本文圍繞鋼屋架課程設(shè)計計算書展開，它是從理論到實踐的全面指南，文中先闡述鋼屋架設(shè)計相關(guān)理論知識，包括結(jié)構(gòu)受力分析、鋼材特性等基礎(chǔ)原理，接著詳細講解計算書的具體編制內(nèi)容，如各桿件內(nèi)力計算步驟、截面選型依據(jù)及驗算要點等，通過實際案例分析，展示如何將理論運用到具體設(shè)計中，從確定荷載組合，到精準計算各參數(shù)，再到繪制施工圖的細節(jié)要求，同時強調(diào)設(shè)計過程中需遵循的規(guī)范標準，確保鋼屋架的安全性與可靠性，讓學(xué)生或從業(yè)者能依據(jù)此計算書，系統(tǒng)地完成鋼屋架課程設(shè)計，提升設(shè)計能力，

鋼屋架設(shè)計的重要性與挑戰(zhàn)

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中,鋼屋架因其高強度、輕質(zhì)、施工便捷等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，作為土木工程專業(yè)學(xué)生，掌握鋼屋架設(shè)計原理與方法是一項核心能力要求，本計算書旨在系統(tǒng)介紹鋼屋架課程設(shè)計的全過程，從荷載計算、內(nèi)力分析到構(gòu)件設(shè)計與節(jié)點連接，為讀者提供一份詳實的設(shè)計指南。

鋼屋架設(shè)計不僅需要扎實的理論基礎(chǔ),還需要對規(guī)范要求的深入理解以及解決實際工程問題的能力，課程設(shè)計要求學(xué)生綜合運用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等知識，完成從概念設(shè)計到詳細計算的全過程，本文將按照實際工程設(shè)計流程，分步驟解析鋼屋架設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，幫助讀者建立系統(tǒng)化的設(shè)計思維。

第一章 設(shè)計基本資料與參數(shù)確定

1 工程概況

本次課程設(shè)計以某單層工業(yè)廠房鋼屋架為例,基本參數(shù)如下：

• 廠房跨度：24米
• 柱距：6米
• 屋面坡度：1:10
• 屋架形式：三角形芬克式鋼屋架
• 屋面材料：壓型鋼板復(fù)合保溫屋面
• 基本雪壓：0.45kN/m2
• 基本風壓：0.55kN/m2
• 抗震設(shè)防烈度：7度(0.10g)
• 鋼材牌號：Q355B
• 焊條型號：E50型

2 設(shè)計依據(jù)規(guī)范

鋼屋架設(shè)計需遵循以下主要規(guī)范：

1. 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)
2. 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》(GB50017-2017)
3. 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)
4. 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018-2002)

3 結(jié)構(gòu)布置方案

根據(jù)廠房使用要求和經(jīng)濟性考慮,確定屋架結(jié)構(gòu)布置如下：

• 屋架間距：6m
• 屋架高度：跨中處2.4m(1/10跨度)
• 節(jié)間劃分：將半跨劃分為4個節(jié)間，每個節(jié)間水平投影長度3m
• 腹桿體系：采用芬克式布置，斜腹桿與豎桿交替設(shè)置

第二章 荷載計算與組合

1 永久荷載(恒載)計算

屋面恒載包括以下組成部分：

1. 壓型鋼板及保溫層：0.25 kN/m2
2. 檁條及支撐：0.10 kN/m2
3. 屋架自重：初步估算0.15 kN/m2

合計恒載標準值：g_k = 0.50 kN/m2

轉(zhuǎn)化為屋架節(jié)點荷載： G_k = g_k × 6m(柱距) × 3m(節(jié)間水平投影長度) = 9.0 kN

2 可變荷載(活載)計算

2.1 屋面活荷載

根據(jù)《荷載規(guī)范》，不上人屋面活荷載標準值取0.5 kN/m2，不與雪荷載同時組合。

轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載： Q_{1k} = 0.5 × 6 × 3 = 9.0 kN

2.2 雪荷載

基本雪壓：s_0 = 0.45 kN/m2 雪荷載標準值：s_k = μ_r × s_0

對于屋面坡度α = arctan(1/10) = 5.71° 屋面積雪分布系數(shù)μ_r取1.0(坡度≤25°)

故 s_k = 1.0 × 0.45 = 0.45 kN/m2

轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載： Q_{2k} = 0.45 × 6 × 3 = 8.1 kN

2.3 風荷載

基本風壓：w_0 = 0.55 kN/m2 風荷載標準值：w_k = β_z × μ_s × μ_z × w_0

假設(shè)：

• 風振系數(shù)β_z = 1.0
• 風壓高度變化系數(shù)μ_z = 1.0(10m高)
• 體型系數(shù)μ_s：迎風面+0.8，背風面-0.5

屋面風荷載(垂直于屋面)： w_k = (0.8+0.5) × 1.0 × 1.0 × 0.55 = 0.715 kN/m2 垂直于水平面的分力： w_k' = w_k × cosα = 0.715 × 0.995 = 0.711 kN/m2

轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載： Q_{3k} = 0.711 × 6 × 3 = 12.8 kN(吸力或壓力)

3 荷載組合

根據(jù)《荷載規(guī)范》，考慮以下三種基本組合：

1. 3恒載 + 1.5活載
2. 3恒載 + 1.5雪載
3. 0恒載 + 1.5風載(吸力)

節(jié)點設(shè)計荷載計算示例(以第一種組合為例)： P_d = 1.3 × 9.0 + 1.5 × 9.0 = 25.2 kN

第三章 內(nèi)力分析與計算

1 計算簡圖與假定

1. 所有桿件軸線在同一平面內(nèi)且交匯于節(jié)點中心
2. 節(jié)點均為理想鉸接
3. 荷載均作用于節(jié)點上
4. 忽略節(jié)點板剛度影響

2 內(nèi)力計算方法

采用節(jié)點法或截面法計算各桿件內(nèi)力,以跨中最大內(nèi)力桿件為例：

2.1 支座反力計算

全跨總荷載：ΣP = 5 × 25.2 = 126 kN(半跨5個節(jié)點) 支座反力：R_A = R_B = 126/2 = 63 kN

2.2 上弦桿內(nèi)力計算

取截面切斷跨中上弦桿和相應(yīng)腹桿,對左支座取矩：

ΣMA = 0 ? N{上弦} × 2.4 + 25.2 × 3 + 25.2 × 6 = 63 × 12 解得：N_{上弦} = 252 kN(壓力)

2.3 下弦桿內(nèi)力計算

取節(jié)點平衡條件： N_{下弦} = 252 × (3/2.4) = 315 kN(拉力)

2.4 斜腹桿內(nèi)力計算

取節(jié)點豎向平衡： N{斜腹} × sinθ = 63 - 25.2 = arctan(2.4/3) = 38.66° 解得：N{斜腹} = 60.8 kN(壓力)

3 內(nèi)力匯總表

第四章 桿件截面設(shè)計

1 設(shè)計原則

1. 滿足強度、剛度、穩(wěn)定性要求
2. 優(yōu)先選用標準型材
3. 考慮施工便捷性
4. 控制用鋼量,經(jīng)濟合理

2 上弦桿設(shè)計(受壓桿)

最大壓力N = 252 kN 計算長度：平面內(nèi)l_x = 3.16m(節(jié)間斜長)，平面外l_y = 6m(檁條間距)

初選截面：2L125×80×10(長肢相連) 截面特性： A = 39.42 cm2，i_x = 3.98 cm，i_y = 5.63 cm

長細比計算： λ_x = 316/3.98 = 79.4 λ_y = 600/5.63 = 106.6

查表得穩(wěn)定系數(shù)φ_min = φ_y = 0.511

穩(wěn)定驗算： N/(φA) = 252×103/(0.511×3942) = 125.2 MPa < f = 305 MPa 滿足要求。

3 下弦桿設(shè)計(受拉桿)

最大拉力N = 315 kN 初選截面：2L100×63×8 凈截面面積A_n = 24.98 cm2

強度驗算： N/A_n = 315×103/2498 = 126.1 MPa < f = 305 MPa 滿足要求。

長細比控制： λ_max = 600/3.11 = 192.9 < [λ] = 350 滿足要求。