本科生课程设计。
题目。学院。
专业。学号。
姓名。指导教师。
年月日。简直人字形屋架设计。
一、设计题目。
设计普通人字形钢屋架，熟练掌握普通人字开钢屋架的设计步骤和施工图的绘制方法。
二、设计内容。
1、屋盖结构体系；
2、檩条和屋盖支撑的布置；
3、屋架的形式和主要尺寸；
4、钢材及焊条的选用；
5、荷载、内力计算和内力组合；
6、杆件截面选择；
7、节点设计；
8、钢屋盖施工图的绘制。
三、设计资料。
1、长尺压型钢板屋面，h型钢或焊接工字钢檀条（间距3-6m）；
2、屋架间距（柱距）为6m；
3、屋面离地面高度约为15m。
4、荷载。1）压型钢板：0.11-0.15kn/㎡；
2）檩条：0.11kn/㎡；
3）屋架及支撑自重：gk=(0.12+0.11l)kn/㎡，l为屋架的标志跨度（m）；
4）风荷载为0.50kn/㎡和雪荷载为0.55kn/㎡，屋面活荷载标准值为0.5kn/㎡。
5、材料。1）钢材采用q235-b，焊条采用e43型；
2）屋架支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土强度等级为c25。
四、设计要求。
1、计算书。
1）支撑布置体系及檩条设计(有檩屋盖)；
2）屋架设计详细步骤。
计算书完整包括：设计资料、结构形式与布置、荷载计算、内力计算、杆件设计和节点设计。
2、施工图。
1）绘制支撑布置图；
2）绘制钢屋架施工详图。
图纸内容包括以下几项：
1） 屋架简图(一般布置在图面的左上角)；
2） 屋架正立面图(如果对称可只画半榀屋架，但**屋脊节点和下弦**节点必须画完整)；
3） 上、下弦杆俯视图，必要的剖面（如支座节点、端竖杆、**竖杆、托架及垂直支撑连接处）；
4） 屋架支撑详图及零件详图；
5） 材料表；
6） 施工图说明；
7） 标题栏（题目、指导教师、姓名、学号、班级、日期和成绩等）。
绘制要求：采用钢笔或cad绘制，图面布置合理，文字规范，线条清楚并符合制图标准，达到施工图要求。
五、参考资料。
1）《钢结构》（第二版），魏明钟主编，武汉理工大学出版社，2002；
2）《钢结构原理与设计》，王国周，瞿履谦主编，清华大学出版社，1993；
3）《钢结构》卢铁鹰主编，西南师范大学出版社，1993；
4）《钢结构》陈绍蕃主编，中国建筑工业出版社，1994；
5）《钢结构设计规范》（gb50017-2003），中国计划出版社，2003。
六、人字形钢屋架课程设计实例。
1、设计资料。
已知条件是人字形钢屋架跨度30m，地点在沈阳，屋面坡度为1：10，屋架间距为12m，厂房长度为60m，屋架支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土强度等级为c25。车间跨度30m，柱距为12m，屋面采用长尺寸压型钢板，轧制h型钢檩条，水平间距为5m,基本风压为0.
55 kn/㎡,雪荷载为0.5kn/㎡积灰荷载标准值0.4 kn/㎡，屋面活荷载标准值为0.
5kn/㎡，注意屋面活荷载和雪荷载不同时考虑。钢材采用q235-b焊条为e43型。
2、荷载、内力计算及内力组合。
1）永久荷载（水平投影面）
压型钢板自重。
0.15×=0.151kn/㎡
檩条自重：0.1kn/㎡
屋架及支撑自重。
g=0.12+0.011×l=0.45kn/㎡
恒载：0.701 kn/㎡
2)屋面活荷载标准值为0.5 kn/㎡，与雪荷载一样，所以不考虑雪荷载的作用。
3)风荷载高度变化系数为1.25, 屋面迎风面为-0.6，背风面为-0.5,所以负风压的设计（垂直于屋面）为。
迎风面 ω1=-1.4×0.6×1.25×0.55=-0.578kn/㎡
背风面 ω2=-1.4×0.5×1.25×0.55=-0.481kn/㎡
1和ω2垂直于水平面的分力已略超过或接近于荷载分项系数取1.0时的永久荷载，帮受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下将受压，但此压力很小，这里不计算风荷载产生的内力，只将所有拉杆的长细比控制在250以内。
4）考虑屋面积灰荷载为0.4kn/㎡
5)上弦节点集中荷载的设计值由可变荷载效应控制的组合为：
q=(1.2×0.701+1.4×（0.5+0.4）)×5×6=63.036kn
6)内力计算。跨度**每侧各两根腹杆按压杆控制其长细比，不考虑半跨荷载作用情况，只计算全跨满载时的杆件内力。
因杆件较少，以数解法（截面法、节点法）求出各杆件内力，见图1
数解法求解内力系数。
1.求1-1截面的内力系数。
由 0.5×2360×2000×sin84.3=0.5×2939×h
得h=1598
由 ∑m=0 即f2×h2+f3×h=0
得1598×f3+1990×f2=0
由 ∑y=f2×sin 5.7-f3×sin36.9+0.5+3=0
得f2=6×f3+25
求得f2=-2.952 f3=3.676
注意拉为正，压为负。
2.求2-2截面的内力系数。
由 ∑m=0 得3×4850-0.5×4850-f1×1990=0
得f1=6.093
由 ∑y=2.952×sin 5.7+f3y-f1y+0.5-3=0
得f3×cosarcsin2500/3364-6.093×sin 5.7+2.952× sin5.7=2.5
得f3=-4.203
内力系数和荷载组合。
4、杆件截面选择。
腹杆最大内力n=-264.94kn，因本屋架最大内力所在节点无竖腹杆又无加劲肋加强，应将最大压力乘以1.25(等于331.
2kn)，查《单壁式屋架节点板厚度选用表》,选用中间节点板厚度t=10mm。
1）上弦。整个上弦不改变截面，按最大内力计算。nmax=-662.
8kn， =502.5.5cm。
选用tm195×300×10×16，a=68.37㎡， 5.03cm， =7.
26cm， =3.4cm。
其中。由查得 2）下弦。下弦也不改变截面，按最大内力计算。
选用tw125×250×9×14，，。
3）斜腹杆。
杆件a-2： n=231.7n,。
选用2∟75×50×5(长肢相并)，，
填放板放两块，。
杆件b-2: n=-264.9kn,，。
选用2∟90×7，，。
因为：所以：
填板放两块，。
杆件b-3： n=+144.7,，。
选用2∟50×5，，。
填板放两块，。
连接垂直支撑**竖杆采用十字形截面，其斜平面计算长度。
屋架杆件截面。
5、节点设计。
由于上弦杆腹板厚度10mm，下弦杆腹板厚度9mm，故支座节点和中间节点的节点板厚度均取用10mm。
1）下弦节点“2”如图（3）
腹杆与节点的连接焊缝，a-2杆肢背及肢尖的焊脚尺寸取，则所需焊缝长度如下：
肢背 ，取140mm
肢尖 ，取90mm
腹杆b-2杆肢背6-150及肢尖5-100。
验算下弦杆与节点板连接焊缝，内力差，由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，量得实际节点板长度是50.0cm，对接焊缝长度50.0cm（加引弧板施焊），厚度9mm。此对接焊缝承受。
剪力v=384.4kn,弯矩。
剪应力 弯曲应力 （满足要求）
2）上弦节点“b”
此上弦节点连接b-2和b-3两根腹杆，经计算，b-2杆端焊缝为：肢背6-150，肢尖5-100，而b-3杆端焊缝为：肢背6-90，肢尖5-60.
由于上弦腹板较宽，经用大样图核实，此节点可以将腹杆直接焊接在腹板上，而不必另加节点板。
3）屋脊节点“d”（拼接节点）如图（5）
弦杆的拼接采用水平盖板和竖向拼接板连接，水平盖板（宽340mm，厚16mm）和竖向拼接板(宽120mm，厚10mm)与t字钢弦杆的翼缘和腹板等强度连接，计算如下。
翼缘焊缝（采用）
水平盖板长：
腹板焊缝（采用）
竖向拼接板的内侧不能焊接，将其端部切斜以便施焊。竖向拼接板长l=500mm，其端部和外侧纵焊缝已超过需要的焊缝长度。
4）支座节点“a”如图（6）
弦杆与支座节点板的对接焊缝计算，此焊缝承受。
剪应力。满足要求)
正应力 满足要求)
计算底板及加劲肋等。
1）底板计算。
支反力 ，,所需底板面积。
锚栓直径取，锚栓孔直径为，则所需底板面积。
按构造要求采用底板面各，锚栓垫板采用。
孔径。底板实际应力计算如下。
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