2015年21米钢屋架课程设计算书要点

1、223课程设计（论文）任务书钢结构课程设计题目名称 学 院 专业班级 姓 名一、课程设计（论文）的内容通过某工业厂房钢屋架的设计，培养学生综合运用所学的理论知识和专业技 能，解决钢结构设计实际问题的能力。 要求在老师的指导下，参考已学过的课本 及有关资料，遵照国家设计规范要求和规定，按进度独立完成设计计算，并绘制 钢屋架施工图。具体内容包括：选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行 荷载计算、内力计算及内力组合，设计各杆件截面；对钢屋架的各个节点进行设 计及验算；绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表。二、课程设计（论文）的要求与数据1、课程设计（论文）的要求学生的课程设

2、计资料包括封面（按学校统一规定格式打印）、课程设计（论 文）任务书、目录（三级标题按1、1.1、1.1.1的格式编写）、正文、参考文献、致谢及按规定要求折叠的工程图纸，应按以上排序装订后提交。课程设计说明书正文应采用 A4复印纸书写，上边距30mm下边距25mm左 边距30mm右边距20mm可以用铅笔或钢笔等书写。字体要清晰、端正，行距 要固定，内容要有系统地编排。要求计算过程清晰、整洁，计算步骤明确，计算 公式和数据来源应有依据。插图应按一定比例绘制，做到简明清晰，文图配合。参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文 中的出现顺序排列工程图纸应符合房屋建筑制图统一标准

3、(GB/T 500012010)和建筑 结构制图标准(GB/T 501052010)»的要求。要求用铅笔绘制白纸图，尺寸及 标注应齐备，满足构造要求。课程设计过程中应严格遵守纪律。要求在课程设计集中周每天的规定时间必 须到专用课室进行设计并接受指导教师的指导，要定期检查设计进度。学生有事 请假按广东工业大学学生考勤管理规定的有关规定办理。所有的计算书及图 纸必须独立按时完成。2、课程设计数据(1) 结构形式某厂房位于广州,使用功能为机械厂铸造车间。厂房跨度为21m总长90m 柱距6m,采用梯形钢屋架、1.5 x 6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢 筋混凝土柱上，上柱截面40

4、0 x 400,混凝土强度等级为C30,屋面坡度为1:10。 地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，抗震设防烈度为 7度，屋架下弦标高 为18m厂房内桥式吊车为2台150/30t (中级工作制)，锻锤为2台5t。(2) 屋架形式及选材屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材 为，焊条为 O(3)荷载标准值 永久荷载：三毡四油(上铺绿豆砂)防水层0.4 KN/m水泥砂浆找平层0.4 KN/m0.05 KN/m保温层0.5 KN/m一毡二油隔气层水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板0.3 KN/m1.4 KN/m屋架及支撑自重：按经验公式q 二 0.12 0.011L 计算:KN

5、/m悬挂管道: 可变荷载:0.15 KN/m屋面活荷载标准值:积灰荷载标准值：0.5 KN/m0.7kN/m22三、课程设计（论文）应完成的工作1、计算书部分选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内 力计算及内力组合，设计各杆件截面；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座 节点、屋脊节点及下弦中央节点。2、图纸部分绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表。要求用铅笔绘制 白纸图，尺寸及标注应齐备，满足构造要求。四、课程设计（论文）进程安排周次起 止月日内容十八6月23日钢屋架设计：布置设计任务，格式要求及评分标准；确定屋架型式与尺 寸；选择钢材及焊接材料；荷载计算

6、；杆件内力计算十八6月24日内力组合；杆件截面设计十八6月25日节点设计：设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及 下弦中央节点十八6月26日绘制屋架施工图；十八6月27日绘制屋架施工图；计算书及图纸整理五、应收集的资料及主要参考文献1 张耀春，周绪红 . 钢结构设计原理 M 北京：高等教育出版社， 20112 钢结构设计规范( GB50017 2003). 北京：中国计划出版社， 20033 建筑结构荷载规范(GB50009-2012 北京：中国建筑工业出版社，20124 房屋建筑制图统一标准( GB/T500012010). 北京：中国计划出版社， 20105 建筑结构制图标准

7、( GB/T50105-2010) 北京：中国建筑工业出版社， 20106 钢结构设计手册 (上册)(第三版) 北京：中国建筑工业出版社， 2004发出任务书日期： 2014年 06 月 22日计划完成日期： 2014年 06 月 27 日指导教师签名：8任务书 1目录 5一、选择钢材和焊条 6二、屋架形式及尺寸 6三、结构形式与布置 6四、荷载标准值 6五、荷载情况和内力计算 7六、杆件设计 76.1、上弦 FG GH 76.2、下弦 cd 86.3、端斜杆aB 86.4、斜腹杆dH 96.5、竖杆 dG 9七、节点设计 107.1、下弦节点“ b” 107.2、上弦节点“ B 117.3、

8、屋脊节点“扌 117.4、支座节点“.” 12附录 14附录1表5.1 14附录2表6.1 15附录3图3.2、图5.1 16附录4图7.1 17附录5图7.2 18附录6图7.3 19附录7图7.4 20一、选择钢材和焊条根据广州地区的计算温度和荷载性质及连接方式，屋架采用的钢材为Q235B级，焊条为E43型，手工焊。二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，応也，采用平坡梯形屋架。屋架计算跨度：10 = 210000 - 300= 20700mm跨中及端部高度：屋架的中间高度：&締或罚応在20.7m的两端高度：需-皿讪在30m轴线处端部高度：需二征盘农鬥屋架跨中起拱42mm（L/500）三、结构

9、形式与布置屋架形式及几何尺寸如图。桁架支撑布置如图3.2所示辭D逊E辭F访泌-TH曲503000bdacISO10500图3.1 21米跨屋架几何尺寸四、荷载标准值 永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层水泥砂浆找平层0.4 KN/m0.4 KN/m222保温层一毡二油隔气层水泥砂浆找平层预应力混凝土大型屋面板0.5KN/m0.05 KN/m0.3 KN/m1.4 KN/m屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12 0.011L 计算：0.351KN/R?悬挂管道：可变荷载：屋面活荷载标准值:积灰荷载标准值：0.15 KN/m0.5KN/m0.7kN/m22五、荷载情况和内力计算采用图解法先解得F

10、=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨 和右半跨）（图5.1 ）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表5-1 o六、杆件设计6.1、上弦 FG GH整个上弦米用等截面，按FG GH杆件之最大设计内力设计。N 二 670353kN = 670353N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，.一二二】在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取:因为卜广；仏，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并（图）腹杆最大设计杆力鬥=弦加堰超，查书P336表9.6.4取中间节点板厚度t=10mm支座节点板厚t = 12mm设卩债，查书P336附录表4.2得申二网；？，需要的截面

11、面积：N 6703S3N= 0.807x215N/mm2= 3863.&nm:=38j64cm29需要的回转半径为b 150.8cmT= 60二 2.Slcm如 301.6cm=5,O3cm根据需要的A、查附表7-5，选用_ _140X 90X10（短边相连）:二二_二 二,&二256血，片二（“皿（节点板厚 伽巾，皿二伽m=14,按所选角钢进行验算：人今二曙警=5891<闪=150,查附录表4.2得（px= 0.813因为y = 14>0,56如卩1 = 036x3016mm/140mm = 12J6所以bj，和F 140mm / 3016zmmxl 才+ 52砂

12、戶冷伽n/U + 52.7xl404mni4） = 518<W = 15°截面在x和y平面皆属b类，由于，只需求 ：N 670353N,M F如歸強戶1N血y/N層所需截面适合。6.2、下弦cd整个下弦采用同一截面，按最大设计值计算用尸辎哉级虑卜蘇沁爪显沁，二匸I：所需截面面积为丄 _N 658802Nf'ziSN/mm230642mmz = 30.64cm:选用I140X 90X 8 （短边相连），因为 b気 故用不等肢角钢，短肢相并。，-二二一,19=153.79<A=3506.73 cmh 300cm H 八、.鬻賢二 182 创/mmY ZlSN/mm23

13、608mm" f'所需截面适合。6.3、端斜杆aB杆件轴力：N = 380,00=380046N计算长度为：.二暮=川加肌需要的净截面面积为:380046N215N/mm:二 1767£6mm2 = lLSScm1因为辭=卜总 故采用不等肢角钢，长肢相并，使 *勞护 选用_125X 80X10：二二二；， ，二，!(h 251.9cm 一一所以:只需求-识匕W如跖% 严霊)=81.46<W = 150 2519Imm3xl03mmV33.1mmN 380046N二点=顾面面戶99网mmy 2i5N/mm所需截面适合。6.4、斜腹杆dH最大拉力：N = 62.2

14、82HI = 62282N最大压力：N 二 28M5kN 二 28705N计算长度：1敢=0.8! = 03390mm = 271 加 mtoy = I = 3390mm选用|_80X 7:二二_ 二,釐烈覘 I,；二，噱二二 一：2712cm2.46cm因为=110.24<A= 150所以只需求瑕! L0.475 b43390mm36 Jmm ：<0,475x804mm4 339Q:nun2x72mni2 /= 94.24<X= 150N 28705N忑S宓217湎产瓯恥*沁/nw拉应力:N 62282Nff_A = 2172mm:= 28k67/mm2<215N/m

15、mz所需截面适合。6.5、竖杆dGN = 54.989kN = 54989N氐=0.8/ = 0.8x2888mm 二 23104mm如=I = 2888mm内力较小，按选择，需要的回转半径为：心 231.04cm288.8cm查型钢表，选用；:L56X 5:仆笔脇疋，q二11?削，=f T, 一二二二二】 23104cm1.72cm因为=134J3<W=150悴血邻8耐已販跚喇5俪二2期,所以f 0.47Sli*2388mm / OySxSfimm1 务話）=26加111 屮 + 28882mm=x53mm= J = 1Q9J7<-A = 150只需求礼空;jN 54989N,

16、”,二M =翫丽而沁/逐 所需截面适合。其余各杆件的截面选择计算过程如上，计算结构列于下表（表6-1 ）中七、节点设计7.1.下弦节点“ b”（图7.1.）用E43型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 悩.；L盘阳迅肿。设“Bb”杆的肢背和肢尖焊缝1- u: :.'，则所需的焊缝长度为：肢背：OJN0.7x319090N丄 匕厲=羽厂議航跡而芦血血叫加"15cm肢尖:0.3 N0.3x319090N-_!吐="”#诃= =71.23innb 加2讥、后取9匚口专 2A7JT 2x0.7x6mraxl60N/mm2小 “ 几设“ bD"杆的肢背和肢尖焊缝

17、 Itf - 8mm和6mm,则所需的焊缝长度为：肢背：07 N07X241789N丄 二叶"師=如血皿血/士 咧皿加2"后和肢尖：0 3N0 3x241789N1- = = = 53.97mm,加后7cm 专 2hffY 2x0.7x6mmxl60N/mm2小 M A“cb'杆的内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取：九-脸顷根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及制作和装配等误 差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为：290mmx360mm下弦与节点板连接的焊缝长度为 36cm-。焊缝所受力的为左右两 下弦杆的内力差.：7：-：',受力较大的

18、肢背处的焊 缝应力为：KtN075x310856N_,Tf= 2Jhflw = 2x0.7x6mnix(360nim- 12mm) =160N/mm焊缝强度满足要求。72上弦节点“ B'(图7.2)“ Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“ b”相同。“ aB'杆与节点板的焊缝尺寸按上述同样方法计算:N1B= 380.046kN07 N0.7X380046N丄广u'= 2x07x10mmxl60N/mm; = 118176inni 加2"后取 15cm肢尖:d f = 8mm035 N Q35x380046N丄 一1百砾=2x07x8mmxl60N/mm=二理皿叫

19、加如后取10cm上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下:与二劳节点板谆度=-xl2n）m= 6mm；甲=lOmm上弦与节点板间焊缝长度为：365mm- N3)F+(F/2xl.22)_ (0 J5X412871N)3 + (54989/2x1.22)2x0 J啊2xO.7x6mnix (365m - 12mm)二 1044弭伽曲<0.8用二 0.8xl60N/mm: = 128N/mm上弦肢尖角焊缝的剪应力为：JKMj； N 釧+(F/M.22) _(125x412871 胖+(54989/2x1.22) 2x0.7ftyiZxOJQmmx (365m-20mm)=Zl.SZN/mmlSON/m

20、m2焊缝强度满足要求。73屋脊节点“ B'（图7.3）上弦杆常采用同钢号拼接，为了连接紧密和便于施焊，常用将拼接角钢的棱角削圆并切去垂直肢的一部分宽度 匸： -二二-二 二 设焊缝壮二H紙曲，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）：N149,63mm670353N4x0.7xl)mnxl60N;' nun2 拼接角钢的长度取 360mm> 2x149.63mm=299.26mm设肢尖焊缝门，节点板长度为32cm则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为32cm1cm-2cm = 13cm焊缝应力为：045 N 0.15x670353N Tf - 2x0,7!w - 2x0Jxl0mmxl9

21、5mm(L22)焊缝强度满足要求。=74.73N/mma< 106N/mm2M6M01Sx670353Nx70mmx62r7hfll=沏皿如如Em厂谡那砂0询蚀74支座节点“ ”（图7.4 ）为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的距离取160mm在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为12mm 支座底板的计算。支座反力：R=7F=7x54989N=384923N因为屋架铰支于C30钢筋混凝土柱上，乂蕊览也 故：R384923N113N/mm2= 26917.69mm:设支座板的平面尺寸采用280mmx350mnd如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为280mmx194mm=54320mm验算柱顶混凝土的抗压强度：d两支承边之间的对角线长度：140-yj mm: + 90:mm2 = 16059mm_90xl33mm垃 160.59nizn