武汉理工大学钢结构课程设计指导书

钢结构课程设计指导书

一、设计要求

在一周的时间内完成规定的设计内容，掌握钢屋架的设计和施工图绘制，为进行较复杂的钢结构设计打下基础。

二、设计步骤

1．熟悉设计资料

了解设计的初始条件：

厂房的长度、跨度、柱网尺寸、吊车的设置情况、屋面做法等。

确定屋架的几何尺寸：

根据屋架形式、跨度、屋面坡度由设计任务书附录中相应的表格确定。

例1：八节间芬克式三角形屋架、跨度为18m、屋面坡度为1：2.5。计算跨度L

0= L－300mm= 17700mm，由屋面坡度可知，跨中高度H = L

0/5 = 3540 mm，n = 5，则屋架中各杆件长度等于任务书

（一）附录表

（1）中相应的xx系数×H 。

例2：十节间端斜杆为上升式的梯形屋架、跨度为21m、屋面坡度为1：10。计算跨度L

0=L－300mm=20700mm，根据屋面坡度可知H

2=L

0/20=1035mm，屋架端部高度H

1≈6～L，取H

1=1500mm，则H=2535mm，m =L

0/H=8.166，n =L

0/H

2=20，N =n2420.1，再求出任务书

（二）附录1表格xxK

1、K

2、K

3、K

4、K

5，则表中的长度系数、内力系数均可求出，屋架中各杆件长度等于表中相应的长度系数×H 。

2．屋盖支撑布置

屋盖支撑布置与厂房长度、跨度、柱网尺寸、吊车的设置情况有关。应明确屋盖支撑的种类和布置原则，通过设置支撑使得屋盖结构形成稳定的几何不变体系。屋盖支撑的布置方法可参考戴国欣主编《钢结构》7.3.2节。

3．檩条的布置和计算

檩条沿屋架上弦等间距布置，首先布置在上弦节点上，再根据上弦节间长度确定节间檩条的数目和间距。H型钢檩条的承载力较高，可采用较大的檩距，仅在上弦节点上布置。

檩条承受的线荷载包括：

屋面材料重×檩条坡向间距、檩条自重、屋面活荷载或雪荷载×檩条水平投影间距。

檩条应按双向受弯构件进行强度、刚度、稳定性验算，若不满足要求，则需对檩条的型号或间距进行调整。檩条的计算方法可参考戴国欣主编《钢结构》5.6.2节。

4．荷载组合和内力计算

三角形屋架只需考虑满跨荷载作用的情形。

梯形屋架跨中附近的斜腹杆有可能在全跨荷载时受拉而在半跨荷载时变成受压，即在半跨荷载作用时较不利，为此可将跨中附近的受拉腹杆按压杆控制其长细比，不考虑半跨荷载作用时的情况，只计算满跨荷载作用时的内力。屋架和支撑的自重按全部作用在上弦考虑，并转化为等效的节点集中荷载P

1：P

1=屋架和支撑自重×屋架间距×上弦节间水平投影长度。

屋架上弦杆同时承受檩条传来的集中荷载Q：

Q =檩条承受的线荷载×屋架间距。当上弦节间布置有檩条时，先将节间荷载分配在相邻的节点上，转化为等效的节点荷载P

2，例如当节间布置有三根檩条时，P

2= 4Q。

屋架上弦的节点荷载P = P

1+ P

2，屋架杆件轴力=杆件内力系数×节点荷载P 。

对于上弦杆，还需计算由于节间荷载产生的局部弯矩：

端节间正弯矩可取0.8M

0，中间节间正弯矩及节点负弯矩可取0.6M

0，M

0为将上弦节间视为节间荷载作用下的单跨简支梁所得跨中弯矩。

5．杆件截面选择计算

杆件计算长度的取值与杆件端部约束程度有关，可参考戴国欣主编《钢结构》7.3.3节。

杆件截面型式的合理选择应考虑等稳定性要求、屋面荷载作用特点、支撑连接构造要求等，可参考戴国欣主编《钢结构》7.3.3节。

对于屋架中的受压杆件，需验算强度、刚度、稳定性。对于屋架中的受拉杆件，只需验算强度、刚度。

6．屋架节点设计

节点设计是钢结构设计中的重要内容。

屋架节点设计的一般步骤为：

（1）按比例绘出杆件轴线、杆件角钢外形线，考虑杆件端部应留空隙（相交于节点的各杆件端部空隙≥20mm），确定杆件端部至节点中心的距离。

（2）根据腹杆的设计内力计算腹杆与节点板连接焊缝的长度，根据所需连接焊缝的长度，确定节点板的形状和尺寸（以包络焊缝为原则），由于节点板的尺寸直接由图中量得，在设计过程中，必须严格按比例作图，节点详图中所有的尺寸必须按同一比例确定。

（3）验算弦杆与节点板的连接焊缝。

（4）标注节点各部分尺寸：

杆件定位尺寸、节点板尺寸及位置、焊缝尺寸。

屋架节点设计方法可参考戴国欣主编《钢结构》7.3.3节。

7．屋架施工图绘制

绘制的施工图要求图面布图均匀，线条清晰、粗细分明，标注规范，具体要求详见戴国欣主编《钢结构》7.3.3.7节。焊缝的标注方法、螺栓及其孔眼图例可参考戴国欣主编《钢结构》3.2.4节。

三、时间安排

屋架设计计算0.5周；屋架施工图绘制0.5周。

四、参考书目

《钢结构》（第3版），戴国欣主编，武汉理工大学出版社，2009

《钢结构设计手册》（上册）（第三版），中国建筑工业出版社，2003