水工钢结构课程设计
课程设计说明书
课程名称:水工程钢结构课程设计课程代码:
题目:潜孔式平面钢闸门设计学院(直属系):
年级/专业/班:
学生姓名:
学号:
指导教师:
开题时间: 2011 年 12 月 11 日完成时间: 2011 年 12 月 19 日
潜孔式平面钢闸门设计目录
一.设计资料及有关规范 (2)
二.闸门结构的布置 (2)
三.面板设计 (4)
四.水平次梁，顶梁和底梁的设计 (5)
五.主梁的设计 (8)
六.横隔板设计 (10)
七.纵向连接系设计 (11)
八.边梁设计 (11)
九.行走支承设计 (12)
十.止水布置方式 (13)
十一.闸门启闭力计算 (13)
十二.埋固构件 (14)
十三.轨道设计 (14)
十四.闸门的启闭机械 (15)
水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计
一.设计资料及相关规定
1.闸门形式：潜孔式平面钢闸门
2.孔口尺寸（宽*高）：10m*11m
3.上游水位：61m
4.下游水位：0.1m
5.闸底高程：0m
6.启闭方式：电动固定式启闭机
7.材料
钢结构：Q235-A.F
焊条：E43型
行走支承：滚轮支承或胶木滑道
止水橡皮：侧止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮
8.制造条件
金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足III级焊缝质量检验标准
9.规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005》
二、闸门结构的形式及布置
1.闸门尺寸的确定
闸门高度：11.2m
闸门的荷载跨度为两止水的间距：10m
闸门计算跨度：10+2×0.2=10.4 (m)
设计水头：61.0m
2.主梁的数目及形式
主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=10m,闸门高度h=11m,L 3.主梁的布置 本闸门为高水头的深孔闸门，主梁的位置按上疏下密来布置。设计时按最下面 的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。 4.梁格的布置及形式 梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各个区格需要的厚度大致相等。 5.连接系的布置与形式 (1)横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置7道横隔板，其间距为1.3m ，横隔板兼作竖直次粱。 （2）纵向连接系，采用斜杆式桁架。 三、面板设计 根据《钢闸门设计规范S74—95》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。 1.估算面板厚度 假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算 t=a ] [9.0σa kp 当b/a ≤3时，a=1.5,则t=a 160 65.19.0??kp =0.068kp a 当b/a >3时，a=1.4,则t=a 160 55.19.0??kp =0.070kp a 现列表1计算如下： 表1 区格 a(mm) b(mm) b/a k P[N/mm 2 ] kp t(mm) 1 430 1290 3 0.740 0.49 0.363 10.6 2 430 1290 3 0.500 0.49 0.245 7.2 3 560 1290 2.3 0.497 0.50 0.249 9.5 4 560 1290 2.3 0.497 0.50 0.249 9.5 5 560 1290 2.3 0.497 0.51 0.253 9.6 6 550 1290 2.3 0.497 0.51 0.253 9.5 7 550 1290 2.3 0.497 0.52 0.258 9.6 8 540 1290 2.4 0.497 0.52 0.258 9.5 9 540 1290 2.4 0.497 0.53 0.263 9.6 10 530 1290 2.4 0.497 0.53 0.263 9.5 11 520 1290 2.5 0.500 0.54 0.270 9.5 12 520 1290 2.5 0.500 0.54 0.270 9.5 13 520 1290 2.5 0.500 0.55 0.275 9.7 14 510 1290 2.5 0.500 0.55 0.275 9.5 15 500 1290 2.6 0.500 0.56 0.280 9.5 16 500 1290 2.6 0.500 0.56 0.280 9.5 17 500 1290 2.6 0.500 0.57 0.285 9.6 18 490 1290 2.6 0.500 0.57 0.285 9.5 19 490 1290 2.6 0.500 0.58 0.290 9.7 20 480 1290 2.6 0.500 0.58 0.290 9.5 21 370 1290 3.5 0.500 0.59 0.290 7.3 22 360 1290 3.5 0.750 0.59 0.443 10.8 根据上表计算，选用面板厚度t=11mm 2.面板与梁格的连接计算 已知面板厚度t=11mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则面板局部扰曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P 为： P=0.07t σmax=0.07х11х160=123.2（N/mm ） 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： T ＝ 2I VS =（4273500*1260*11*503.5）/（2*15149838）=976N/mm 面板与主梁连接的焊缝厚度： h = 123.22+9762/(0.7*113)=12.4mm 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度h =12.4mm 四、水平次梁，顶梁和底梁地设计 1.荷载与内力验算 水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可 按下式计算，即 q=p 2 下 上a a + 现列表2计算如下： 表2 梁号 梁轴线处水压力强度P （kN/mm 2） 梁间距 （m ） 2 下 上a a + （m ） q=p 2 下 上a a + (kN/m) 1(顶梁) 490.147 0.215 105.382 0.43 2（水平次梁） 494.361 0.43 212.575 0.43 3（主梁） 499.212 0.495 247.110 0.56 4（水平次梁） 504.700 0.56 282.632 0.56 5（水平次梁） 510.188 0.56 285.705 0.56 6（主梁） 515.137 0.555 285.901 0.55 7（水平次梁） 520.527 0.55 286.290 0.55 8（水平次梁） 526.358 0.545 286.865 0.54 9（主梁） 531.650 0.54 287.091 0.54 10(水平次粱) 536.893 0.535 287.238 0.53 11（水平次梁） 542.038 0.525 284.570 0.52 12（主梁） 547.134 0.52 284.510 0.52 13（水平次梁） 552.230 0.52 287.160 0.52 14（水平次梁） 557.277 0.515 286.998 0.51 15（主梁） 562.226 0.505 283.924 0.50 16（水平次梁） 567.126 0.50 283.563 0.50 17（水平次梁） 572.026 0.50 286.013 0.50 18（主梁）576.877 0.495 285.554 0.49 19（水平次梁）581.679 0.49 285.023 0.49 20（水平次梁）586.432 0.485 284.420 0.48 21（主梁）590.597 0.425 251.004 0.37 22（水平次梁）594.174 0.365 216.874 23（底梁） 597.800 0.36 0.18 107.604 根据上表计算，水平次梁计算荷载取287.3kN/m，水平次梁为8跨连续梁，跨度为1.30m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M次中＝0.077ql2=0.077х287.3х 1.32=31.9(kN?m) 支座B处的负弯距： M次B＝0.107ql2=0.107х287.3х 1.32=44.3(kN?m) 2.截面选择 W=44.3*1000000/160=276670(mm3) 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［25a,由附录三表四查得：A=3491mm2 ; W x=269597mm3 ; I x=33696200mm4 ; b1=78mm ; d=7mm ,h=250mm 面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。 B≤b1+60t=78+60*11=738(mm) B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段） 按17号梁计算，梁间距b=500mm 对于第一跨中正弯距段 l0=0.8l=0.8*1200=960(mm) 对于支座负弯距段l0=0.4l＝0.4*1200＝480(mm) 根据l0/b： 对于l0/b＝960/500＝1.92 得ζ1＝0.7，得B=ζ1b＝516.6(mm) 对于l0/b＝480/500＝0.96 得ζ2＝0.3，得B=ζ2b＝221.4(mm) 对第一跨中选用B＝516.6mm,则水平次梁组合截面面积（如图）: A=3491+5682.6=9173.6(mm 2 ) 组合截面形心到槽钢中心线得距离： e=516.6*11*130.5/9173.6=81(mm) 跨中组合截面的惯性距及截面模量为： I 次中＝3369620+3491*81*81+516.6*11*61*61=78018606(mm 4) W min =78018606/206=378731mm 3 对支座段选用B ＝174mm ，则组合截面面积：A=3491+221*11=5922（mm 2） ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离： e=221*11*130.5/5922=54（mm ） 支座初组合截面的惯性距及截面模量为： I 次B ＝3369620+3491*542+221*11*762=57917412mm 4 W min =57917412/179=323561mm 3 3.水平次梁的强度验算 由于支座B 处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度， 即次δ=44.3*1000000/323561=136.9(N/mm 2)<160(N/mm 2) 说明水平次梁选用[25a 满足要求。 轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。 4.水平次梁的挠度验算 受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B 支座处截面的 弯距已经求得M B 次=40.8kN ?m,则边跨挠度可近似地按下式计算： 次 次次 EI l M EI ql l w B 16384 53 - ?= =(5*287.3*12003)/(384*2.06*100000*78018606)- (44.3*1000000*1200)/(11*2.06*100000*78018606) ＝0.0010≤004.0250 1][== l w 故水平次梁选用[22b 满足强度和刚度要求。 五、主梁设计 (一)设计资料 1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）L 0＝10m ；计算跨度L ＝10.4m ；荷载跨度L 1＝10m 。 2）主梁荷载：q=(9.8*61*61/2*10-9.8*50*50/2*10)/70=854.7(kN/m) 3) 横向隔板间距： 1.3m 4）主梁容许挠度： [W]=L/750 （二）主梁设计 1.截面选择 （1）弯距和剪力 弯距与剪力计算如下： 弯距： M=854.7*10/2*(10.4/2-10/8)=16880kN/m 剪力： V=854.7*10/2=4273.5 需要的截面抵抗距 已知Q235钢的容许应力[σ]=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=,/1441609.02mm N =? 则需要的截面抵抗矩为； [ W]=16880*1000/144=117222cm 3 （3） 腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为： h=(0.208*144*10.4*1000)/(2.06*100000/750)=113.2 经济梁高：h`=3.1W = 3.1* 1172222=330.3 由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比h ec 为小，但不小于h min 。现选用腹板厚度h 0＝260cm 。 (4)腹板厚度选择 )(18.111/17011/cm h t w == = 选用t w ＝4cm (5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 A ?=117222/260-4*260/6=277cm 2 下翼缘b 1在5 ~ 3 h h =92～55之间采用b 1=90cm 则t 1＝ b A 1 1 =3.1cm 所以采用t 1 =4cm （符合钢板规格） 上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t 1＝4cm ， b 1＝60cm ， 面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 1+60t ＝60+60*1.1＝126(cm) 上翼缘截面面积A 1=60*4.0+126*1.1=378.6(cm 2 ) (6)弯应力强度验算 截面形心距：y ?=107.9 截面惯性距：I=(4*2603)/12+5309544=11168211cm ? 截面抵抗距： 上翼缘顶边 W=11168211/107.9=103505cm 3 下翼缘底边 W=11168211/152.1=73427cm 3 弯应力：σ=(16880*10)/73427=2.3kN/CM 2<14.4kN/cm 2 (安全) 表3 部位 截面尺寸 （cm ?cm ） 截面面积A(cm 2) 各型心离面板表面距离y ′（cm ） Ay ′ （cm 3） 各型心离中和轴距离 y=y ′-y 1(cm) Ay 2 (cm 4 ) 面板部分 126*1.1 138.6 0.55 76.23 -107.35 1597230 上翼缘 60*4 240 3.1 744 -104.8 2635930 腹板 260*4 1040 135.1 140504 27.2 769434 下翼缘 90*4 360 137.1 49356 29.2 306950 合计 1778.6 190680 5309544 （7）因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求 的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。 2.截面改变 因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节约钢材），有必要将主梁承端腹板高度减小为h =0.5h =130cm 。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示： 表4 部位 截面尺寸 （cm ?cm ） 截面面积A(cm 2) 各型心离面板表面距离y ′（cm ） Ay ′ （cm 3） 各型心离中和轴距离 y=y ′-y 1(cm) Ay 2 (cm 4 ) 面板部分 126*1.1 138.6 0.55 76.23 -50.35 351368 上翼缘 60*4 240 3.1 744 -47.8 548362 腹板 130*4 520 70.1 36452 19.2 19163 下翼缘 90*4 360 72.6 26136 21.2 1617984 合计 1258.6 63408 1253220 I =(4*903)/12+1253220=1496220cm ? y ?=50.9cm )(160582 6.4846.486.504563 cm S =? ?+??= 2 2 0max /5.9][)/(26.9cm kN cm kN t I S V w =<== ττ (安全) 3.翼缘焊缝 翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。V max ＝4273.5kN 。I 0=1253220cm 4， 上翼缘对中和轴的面积距：S 1=138.6*50.35+240*47.8=18450(cm 3 ) 下翼缘对中和轴的面积距：S 2=360*21.2＝7632(cm 3) 需要h =(4273.5*18450)/(1.4*1253220*11.3)=3.98mm 角焊缝最小厚度)(5.9405.15.1mm t h f ==≥。 全梁的上下翼缘焊缝都采用h f ＝10mm 。 六、横隔板设计 1、荷载和内力计算 横隔板同时兼作竖直次粱，主要承受水平次粱、底梁和顶梁传来的集中荷载以及 面板传来的分布荷载，则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为： M=(490.2+499.2)/2*1.2*0.38=226(kN/m) 2.横隔板和截面选择和强度验算 腹板选用与主梁腹板同高，采用1700mm Х16mm ，上翼缘利用面板，下翼缘采用300mm Х16mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B ＝ζ1b 确定。 54 .11300/2000/0==b l 查表得ζ1＝0.42 ， B=0.42×1300=546mm ，取B ＝500mm 。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板 中心线距离： 16 170016300165008581630085816500?+?+???-??=e ＝68mm 截面惯性距： 1578512420 79016500926 300166816170012 1700 162 2 23 =??+??+??+?= I (mm) )(16900000934 3 min mm I W == ， 验算应力： σ=226000000/16900000=13.37(N/mm 2)<[σ] 由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度 h f ＝12.3mm 七、纵向连接系 1.荷载和内力计算 纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算 G=8.9073.079.093.0321??????H A K K K =0.073*1.0*1.1*1.0*(10*11) *61 *9.8=1603kN 则下游纵向连接系承受0.4G=641KN 纵向连接系视作平面简支桁架，其结点荷载为641/(8*6)=13.4 2.斜杆截面计算 斜杆承受的最大的拉力为66KN，同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力，故细长比的限制应该与压杆相同。即[]200 λ = ≤λ 选用单角钢L110X12，由附录三表1查得： 截面面积A=25.2cm2回转半径i y0 =2.15cm 斜杆计算长度l=3.3m 长细比λ=3300/21.5=153<[λ]=200 验算拉杆强度δ=66000/2520=26.19 N/mm2<0.85[δ]=133 N/mm2 八、边梁设计 由于深孔大孔口，行走支承采用滚轮式。所以这里用双腹式组合边梁。 边梁的截面尺寸按构造要求确定，梁高1300mm，上翼缘直接采用面板，下翼缘用200mmX40mm的扁钢做成。腹板厚度40mm。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，做设计时将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。 1、荷载和内力计算 滚轮采用等荷载布置，在每个主梁上分别布置8个大小相等的主轮。 每个主轮受力为(3024*7)/8=3739KN。具体计算根据结构力学求解器。 最大弯矩M max=646.85m KN? 最大剪力V max=3739KN 最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力，估为2800KN 在最大弯矩作用截面上轴向力为：N=2800-3739X0.1=2426KN 2.边梁强度验算 截面面积A=600*40+200*40*2+1300*40*2=144000mm? Ay`=600*40*20+200*40*2*1360+1300*200*40*2=43040000 y =300mm 1 上半部分对中和轴的面积矩 S?=40*600*(300-20)+40*(300-40)2=9424000mm3 下半部分对中和轴的面积矩 S?=2*200*40*(13000-280+20)+2*(1300-280)2*40/2=58256000mm3 I=35677600000 W=35677600000/300=11892533 截面边缘最大应力验算： σ=2426000/144000+64685000/11892533=55N/mm2<0.8[σ]=126N/mm2 腹板最大剪应力验算： τ=(2426000*47826560)/(35677600000*40)=68.7N/mm2<0.8[τ]=76N/mm2均满足强度要求 九、行走支承设计 采用滑动式滚轮支承，轴孔采用滑动轴承，轮径D=1600mm,宽度b=400mm,轮轴直径d1=0.3*1600=480mm,轴套工作长度b1=300mm，；轮子材料用ZG35GrlMo. 滚轮验算： σ=0.418 =0.418 (3739*186000000)/(400*800)<3*345 δ=3739000/(480*300)=25.97N/mm2<[δ]=50N/mm2 胶木轴套内径d1=480+0.5x2=481mm 胶木轴套外径d2=480+25=505mm 则δ=3739000/(480*70*2)=55.63N/mm2 以上计算均满足强度要求。 十、止水布置方式 侧向止水采用P型橡皮，顶止水采用P型橡皮，底止水采用条形橡皮. 布置方式如图 十一、闸门启闭力 闸门自重G=1603KN 滑动摩擦阻力 T =857.4*7*10.4*(11*0.1+0.1)/40=1873kN 止水摩阻力 T =0.7*857.4*7*0.1*3=1260kN 上托力P t=0KN 闭门力T=1.2(T +T )-nG+P =1.2*(1873+1260)-1603+0=2157kN 起门力计算 下吸力 P =20*1*10.4=208kN W X=0 KN G j=2157-1603=554(KN) 则启门力为： T`=1.2(1873+1260)+1603+208+554=6124 十二、埋固构件 门槽的埋固构件主要有：行走支承的轨道、与止水橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土免遭破坏所设置的加固角钢等。 侧止水座底止水座 十三.轨道设计 滚轮荷载R=3500KN,轨道材料为35Mn2,轨道截面尺寸如图所示： （1）轨道底板混凝土承压应力： σ=3739000/（3*400*400）=7.78N/mm2 二期混凝土为C25,其[]σ=9（N/mm2） (2)轨道横断面弯曲应力： I=7*40*14.92+7*30*18.12+10*260*1.62+263*10/12=152263 cm ? W=152263/21=7049.2cm 3 σ=3*3739*40*10/(8*7049.2)=79.5N/mm 2<[σ]=130N/mm 2 故满足要求。 十四、闸门的启闭机械 由于启闭力T=6124kN 3000KN ，故采用液压式启闭机。查资料如下 QPKY 系列——平面快速闸门液压启闭机 QPKY 系列液压启闭机共14种规格，适用于水利水电工程水轮发电机机组进口、调压井下游快速事故闸门的启闭，也可用于一般平面事故闸门启闭，本系列液压缸按闸门利用水柱压力或部分加重可关闭孔口而无需投运油泵电机组的条件进行设计。 型号表示方法 Q P K Y □/□—□—□ 液压缸支承型式Ⅰ或Ⅱ 行程（m ） 启门力（KN ） 持住力（KN ） 液压传动 快速关闭 平面闸门 启闭机 表 QPKY 系列快速闸门液压启闭机基本参数 序号 参数 型号 持住力 F g （KN ） 启门力 F q （KN ） 最大行程 L man （m ） 缸内径 D （mm ） 活塞杆直径 d (mm ） 缸内计算压力 F g / F q （MPa ） 速度 Vg/Vq （m/min ） 1 QPKY-60/60-8* 60 60 8.0 100 50 9.99/9.99 Vg= 3.0～8.5 Vq= 0.25～1.0 2 QPKY-80/80-8* 80 80 8.0 110 60 10.39/10.39 3 QPKY-100/100-8* 100 100 8.0 125 63 10.7/10.7 4 QPKY-125/125-8* 12 5 125 8.0 140 70 10.6/10. 6 5 QPKY-160/160-8* 160 160 8.0 160 70 9.7/9. 7 6 QPKY-200/200-8* 200 200 8.0 180 90 10.29/10.29 7 QPKY-250/250-8* 250 250 8.0 200 100 10.4/10.4 8 QPKY-320/320-11.5* 320 320 11.5 220 100 10.33/10.33 9 QPKY-400/400-11.5* 400 400 11.5 250 110 10.0/10.0 10 QPKY-500/250-11.5* 500 250 11.5 300 120 10.39/5.28 11 QPKY-630/320-11.5* 630 320 11.5 300 120 10.39/5.28 12 QPKY-800/400-11.5* 800 400 11.5 320 140 12.1/6.05 13 QPKY-1000/500-11.5* 1000 500 11.5 320 140 15.09/7.55 14 QPKY-1250/630-11.5* 1250 630 11.5 340 150 16.76/8.4 15 QPKY-1600/800-11.5* 1600 800 11.5 360 150 18.65/9.33 16 QPKY-2000/1000-11.5* 2000 100 11.5 400 150 18.16/9.1 17 QPKY-2500/1250-11.5* 2500 1250 11.5* 450* 180 18.4/9.2* 18 QPKY-3200/1600-12 3200 1600 12.0 450 220 26.5/13.25 19 QPKY-4000/2000-14.5 4000 2000 14.5 500 250 27.1/13.6 20 QPKY-4500/2500-15.0 4500 2500 15.0 560 280 24.4/13.5 21 QPKY-5000/2500-16.0 5000 2500 16.0 600 300 23.6/11.8 22 QPKY-6300/3150-16.0 6300 3150 16.0 630 300 26.2/13.1 23 QPKY-8000/4000-17.0 8000 4000 17.0 710 350 26.7/13.35 24 QPKY-10000/5000-17.0 10000 5000 17.0 800 350 24.6/12.3 注：*为修改后的数据 根据该闸门的启闭力T=4600KN，选用型号QPKY-8000/4000-17.0两台 QPKY系列快速闸门液压启闭机机座 液压缸结构图 中南大学 《钢结构基本原理》 课程设计 设计名称：钢框架主次梁设计 专业班级：土木1112班 姓名：周世超 学号： 指导老师：龚永智 设计任务书 （一）、设计题目 某钢平台结构（布置及）设计。 （二）、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. 钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001） 2、参考书籍 （1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构[M]. 中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院?中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）[M]. 机械工业出版社，2006 （三）、设计内容 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图一所示，结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚的单向实心钢筋混凝土板。荷载的传力途径为：楼面板—次梁—主梁—柱—基础，设计中仅考虑竖向荷载与动荷载的作用。框架按照连续梁计算，次梁按照简支梁计算。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600X300X12X18，楼层层高取3.9米 采用的钢材为Q345，焊条为E50 柱网尺寸9 ×9，永久荷载5，活荷载10 活荷载分项系数为1.4 恒荷载分项系数为1.2 （四）、设计内容要求 1)验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整 2)设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。 3)设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 4)设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短 贵州大学高等教育自学考试实践考试 钢结构课程设计 课程代码：02443 题目：单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 年级：2 0 1 3 级 专业：建筑工程 层次：本科 姓名：张伟 准考证号：21001181132 衔接院校：贵州大学 指导老师：张筱芸 完成日期： 2015. 4. 24 附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，柱距6m，车间内设有两台40/10T中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m，柱顶标高27m，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2， 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。 一、设计资料 温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m。建筑平面图如图1所示。 1.结构形式: 钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10； L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m； 厂房内桥式吊车为1台30t（中级工作制）。 2. 屋架形式及材料: 屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。 3. 荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.5 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.5 KN/m2 保温层0.55 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式0.120.011 q L =+计算： 0.318 KN/m2 悬挂管道： 0.15 KN/m2 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值：2 7.0m kN / 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.2 KN/m2 厂房平面图 .51507.5 9 内力系数图 二、屋盖支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间增设横向水 平支撑。 2、下弦横向水平支撑 屋架跨度为18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑， 一由设计任务书可知： 厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20. 二选材： 根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。 三结构形式与布置： 屋架形式及几何尺寸见图1所示： 图1 屋架支撑布置见图2所示： 图2 四荷载与内力计算： 1．荷载计算： 活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡ 总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值： 雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。 总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2．荷载组合： 设计屋架时应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载 钢结构课程设计 班级： 姓名： 学号：2 指导老师： 2012年12月30日 梯形钢屋架课程设计 一、设计资料 （1） 题号72，屋面坡度1：10，跨度30m ，长度102m ，，地点：哈尔滨，基本 风压：0.45kN/m 2,基本雪压：0.45 kN/m 2。该车间内设有两台200/50kN 中级工作制吊车，轨顶标高为8.000m 。 （2） 采用1.5m ×6m 预应力混凝土大型屋面板，80mm 厚泡沫混凝土保护层， 卷材屋面，屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kPa ，血荷载标准值为 0.1 kN/m 2，积灰荷载标准值为0.6 kN/m 2。屋架绞支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm ×400mm 。 （3） 混凝土采用C20，，钢筋采用Q235B 级，焊条采用 E43型。 （4） 屋架计算跨度：l 0=30m-2×0.15m=29.7m （5） 跨中及端部高度：采用无檩无盖方案。平坡梯形屋架，取屋架在30m 轴 线处的端部高度m h 210.20=',屋架的中间高度h=3.710（为lo/8）。屋架跨 中起拱按500/0l 考虑，取60mm 。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如下图： 梯形钢屋架支撑布置如下图： 1、荷载计算 屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值进行计算，故取屋面活荷载0.7 kN/m 2进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式2(0.120.011)/k g l kN m =+计算，跨度单位为米（m ）。荷载计算表如下： 荷载名称 标准值（kN/m 2） 设计值（kN/m 2） 预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.4×1.35=1.89 三毡四油防水层 0.4 0.4×1.35=0.54 找平层(厚20mm) 0.2×20=0.4 0.4×1.35=0.54 80厚泡沫混凝土保护层 0.08×6=0.48 0.48×1.35=0.648 屋架和支撑自重 0.12+0.011×030=0.45 0.45×1.35=0.608 管道荷载 0.1 0.1×1.35=0.135 永久荷载总和 3.23 4.361 屋面活荷载 0.7 0.7×1.4=0.98 积灰荷载 0.6 0.6×1.4=0.84 可变荷载总和 1.3 1.82 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合 （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载： kN F 629.5565.1)82.1361.4(=??+= （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载： kN F 249.3965.1361.41=??= 半跨节点可变荷载： kN F 38.1665.182.12=??= （3）全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 全跨节点屋架自重： kN F 47.565.1608.03=??= 半跨接点屋面板自重及活荷载： kN F 83.2565.1)98.089.1(4=??+= （1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。 4、内力计算 屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如下: 目录 一．设计说明 1.本设计为某车间工作平台 2.结构平面布置图如下，间距4m，5跨，共20m，跨度3m，4跨，共12m 3.梁上铺100mm厚的钢筋混凝土预制板和30mm素混凝土面层。 永久荷载为：5KN/mm2，可变荷载为：10KN/m2 荷载分项系数：永久荷载，可变荷载 二．计算书正文 第一节平台铺板设计 依题意并综合分析比较，平台钢结构平面布置如上图，主梁计算跨度为 6m，次梁计算跨度为3m，次梁与主梁采用平接方式连接。 铺板自重为：*20+*24=m2 铺板承受的荷载标准值为：q k=+10=m2 铺板承受荷载设计值：q=*+10*=m2 第二节平台次梁计算 跨中截面选择 查《荷载规范》钢筋混凝土自重按25KN/mm3，素混凝土按24KN/mm3，则 因此取：r q=，r G=; 次梁承受恒荷载包括铺板自重标准值为（暂不考虑次梁自重）：1p=*=m 活荷载标准值：p2=10*=12KN/m 次梁跨中最大弯矩设计值：M ax M=ql2/8=*5*5/8=·m 需要的净截面模量为：W=f r x max M =（*215）=225cm3 初步拟定次梁采用工字型I20a ，A=，X W =237cm2，2370x =I cm 4， cm 2.17x x =S I ，自重m 次梁的抗弯强度验算 考虑次梁自重后，跨中截面最大弯矩设计值：M ax M =8 1*[+*10]*5*5=·m nx w x r W M =4 310*237*05.110*51.69-=mm2<215N/mm2（满足） 抗剪强度验算 次梁最大剪力设计值为：5*]2.1*10*0279.0264.16[*2 12ql max +==V = w x max t I S V =τ=13.2410*17210*41.53 =N/mm2 . . XX 工程学院 建筑钢结构 课程设计 班级： 学号： ： 目录 前言 (2) 某车间刚屋架设计 1.设计资料 (3) 2.荷载计算 (5) 3.荷载组合 (5) 4.内力计算 (6) 5.杆件设计 (7) 6.节点设计 (11) 参考文献 (19) 前言 本书意在完成钢结构设计课的作业，以及对自己两学期来钢结构设计课所学知识的一次检验。本书主要对一个单层厂房的屋盖进行设计验算，。编撰过程由于疏忽或个人知识面的局限性，难免会产生一些失误以及错误，望各位老师批评改正。 某车间钢屋架设计 1. 设计资料 １.１屋面类型 无檩屋面，屋面采用1.5X6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板。 １.２杆件及连接 杆件采用Q235钢，钢材强度设计值f =215N/mm 2。角焊缝强度设计值 为 2/160mm kN f w f １.３屋架主要尺寸 Ⅰ.跨度30ｍ Ⅱ.屋架上弦坡度１/１０ Ⅲ.架端架高度1990ｍｍ Ⅳ.屋架跨中高度3340ｍｍ １.４其他设计资料 Ⅰ.厂房长度２４０ｍ Ⅱ.屋架支撑于钢筋混凝土柱顶 Ⅲ.柱距６ｍ Ⅳ.柱网布置如图 Ⅴ.架几何尺寸 Ⅵ.屋架支撑布置 2.荷载计算 预应力混凝土大型屋面板 1.0?1.4 kN/m2=1.4 kN/m2 屋架自重0.12+0.011?30=0.45 KN/m2 永久荷载 2.2 KN/m2 共 4.05 kN/m2屋面活载 1.0 kN/m2 3. 荷载组合 由永久荷载控制的荷载组合值为 q=1.35×4.05＋1.4×0.7×1.0=6.45KN／㎡ 由可变荷载控制的荷载组合值为 q=1.2×4.05+1.4×1.0=6.26KN／㎡ 故永久荷载控制的组合起控制作用。 Ⅰ.全垮永久荷载加全垮可变荷载 F=6.45×1.5×6=58.05KN Ⅱ.全垮永久荷载加半跨可变荷载 钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室 钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，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＝1／10，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相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，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 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，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置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）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，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （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、解析法、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的内力，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的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。 参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。 图1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图2所示。 符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡ 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡ 积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制） 可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦节点荷载 P=4.0644×1.5×6=36.59 kN 1 P=1.75×1.5×6=15.75 kN 2 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载 P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN 屋架上弦节点荷载 3 P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN 4 3.内力计算 本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。 钢结构课程设计 学生姓名： 学号： 所在学院：机电工程学院 专业班级： 指导教师： 2013年7月 《钢结构设计》课程设计任务书 1. 课程设计题目普通钢屋架设计 2. 课程设计的目的和要求 课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 3. 课程设计内容和基本参数（各人所取参数应有不同） （1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m, 屋面坡度1／10 （2）屋面荷载标准值（kN/m2） （3）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 （4）材料钢材Q235B.F，焊条E43型。 屋面材料采用1.5m×6.0m太空轻质大型屋面板。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） （1）曹平周，钢结构，科学文献出版社。 （2）陈绍蕃，钢结构（下）房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。 5. 课程设计任务 完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。 5.1设计说明书（或报告） （1）课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。 （2）课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） （1）施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。 （2）图面布置要求合理，线条清楚，表达正确。 5.3图样、字数要求 （1）课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容。 （2）课程设计计算说明书可以采用手写。 （3）施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制。 6. 工作进度计划（19周～20周） XX 工学院 课程实训 课程名称：钢结构设计原理专业层次：土木工程（卓越） 1、设计资料 1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。 考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2 ②二毡三油防水层400N/m2 ③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2 ④支撑重量70N/m2 考虑活载：活载700N/m2 6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。 2、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10； 屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ； 端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示： 1拱50 图1：24米跨屋架几何尺寸 三、支撑布置 由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。 上弦平面支撑布置 屋架和下弦平面支撑布置 垂直支撑布置 4、设计屋架荷载 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ P=0.12+0.011 跨度）计 w 算，跨度单位为m。 标准永久荷载： 二毡三油防水层 土建专业 钢结构 课程设计 钢结构课程设计 一、课程设计的性质和任务 《钢结构》是土木工程专业的重要专业课，为了加强学生对基本理论的理解和《钢结构》设计规范条文的应用，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，必须在讲完有关课程内容后，安排2周的课程设计，以提高学生的综合运用能力。课程设计又是知识深化、拓宽的重要过程，也是对学生综合素质与工程实践能力的全面锻炼，是实现本科培养目标的重要阶段。通过课程设计，着重培养学生综合分析和解决问题的能力以及严谨、扎实的工作作风。为学生将来走上工作岗位，顺利完成设计任务奠定基础。 课程设计的任务是，通过进一步的设计训练，使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法，具备一般钢结构设计的基本技能；能够根据不同情况，合理地选择结构、构造方案，熟练地进行结构设计计算，并学会利用各种设计资料。 二、课程设计基本要求 课程设计是综合性很强的专业训练过程，对学生综合素质的提高起着重要的作用。基本要求如下： 1、时间要求。一般不少于2周； 2、任务要求。在教师指导下，独立完成一项给定的设计任务，编写出符合要求的设计说明（计算）书，并绘制必要的施工图。 3、知识和能力要求。在课程设计工作中，能综合应用各学科的理论知识与技能，去分 析和解决工程实际问题，使理论深化，知识拓宽，专业技能得到进一步延伸。通过毕业设计，使学生学会依据设计任务进行资料收集、和整理，能正确运用工具书，掌握钢结构设计程序、方法和技术规范，提高工程设计计算、理论分析、技术文件编写的能力，提高计算机的应用能力。 三、课程设计的内容 《钢结构》课程设计的选题要符合教学基本要求，设计内容要有足够的深度，使学生达到本专业基本能力的训练。对学习好、能力强的学生，可适当加深加宽。 题目：钢屋架设计 采用平面钢屋架作为设计题目。设计内容包括：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。 完成的设计成果包括：结构设计计算书一份，施工图1~3张（2号）。 普通钢屋架设计 案例及设计指导 参考题目： 一、题目：普通梯形钢屋架设计 （一）设计资料 郑州某工业厂房，长度102m，屋架间距6m，车间内设有两台20/5t中级工作工作制桥式吊车，屋面采用×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。水混珍珠岩制品保温层10cm，20mm 厚水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土C30，屋架跨度和屋面积灰荷载按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度（1）24m （2）27m 2、屋面积灰荷载标准值（1）m2（2）m2 1 设计资料 梯形屋架，建筑跨度为18m，端部高度为1.99m，跨中高度为2.89m，屋架坡度i=1/10,屋架间距为6m，屋架两端支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土采用 C。屋架上、下弦布置有水平支撑和竖向支撑（如 20 图1-1所示）。 屋面采用 1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，120mm厚珍珠岩（3 r ）的保温层，三毡四油铺绿豆沙防水层，20mm厚水泥砂浆找平kg 350m / 层，屋面雪荷载为2 kN，钢材采用3号钢。 .0m 30 / 2 荷载计算 2.1 永久荷载 预应力钢筋混凝土大型屋面板： 2/68.14.12.1m kN =? 三毡四油防水层及及找平层（20mm ）： 2/912.076.02.1m kN =? 120mm 厚泡沫混凝土保温层： 2/504.042.02.1m kN =? 屋架自重和支撑自重按经验公式（跨度l=18m ） 2/32181.12.11.12.1m kg l P w ≈?+=+= 2/384.032.02.1m kN =? 2.2 可变荷载 屋面雪荷载： 2/77.055.04.1m kN =? 2.3 荷载组合 永久荷载可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为： []kN F 25.3865.177.0)384.0504.0912.068.1(=??++++= 3 内力计算 桁架杆件的内力，在单位力作用下用图解法（图2-1）求得表3-1。 表3-1 4 截面选择 4.1 上弦杆截面选择 上弦杆采用相同截面，以最大轴力G-⑨杆来选择：kN N 266.348max -= 在屋架平面内的计算长度cm l ox 8.150=，屋架平面外的计算长度cm l oy 5.301=。 选用两个不等肢角钢6801002??L ，长肢水平。 截面几何特性（长肢水平双角钢组成T 形截面，节点板根据腹杆最大内力选用板厚8mm ）： 2274.21cm A = cm i cm i y x 61.4,40.2== 1508.6240 .28 .150<=== x ox x i l λ 7922.0=x ? 1504.6561 .48 .150<== = y oy y i l λ 778.0=y ? 截面验算： 22min /215/4.2104 .2127778.0348266 mm N f mm N A N =<=?= ? 大型屋面板与上弦焊牢，起纵横向水平支撑作用，上弦杆其他节间的长细比和稳定验算均未超过上述值。 4.2 下弦杆截面选择 下弦杆也采用相同截面，以最大轴力⑧-O 杆来选择：kN N 578.354max += 在屋架平面内的计算长度：cm l ox 300=，屋架平面外的计算长度：cm l oy 300=。 所需截面面积为：24.1649215 354578 mm f N A n == 选择两个不等肢角钢656902??∠，长肢水平。 截面几何特点：22494.16114.17cm cm A >= 课程设计 课程名称：钢结构设计 设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计学院：土木工程学院 专业：土木工程 年级：大学三年级 姓名：郭锐 学号：19 指导教师：王鹏 日期：2016年12月 课程设计任务书 土木工程学院学院土木工程专业 3 年级姓名：郭锐学号：13325 课程设计题目：昆明地区某工厂金工车间钢屋架设计 课程设计主要内容： （一）设计资料 昆明地区某工厂金工车间，长度90m，柱距6m，车间内设有两台30/5t中级工作制桥式吊车，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度1/10~1/12。屋架两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400m m，混凝土C20，屋面活荷载0.50 kN/m2，屋面积灰荷载0.75 kN/m2，屋架跨度、屋架计算跨度、屋面做法和屋架端高按指定的数据进行计算。 1、屋架跨度（1）21m（2）24m 2、屋面计算跨度（1）L0＝L （2）L0＝L-300mm 3、屋面做法（1）有保温层（2）无保温层 4、屋架端高（1）h0=1.8m （2）h0=1.9m （3）h0=2.0m h=2.1m （4）0 （二）设计要求 1、由结构重要性，荷载特征（静荷），连接方法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。 2、合理布置支撑体系，主要考虑 （1）上弦横向水平支撑 （2）下弦横向水平支撑 （3）垂直支撑 （4）系杆（刚性或柔性） 并在计算书上画出屋盖支撑布置图，并对各榀屋架进行编号 3、荷载及内力计算 （1）屋面恒载计算。 （2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑。 （3）屋面积灰荷载属于可变荷载。 （4）利用结构的对称性，仅计算屋架左半跨杆件内力。 （5）计算屋架杆力时，应考虑三种荷载组合。 （6）将屋面分布荷载转化为屋架节点荷载，利用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。 （7）确定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力） 4、杆件截面选择 （1）屋架杆件常采用双角钢组合组成的T形截面或十字形截面，要根据λx=λy的等稳条件选择合理的截面形式。 （2）正确确定杆件的长细比，由轴心受力杆件确定杆件截面及填板数量。 （3）设计小组内每位同学所计算的上弦杆，下弦杆，斜杆截面选择过程要在计算书内详细说明，其余杆件截面选择可按同组内其他同学计算成果统一列表取用。 （4）杆件截面规格不宜过多，与垂直支撑相连的竖杆截面则不宜小于2L63×5。 5、节点设计 （1）熟知节点设计的基本要求及一般步骤。 （2）要在计算书内写出一般上下弦节点，下弦跨中节点，下弦支座节点及屋脊节点设计过程。 6、屋架施工图 （1）用铅笔绘制1#施工图 （2）施工图应包括 ①屋架简图（比例1∶100），左半跨标明杆件长度，右半跨注明杆件最不利内力，以及起拱度。 ②屋架正面图，上、下弦平面图（轴线比例1：20，杆件、节点比例1：10）。 ③侧面图，剖面图及零件详图。 ④注明全部零件的编号，规格及尺寸（包括加工尺寸和定位尺寸）孔洞位置，孔洞及螺 栓直径，焊缝尺寸以及对工厂加工和工地施工的要求。 ⑤材料表（一榀屋架的材料用量）。 ⑥说明（钢号、焊条型号、起拱要求、图中未注明的焊缝尺寸和油漆要求等）。 指导教师（签字）： 1.设计资料： ................................................................ 错误！未定义书签。 2.结构形式与布置 ............................................................ 错误！未定义书签。 3.荷载计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 4.内力计算 .................................................................. 错误！未定义书签。 附件：设计资料 1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》 2、设计任务及参数： 第五组： 某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表，7位同学依次按序号进行选取。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 3、设计任务分解 学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。 表-3 4、设计成果要求 在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。 1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。 2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。 3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。 A 、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。 B 、计算过程中，必须配以相应的计算简图。 C 、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。 4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。 单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计 1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m ，跨度24m ，柱距6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.4KN/m 2 ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m 3 ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m 2 ），找平层2cm 厚（0.3KN/m 2 ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢材选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m 2 ，积灰荷载标准值0.6KN/m 2 ，雪荷载及风荷载见下表。 活载KN/m 2 1 2 3 4 5 6 7 基本雪压 0.30 0.75 0.10 0.20 0.45 0.50 0.35 基本风压 0.35 0.60 0.25 0.55 0.30 0.50 0.45 （2）屋架计算跨度 )(7.233.0240 m l =-= （3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度 mm h 19000=中部高度 建筑钢结构课程设计 专业班级 学号 姓名 指导老师 完成时间 1 设计基本资料 1.1设计题目：**集团轻钢结构设计 1.2建设地点：武汉市 1.3工程概况 **集团轻钢结构房屋工程的具体要求如下： 1）长度为122.4m ，跨度24m ，柱网为5.1m ，檐口高度为8m ，屋面坡度为1/12，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。 2）荷载：静荷载当有吊顶时为0.45 kN/m 2；活荷载为0.3 kN/m 2（计算刚架时）、0.5 kN/m 2（计算檩条时）；基本风压0.35 kN/m 2，地面粗糙度为B 类；雪荷载为0.5 kN/m 2；地震设防烈度为6度。 1.4设计原始资料 1）材料规格 钢材：门式刚架采用Q345-B 钢，楼面梁、屋面檩条、墙架、檩条采用Q235-B 螺栓：采用扭剪型高强度螺栓10.9级,普通螺栓采用六角头螺栓（C 级）； 焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO 2气保护焊； 基础混凝土C20，垫层混凝土 C10； 钢筋：直径12mm ?≥为Ⅱ级钢筋，直径10mm ?≤为Ⅰ级钢筋。 2）地震设防烈度6度； 1.5建设规模以及标准 建筑规模：建筑面积约212024m ?，为单层钢结构建筑。 1.6设计依据 建筑结构荷载规范（GB50009—2001） 钢结构设计规范（GB50017—2003） 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102: 2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018—2002） 建筑制图标准（GBJ104—87） 2 建筑设计 2.1建筑设计指导思想 1）设计满足生产工艺的要求，这是对设计的基本要求。 2）应创造良好的操作环境，有利于保证工人健康和提高劳动生产率。 3）应满足有关技术要求： (1) 厂房应具有必要的坚固耐久性能，使在外力、温湿度变化、化学侵蚀等各种不利因素作用下可以确保安全； (2) 厂房建筑应具有一定的灵活应变能力，在满足当前使用的基础上，适当考虑到以后设备更新和工艺改革的需要，使远近期结合，提高通用性，并为以后的厂房改造和扩建提供条件； (3) 设计厂房时应遵守国家颁布的有关技术规范与规程。 4）设计要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合效益，三者间不可偏废。 5）工业建筑在适用、安全、经济的前提下，把建筑美与环境美列为设计的重要内容，美化室内外环境，创造良好的工作条件。 2.2建筑布置 考虑工艺、结构和经济三方面要求，按照设计规范，厂房可不设置伸缩缝。 2.3构造简要说明 1）屋面及墙面构造 屋面板和墙面板采用75mm厚岩棉夹芯彩板，在其纵横向搭接处均应设置连续密封胶条。屋面的坡度为1：12的双坡屋面，采用内天沟有组织排水。 2）地面构造 厂房的地面用素土夯实后铺80厚C10混凝土，然后用20厚1：2水泥砂浆抹面。室内地坪标高为0.000，室外地坪为-0.3m，进厂房门的室内外做成斜坡。 3）刚架防锈处理 用各色硼钡酚醛防锈漆F53-9打底，在选用各色醇酸磁漆C04-42作面漆。 3 结构设计计算书钢结构课程设计
完整钢结构课程设计精
钢结构课程设计计算纸
钢结构课程设计计算书
西南科技大学钢结构课程设计 真正完整版跨度30米长102
钢结构课程设计车间工作平台
钢结构课程设计
钢结构课程设计指导书(详细版)
钢结构课程设计参考示例
钢结构课程设计普通钢屋架设计(18m梯形屋架)
钢结构设计原理的课程设计报告
钢结构课程设计
18米跨度钢结构课程设计
钢结构课程设计
完整钢结构课程设计
建筑钢结构课程设计