钢结构课程设计梯形钢屋架设计

课程设计
课题名称钢结构课程设计
学生姓名****
学号**********
系、年级专业城市建设系土木工程
指导教师******** 老师
2011年12月30日
邵阳学院课程设计任务书
年级专业09级土木工程专业学生姓名**** 学号***** 题目名称梯形钢屋架设计设计时间2012-6
课程名称钢结构课程设计课程编号 5 设计地点教学楼1B103、1C403
一、课程设计目的
通过这次课程设计要使学生获得以下知识：
1、了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点。

2、掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。

3、综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计
算，并绘制钢结构施工图。

二、已知技术参数和条件
1. 本课程设计为一梯形钢屋架设计，根据标准图集05G511《梯形钢屋架》，屋架跨度为15，18，21，24，27，30，33，36m；柱距为6，7.5，9m；荷载等级分为1，2，3，4，5共5个等级。

2. 其他未尽事宜详见标准图集05G511《梯形钢屋架》。

三、任务和要求
1.完成设计计算书一份
内容：
（1）设计资料、设计依据
（2）选择钢屋架的材料，并明确提出对保证项目的要求；
（3）确定屋架形式及几何尺寸，屋盖及支撑布置；
（4）进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选择各杆件截面并进行验算；
（5）节点设计：选择该榀屋架中有代表性的节点进行节点设计；（可选）
（6）填板设计。

（可选）
要求：
（1）书写工整（不能用圆珠笔或铅笔），表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据；
（2）图表应用得当（应附有与设计有关的插图和说明）。

2.绘制钢屋架施工图
（1）屋架几何尺寸和内力简图；
（2）构件详图：屋架正立面图,上、下弦平面图，端部侧面图、跨中及中间部位剖面图；
（3）零件或节点大样图；
（4）材料表；
（5）设计说明。

要求：图纸应符合《建筑结构制图标准（GB/T 50105—2001）》的要求。

四、任务分配
学生设计任务分配表一
序号柱距
(m)
屋架
跨度
（m）
荷载
等级
指导
老师
序号
柱距
(m)
屋架
跨度
（m）
荷载
等级
指导
老师
16151
** 256275
**
26152266301 36153276302 46154286303 56155296304 66181306305 76182316331 86183326332 96184336333 106185346334
1.每人单独设计一榀屋架。

柱距（m ）、屋架跨度（m ）、荷载等级按下面列表的序号选择（按班级、学号依次选题）。

11 6 21 1 35 6 33 5 12 6 21 2 36 6 36 1 13 6 21 3 **
37 6 36 2 ***
14 6 21 4 38 6 36 3 15 6 21 5 39 6 36 4 16 6 24 1 40 6 36 5 17 6 24 2 41 7.5 15 1
18 6 24 3 42 7.5 15 2 19 6 24 4 43 7.5 15 3 20 6 24 5 44 7.5 15 4 21 6 27 1 45 7.5 15 5 22 6 27 2 46 7.5 18 1 23 6 27 3 47 7.5 18 2 24
6
27
4
48
7.5
18
3
学生设计任务分配表二
序号柱距
(m)
屋架
跨度
（m）
荷载
等级
指导
老师
序号
柱距
(m)
屋架
跨度
（m）
荷载
等级
指导
老师
497.5184
*** 737.5333
****
507.5185747.5334 517.5211757.5335 527.5212767.5361 537.5213777.5362 547.5214787.5363 557.5215797.5364 567.5241807.5365 577.5242819151 587.5243829152 597.5244839153 607.5245849154
617.5271
**** 859155
627.5272 637.5273 647.5274 657.5275 667.5301 677.5302 687.5303 697.5304 707.5305 717.5331 727.5332
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
（1）姚谏夏志斌.《钢结构-原理与设计》.中国建筑工业出版社. 第二版.2011.
（2）钟善桐.《钢结构》.中国建筑工业出版社. 第一版.1998.
（3）《建筑结构荷载规范（GB50009-2001）》.中国建筑工业出版社.2001.
（4）《钢结构设计规范（GB50017-2003）》.中国建筑工业出版社.2003.
（5）《梯形钢屋架（05G511）》.中国计划出版社.2005.
（6）郭成喜.《钢结构设计原理》科学出版社. 第一版.2009.
五、进度安排
5月28日布置设计任务书，阅读设计任务书及设计例题，熟悉标准图集；
5月29日根据标准图集确定屋盖平面布置及各支撑布置，选取标准图集中对应屋架；
5月30日~6月2日屋架内力计算及组合；
6月3日~6月5日屋架杆件验算，节点设计，填板设计；
6月6日~6月8日一榀屋架施工图纸绘制；
6月9日检查复核，整理计算书及图纸；
6月10日上交课程设计成果。

六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：2012 年5月21 日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：2012年5月21日
八、备注
指导教师（签字）：学生（签字）：
注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

邵阳学院课程设计评阅表
学生姓名******* 学号*******
系城市建设系专业班级09级土木工程专业房建方向
题目名称梯形钢屋架设计课程名称钢结构
一、学生自我总结
通过本次设计，我了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点。

掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求。

知道了综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识。

但是由于自己学的有限，加上时间匆忙，本次设计有很多的不足，如上弦杆富余过多，杆件选择不是很明确。

在以后的学习中还要更加努力，扫掉知识中的盲点，真正掌握钢结构设计的精髓。

学生签名：年月日二、指导教师评定
评分项目计算准确过程完整，
条理清楚
作图规范
提交成果
按时
平时成绩综合成绩
权重0.4 0.2 0.1 0.1 0.2
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：年月日
注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

普通梯形屋架设计
1、设计资料
哈尔滨某厂房金工车间跨度15m ，长度90m ，柱距9m ，车间内设有30/5t 中级工作制桥式吊车。

屋面坡度i=1/10，屋架两端铰支于钢筋混凝土柱柱顶。

无天窗，抗震设防烈度为7
度，地面粗糙度类别为B 类，结构重要性系数为0 1.0γ=，基本风压2
00.6/kN m ω=。

屋
架采用Q235B,焊条采用E43，手工焊，混凝土强度等级C20。

2、屋架形式及几何尺寸
屋架计算跨度 030014700l l mm =-= 端部高度取 01500h m =
跨中高度 0111
15001500022502210
h h l i m =+⨯⨯=+
⨯⨯= 屋架高跨比 022501
14700 6.5
h l == 屋架图尺寸图 3、支撑布置
参考标准图集05G511《梯形钢屋架》，如下： `
屋架上弦支撑 屋架下弦支撑
4、荷载计算（荷载数据参照标准图集05G511《梯形钢屋架》） 永久荷载标准值 p=1.1KN/m² x 9.0m=9.90KN/m
可变荷载标准值 p=0.7KN/m²
x 9.0m=6.30KN/m 屋架自重 p=0.6KN/m²
x 9.0m=5.40KN/m 荷载组合 1.2 x9.90+ 5、杆件截面选择
根据标准图集计算各杆件的内力，计算结果如下图：
屋架杆件内力图
（一）杆件截面选择
上弦杆：整个上弦不改变截面，按最大设计内力设计。

最大设计内力N=—190.3KN ，计算长度：00151,302x y l cm l cm ==，根据腹杆最大内力N=—132.9KN ,取中节点板厚
12t mm =，支座节点板厚度14t mm =。

假设110λ=，由附录查得0.493ϕ=（b 类），需要的截面面积：
As=190.3x1000/0.493x215=17.95 cm² 需要的回转半径为：0151 1.37110x
x l i cm λ
=
=
= ， 0302
2.75110
y y l i cm λ=== 根据需要的
y
x s i i A ..查角钢规格，选用2L90X56X7的截面短边相连；As=19.66cm ²
，ix=1.57cm,iy=4.60cm 。

验算：λx=151/1.57=96.18<[λ]=150 ，λy=302/4.60=65.65<[λ]。

因为λx>λy ，所以取λx 来计算查表，查得φ=0.582.
N/φf=190.3x10³/0.582x215=152N/mm²<f 满足要求。

下弦杆：也采用不变截面，最大设计内力为N=+188.6kN ，
00150,750x y l cm l cm ==需要的净截面：
An=N/f=188.6x10³/215=877.2mm²=8.772cm²
选用2L75X50X8的截面短边相连：As=18.94cm²,ix=1.40cm, iy=3.91cm 。

验算：是连接支撑的栓孔中心至节点板边缘距离不小于100mm 时，对下弦截面的削弱可以 不考虑，因而n A A =，
σ=N/An=188.6x10³/1894=99.6N/mm²
λx=150/1.40=107<[λ]=350，λy=750/3.91=192<[λ]=350.
满足要求。

端斜杆：设计内力N=-132.9kN ，00214x y l l cm ==。

需要的净截面：An=N/f=132.9x10³
/215=6.18cm²
选用2L70X6等边角钢：A=16.32cm²
,ix=2.15cm,iy=3.34cm. 验算： λx=lοx/ix=214/2.15=99.5<[150] λy=loy/iy=214/3.34=64.1<[150] φmin =φx =0.558
σ=N/φA=132.9x10³/0.558x1632=152.6N/mm²
满足要求。

竖杆
bC ：设计内力N=-45.8kN,00144,180,x y l cm l cm ==因为杆力很小，
可按容许长细比选择截面，所需回转半径为： 按所需要的x i ，y i 查角钢规格，采用
2505L ⨯;2
9.66, 1.53, 2.53x y A cm i cm i cm ===。

验算： []max 144
941501.53
x λλλ==
=<= 斜杆Bb:设计内力N=106.9KN,l0x=178cm,l0y=223cm, 需要的净截面：An=N/f=106900/215=4.91cm²
选用2L63x6等边角钢：A=12.28cm²,ix=1.94cm,iy=3.04cm 验算： λx=l0x/ix=178/1.94=91.8<[λ] λy=l0y/iy=223/3.04=73.4<[λ] φmin=φx=0.61
σ=N/φf=106900/0.61x1228=142.7N/mm²<f 满足要求。

满足要就。

其余杆件截面选择见屋架杆件截面选择表，如下：
如文档对你有用，请下载支持！屋架杆件截面选用表
杆件名称设计内力
kN
计算长度（cm）
截面规格
截面面积
（2
cm）
回转半径（cm）长细比
稳定系数设计应力
上弦-190.3 151 302 2L90x56x7 19.66 1.57 4.60 96.18 65.65 0.582 152 下弦+188.6 150 750 2L75x50x8 18.94 1.40 3.91 107 192 ——99.6
斜腹杆aB -132.9 214 214 2L70x6 16.32 2.15 3.34 99.5 64.1 0.558 152.6 Bb +106.9 178 223 2L63x6 12.28 1.94 3.04 91.8 73.4 0.61 142.7 bD -65.6 198 247 9.66 1.53 2.53 129 98 0.392 105.1 Dc +33.7（-27.4）197 246 9.66 1.53 2.53 129 97 0.392 54.9 cF +33.2（-14.5）217 271 9.66 1.53 2.53 141 107 0.341 54.3
竖杆aA -45.8 150 150 9.66 1.72 2.77 87 54 0.641 45.7 bC -45.8 144 180 9.66 1.53 2.53 94 71 0.594 49.6 cE -33.4 168 210 9.66 1.53 2.53 110 83 0.493 44.8 dF 0 180 225 9.66 1.53 2.53 118 89 ————
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6、节点设计
下弦跨中拼接节点“d ”：
拼接角钢计算：下弦设计拉力N=188.6kN.拼接角钢采用275505L ⨯⨯，为便于与下弦密贴施焊，需将拼接角钢的棱角铲去，去焊缝的高度mm h f 8=，肢直竖切去： 拼接角钢与下弦连接的焊缝在节点每侧的总长度为：
Σlw=N/0.7h f f f =188600/0.7x8x160=210mm
一侧共四条焊缝，平均分配，每条焊缝的实际长度：lw=210/4+10=62.5mm ， 拼接角钢总长度为：l=2lw+20=145mm
为保证拼接接节点处的刚度，去拼接角钢长为150mm 。

下弦与节点板的连接焊缝计算：
下弦与节点板的焊缝按传递15%的下弦设计杆力计算：
∆N= 设焊缝高度为5,f h mm =肢背焊缝每根长度为：
Lw=0.75∆N/(2x0.7hfx f fw)+10=21.2+10=31.2mm
实际节点板尺寸是有竖杆和节点板连接构造确定的，有图量得焊缝长度远大于此计算长度，满足要求。

其余节点设计不在赘述。

节点详图： 7、屋架施工图
屋架施工图参照标准图集05G511《梯形钢屋架》，如下：。