本文聚焦跨度21m的鋼屋架設(shè)計，涵蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工要點，在設(shè)計方面，綜合考慮多種因素，通過合理選型、精準計算確保屋架承載能力與穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，運用先進理念與方法，對屋架形狀、桿件布局等進行優(yōu)化，在滿足強度要求同時降低用鋼量，施工要點包括嚴格選材，保證鋼材質(zhì)量；精準下料與加工，確保構(gòu)件尺寸精度；規(guī)范組裝流程，保證連接牢固；吊裝過程做好防護與監(jiān)測，保障施工安全。

鋼屋架的結(jié)構(gòu)選型

鋼屋架的結(jié)構(gòu)形式直接影響其承載能力、經(jīng)濟性和施工效率，對于21m跨度，常見的結(jié)構(gòu)形式包括：

1 三角形鋼屋架

三角形鋼屋架（如芬克式、豪威式）適用于中小跨度，結(jié)構(gòu)簡單，受力明確，其特點是上弦受壓、下弦受拉，腹桿主要承受剪力，21m跨度可采用三角形桁架，但需注意高跨比（通常1/5~1/6），以確保穩(wěn)定性。

2 梯形鋼屋架

梯形鋼屋架適用于工業(yè)廠房，便于屋面排水和設(shè)備安裝，21m跨度可采用平行弦桁架或梯形桁架，其優(yōu)點是節(jié)點構(gòu)造簡單，適用于標準化生產(chǎn)。

3 空間桁架（網(wǎng)架結(jié)構(gòu)）

若建筑要求更高的空間剛度，可采用空間桁架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，21m跨度可采用雙向正交正放網(wǎng)架，其整體穩(wěn)定性好，但節(jié)點構(gòu)造較復雜。

選型建議：對于普通工業(yè)廠房，梯形鋼屋架是較優(yōu)選擇；若建筑造型要求較高，可考慮三角形或空間桁架。

荷載計算與內(nèi)力分析

鋼屋架設(shè)計需考慮多種荷載組合，包括恒載、活載、風載、雪載及地震作用。

1 恒載（Dead Load）

• 屋面板（壓型鋼板+保溫層）：0.3~0.5 kN/m2
• 檁條及支撐：0.1~0.2 kN/m2
• 鋼屋架自重：初步估算可按0.5~1.0 kN/m2

2 活載（Live Load）

• 不上人屋面：0.5 kN/m2
• 上人屋面或設(shè)備檢修荷載：2.0 kN/m2

3 風載（Wind Load）

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009），計算風壓標準值：
[ w_k = \beta_z \mu_s \mu_z w_0 ]
( w_0 )為基本風壓，( \mu_s )為體型系數(shù)，( \mu_z )為風壓高度變化系數(shù)，( \beta_z )為風振系數(shù)。

4 雪載（Snow Load）

雪荷載標準值：
[ S_k = \mu_r S_0 ]
( S_0 )為基本雪壓，( \mu_r )為屋面積雪分布系數(shù)。

5 內(nèi)力分析

采用有限元軟件（如SAP2000、Midas）或手算方法（如節(jié)點法、截面法）進行內(nèi)力分析，確保各桿件在荷載組合下滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。

桿件與節(jié)點設(shè)計

1 桿件截面選擇

• 上弦桿：受壓為主，通常采用雙角鋼或H型鋼，需驗算長細比（λ≤150）。
• 下弦桿：受拉為主，可采用單角鋼、圓管或H型鋼，驗算凈截面強度。
• 腹桿：受拉或受壓，斜腹桿宜采用雙角鋼，豎腹桿可采用單角鋼。

2 節(jié)點設(shè)計

鋼屋架節(jié)點通常采用焊接或螺栓連接，關(guān)鍵節(jié)點包括：

• 支座節(jié)點：采用鉸接或剛接，需驗算抗剪和抗彎能力。
• 跨中節(jié)點：確保傳力明確，避免應(yīng)力集中。
• 拼接節(jié)點：若屋架分段運輸，需設(shè)置現(xiàn)場拼接節(jié)點，通常采用高強螺栓連接。

節(jié)點優(yōu)化建議：

• 采用端板連接，提高施工效率。
• 避免焊縫集中，減少焊接殘余應(yīng)力。

材料選擇與防腐防火

1 鋼材選擇

• Q235B：適用于一般荷載條件，經(jīng)濟性好。
• Q355B：適用于大跨度或重載情況，強度更高。

2 防腐處理

• 熱浸鍍鋅：適用于室外環(huán)境，耐久性好。
• 防腐涂料：采用環(huán)氧富鋅底漆+聚氨酯面漆，延長使用壽命。

3 防火設(shè)計

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016），鋼屋架需滿足耐火極限要求，可采用：

• 防火涂料（膨脹型或非膨脹型）。
• 防火板包覆。

施工要點

1 預(yù)制與吊裝

• 鋼屋架宜工廠預(yù)制，確保精度。
• 吊裝時采用多點吊裝，避免變形。

2 臨時支撐

• 安裝過程中設(shè)置臨時支撐，確保穩(wěn)定性。
• 待屋面系統(tǒng)完成后逐步拆除支撐。

3 質(zhì)量驗收

• 檢查焊縫質(zhì)量（超聲波探傷）。
• 測量撓度，確保≤L/250（L為跨度）。

經(jīng)濟性分析

21m跨度鋼屋架的造價受以下因素影響：

• 鋼材用量：優(yōu)化截面可降低成本。
• 連接方式：螺栓連接比焊接更經(jīng)濟。
• 防腐防火措施：不同方案造價差異較大。

優(yōu)化建議：

• 采用標準化構(gòu)件，減少加工成本。
• 合理選擇高強鋼材，降低用鋼量。