钢结构课程设计(2)

钢结构课程设计任务指导书

一目的和任务：

钢结构是工业与民用建筑专业四大结构之一。建筑是反映国民经济水平的一大标志，随着改革开放的深入和国民经济的发展、国家经济综合实力的稳步提高，钢结构在建筑中的应用越来越多了，该课程在该专业中原本的重要性也越来越加强了。本课程设计旨在在给出的已知条件下，综合运用所学知识，作出正确的计算、绘出相应的施工图。

二设计内容：

本设计主要是设计一钢屋架，其应涵盖以下内容：

（一）钢材和焊条型号选择

根据地区温度、荷载特征、连接方法等选择

（二）屋架形式及几何尺寸

1、屋架按其外形一般可分为三角形和梯形，三角形屋架一般用于中、小跨度（l=18~24 m）的轻屋面结构，腹杆多采用芬克式。梯形屋架在全钢结构厂房中运用

较为广泛。

2、屋架的主要尺寸

1）跨度计算跨度=标志跨度一（300~400mm）。

2）高度三角形屋架高度主要取决于屋面坡度，当i=1/2~1/3时，h=（1/4~1/6）l0。梯形屋架的中部高度主要由经济高度决定，一般取h=（1/6~1/10）l。

（三）支撑布置

支撑分为上、下弦横向水平支撑，纵向水平支撑，垂直支撑和系杆等五种，应结合屋架形式，房屋的跨度、高度和长度，荷载情况及柱网布置等条件设置。

（四）檩条布置与计算

（五）屋架内力计

1、屋架的荷载和荷载组合

永久荷载一一包括屋面材料和檩条、屋架、天窗架、支撑以及天棚等结构的自重；可变荷载一一包括屋面活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载以及悬挂吊车和重物等荷载；

可能遇到的最不利组合一般应考虑以下三种：

1）、全跨永久荷载+全跨可变荷载

2）、全跨永久荷载+半跨可变荷载

3）、全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载

在多数情况，用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力即为最不利内力。但在第二和第三种荷载组合下，梯形屋架跨中附近的斜腹杆可能由拉杆转为压杆或内力增大，应予考虑。组合时屋面活载和雪载不会同时出现，取两者中的较大值计算。

对风荷载，当屋面倾角a< 30°时为产生卸载作用的风吸力，故一般不予考虑。但对瓦楞铁等轻型屋面和风荷载大于490N/m2时，则应进行风吸力有可能使拉杆变压杆的计算。

屋架和支撑自重g o可按下面经验公式取值：g°=B l（kN/m2,水平投影面）

式中B ------- 系数，当屋面荷载Q w 1kN/m2时，B =0.01;当屋面荷载Q=1~2.5kN/m2时，B =0.012;当Q>2.5kN/m2时，B =0.12/1+0.011;

l ――屋架的标志跨度（柱网间轴线距离）。

2、杆件内力计算

计算假定：

1）、节点均视为铰接；

2）、各杆件轴线均在同一平面内且相交于节点中心。

屋架杆件的计算内力均按荷载作用于屋架的上、下弦节点进行计算。对有节间荷载作用的屋架，可先将节间荷载分配在相邻的两个节点上，按只有节间荷载作用的屋架求出各杆件内力，然后再计算直接承受节间荷载杆件的局部弯矩。作用于上弦节点的荷载Q可按各均布荷载对节点汇集进行计算：

Q=E 丫（G、Q）qhksa+X 丫G（q sk/cos a ）sa

式中丫（G、Q）--------------- 荷载分项系数。永久荷载为1.2，可变荷载取1.4;

q hk ――按屋面水平投影面分布的荷载标准值（雪荷载、活荷载、屋架自重等）；q sk――按屋面坡向分布的永久荷载标准值（屋面材料等）；

s――屋架的间距；

a――上弦节间的水平投影长度；

a——屋面倾角。

屋架杆件内力可根据屋架计算简图采用图解法或数解法计算。但对一般常用形式的屋架，各种建筑结构设计手册中均有单位节点荷载作用下的杆件内力系数，可查表应用。

上弦杆承受节间荷载时的局部弯矩，一般简化为按简支梁弯矩M0乘以调整系数

计算：

对端节间正弯矩取M=0.8M。；对其它节间正弯矩和节点负弯矩取M=± 0.6M0；当仅有一个节间荷载作用在节间中点时，M 0=Qa/4。

3、屋架杆件的计算长度

1）、屋架平面内计算长度l ox 对弦杆、支座斜杆和支座竖杆，其计算长度取构件

的几何长度；对其它中间腹杆，其计算长度取几何长度的0.8倍。

2）、屋架平面外的计算长度l oy见书

3）、斜平面的计算长度见书。

（六）、杆件截面选择

1、截面形式截面宜宽肢薄壁，对压杆应尽量使两主轴方向长细比接近，以达到等稳定性。

1）、上弦杆：在一般支撑布置情况下，其计算长度常为l oy=2l ox,故为满足2、，需要勺=22,因此宜采用两个不等边角钢短肢相并的T形截面。当上弦有节间荷载

时，为了提高杆件在屋架平面内的抗弯能力，宜采用两个等边角钢或两个不等边

角钢长肢相并的T 形截面；

2）、下弦杆：为受拉杆件，一般由强度条件确定截面，但还须满足拉杆长细 比的要求。下弦杆的loy 通常都很大，且可能受有振动，故应优先考虑两个不 等边角钢短肢相并的T 形截面，以增加杆件的侧向刚度。

3） 、端斜杆：其在平面内和平面外的计算长度相等，故宜采用两个不等边角长 肢相并的T 形截面；

4） 、一般腹杆：宜米用两个等边角钢相并的截面，受力很小的腹杆，也可米用 单角钢截面。连接垂直支撑的竖杆，为了与支撑连接时不致产生偏心和在吊装时两 端可以互换位置，宜采用两个等边角钢十字相连的十字形截面。

为保证两角钢共同工作设缀板

2、选择原则

1） 、应优先选用肢宽薄壁角钢，增加回转半径。角钢规格不宜小于 L45M 或 L56X 36>4，有螺栓孔时，角钢最小肢宽须满足设置要求。放置屋面板时，上弦角 钢水平肢宽不宜小于80mm 。

2） 、同一屋架的角钢规格应尽量统一，一般宜调整到超过 5~6种，且不应使 用肢宽相同而厚度相差不大的规格，以方便配料和避免制造时混料。

3） 、对跨度大于24m 的屋架，弦杆可根据内力变化，从适当的节点部位处改 变截面，但半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以方便拼接的 构造处理。 3、截面计算

屋架杆件一般均为轴心受力构件，当弦杆还受有节间荷载时，为拉弯或压弯构 件，可参照有关章节进行。对因构造要求而设置的杆件或内力很小的杆件， 可按刚 度条件根据容许长细比计算截面需要的回转半径。

当采用单角钢作腹杆且单面连接在节点板上时， 为偏心受力的压弯或拉弯构件，为 取节点中心距离。当 入<0时，取2=20 2）在计算强度和连接时 Y =0.85

（七）节点设计

1、 节点板厚度 节点板受力复杂，不予计算，按表选取;

2、 节点构造和计算参考课本。

（八）绘制屋架施工图 三、设计资料：

1~12号同学：

1）某单跨厂房，跨度24米，长90米，柱距6米。屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上 柱截面400mmX400m 混凝土强度等级C30厂房内有一台起重量 Q=30t 的中级工作 制桥式吊车。

简化计算，仍将其按轴心受力构件， Y ，以考虑偏心的不利影响。

1）计算稳定性时

等边角钢

短肢相连的不等边角钢

长肢相连的不等边角钢 式中Z=l 0/i y0-----对最小刚度轴的长细比

但须将钢材和焊缝的强度设计值乘以折减系数 Y =0.6+0.0015入,但不大于 1.0 Y =0.5+0.0025入,但不大于 1.0 Y =0.70 i yo 为角钢最小回转半径，l o 为计算长度,