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土建专业钢结构课程设计钢构造课程设计一、课程设计性质和任务《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2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。课程设计任务是，通过进一步设计训练，使学生熟悉钢构造基本构件设计和构造设计基本原理和办法，具备普通钢构造设计基本技能；可以依照不同状况，合理地选取构造、构造方案，纯熟地进行构造设计计算，并学会运用各种设计资料。二、课程设计基本规定课程设计是综合性很强专业训练过程，对学生综合素质提高起着重要作用。基本规定如下：1、时间规定。普通不少于2周；2、任务规定。在教师指引下，独立完毕一项给定设计任务，编写出符合规定设计阐明（计算）书，并绘制必要施工图。3、知识和能力规定。在课程设计工作中，能综合应用各学科理论知识与技能，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，使学生学会根据设计任务进行资料收集、和整顿，能对的运用工具书，掌握钢构造设计程序、办法和技术规范，提高工程设计计算、理论分析、技术文献编写能力，提高计算机应用能力。三、课程设计内容《钢构造》课程设计选题要符合教学基本规定，设计内容要有足够深度，使学生达到本专业基本能力训练。对学习好、能力强学生，可恰当加深加宽。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。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）。普通钢屋架设计案例及设计指引参照题目：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1.5×6m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数据进行计算。1、屋架跨度（1）24m（2）27mxy2、屋面积灰荷载原则值（1）0.3kN/m2（2）1.0kN/m23、屋面活荷载原则值0.5kN/m24、屋面雪荷载原则值0.4kN/m2已知各类屋架几何尺寸及半跨单位荷载作用下内力图，按下列规定进行屋架设计，并绘制屋架施工图。（二）设计规定1、由构造重要性，荷载特性（静荷），连接办法（焊接）及工作温度选用钢材及焊条。2、合理布置支撑体系，重要考虑（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）屋面恒载计算可参照教科书P285表7.6，其中水泥珍珠岩预制块自重为4kN/m2。（2）屋面活荷载与屋面雪荷载不同步考虑。（3）屋面积灰荷载按指定值计算，积灰荷载属于可变荷载。（4）运用构造对称性，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，运用左半跨单位节点荷载内力图计算杆力。（7）拟定各杆最不利内力（最大拉力或最大压力）4、杆件截面选取（1）屋架杆件常采用双角钢组合构成T形截面或十字形截面，要依照λ=λ等稳条件选取合理截面形式。（2）对的拟定杆件长细比，由轴心受力杆拟定杆件截面及垫板数量。（3）上弦杆，下弦杆，主斜杆截面选取过程要在计算书内详细阐明，别的杆件截面选取可列表进行（参见教科书P291，表7.8）。（4）杆件截面规格不适当过多，与垂直支撑相连竖杆截面则不适当不大于2L63×5。5、节点设计（1）熟知节点设计基本规定及普通环节。（2）节点设计与施工图绘制往往是同步进行。（3）要在计算书内写出普通上下弦节点，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）施工图应涉及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，以及超拱度。②屋架正面图，上、下弦平面图（有二个比例）。③侧面图，剖面图及零件详图。④注明所有零件编号，规格及尺寸（涉及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规定。⑤材料表。⑥阐明。（三）准时完毕设计任务，设计成果涉及计算书和施工图二某些。二、题目：普通轻型钢屋架设计（一）设计资料某厂房跨度为21m或24m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，20mm厚水泥砂浆找平，上铺泡沫混凝土保温层，三毡四油（上铺绿豆砂）防水层，一毡二油隔气层；屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度级别为C30，屋面坡度为i1:10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。其中保温层荷载、积灰荷载、屋架跨度和钢材种类可以有各种不同组合。（二）计算书编写1、拟定屋架型式与尺寸；选取钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目规定；2、进行屋盖支撑布置，按比例绘出屋架构造及支撑布置图；3、进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选取各杆件截面；4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。规定计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表达要清晰，计算环节明确，计算公式和数据来源应有根据，并应附有与设计关于插图和阐明。（三）施工图绘制绘制钢屋架施工图，其中涉及屋架简图、屋架构造图、上下弦平面图、必要剖面图和零件大样图、材料表和设计阐明等。规定图面清晰整洁，线条粗细分明，尺寸及标注齐全，符号及比例对的，构造合理，能表达设计意图，符合国家制图原则并与计算书一致。参照实例：钢构造课程设计例题－、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。屋面活荷载原则值为0.6kN/㎡，雪荷载原则值为0.75kN/㎡，积灰荷载原则值为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，所用混凝土强度级别为C20。依照该地区温度及荷载性质，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，构件与支撑连接用M20普通螺栓。屋架计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=mm（轴线处），h=mm（计算跨度处）。二、构造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。符号阐明：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步浮现，故取两者较大活荷载计算。永久荷载原则值放水层（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0.10kN/㎡总计3.387kN/㎡可变荷载原则值雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡总计1.25kN/㎡永久荷载设计值1.2×3.387=4.0644kN/㎡（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，应考虑如下三种组合：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=52.3296kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架上弦节点荷载P1=4.0644×1.5×6=36.59kNP=1.75×1.5×6=15.75kN2组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载P=0.417×1.2×1.5×6=4.5kN33.内力计算P=(1.4×1.2+0.75×1.4)×1.5×6=24.57kN4本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件内力系数，见表1。由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算重要起控制作用；组合三，也许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。屋架杆件内力组合表表1杆件名称全跨⑴左半跨⑵右半跨⑶P×⑴P1×⑴＋P2×⑵P1×⑴＋P2×⑶P3×⑴＋P4×⑵P3×⑴＋P4×⑶计算内力(KN)AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BCD-11.11-8.01-3.74-616.38-557.79-477.09-246.80-141.89-616.38DE-17.89-12.26-6.79-992.54-886.13-782.75-381.73-247.34-992.54EFG-18.47-12.84-6.79-1024.72-918.31-803.96-398.59-249.95-1024.72GHIJ-20.14-12.19-9.44-1117.37-967.11-915.14-390.14-322.57-1117.37a-b5.934.371.89329.00299.51252.64134.0673.12329.00b-c14.9410.525.33828.87745.33647.24325.71198.19828.87c-d21.0813.489.161169.521025.88944.23426.06319.921169.52d-e18.259.809.801012.51852.81852.81322.91322.911012.51Aa-0.50-0.500.00-27.74-27.74-18.29-14.54-2.25-27.74Ba-11.16-8.22-3.54-619.16-563.59-475.14-252.19-137.20-619.16Bb8.966.293.21497.10446.64388.43194.87119.19497.10Cb-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48Db-7.44-4.88-3.08-412.77-364.39-330.37-153.38-109.16-412.77Dc5.483.212.73304.03261.13252.06103.5391.74304.03Ec-1.50-1.500.00-83.22-83.22-54.87-43.61-6.75-83.22E10.730.730.0040.5040.5026.7021.223.2940.50c1-4.56-1.78-3.35-252.99-200.45-230.12-64.25-102.83-252.99F1-1.00-1.000.00-55.48-55.48-36.58-29.07-4.50-55.48G1-3.76-0.98-3.35-208.60-156.06-200.86-41.00-99.23-208.60Gd-2.26-2.930.51-125.38-138.05-73.03-82.162.362.36-138.05Hd0.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.00