33m跨度鋼屋架設(shè)計圖步驟詳解（33米跨度鋼屋架設(shè)計）33m跨度鋼屋架設(shè)計圖繪制步驟全解析

07-214閱讀0評論白城鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計公司

33m跨度鋼屋架設(shè)計需綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、荷載計算、內(nèi)力分析及桿件截面設(shè)計，屋架形式為梯形，鉸接于混凝土柱上，屋面采用單層彩色鋼板波形瓦，坡度i=1/10，計算跨度Lo=32.7m，端部高度1900mm（軸線處），中間高度3400mm，跨中起拱60mm，荷載計算包括永久荷載（鋼屋架、支撐及屋面板自重）和可變荷載（屋面活荷載），組合考慮全跨永久荷載+全跨可變荷載、全跨永久荷載+半跨可變荷載、全跨屋架及支撐自重+屋面板重+半跨屋面活荷載三種情況，內(nèi)力計算通過程序得出各桿件內(nèi)力系數(shù)，如上弦桿最大內(nèi)力-1264.45kN，下弦桿最大內(nèi)力1264.45kN，腹桿最大內(nèi)力-630.83kN，桿件截面設(shè)計根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，選擇合適角鋼型號并進(jìn)行驗算，確保滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，節(jié)點(diǎn)板厚度支座取14mm，其余取

《33m跨度鋼屋架設(shè)計圖步驟詳解》 ** 本文詳細(xì)闡述了33m跨度鋼屋架設(shè)計圖的繪制步驟，包括前期準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)選型、荷載計算、內(nèi)力分析、桿件設(shè)計、節(jié)點(diǎn)設(shè)計以及繪圖要點(diǎn)等方面，旨在為鋼屋架設(shè)計人員提供全面且系統(tǒng)的參考，確保設(shè)計出的鋼屋架既滿足結(jié)構(gòu)安全要求,又具備良好的經(jīng)濟(jì)性和實用性。

鋼屋架因其自重輕、強(qiáng)度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代大跨度建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，對于33m這樣較大跨度的鋼屋架設(shè)計，需要嚴(yán)謹(jǐn)遵循相關(guān)設(shè)計規(guī)范和流程，精心完成設(shè)計圖的繪制，以保證屋架在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性,以下將對其設(shè)計圖繪制步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

前期準(zhǔn)備工作

（一）熟悉設(shè)計規(guī)范

設(shè)計人員必須熟練掌握《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2003）、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 50018-2002）等國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，這些規(guī)范對鋼屋架的設(shè)計原則、材料選用、荷載取值、計算方法以及構(gòu)造要求等都做出了明確規(guī)定,是設(shè)計的重要依據(jù)。

（二）收集資料

建筑資料了解建筑物的功能、用途、空間布局以及屋面的防水、保溫、隔熱等要求，確定屋架的形式、坡度等基本參數(shù)，對于工業(yè)廠房，可能需要考慮懸掛吊車等設(shè)備荷載對屋架的影響；而對于體育館等大型公共建筑,則要注重屋架的造型和空間效果。
地質(zhì)條件掌握建設(shè)場地的地質(zhì)勘察報告，知曉地基土的類型、承載力特征值、地下水位等信息，以便合理確定基礎(chǔ)形式以及對屋架底部連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計,確保整個結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的良好協(xié)同工作。

（三）確定設(shè)計參數(shù)

鋼材材質(zhì)根據(jù)工程的重要性、使用環(huán)境等因素選擇合適的鋼材牌號，如Q235、Q345等，一般常見的鋼屋架多采用Q235鋼，其具有良好的力學(xué)性能和加工性能,能滿足大部分常規(guī)設(shè)計要求。
荷載取值
- 永久荷載：包括屋面材料（如彩鋼板、檁條、支撐等）的自重，可通過查詢相關(guān)材料手冊獲取其容重并進(jìn)行計算，彩鋼板的容重約為15kg/m2 - 25kg/m2,檁條根據(jù)其截面尺寸和材質(zhì)按相應(yīng)公式計算自重。
- 可變荷載：主要有屋面活荷載（一般取0.5kN/m2）、風(fēng)荷載、雪荷載等，風(fēng)荷載按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）中的規(guī)定，通過計算風(fēng)振系數(shù)、體型系數(shù)等確定其大小和作用方向；雪荷載根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料中的暴雪參數(shù)按規(guī)范公式計算，對于不同地區(qū)，基本雪壓差異較大，如東北部分地區(qū)基本雪壓可達(dá)0.8kN/m2以上，而南方部分地區(qū)可能僅為0.3kN/m2左右。
- 溫度荷載：考慮鋼材因溫度變化產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)，一般取溫度變化幅度為±30℃進(jìn)行計算,根據(jù)鋼材的線膨脹系數(shù)計算相應(yīng)的溫度應(yīng)力。

結(jié)構(gòu)選型

（一）常見屋架形式

對于33m跨度的鋼屋架，常見的有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架等形式。

三角形屋架：外形呈三角形，上弦坡度較大，利于屋面排水，常用于坡屋頂建筑，其桿件受力相對均勻，腹桿布置較為靈活，可根據(jù)受力情況設(shè)置豎桿、斜桿等，能有效傳遞荷載,整體穩(wěn)定性較好。
梯形屋架：上弦呈傾斜的直線，下弦水平，外觀簡潔美觀，常用于一些對建筑空間凈高有要求且屋面坡度適中的場所，梯形屋架的桿件內(nèi)力分布規(guī)律性較強(qiáng)，便于計算和設(shè)計,在工業(yè)廠房中應(yīng)用較多。
平行弦屋架：上下弦平行，桿件長度一致，制作方便，但因上弦坡度小，不利于屋面排水，通常需要另外設(shè)置排水措施,不過在一些對排水要求不高的大型倉儲建筑等場所仍有應(yīng)用。

（二）選型考慮因素

綜合考慮建筑功能、跨度大小、荷載情況、制作安裝難度以及經(jīng)濟(jì)成本等因素來選擇合適的屋架形式，對于有較大空間需求且對排水要求不特別嚴(yán)格的大型體育館，平行弦屋架可能是一個較好的選擇；而對于工業(yè)廠房，考慮到屋面排水和桿件受力合理性，三角形屋架或梯形屋架更為合適，本案例中，經(jīng)過綜合分析,擬選用三角形屋架形式。

荷載計算

（一）計算單元確定

將整個33m跨度的鋼屋架沿跨度方向劃分為若干個計算單元，一般以兩榀相鄰屋架之間的間距作為一個計算單元，假設(shè)間距為6m，則可將33m跨度范圍劃分為5個計算單元（不考慮邊端特殊情況）,以便準(zhǔn)確計算各部分所承受的荷載。

（二）永久荷載計算

屋面材料自重：根據(jù)選定的屋面材料及其厚度，計算單位面積的自重，如采用0.5mm厚彩鋼板，其自重約為0.05kN/m2（考慮附件等增加的重量系數(shù)），檁條自重假設(shè)為0.1kN/m（根據(jù)截面尺寸估算），則屋面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.05 + 0.1 = 0.15kN/m2，對于整個計算單元面積（假設(shè)屋架寬度為12m），永久荷載為0.15kN/m2×12m×6m = 10.8kN。
屋架自重：先初步估算屋架各桿件的截面尺寸和長度，根據(jù)鋼材的密度（一般為7850kg/m3）計算屋架自重，估算上弦桿截面面積為A?，長度為L?，下弦桿截面面積為A?，長度為L?，腹桿截面面積為A?，長度為L?等，屋架自重G = (A?×L? + A?×L? + A?×L? + ...)×7850×10??kN（將質(zhì)量轉(zhuǎn)換為重量，考慮重力加速度g = 10m/s2），經(jīng)過詳細(xì)計算后，假設(shè)屋架自重為8kN，則每個計算單元的永久荷載總計為10.8 + 8 = 18.8kN。

（三）可變荷載計算

屋面活荷載：按照規(guī)范取值0.5kN/m2，每個計算單元的屋面活荷載為0.5kN/m2×12m×6m = 36kN。
風(fēng)荷載：根據(jù)建筑場地的地形地貌、高度等因素確定風(fēng)荷載體型系數(shù)μ?（對于三角形屋架，迎風(fēng)面體型系數(shù)一般取0.8 - 1.3，背風(fēng)面取0.5 - 0.7等，具體需參考相關(guān)手冊結(jié)合實際情況確定）、風(fēng)振系數(shù)βgz（考慮風(fēng)的長周期部分對結(jié)構(gòu)的影響，一般通過查表或計算確定）以及基本風(fēng)壓ω?（根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料查得，假設(shè)為0.5kN/m2），風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值W? = βgz×μ?×μz×ω?，z為風(fēng)壓高度變化系數(shù)（根據(jù)屋架高度查表確定），假設(shè)計算得出迎風(fēng)面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.8×1.2×0.5 = 0.48kN/m2（這里只是示例計算，實際需精確計算），背風(fēng)面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.6×0.5×0.5 = 0.15kN/m2，則每個計算單元迎風(fēng)面風(fēng)荷載為0.48kN/m2×12m×6m = 34.56kN，背風(fēng)面風(fēng)荷載為0.15kN/m2×12m×6m = 10.8kN。
雪荷載：根據(jù)當(dāng)?shù)鼗狙篠?（假設(shè)為0.4kN/m2），屋面積雪分布系數(shù)μr（對于三角形屋架，不同坡度對應(yīng)不同系數(shù)，可通過查表確定，假設(shè)取0.6），雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值S? = μr×S? = 0.6×0.4 = 0.24kN/m2，每個計算單元雪荷載為0.24kN/m2×12m×6m = 17.28kN。

（四）荷載組合

按照規(guī)范要求，對不同工況下的荷載進(jìn)行組合,常見的有：

恒載 + 活載：即永久荷載與屋面活荷載組合,用于計算正常使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
恒載 + 風(fēng)載：考慮風(fēng)荷載從不同方向作用時的工況，分別計算順風(fēng)向和逆風(fēng)向風(fēng)荷載與永久荷載的組合,驗算結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的安全性。
恒載 + 雪載：針對有降雪地區(qū)的工況,計算雪荷載與永久荷載組合下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
恒載 + 0.85（活載 + 風(fēng)載 + 雪載）：這是一種綜合考慮多種可變荷載同時作用但考慮其同時出現(xiàn)概率較低的組合情況,用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行更全面的校核。

通過上述荷載計算及組合，可以得到每個計算單元在不同工況下所承受的總荷載,為后續(xù)的內(nèi)力分析提供依據(jù)。

內(nèi)力分析

（一）計算模型簡化

將鋼屋架簡化為平面桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，假設(shè)各桿件之間為鉸接連接（實際節(jié)點(diǎn)有一定剛性，但在初步計算時可采用鉸接假設(shè)進(jìn)行近似計算），只承受軸向力，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，建立屋架的計算簡圖，標(biāo)注各桿件的長度、位置以及所受荷載情況。

（二）內(nèi)力計算方法

常用的內(nèi)力計算方法有節(jié)點(diǎn)法和截面法。

節(jié)點(diǎn)法：從已知荷載和反力的起點(diǎn)開始，依次對各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，利用靜力平衡條件（∑X = 0，∑Y = 0）求出各桿件的軸向力，對于屋架的支座節(jié)點(diǎn)，先根據(jù)支座類型（假設(shè)為鉸支座）確定反力，然后逐步推算相鄰節(jié)點(diǎn)處桿件的內(nèi)力，在計算過程中，需要注意桿件內(nèi)力的正負(fù)號規(guī)定，一般以拉力為正,壓力為負(fù)。
截面法：選取合適的截面將屋架截開，通過對截取部分的受力分析，根據(jù)靜力平衡條件計算所截桿件的內(nèi)力,這種方法適用于求特定桿件的內(nèi)力或者當(dāng)節(jié)點(diǎn)法計算較為復(fù)雜時的情況。

以節(jié)點(diǎn)法為例，假設(shè)從屋架的左支座節(jié)點(diǎn)開始分析，已知支座反力R?（根據(jù)荷載組合情況計算得出），根據(jù)節(jié)點(diǎn)的幾何關(guān)系和靜力平衡條件，可以求出與該節(jié)點(diǎn)相連的各桿件內(nèi)力，然后依次向右推移，逐個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析計算,直至求出所有桿件在不同荷載組合工況下的內(nèi)力值。

（三）內(nèi)力調(diào)整與校核

在計算出各桿件的內(nèi)力后，需要對內(nèi)力進(jìn)行合理性校核，檢查桿件內(nèi)力是否符合靜力平衡條件，是否存在過大的拉力或壓力超出鋼材的承載能力等情況，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)力不合理或某些桿件內(nèi)力過大，可能需要調(diào)整屋架的結(jié)構(gòu)形式、桿件截面尺寸或者重新審視荷載取值等環(huán)節(jié)，然后重新進(jìn)行內(nèi)力計算,直至內(nèi)力分布合理且滿足設(shè)計要求。

桿件設(shè)計

（一）確定桿件截面形式

根據(jù)內(nèi)力分析結(jié)果以及屋架的整體構(gòu)造要求，選擇合適的桿件截面形式，對于上弦桿和下弦桿，一般采用H型鋼或雙角鋼組成的T型截面等形式；腹桿則常采用雙角鋼組成的十字形或T型截面等，上弦桿承受較大的壓力，選用H型鋼截面可以提供較大的截面面積和較好的抗壓穩(wěn)定性；腹桿主要承受軸向力,雙角鋼組成的截面便于連接且能滿足受力要求。

（二）桿件截面尺寸計算

強(qiáng)度計算：按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，桿件的強(qiáng)度應(yīng)滿足σ = N/(φA) ≤ f，為桿件應(yīng)力，N為桿件軸向力設(shè)計值，φ為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)（根據(jù)桿件的長細(xì)比查表確定），A為桿件的凈截面面積，f為鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，根據(jù)各桿件在不同荷載組合工況下的最大軸向力設(shè)計值，結(jié)合所選鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值，計算出所需的凈截面面積A,進(jìn)而確定桿件的具體截面尺寸。
穩(wěn)定性計算：對于受壓桿件，如上弦桿等，除了滿足強(qiáng)度要求外，還需進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，通過計算桿件的長細(xì)比λ = μl/i（為計算長度系數(shù)，根據(jù)桿件兩端的連接情況確定；l為桿件的幾何長度；i為桿件截面的回轉(zhuǎn)半徑），使其不超過規(guī)范規(guī)定的容許長細(xì)比限值，如果不滿足，則需要調(diào)整截面尺寸或采取其他加強(qiáng)穩(wěn)定性的措施,如設(shè)置側(cè)向支撐等。

以某上弦桿為例，假設(shè)其最大軸向力設(shè)計值N = 500kN，所選鋼材為Q235，抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值f = 215N/mm2，初選H型鋼截面，根據(jù)強(qiáng)度計算公式先估算所需凈截面面積A = N/(φf)，假設(shè)初始穩(wěn)定系數(shù)φ = 0.8（暫定值，后續(xù)根據(jù)長細(xì)比修正），則A = 500×103/(0.8×215) ≈ 2883mm2，再根據(jù)H型鋼規(guī)格表選擇合適的截面尺寸,同時考慮其長細(xì)比要求進(jìn)行校核調(diào)整。

（三）桿件節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計

節(jié)點(diǎn)形式選擇：鋼屋架的節(jié)點(diǎn)連接形式主要有焊接連接、螺栓連接以及高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接等，對于工廠制作的鋼屋架，焊接連接應(yīng)用較為廣泛，它能保證節(jié)點(diǎn)的剛性和整體性；而在一些現(xiàn)場拼裝或需要便于拆卸的情況下，螺栓連接則更為合適，對于屋架的主弦桿與腹桿的連接，若在工廠加工制作，可采用焊接連接；對于運(yùn)輸單元之間的拼接節(jié)點(diǎn)，可采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,便于安裝和調(diào)整。
焊縫或螺栓設(shè)計：如果采用焊接連接，需要根據(jù)桿件的內(nèi)力大小、鋼材材質(zhì)等因素確定焊縫的尺寸和形式，對于承受較大拉力的桿件連接焊縫，應(yīng)保證焊縫的強(qiáng)度足夠，一般角焊縫的焊腳尺寸hf可根據(jù)公式hf = N/(0.7βffw)計算（其中N為桿件軸向力設(shè)計值，βf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值增大系數(shù)，ffw為角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值），若是螺栓連接，則要計算螺栓的個數(shù)、直徑以及排列方式等，確保螺栓在承受剪力或拉力時滿足設(shè)計要求，高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接中,根據(jù)連接處的摩擦力和桿件內(nèi)力計算所需螺栓預(yù)緊力和數(shù)量。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計要點(diǎn)

（一）主弦桿節(jié)點(diǎn)設(shè)計

主弦桿節(jié)點(diǎn)是屋架的關(guān)鍵部位，承受著較大的內(nèi)力，在設(shè)計時，要保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度滿足要求，對于焊接連接的主弦桿節(jié)點(diǎn)，焊縫應(yīng)均勻飽滿，避免出現(xiàn)夾渣、氣泡等缺陷；同時要合理設(shè)置加勁肋等構(gòu)造措施，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度，在三角形屋架的頂點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處，由于匯交桿件較多且內(nèi)力較大，可通過設(shè)置橫向和縱向加勁肋，將節(jié)點(diǎn)區(qū)域的各桿件有效連接成整體,提高節(jié)點(diǎn)的承載能力。

（二）腹桿節(jié)點(diǎn)設(shè)計

腹桿節(jié)點(diǎn)主要傳遞軸向力，設(shè)計時要確保腹桿與主弦桿之間的連接可靠，采用焊接連接時，注意控制焊縫的質(zhì)量；對于螺栓連接的腹桿節(jié)點(diǎn)，要精確計算螺栓的受力情況，防止螺栓松動或被剪斷，在梯形屋架的腹桿節(jié)點(diǎn)處，根據(jù)腹桿的內(nèi)力大小和方向，合理安排螺栓的布置位置和數(shù)量,使節(jié)點(diǎn)在承受拉力或壓力時能均勻傳遞內(nèi)力。

（三）支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計

支座節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將屋架的內(nèi)力傳遞給下部結(jié)構(gòu)，其設(shè)計至關(guān)重要，常見的支座形式有平板支座、弧形支座等，平板支座制作簡單，但摩擦力較大；弧形支座能更好地適應(yīng)屋架的轉(zhuǎn)動，減小摩擦力，在設(shè)計支座節(jié)點(diǎn)時，要考慮支座的抗滑移、抗轉(zhuǎn)動能力以及與下部結(jié)構(gòu)的連接可靠性，對于采用平板支座的屋架，通過設(shè)置足夠的錨栓和抗剪鍵等措施，防止屋架在水平力作用下發(fā)生滑移；同時在支座底部設(shè)置符合要求的混凝土墊塊等,保證支座均勻受力。

繪圖步驟與要點(diǎn)

（一）繪制屋架軸線圖

首先用細(xì)實線畫出屋架的軸線，標(biāo)注屋架的跨度為33m以及各桿件的位置坐標(biāo)等信息，確定屋架的整體輪廓和各部分的比例關(guān)系,為后續(xù)繪制具體桿件和節(jié)點(diǎn)提供基準(zhǔn)。

（二）繪制桿件截面圖

按照選定的桿件截面形式和尺寸，用粗實線繪制上弦桿、下弦桿以及腹桿等的截面圖，標(biāo)注截面的具體尺寸、鋼材牌號等信息,清晰展示各桿件的截面特征。

（三）繪制節(jié)點(diǎn)大樣圖

對于關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)部位，如主弦桿節(jié)點(diǎn)、腹桿節(jié)點(diǎn)和支座節(jié)點(diǎn)等，繪制詳細(xì)的大樣圖，用詳圖索引符號標(biāo)注各節(jié)點(diǎn)的位置，在大樣圖中詳細(xì)畫出節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，包括焊縫的形狀、尺寸