1、钢结构（实践） （02443）题目土木工程专业（专业代码：080825）一、目的和要求（一）考核目的课程设计是钢结构课程的实践教学环节，是基本理论在实践中的应用。通过本课程设计的训练，加强学生对结构构造的理解，使学生能够熟练掌握钢结构基本构件的设计计算原理和方法，熟悉钢结构的施工及相关的构造要求，培养学生独立思考问题、解决问题的能力。（二）考核要求学生选做一个题目，按任务书的设计计算内容完成设计，形成一套完整的计算书（手写），并绘制施工图（A3，不少于一张）。二、题目及任务书（一）题目一：工作平台设计1.设计资料一工作平台的布置如图 1 所示，主次梁分别采用 Q235 钢材的组合梁和工字型钢梁
2、，用 E43 型焊条手工焊。次梁上作用的恒载：110mm厚的预制钢筋混凝土板（容重 25kN/m3）与次梁焊接，预制板上铺有50mm 厚的豆石混凝土（容重 24kN/m3），平台上活载的标准值为9kN/m2，恒、活 载的荷 载分项系数分别为 1.2、1.4。主次梁等高连接，主梁以突缘加劲肋的形式支承于钢柱上。平台面标高 6.0m（室内地坪算起），平台下要求净空高度 3.5m。2.设计要求(1)设计 一根中 间次梁（容 许挠跨比为 1/250）(2)设计 中间 主梁截面采用 焊接工形截面梁（容许挠跨比为 1/400）。计 算主梁翼 缘连接 焊缝。设计 并布置主梁腹板加劲肋、支座及次梁处的支承加劲
3、肋。设计 主梁与次梁的连接。假定主梁在跨中断开，分段运往工地，设计工地高强螺栓的拼接。(3)设计钢 柱（按 轴心受 压柱计算）图 1 工作平台构造(尺寸单位： mm)3.设计指导书工作平台设计主要步骤：(1)次梁 设计计 算次梁荷 载计 算作用在次梁上的永久荷载：110mm 厚的预 制钢筋混凝土板（容重25kN/m3）和 50mm 厚的豆石混凝土（容重 24kN/m3）。作用在次梁上的活荷载：活载的标准值为 9kN/m2。荷 载组合（ 单 位 ： m）预 制 钢 筋 混 凝 土 板（ 与 次 梁 焊 接 ）豆 石 混 凝 土 面 层1.2 恒载+1.4 活载。内力 计算次梁按支撑于主梁上的简支
4、梁计算内力。截面 选择根据抗弯强度的要求选定型钢型号。截面 检算包括强度和刚度计算。(2)主梁 设计计 算内力 计算主梁按支承于钢柱上的简支梁计算内力。截面 选择根据抗弯强度的要求初步拟定截面高度 h；根据抗剪要求及经验公式确定腹板厚度 ；wt根据抗弯要求及局部稳定要求确定翼缘宽度 b 和厚度 t。采用在 处变截面，厚度不变，根据 处的抗弯要求设计该处的6l 6l翼缘宽度。截面 检算包括强度、刚度、整体稳定及局部稳定计算。计 算主梁翼 缘连接 焊缝取单位长度的焊缝计算；作用在两条焊缝上的力为水平剪力 ；hT计算两条焊缝上的剪应力不超过角焊缝的强度设计值。腹板加 劲 肋设计根据规范要求及梁的截面
5、尺寸判断应设置何种加劲肋；按规范规定的间距要求假定加劲肋间距；根据规范上局部稳定的验算公式验算腹板的局部稳定性。主梁与次梁连接的 设计本设计采用等高连接；计算焊缝时把梁的支反力加大 20%30%，按围焊缝受剪计算。工地高 强 螺栓的拼接 设计翼缘连接按与翼缘等强度设计，腹板连接受扭矩和剪力，通常先排列好螺栓，然后再验算。（二）题目二：吊车梁设计1.设计资料吊车梁跨度 6m，无制 动结构，支承于钢柱，采用平板支座。设有两台起重量 Q16t/3.2t 中级工作制（A5）软钩吊车，吊车跨度Lk31.5m。吊车梁采用 Q235 钢 材， 焊条为 E43 型。吊车规格：宽度 B6390mm，轮距 BQ5
6、000mm，小车重g6.326t，吊车总重 G41.0t ，最大轮压 Pmax22.3t 。吊车轮压及轮距见图 2。采用 43kg/m 钢轨，h R140mm2.设计要求按钢结构设计规范GB50017 规范设计此吊车梁。 5 5 图 2 吊车轮压及轮距尺寸(尺寸单位： mm)3.设计指导书计算内容及主要步骤(1)吊 车荷载计 算吊车荷载动力系数 1.05，吊车荷载分项系数 1.4，计算出竖Q直方向和水平方向荷载设计值。(2)内力 计算最大弯矩及相应剪力。最大剪力。水平荷 载产 生的最大弯矩。(3)截面 选择宜考虑单轴对称工字形截面。(4)计 算截面特征(5)强 度计算包括正应力、剪应力、局部压
7、应力、腹板计算高度折算应力。(6)稳 定计算整体 稳定。局部 稳定。通常 设 置加劲肋以保证腹板的稳定性。(7)疲 劳计算按一台吊车计算，荷载采用标准值，不计动力系数。欠载系数 取f0.5。验算部位：腹板与下翼缘连接 焊缝附近主体金属。加 劲肋下端部 焊缝 附近主体金属。(8)挠 度计算按一台吊车时计算挠度， 。10/l(9)支承加 劲 肋设计(10)焊缝计算计算部位：上翼缘与腹板连接焊缝、下翼缘与腹板连接焊缝、支承加劲肋与腹板连接焊缝。（三）题目三：钢屋架设计1.设计资料梯形屋架，跨度 24m，屋架间距 6m，铰支于 钢筋混凝土柱上。厂房长度 54m。屋架上弦放置 1.5m6m 大型屋面板，
8、上做油毡防水屋面。下弦杆仅仅在两端和中央设系杆作为侧向支撑。屋面离地面高度约为 20m，基本风压 0.4kN/m2，基本雪压0.35kN/m2。设计为不上人的屋面，屋面均布活荷载 0.7kN/m2。钢材采用 Q235-B，焊条采用 E43 型。屋架每端支座中线缩进 0.15m，计算跨度 23.7m，端部高度 2m，中部高度 3.2m，屋架几何长度见图 3。20150 12071501350 320图 3 屋架几何长度(尺寸单位： mm)2.设计要求按规范设计此钢屋架。3.设计指导书计算内容及主要步骤(1)荷 载计算屋架永久荷载包括：屋架和支撑自重 0.120.011 0l1.5m6m 大型屋面
9、板 1.4kN/m2150mm 加气混凝土 0.9kN/m220mm 水泥砂浆找平 层 0.4kN/m2二毡三油上铺小石子 0.35kN/m2吊顶 0.4kN/m2屋架活荷载包括：屋面均布活荷载 0.7kN/m2，基本风压 0.4kN/m2，基本雪压0.35kN/m2，以上全部均按作用在上弦 节点。(2)荷 载组合荷 载组合情况：组合 1 全部恒、活荷载组合 2 全跨恒荷载、半跨活荷载组合 3 全跨屋架、支撑重半跨屋面板重和活荷载因 为屋架采用重型屋面板，可不考虑风力作用。雪 压与屋面活荷 载 不同时考虑，取其大者。杆件内力组合。(3)内力 计算桁架只受节点荷载 ，杆件内力按节点荷载作用下的桁
10、架计算，可采用数解法或图解法或内力系数法。所有杆件都是轴心受 压或轴心受拉杆件，不承受弯矩。主要考 虑 第一组合内力，但第二、三组合会使个别杆件的内力大于第一组合内力，并可能使第一组合为拉力的杆件变为受压。(4)截面 选择确定桁架杆件的计 算长度桁架平面内的计算长度 ：一端为上弦节点，另一端为下弦节点，oxl并用节点板连接的非支座腹杆，取 ；桁架其他杆件均取 。llox8.0lox桁架平面外的计算长度 ：oyl上、下弦杆取 = 。 为侧向支承点（水平、垂直或相应系杆节点）oyl1的间距。当受压弦杆侧向支承点间距 为节间长度 的 2 倍，且两个节1ll间的轴心压力 不等于 时，取 = ，取大于等
11、于 。1N2oy15.07.N15.0l一般腹杆取 = 。oyl斜平面的计算长度 ：弦杆、支座腹杆 = ，一般腹杆 =0.9 。0l 0l 0ll选择 桁架杆件的截面形式上下弦杆：当 大于 2 倍 以上时，采用短边相并的双不等边角oyloxl钢 T 形截面。当 接近于 2 倍 时可采用双等边角钢 T 形截面。支座腹杆：采用长边相并的双不等边角钢 T 形截面，当杆件较短内力较大，规格合适有时可采用双等边角钢 T 形截面。一般腹杆：采用双等边角钢 T 形截面。桁架正中竖杆：采用双角钢十形截面。确定 钢桁架的 节点板厚度确定厚度的主要依据指标是各节点处每根杆件传给节点板的内力，以其中最大内力为准来确
12、定全桁架的节点板厚度。在杆件为双角钢截面的普通桁架中，节点板厚度按设计经验确定，为了加强支座节点刚性，支座节点板通常另行加厚 2。桁架杆件的截面选择 和计算桁架杆件一般是轴心受拉构件或轴心受压构件，其截面选择的要求、方法和步骤按轴心构件的设计规定进行计算。轴心受拉构件满足强度和刚度要求。轴心受压构件满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定。注意在计算 T 型 钢或双角 钢的 长细比注意按新规范考虑扭转。(5)节 点设计桁架节点设计的主要任务是确定节点处各杆件的切断点位置以保证杆件间有足够的空隙；确定节点板的形状、大小和定位尺寸以保证节点板上正好足以布置各杆件按计算所需要的焊缝或螺栓等。通常根据各腹杆
13、内力和所需要的焊缝长度确定节点板尺寸。确定 焊缝长 度设计时对控制节点板尺寸的焊缝应采用适当大一些的焊脚尺寸，以减小其所需焊缝长度并相应尽量减小节点板尺寸。对其它焊缝，则是所定节点板尺寸已经确定其实有长度，所以其焊脚尺寸在满足受力和构造要求下尽量小些。确定 节点板尺寸根据上面确定的焊缝长度确定节点板尺寸。（四）题目四：钢桁架桥设计1.基本资料上承式人行钢桁架桥，由两榀主桁架、上平纵联、下平纵联及横向联结等组成，跨度为 L=20m，主桁高度为 H=2.0m，支承于两端桥台上，主桁中心间距为 2.4m，桥面宽度为 3.2m，每侧栏杆高度为 1m。桥面板为预制混凝土板，厚度 100mm，预 制混凝土
14、板上浦 3cm 后水泥砂浆结合层，水泥砂浆结合层上为 1cm 厚地砖。材料：主桁架、上平纵联、下平纵联及横向联结材料为 Q235B主桁架为焊接结构，焊条采用 E43 型预制混凝土板材料为 C30 混凝土图 4 主桁结构示意图2.荷载条件上平纵联、下平纵联及横向联结 0.5kN/m2栏杆 0.2kN/m钢材容重 78.5kN/m3混凝土容重 25kN/m3水泥砂浆容重 20kN/m3地砖容重 22kN/m3人群荷载 3.5kN/m2基本风压 0.35kN/m2基本雪压 0.3kN/m23.设计内容(1)主桁架各杆件内力计算(2)主桁架各杆件截面设计(3)节 点计算(4)图纸绘 制4.设计指导书主要设计内容和步骤(1)荷 载计算永久荷 载 包括：主桁自重估算 5.0kN/m纵联及横向联结 0.5kN/m2预制混凝土板3cm 水泥砂浆结合层1cm 地砖栏杆 0.2kN/m主桁活荷载包括：人群荷载 3.5kN/m2基本风压 0.35kN/m2基本雪压 0.3kN/m2不考虑地震作用，以上全部均按作用在上弦节点。(2)荷 载组合
