钢结构课程设计任务书及指导书幕墙.docx
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钢结构课程设计任务书及指导书幕墙
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土木工程专业
钢屋盖课程设计任务书及指导书
苏州科技学院土木工程学院建工系
2014年3月
钢屋盖课程设计任务书
一、题目
设计某车间钢屋架
二、设计资料
1、车间平面尺寸：
24m×78m
2、车间为单跨：
跨度l=24m
轨顶标高10m
3、柱距6m
4、吊车：
二台桥式吊车Q=20吨/5吨，中级工作制。
5、材料：
屋架型材Q235-B.F，焊条E43型。
6、建造地区：
江苏省苏州市
7、制造运送方案：
焊接；铁路运送。
8、建筑结构方案：
屋盖无檩方案，无天窗，采用G4101.5m×6m预应力混凝土大型屋面板；
柱钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C25，上柱截面400×400mm。
9、屋面做法：
二毡三油防水层下20mm厚水泥砂浆找平层，再下面是80mm厚泡沫混凝土保温层。
10、屋面坡度：
i=1/10～1/12
11、屋面积灰荷载：
0.20～1.25kN/m2，（↓）（标准值）。
三、设计成果：
1、设计计算书，内含屋架型式单线图，支撑布置图等内容。
2、钢屋架运送单元施工图。
四、设计内容及步骤：
1、确定屋架图形
（1）确定屋架中高及端高；
（2）确定节点间距及腹杆图形；
（3）按比例画出屋架单线图
2、屋架支撑布置
按1:
600比例尺画出屋架上弦、下弦支撑布置图及垂直支撑布置图。
3、荷载计算
4、屋架杆件内力分析（用图解法）
5、屋架杆件截面选择
6、绘制钢屋架运送单元施工图（包括节点计算）
五、设计参考资料
1、《钢结构》（上、下册），陈绍蕃、顾强主编，中国建筑工业出版社，2007年第二版。
2、《钢结构》魏明钟主编，武汉理工大学出版社，2002年10月第二版。
3、《钢结构》刘声扬主编，中国建筑工业出版社，1997年6月和三版。
4、《钢结构》欧阳可庆主编，中国建筑工业出版社，1991年11月第一版。
5、《钢结构-原理与设计》王国周等主编，清华大学出版社，1993年第一版。
6、《钢结构设计规范》（GB50017-2003），中国计划出版社，2003年10月第一版。
7、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2002年2月第一版。
8、《钢结构设计手册》，中国建筑工业出版社，1989年。
9、《工业厂房钢结构设计手册》，重庆钢铁设计院。
B
车间柱网布置图（1:
600）
钢屋盖课程设计指导书
一、确定屋架的形式及其主要尺寸：
1、根据已给荷载、厂房跨度、排水坡度等条件，综合考虑，选取合理的结构形式。
2、屋架的主要尺寸：
（1）一般工业厂房钢屋架的计算跨度取支柱轴线之间的距离减去0.3m，即l=24–0.3=23.7m。
（2）根据经济要求，刚度要求及屋面坡度、运输等因素，确定屋架的高度（中高及端高）：
铰接梯形钢屋架，端高宜取1.8~2.2m，根据屋面坡度和跨度确定屋架中高。
3、按比例1:
50或1:
100画出屋架单线图，标明各杆件的几何长度。
∵屋架跨度l≥24m，应按l/500考虑起拱，∴采用起拱50mm。
二、根据厂房特点、要求及荷载情况，合理布置各种屋盖支撑
在计算书上按1:
600比例画出支撑的示意图。
说明：
（1）车间总长78000mm，而稳定区格的间距应为50～60m；∴应设三道稳定区格。
（2）稳定区格内应设上弦横向支撑、下弦横向支撑、垂直支撑。
∵Q=20t<50t,中级工作制，同时厂房内没有振动较大的设备，柱距＝6m<12m,∴不必设置下弦纵向支撑。
（3）∵屋架跨度l=24m<30m，无天窗∴在跨中设一道垂直支撑，两侧支座处各设一道，共设三道垂直支撑。
三、计算屋架各杆件内力
1、荷载的分类
由已给设计资料，查《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）得出各具体荷载的标准值。
荷载标准值乘以相应的荷载分项系数，得荷载的设计值。
作用于屋盖上的荷载包括永久荷载和可变荷载两类。
（1）永久荷载——作用在结构上不变荷载。
指屋面材料重量和檩条、屋架、天窗或吊顶等结构自重。
屋架自重（包括支）一般按经验公式：
g=0.12+0.011l（l为屋架跨度）计算；l的单位为m，g的单位为kN/m2（为水平投影面内的自重）。
（2）可变荷载——作用在结构上的可变荷载。
指屋面均布活荷载（施工荷载）、屋面积灰荷载、雪载、风荷载以及悬挂吊车荷载等。
屋面均布活荷载与雪载不同时考虑，取两者中较大值计算。
注意：
永久荷载设计值=γG×永久荷载标准值
式中：
γG——永久荷载分项系数，γG=1.2或γG=1.35
可变荷载设计值=γQ×可变荷载标准值
式中：
γQ——可变荷载分项系数，γQ=1.4
2、荷载的组合
屋架内力应考虑使用过程或施工过程中可能出现的最不利荷载组合进行计算。
一般厂房所受的荷载的组合有以下几种：
（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）全跨屋架自重和支撑重+半跨屋面板重+半跨施工荷载（屋面均布活载）
算出上述三种情况的节点荷载值。
组合
（1）主要控制屋架上、下弦杆内力及靠近支座处的腹杆的内力，组合
（2）、（3）可能会使靠近跨中的斜腹杆内力增大或内力变号。
3、杆件内力计算
用图解法按平面铰接桁架计算各荷载组合下各杆件的最不利内力。
（1）按一定比例准确作出屋架轴线图，在半跨的节点有单位荷载情况下，用图解法作内力图，求出这时各杆的内力——称为杆件的内力系数。
（2）将各种荷载组合下的节点荷载乘以杆件的内力系数，即得到各荷载组合的杆件内力。
（3）比较各荷载组合下的杆件内力，可得杆件的控制内力（计算内力），将其数值标于屋架线图上。
四、屋架杆件的设计
1、确定各杆件的截面型式和计算长度。
2、根据型钢表和杆件受力情况，选择合适的截面，然后进行验算（包括强度、稳定性容许长细比的要求），并将选择结果及计算结果列成表格。
3、截面选择的原则：
（1）同一榀屋架中的角钢规格要尽量少，一般不超过5-6种（指等肢角钢）。
（2）为了防止杆件在运输及安装过程中可能产生弯曲或损坏，角钢的型号不宜小于∟
45×4或∟56×36×4，工业厂房最小角钢规格∟50×5。
（3）应尽量选用肢宽而薄的角钢，使回转半径较大，以达到经济、稳定性好的目的。
（4）跨度为24m以内的屋架，上、下弦杆的截面在屋架的长度内一般保持不变，并取最大内力进行选择。
五、屋架节点设计
1、计算各腹杆与节点板之间的连接焊缝，并将计算结果列入表“各腹杆与节点板之间的连接焊缝”中。
2、屋架节点设计（节点设计与绘制屋架施工图同时进行）
（1）计算书上要求至少有六个节点的详细设计过程。
（2）每个节点的设计中必须有简图、图中标注尺寸、焊缝等。
六、绘制屋架施工图
―5―
屋架施工图包括屋架布置简图，屋架运送单元正面图，上、下弦杆件平面图，必要数量的侧面图、剖面图以及若干零件的大样图。
1、屋架布置简图（比例1:
100）：
其左半跨标注杆件轴线几何长度（mm），右半跨标注杆件控制内力（kN），以便校核者对杆件的设计结果进行校核。
在必要时，制作者还可依此调换一些杆件的截面规格。
2、屋架运送单元正面图及杆件上下弦杆平面图：
（1）以1:
20的比例作出屋架几何轴线；用H铅笔以屋架中高为短边，半跨长度为边长作一矩形，用直尺量此矩形的两对角线，如相等，则作图准确，否则需要进行矫正，直到满意精度（图a）；然后，根据屋架的几何尺寸屋架轴线图（图b）（考虑起拱）。
量出图上各杆的几何尺寸，与相应的杆件几何长度的计算精确值相比较，如误差不满足要求，则需要重新矫正（要求杆件长度实际误差＜5mm）。
图a
图b
（2）用1:
10的比例将已选择好的各杆件角钢尺寸画到图上，这时应注意角钢肢背到杆件轴线的距离Z。
应凑成5mm的倍数（施工制作的要求）；另外，角钢肢背的朝向及长短边的位置不要弄错（图c）。
（3）根据节点构造要求切断腹杆端部（图c）。
（4）计算腹杆与节点板间的连接焊缝，勾出节点外形。
验算弦杆与节点板间的焊缝。
图c
计算公式：
式中：
——一侧角钢焊缝的总计算长度。
为施焊缝方便且不易弄错，一榀屋架的
一般不超过三种。
一般先计算单位长度焊缝的承载力：
（设钢材为Q235钢，焊条为E43型），则：
然后列表计算各节点的焊缝长度
杆件
编号
截面规格
杆轴力
N
（kN）
hf
（mm）
分配
系数
焊缝实际长度
（计算长度+2hf）
（上进取为10mm倍数）
（mm）
Ba
100×80×8
413.1
8
231
0.65
170
6
307
0.35
120
Bb
70×6
317.2
6
236
0.7
180
6
0.3
90
表二杆件内力组合计算，最不利杆件计算内力
杆件
内力系数
杆件内力（kN）
最不利杆件计算内力（kN）
备注
P=1
组合Ⅰ
组合Ⅱ
组合Ⅲ
左跨
右跨
全跨
P=50.436kN
P左=50.436kN
P右=37.836kN
P左=37.836kN
P右=50.436kN
P左=28.087kN
P右=4.147kN
P左=4.147kN
P右=28.087kN
内力=P×③
内力=P左×①+P右×②
内力=P左×①+P右×②
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
上
弦
杆
AB（2-12）
BC（3-14）
CD（4-15）
DE（5-17）
EF（6-18）
FG（7-20）
GH（8-21）
HI（9-23）
下弦杆
ab（13-11）
bc（16-11）
cd（19-11）
de（22-11）
斜
腹
杆
aB（12-13）
Bb（14-13）
bD（15-16）
Dc（17-16）
cF（18-19）
Fd（20-19）
dH（21-22）
He（23-22）
竖腹杆
Aa（1-12）
Cb（14-15）
Ec（17-18）
Gd（20-21）
Ie（23-24）
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