土木建筑工程系钢结构课程设计任务书

土木建筑工程系钢结构课程设计任务书

土木建筑工程系《钢结构》课程设计任务书

一、 设计资料

（一）、建筑物基本条件

某锻造厂有一跨度为 18m 的单跨封闭式车间，厂房总长 90 m，柱距 6 m， 屋面坡度为 i=1:3,屋面采用纤维水泥波形瓦，有吊顶，外檐口采用自由落水，屋 架的下弦标高为 9.5m，抗震设防烈度为 7 度。

拟设计 15m 跨 三角形 钢屋架 ， 简支于钢筋砼柱上 ， 上柱截面尺寸 450mm×450mm，柱的砼强度等级为 C20。结构构件安全等级为二级。

（二）、设计题目 

1、屋面做法：

纤维水泥波形瓦 干铺油毡一层 木望板（20mm） 檩条 管线等 吊顶 2 可变荷载：

基本雪压 

基本风压 屋面活荷载 

积灰荷载 

（三）、制作及安装条件 

1、钢屋架运送单元和支撑杆件均在钢结构构件加工厂制作，工地安装采用手工0.3KN/m 2 0.7 m 2 2 0.5 KN/m 0.20 m 2 0.05 m 2 0.13 m 2 0.10 m 2 0.10 m 2 0.30 KNm 2 0.5 KN/m 2 

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焊接。 

2、钢屋架与支撑杆件采用普通螺栓连接。

二、课程设计要求

（一）、计算书：完成计算书一份，内容包括： 

1、

2、 目录 设计依据

（1）、选题：按屋面做法荷载和数值（永久荷载、可变荷载）屋架形式与几何

尺寸。

（2）、选择钢材、焊条及焊接方法。

（3）、基本设计条件。 

3、绘制屋盖体系及支撑布置图。 

4、荷载计算（包括荷载组合） 。 

5、内力计算。

（1）、确定杆件内轴力 

A、用结构力学求解器求解各杆件内力系数。 

B、杆件轴力=节点荷载×内力系数。 

C、将轴力值填写在屋架简图上。

（2）、内力组合：设计屋架时，应考虑以下三种组合：

使用阶段组合一：全跨永久荷载+全跨可变荷载

使用阶段组合二：全跨永久荷载+半跨可变荷载

施工阶段组合三：全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板+半跨屋面活荷载 

6、杆件截面设计 

7、屋面节点设计 

8、结束语

（二）、施工图 

1、绘制屋架施工图一张 

2、图纸规格：A2 图纸（420 mm×594 mm） 

3、图面内容：

（1）、屋架几何尺寸与内力图（习惯绘在图面的左上角），比例尺 

1：150（1：300）

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（2）、屋架正面图（画对称的半榀），轴线比例尺 1：20 或 1：30 

（3）、上下弦杆俯视图，杆件比例尺：1：10 或 1：15 

（4）、必要的剖面图（端竖杆、中竖杆及垂直支撑连接处）

（5）、屋架支座详图及零件详图

（6）、材料表

（7）、施工说明

（8）、标题栏 

4、制图要求

采用铅笔绘图，图面布置合理；文字规范；线条清楚，符合制图标准，达 到施工图要求。 

5、时间安排

第十五周： 布置设计任务、屋盖支撑系统的布置、内力系数的计算（上机） 第十六周：荷载计算、内力计算、杆件计算、节点计算

第十七周：施工图的绘制

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钢结构课程设计指导书

一、 钢屋架结构设计的内容

钢屋盖结构一般由屋面板、懔条、屋架和支撑等组成，钢屋架结构设计通常包括以下几 个部分： 

1、屋面材料的选择

采用轻质高强，耐火、防火、保温和隔热性能好，构造简单，施工方便，并能工业化 生产的建筑材料。目前，我国常用的屋面材料主要有压型钢板、太空板、各种石棉瓦、 瓦楞铁、预应力混凝土槽瓦等。 

2、屋盖结构体系的确定

根据屋面材料和屋面结构布置情况的不容，钢屋盖结构可以分无懔体系和有檩体系， 在选用屋盖结构体系时，应综合考虑建筑物的规模、受力特点。使用要求、材料供应 情况、施工和运输条件等，采用以确定最佳方案。一般对于横向刚度要求较高的中型 以上厂房和民用建筑，宜采用大型屋面板的无檩体系，而对于刚度要求不高的中小型 厂房和民用建筑，特别是不需要做保温层的房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩 体系。 

3、屋架支撑布置

为使屋架具有足够的承载力，使屋盖结构形成一个空间整体刚度较好的体系。需进行 支撑布置。重要内容包括：确定支撑的形式以及位置，选择支撑杆件的截面形式和尺 寸，设计支撑与屋架的连接，自选比例在计算书中绘出支撑系统布置图，各构件代号： 屋架——GWJ——XX，垂直支撑 CC——XX，上弦支撑SC——XX，下弦支撑 XC— —XX，刚性系杆GG——XX，柔性系杆LG——XX。 

4、檩条设计

主要包括：选择檩条的形式和计算所需截面尺寸，进行檩条的布置，檩条与屋面和屋 架的连接。 

5、屋架杆件的设计

主要包括：杆件内力分析和计算，选择杆件截面的形式，并根据强度、刚度、稳定性 的要求计算截面所需截面尺寸。 

6、节点设计

要实现钢屋架的安全可靠，除了各杆件要有足够的强度、刚度、和稳定性之外，屋架 节点也需要有足够的强度。屋架的节点设计包括：计算杆件和节点板连接焊缝的焊脚 尺寸和长度，确定节点板的形状和尺寸，屋架拼接节点和支坐节点的设计。

二、荷载计算与内力分析 

1、荷载计算

（1）按照屋面做法、各层材料的标准荷载，求出恒荷载的设计值

（2）雪荷载与屋面活荷载不同时考虑，取不利值，求出活荷载设计值

（3）求出屋架节点荷载和节间荷载设计值 

2、内力计算

（1）计算半跨（左，右）和全跨单位节点力作用下的各杆件内力系数

（2）杆件轴力=节点荷载´内力系数

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（3）确定弦杆内弯矩

当屋架弦杆有节简荷载时，弦杆内除了有轴向力之外还有弯矩。为了简化，可以

按照简直梁计算出 M 0 。上弦杆端节间弯矩取0.8 M 0 ，其余节点、节间取0.6 M 0 。 

3、内力组合

设计屋架时，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） 全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板+半跨屋面活荷载

三、杆件设计 

1、确定钢屋架各杆件的计算长度 

2、确定屋架节点板的厚度（ ³ 5 ：根据杆件内力大小，参考有关规定选取（教材 159 页 mm ）

表7.5） 

3、选择合理的截面形式

（1）轴力杆件尽可能按等稳定性设计

（2）上下弦杆截面选择要考虑受力性能以及与支撑等构件的连接要求

（3）连接垂直支撑的杆件，常用两个等肢角钢组成的十字形截面，使垂直支撑在穿力时不

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