钢结构设计专业课程设计指导书.doc

河北工业大学土木工程学院

土木工程专业

钢构造设计
课 程 设 计 指 导 书

5 月

一、设计课题阐明
《钢构造》是土木工程专业重要专业课，为了加强学生对基本理论理解和《钢构造》设计规范条文应用，培养学生独立分析问题和解决问题能力，必要在讲完关于课程内容后，安排1周课程设计，以提高学生综合运用能力。课程设计又是知识深化、拓宽重要过程，也是对学生综合素质与工程实践能力全面锻炼，是实现本科培养目的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题能力以及严谨、夯实工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完毕设计任务奠定基本。
钢屋架设计采用平面钢屋架作为设计题目。设计内容涉及：屋架内力计算、屋架杆件设计；节点设计；施工图绘制以及材料用量计算等。
以上课题安排一周时间，完毕设计成果涉及：构造设计计算书一份，施工图1~3张（2号加长）。
二、设计基本过程
（一）、材料选取
依照荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，规定保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯实验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接办法采用焊接，焊条可选用E43型，手工焊。
（二）、屋架形式及几何尺寸
因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i，故宜采用梯形屋架。
屋架计算跨度应取l。= l-2×150=24000-300=23700mm。
屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度有关，国内常将H。取为1.8～2.1m等较整洁数值，以利多跨屋架时屋面构造。
为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m人字形式，屋面板传来荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。
屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。
（三）、支撑布置
依照车间长度，屋架跨度，荷载状况，以及吊车设立状况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设立刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接屋架可编号为GWJ—2，其他编号均为GWJ—l。
（四）、荷载和内力计算
1、荷载计算
屋面活荷载与雪载普通不会同步浮现，可取其中较大者进行计算。
屋架沿水平投影面积分布自重（涉及支撑）可按经验公式计算。
荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，因此各荷载均按水平投影面积计算。
2．荷载组合
设计屋架时，应考虑如下三种荷载组合：
（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） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载
3. 内力计算
按图解法、解释法、电算法均可计算屋架各杆内力。
先求出单位荷载作用于各节点时内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时杆件内力，并求出三种荷载组合下杆件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架根据。可列表计算。
跨中附近斜腹杆内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载不利分布。如果按照对的施工办法，屋面板采用对称吊装，就不会浮现杆件内力变号。
（五）、杆件截面设计
屋架跨度不不不大于30m时，上弦、下弦可不变化截面，按最大内力设计。
上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，依照支撑布置和内力变化状况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度不不大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
节点板厚度需按腹杆最大内力选用。
轴心拉杆，可按强度规定选取截面。对轴心压杆，可先假定长细比（弦杆λ=80～100，腹杆100～120）选取截面再进行验算。
屋架所有杆件还应满足长细比限值规定。
（六）、节点设计
节点设计普通环节是：先依照腹杆内力计算腹杆与节点板连接焊缝焊脚尺寸和焊缝长度，然后依照此焊缝长度大小按比例绘出节点板形状和大小，最后验算弦杆与节点板连接焊缝。
用作图法求节点板形状和大小时，应按角度精确画出各杆件轴线和轮廓线，各杆件形心线应尽量与杆件轴线重叠并取5mm整数，再考虑杆件之间应有间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝位置，在此基本上作出节点详图。
节点板形状应尽量简朴、规则，至少有两边平行。如矩形、梯形、直角梯形等。
（七）、屋架施工图绘制
屋架施工图是指引钢构造构件制造和安装技术文献，同步也是编制工程预算根据和工程竣工后存档资料。因而，务须做到清晰、明确，精确无误，表达详尽。
1．屋架施工图普通按运送单元绘制。当屋架对称时，可仅绘制半榀屋架。施工图上应涉及屋架正面图、上弦和下弦平面图以及必要侧面图、剖面图和零件图。
2．图纸左上角用恰当比例绘制屋架简图（单线图），左半跨注明屋架杆件几何轴线尺寸，右半跨注明杆件内力设计值，并注明屋架跨中央起拱高度（屋架图上不必表达）。
图纸正中为屋架正面和上、下弦平面图。右上角是材料表，把所有杆件和零部件编号、规格、长度、数量（正、反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运送设备时参照。
3．屋架施工图普通采用两种比例尺绘制。屋架杆件轴线普通用1：20～1：30，而节点尺寸和杆件截面尺寸用1：10～1：15比例尺绘制。对重要节点和特殊零部件还可加大些，以清晰地表达节点细部尺寸。
4．施工图上应注明各零部件型号和重要几何尺寸，涉及加工尺寸（宜取5mm倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装规定。定位尺寸重要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边沿（上、下和左、右）距离、轴线至角钢肢背距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列规定。工厂制造和工地安装规定重要涉及：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。
5．施工图中各零部件应加以详细编号，其顺序按主次、上下和左右排列。完全相似零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全同样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。
6．施工图上还应有文字阐明。其内容重要有：钢材钢号、焊条型号和焊接办法、质量规定，图中未注明焊缝和螺栓孔尺寸，防锈解决办法，以及运送、安装和制造规定等。此外，对某些在施工图上难以用图而宜用文字表达清晰内容亦可用文字加以阐明。
四、课程设计进度筹划
（一）、材料选取.....................................................................................1/3天
（二）、屋架形式及几何尺寸.................................................................1/3天
（三）、支撑布置.....................................................................................1/3天
（四）、荷载和内力计算.........................................................................1天
（五）、杆件截面设计.............................................................................1/2天
（六）、节点设计......................................................................................1/2天
（七）、屋架施工图绘制..........................................................................2天
三、设计阐明书内容规定与注意事项
1．设计阐明书内容
2．设计阐明书用纸：A4纸打印或手写。
3．设计阐明书格式应满足“河北工业大学毕业设计格式”规定。
四、设计图纸规定
图纸可手绘，也可以采用CAD或其她制图软件出图，都必要符合国家“建筑制图统一原则”规定。
五、封面
课程设计封面格式见附录。

河北工业大学土木工程学院

《钢构造设计》
课程设计阐明书

设计题目：

班 级： 
姓 名： 
学 号： 
指引教师： 
成 绩： 

年 5 月 日