应控制的组合，由此可得2/17.466.14.154.12.1q m KN q r q r Qk Q Gk G =⨯+⨯=+=,2/87.39285.017.4cos m KN q q x =⨯==α,./55.13714.017.4sin m KN q q y =⨯==α 2，强度验算弯矩设计值（见下图）：X M =2q 81l x =m 42.17687.3812⋅=⨯⨯KNm KN l q M y y ⋅=⨯⨯==74.1655.132132122檩条的最大应力位于槽钢下翼缘的肢尖处，23636x /18910202.11074.1104.14105.11042.17mm N W M W M ny y y nx x =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+γγ。
3，刚度验算中间位置设有拉条，只需验算垂直屋面方向的挠度。
屋面线荷载标准值为m KN q q Qk Gk k /2.366.154.1q =+=+=，则()[]20012911107.12721006.260002.3384538454533=<=⨯⨯⨯⨯⋅=⋅=L EI L q L X k νν， 因有拉条，不必验算整体稳定性，故选[18a 槽钢能满足要求。
2.2屋架支撑根据厂房总长度90m,跨度为24m,有中级工作制桥式轿车及第一开间尺寸5.5m 等因素，可在厂房两端的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（3））。
上弦檩条可兼做系杆，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3）。
符号说明：SC-上弦支撑，XC-下弦支撑，CC-垂直支撑， GG-刚性系杆，LG-柔性系杆图3 屋架支撑布置（单位;mm）（a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑3 方案实施3.1 荷载与内力计算1，永久荷载（水平投影面）波形石棉瓦自重 0.2KN/m 2 檩条及拉条自重 0.2KN/m 2 保温木丝板自重 0.25KN/m 2 钢屋架及支撑重 2/38.024011.012.0m KN =⨯+2/03.138.025.02.02.0m KN g Gk =+++=2，可变荷载（水平投影面）雪荷载等于屋面活荷载，两者取其一，取值为0.4KN/m 2, 积灰荷载为0.3KN/m 2,即得2/7.04.03.0m KN g Qk =+=3，屋架上弦檩条处的集中荷载荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为()KN F 5.3137.267.04.103.12.1=⨯⨯⨯+⨯=4，屋架杆件内力计算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。
屋架内力计算可由结构力学求解器求得杆件内力系数，再乘以节点荷载即得杆件内力，如下表所示图43.2 杆件截面设计1,上弦杆整个上弦采用等截面,按AB 杆件的最大设计内力设计N=-381.8KN, 上弦杆计算长度:在桁架平面内, ox l =255.3cm;在平面外，设檩条与支撑的交叉点不相连，则3255.3765.9oy l cm =⨯=。
由3oy ox l l =，取截面为两个短肢相并的不等肢角钢查表9.6.4，节点板厚度选10mm,支座节点板厚度选用12mm （如下图5所示）图5上弦截面设100λ=，查附录4.2，得0.555ϕ=，需要的截面积：N A f ϕ=2381800320.555215cm ==⨯， 255.32.55100oxx l i cm λ===，255.337.65100oy y l i λ⨯===，根据需要的A, x i ，y i 。
由直角钢规格表（附录8.4），选用2∟140×90×10，A=44.522cm ,x i =2.561cm, y i =6.77cm ，1/b t =14<10.56/oy l b =0.56×765.9/16=26.8,取oy yz y yl i λλ===765.96.77=113.13<[λ]=150, 截面在x 和y 平面属于b 类，yz λ>y λ,取λ=yz λ=113.13，得ϕ=0.475， 则整体稳定性：22381800181/215/0.47544.52y N N mm f N mm A ϕ==<=⨯，满足要求，故所选截面满足要求。
2，下弦杆图6下弦截面整个下弦也采用同一截面，按最大设计值计算，354.38AH N KN =,497.6ox l cm =,因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆,因此取1185=oy l 。
则2n 48.16215354380cm f N A AH === 选用2∟90×56×6短肢相连的T 形截面，由型钢表查得，A=n A =17.112cm , 1.582, 4.50x y i cm i cm == 验算强度和刚度：22354380207/215/1711n N N mm f N mm A ==<= []497.63153501.582ox x x l i λλ===<=，[]11852633504.5oy y x l i λλ===<=，故所选截面合适。
3，腹杆bk ，Fk此杆在k 节点处不断开，采用通长杆件，由题意可知，ox l =343.7cm ，oy l =3437×2=687.4cm 。
由于NF 杆受力较大，取157.5,NF N N KN ==21575007.33215n N A cm f ===。
由附录8，选用2∟56×4的等边角钢组成的T 形截面，查得A=A n =8.78cm 2, 2.67, 1.73x y i cm i cm==，以下验算强度和长细比:[][]。
35025767.24.687,35019973.17.343,/215/17987815750022n =<====<====<==λλλλyoy y x ox x i l i l mm N f mm N A N因此所选的2∟56×4的角钢满足要求。
4，腹杆Cj,Dj因两杆受力较小，故选用单角钢截面，采用单面连接。
按最大设计内力设计cm l l cm l KN N o 3.2582879.09.0,287,45.49=⨯===-=.由此可得度折减系数为，单角钢单面连接时强，，查附表设.75.01000015.06.00015.06.0555.02.4100=⨯+=+===λγϕλr253.575.0215555.049450,58.21003.258i cm f N A cm l r oyo =⨯⨯=====γϕλ由附表8.1，可选用∟100×6等角角钢，由此可知[]393.0,79.089.1280015.06.0,15089.128004.23.258.004.2,cm 932.11r 2==⨯+==<=====ϕγλλ查表可知满足要求，yo o yo i l cm i A22/17021579.0/1052.1193393.049450mm N f mm N A N R =⨯=<=⨯=γϕ整体稳定性：满足要求，故所选截面满足要求。