湖南科技大學(xué)建筑工程-鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

湖南科技大學(xué)建筑工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)課題：鋼屋架設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：呂偉榮湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系2013年6月《鋼結(jié)構(gòu)》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)資料（1）某單跨廠房，長(zhǎng)度為 120m，柱距4.5～6.6m，車間內(nèi)設(shè)有一臺(tái) 200KN的中級(jí)工作制的吊車，計(jì)算溫度高于 -20℃。（2）屋架形式有三角形或梯形鋼屋架。采用三角形鋼屋架的屋面采用石棉水泥波形瓦屋面（重量 200N/m2），輕鋼檁條及拉條（重量100N/m2）。采用梯形屋架的屋面采用 1.5m×（4.5～6.6m）的預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板（重量1500N/m2），上鋪100mm厚泡沫砼保溫屋（重量800N/m2）和三氈四油防水層（重量300N/m2）。鋼屋架簡(jiǎn)支于鋼筋砼柱上，上柱截面為 400×400，砼強(qiáng)度等級(jí)為 C25，基本風(fēng)壓W0=350N/m2，屋面均布活載或雪載為 500N/m2，積灰荷載為100~500N/m2，無(wú)抗震要求。（3）屋架形式采用三角形屋架，屋架跨度為15m、18m、21m、24m，屋面坡度為1:2.5~1:3；或采用梯形屋架，屋架跨度為21m、24m、27m、30m、33m，屋面坡度都為1:10（24m梯形屋架自行設(shè)計(jì)）。鋼材為Q235-B，焊條為E43系列，手工焊。（4）屋架和支撐自重估計(jì)公式：GW=117+11L（N/m2），或中L為跨度（m）。（5）班級(jí)學(xué)生任務(wù)安排下表1表1班級(jí)同學(xué)按學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)任務(wù)分配表學(xué)號(hào)分組跨度/m屋架型式123415567818三角形9101112211314151624學(xué)號(hào)分組171819202121222324242526272827梯形293031323033343536（37）33柱距/m5.15.45.76.0\\指導(dǎo)教師安排：建工1班—呂偉榮；建工2班—戴益民；建工3班—王彥設(shè)計(jì)時(shí)間：15~16周，6月14號(hào)之前必須全部完成。設(shè)計(jì)內(nèi)容按照給出的基本資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算屋架的選型、尺寸的確定，鋼材材質(zhì)的選擇。屋蓋支撐體系的設(shè)計(jì)：上下弦桿水平支撐、垂直支撐及系桿的布置與截面選擇。荷載與桿件內(nèi)力的計(jì)算：節(jié)點(diǎn)荷載、桿件軸力計(jì)算。桿件截面的設(shè)計(jì)：定各桿件的形式、規(guī)格。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：定節(jié)點(diǎn)板的形狀尺寸、桿端焊縫計(jì)算與構(gòu)造要求。施工圖，繪制一個(gè)鋼屋架的施工圖。設(shè)計(jì)步驟3.1屋架的選型（1）根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，選擇具體的設(shè)計(jì)題目，結(jié)合已給的設(shè)計(jì)基本資料，確定屋蓋結(jié)構(gòu)體系，屋架的外形、尺寸，腹桿的形式等。根據(jù)屋面材料的不同，蓋結(jié)構(gòu)體系分為無(wú)檁屋蓋和有檁屋蓋。屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。腹桿布置形式常用的有芬克式、人字式、單斜式、交叉式和再分式。它們各有特點(diǎn)和適用條件，根據(jù)具體使用情況選用合適形式。（2）確定屋架的主要尺寸：跨度 l和高度h。跨度l常由使用和工藝方面的要求確定， 計(jì)算跨度l0=l-a(300~400)。屋架的高度h則由經(jīng)濟(jì)條件、剛度條件、運(yùn)輸界限及屋面坡度等因素確定，一般三角形屋架 H≈1/4~1/6）L；梯形屋架H≈（1/6~1/10）L。（3）根據(jù)屋面材料、屋架高度和腹桿形式來(lái)確定上弦節(jié)點(diǎn)的間距與劃分方法。對(duì)于有檁體系屋蓋，應(yīng)根據(jù)屋面材料的幾何尺寸，確定檁條的間距s,由此決定了屋架上弦每個(gè)節(jié)間內(nèi)有幾個(gè)節(jié)間荷載。（4）鋼材材質(zhì)根據(jù)工作條件確定，通常為 Q235B。3.2屋蓋支撐布置平面屋架在其本身平面內(nèi)為幾何形狀不變體系并具有較大的剛度，能承受屋架平面內(nèi)的各種荷載。但是，平面屋架在垂直于屋架平面方向（稱為屋架平面外）的剛度和穩(wěn)定性則很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)整體具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。屋蓋的支撐系統(tǒng)包含下列五種：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐和系桿。如果屋蓋結(jié)構(gòu)中設(shè)有天窗架，應(yīng)相應(yīng)設(shè)置上弦橫向水平支撐、垂直支撐和系桿根據(jù)設(shè)計(jì)條件，正確地進(jìn)行支撐的布置與設(shè)計(jì)，在計(jì)算書(shū)中繪制出支撐布置簡(jiǎn)圖，如SC1、SC2、CC1、LG1、LG2??，支撐的布置決定了屋架上、下弦桿側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度l1。3.3荷載和桿件內(nèi)力的計(jì)算永久荷載：包括屋面材料、檁條、屋架支撐、吊頂?shù)?，要注意荷載的分布情況；水平與斜向分布的區(qū)別?？勺兒奢d：包括活載、雪載、風(fēng)載、積灰荷載和懸掛荷載等。桿件軸力Ni，先計(jì)算出節(jié)點(diǎn)荷載P、再按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法、電算法或查表法等（推薦采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算），確定全跨或半跨荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)（附圖1），由內(nèi)力系數(shù)即可確定各桿件的軸力Ni。荷載組合：確定出各桿件的最不利內(nèi)力。對(duì)于與柱鉸接的屋架應(yīng)考慮下列荷載組合情況：第一種是全跨荷載組合：即全跨永久荷載＋全跨屋面活荷載或雪荷載（取兩者的較大值）＋全跨積灰荷載＋懸掛吊車荷載，所有屋架都應(yīng)進(jìn)行全跨滿載時(shí)的內(nèi)力計(jì)算。第二種是半跨荷載組合：對(duì)于梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架應(yīng)根據(jù)使用和施工過(guò)程的荷載分布情況考慮半跨荷載的作用，可按下列半跨荷載組合計(jì)算：全跨永久荷載＋半跨屋面活荷載（或（半跨雪荷載）＋半跨積灰荷載＋懸掛吊車荷載。采用大型混凝土屋面板的屋架，尚應(yīng)考慮安裝時(shí)可能的半跨荷載：屋架及天窗架（包括支撐）自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷載。3.4桿件截面設(shè)計(jì)對(duì)單壁式屋架，可根據(jù)腹桿的最大內(nèi)力（對(duì)梯形和人字形屋架）或弦桿端節(jié)間內(nèi)力（對(duì)三角形屋架），首先確定節(jié)點(diǎn)板的厚度，再進(jìn)行各桿件截面的設(shè)計(jì)。單壁式屋架桿件的截面形式，常采用由兩個(gè)角鋼組成的T形截面、十字形截面或單角鋼。也可用TW、TM、TN型鋼來(lái)代替雙角鋼組成的T形截面。由雙角鋼組成的T形或十字形截面桿件，為了保證兩個(gè)角鋼共同工作，必須每隔一定距離在兩個(gè)角鋼間加設(shè)填板。按規(guī)定確定桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比。（1）上弦桿上弦桿通常為軸心受壓構(gòu)件或壓彎構(gòu)件，應(yīng)分別計(jì)算強(qiáng)度、平面內(nèi)、外的穩(wěn)定和剛度。先確定弦桿平面內(nèi)、外的計(jì)算長(zhǎng)度 lox、loy，平面外為變內(nèi)力桿。通常先初選截面，再進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)分別計(jì)算在兩組荷載作用下（跨中M1,N1、支座M2,N1），弦桿平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性。（2）下弦桿下弦桿通常是拉桿，按強(qiáng)度選擇截面AnN/f，還要滿足剛度要求l0i[]，因?yàn)閘oylox，宜選擇不等肢角鋼短肢相連，或等肢角鋼。（3）腹桿腹桿為軸心受力構(gòu)件，對(duì)于受壓的軸壓桿，應(yīng)按穩(wěn)定選擇截面，先假定長(zhǎng)細(xì)比 ，選擇等肢雙角鋼桿件（lox0.8l;loyl）。對(duì)受力較小的桿件，可選單角鋼桿件，l1=0.9l，注意強(qiáng)度折減。對(duì)于受拉桿，按強(qiáng)度選擇截面。（4）對(duì)于不受力或受力較小的桿件，可按剛度要求選擇截面il，對(duì)受壓[][ ] 150，對(duì)受拉[ ] 350。5）對(duì)于連垂直支撐桿件應(yīng)按壓桿選擇截面，采用雙角鋼十字型截面形式，l0=0.9l。6）支撐系統(tǒng)布置。7）交叉支撐的斜桿，SC1、SC2、SC3，按拉桿選擇，采用單角鋼桿件，注意桿件平面內(nèi)、外計(jì)算長(zhǎng)度的取值，loxl;loyl，單角鋼的回轉(zhuǎn)半徑ix取單角鋼的主軸。（8）交叉支撐、剛性系桿，按壓桿選擇，采用雙角鋼的T型或十字型的截面。（9）柔性系桿，按拉桿選擇，采用單角鋼桿件， l0=0.9l。全部桿件截面選擇好后，列入表格中匯總。3.5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)的一般要求。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可以結(jié)合繪制施工圖時(shí)進(jìn)行，在計(jì)算書(shū)中說(shuō)明幾個(gè)典型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，如上弦節(jié)點(diǎn)和下弦節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，拼接節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn)。3.6施工圖的繪制在桿件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行施工圖的繪制。屋架詳圖是表達(dá)所有單體構(gòu)件（按構(gòu)件編號(hào)）的詳細(xì)圖，主要用于鋼結(jié)構(gòu)制造。其內(nèi)容包括多方面，現(xiàn)將屋架詳圖的主要內(nèi)容和繪制要點(diǎn)敘述如下：（1）屋架詳圖一般應(yīng)按運(yùn)輸單元繪制，但當(dāng)屋架對(duì)稱時(shí)，可僅繪制半榀屋架。主要圖面應(yīng)繪制屋架正面圖、上下弦的平面圖，必要的側(cè)面圖和剖面圖，以及某些安裝節(jié)點(diǎn)或特殊零件的大樣圖。屋架施工圖通常采用兩種比例尺繪制，桿件的軸線一般用1：20∽1：30；節(jié)點(diǎn)和桿件截面尺寸用1：10∽1：15。在圖面左上角用合適的比例繪制屋架簡(jiǎn)圖。圖中一半注明桿件的幾何長(zhǎng)度（mm），另一半注明桿件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值（ kN）。當(dāng)梯形屋架l 24m、三角形屋架l15m時(shí)，撓度值較大，為了不影響使用和外觀，須在制造時(shí)起拱，拱度一般取屋架跨度的 1/500，并在簡(jiǎn)圖中注明。應(yīng)注明各零件（型鋼和鋼板）的型號(hào)和尺寸，包括加工尺寸、定位尺寸、孔洞位置以及工廠制造和工地安裝的要求。應(yīng)對(duì)零件詳細(xì)編號(hào)，編號(hào)按主次、上下、左右順序逐一進(jìn)行。完全相同的零件用同一編號(hào)，如果兩個(gè)零件的形狀和尺寸完全一樣， 僅因開(kāi)孔位置或切斜角等原因有所不同，但系鏡面對(duì)稱時(shí)，亦采用同一編號(hào)，可在材料表中注明正或反字樣。以示區(qū)別。材料表應(yīng)包括各零件的編號(hào)、截面、規(guī)格、長(zhǎng)度、數(shù)量（正、反）和重量等。材料表的作用不但可歸納各零件以便備料和計(jì)算用鋼量，同時(shí)也可供配備起重運(yùn)輸設(shè)備時(shí)參考。2）文字說(shuō)明應(yīng)包括鋼號(hào)和附加條件、焊條型號(hào)、焊接方法和質(zhì)量要求，圖中未注明的焊縫和螺栓孔尺寸、油漆、運(yùn)輸、安裝和制造要求，以及一些不易用圖表達(dá)的內(nèi)容等。繪圖時(shí)，應(yīng)注意圖面布置布局合理，分布均稱，比例得當(dāng)，應(yīng)表達(dá)清楚準(zhǔn)確，不能將肢背線與軸線畫(huà)重合了。繪完圖后，應(yīng)認(rèn)真檢查，在節(jié)點(diǎn)處的焊縫標(biāo)注完整正確，節(jié)點(diǎn)板尺寸、桿端尺寸是否完整。課程設(shè)計(jì)的要求要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成鋼屋架的設(shè)計(jì)，各同學(xué)根據(jù)各自學(xué)號(hào)按表 1分配設(shè)計(jì)任務(wù)，認(rèn)真繪制出鋼屋架施工圖一張和一份完整的計(jì)算書(shū)（含支撐系統(tǒng)布置） 。參考資料《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，沈祖炎主編，中國(guó)建工出版社，2003《鋼結(jié)構(gòu)》（第三版），戴國(guó)欣主編，武漢理工大學(xué)出版社，2007.12《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003），中國(guó)建工出版社，2003附圖1鋼屋架內(nèi)力系數(shù)圖1.L=21m;0.539-10.6303-i=1:2.50.539.585.11.0.20.9S=744mm.5390.5815000-01.25-9.520200--3907103.111.0.50675.75..8560800613-39602-1.512..5.52.91205-0.580.8701.056.2510.011.252.L=24m;i=1:30.791-10.12S=781mm0334.0.791505-10.44.20.8.90.83300-01.504-1791000.70.0..05833103.01.5033.5..95-791.8200-1011.00..207976.4-00.8330.8331.3336.009.0010.503.L=27m;0.527-15.31i=1:3S=782mm0.527333-1.-15.185270.3773434-16.40.0.3730.80.50-1.40.83303.00-16527.70.60510-1527333334.3.6.10.550.00-13-5277.820.8217.30.0.3.307-.3349041.73-0.8330.8331.3339.0013.516.500

L=21m;=1:10150815081508150815081508150884202206002200133082141228503000300015004567328161411011729121322228910115.L=30m;i=1:1015081508150815081508080150815081508500903230300239200000526539863099925810402223032232850300030003000300078910/