本文詳解鋼結構屋架計算方法，涵蓋荷載、內(nèi)力、桿件與節(jié)點設計，明確屋面恒載、活載、雪載等參數(shù)，運用結構力學計算各工況下桿件內(nèi)力，通過強度與穩(wěn)定性驗算確定上弦桿等截面尺寸，

鋼結構屋架的基本組成與分類

1 鋼結構屋架的基本組成

鋼結構屋架主要由以下幾個部分組成：

• 上弦桿：承受壓力，通常采用角鋼、H型鋼或鋼管。
• 下弦桿：承受拉力，通常采用圓鋼、角鋼或H型鋼。
• 腹桿：包括斜腹桿和豎腹桿，用于傳遞荷載并保持結構穩(wěn)定。
• 節(jié)點板：連接各桿件的關鍵部件，需進行強度驗算。
• 支座：固定屋架并傳遞荷載至支撐結構。

2 鋼結構屋架的分類

根據(jù)結構形式的不同,鋼結構屋架可分為：

1. 三角形屋架：適用于小跨度建筑，結構簡單，但受力不均勻。
2. 梯形屋架：適用于中等跨度建筑，受力較均勻。
3. 平行弦屋架：適用于大跨度建筑，上下弦平行，受力均勻。
4. 拱形屋架：適用于大跨度空間結構，美觀且受力合理。

鋼結構屋架的荷載分析

1 永久荷載（恒載）

恒載包括屋架自重、屋面材料（如彩鋼板、保溫層、防水層等）的重量，通常按均布荷載計算。

2 可變荷載（活載）

活載包括：

• 屋面活荷載：如雪荷載、維修荷載等，按規(guī)范取值。
• 風荷載：根據(jù)建筑高度、地區(qū)風壓及屋架形狀計算。
• 地震作用：按抗震規(guī)范計算水平地震作用。

3 荷載組合

根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009），鋼結構屋架的荷載組合通常采用以下方式：

• 基本組合：1.2恒載 + 1.4活載
• 考慮風荷載的組合：1.2恒載 + 1.4活載 + 0.6×1.4風載
• 地震組合：1.2恒載 + 1.0活載 + 1.3地震作用

鋼結構屋架的內(nèi)力計算

1 靜定屋架的內(nèi)力計算

對于靜定屋架（如三角形屋架、梯形屋架），可采用節(jié)點法或截面法計算各桿件的內(nèi)力：

• 節(jié)點法：逐個節(jié)點分析受力平衡，適用于簡單屋架。
• 截面法：通過截取部分結構計算內(nèi)力，適用于復雜屋架。

2 超靜定屋架的內(nèi)力計算

對于超靜定屋架（如連續(xù)桁架、拱形屋架），需采用力法或位移法進行計算：

• 力法：通過建立多余約束方程求解內(nèi)力。
• 位移法：以節(jié)點位移為未知量，建立剛度方程求解。

3 有限元分析

現(xiàn)代工程中,常采用有限元軟件（如ANSYS、SAP2000、Midas等）進行精確計算，可考慮幾何非線性、材料非線性等因素。

鋼結構屋架構件設計

1 桿件截面選擇

• 上弦桿：受壓構件，需驗算穩(wěn)定性，通常選用H型鋼或鋼管。
• 下弦桿：受拉構件，需驗算強度，通常選用角鋼或圓鋼。
• 腹桿：斜腹桿受拉或受壓，豎腹桿通常受壓，需分別驗算。

2 強度驗算

根據(jù)《鋼結構設計標準》（GB 50017），桿件強度驗算公式如下：

• 受拉桿件：
  [ \sigma = \frac{N}{A_n} \leq f ] ( N ) 為軸力，( A_n ) 為凈截面面積，( f ) 為鋼材抗拉強度設計值。
• 受壓桿件：
  [ \sigma = \frac{N}{\varphi A} \leq f ] ( \varphi ) 為穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)長細比查表確定。

3 穩(wěn)定性驗算

受壓桿件需進行穩(wěn)定性驗算：

• 整體穩(wěn)定性：
  [ \frac{N}{\varphi A} \leq f ]
• 局部穩(wěn)定性：對于薄壁構件（如H型鋼），需驗算腹板和翼緣的寬厚比。

鋼結構屋架節(jié)點設計

1 節(jié)點連接方式

• 焊接連接：適用于工廠預制，強度高，但需考慮焊接殘余應力。
• 螺栓連接：適用于現(xiàn)場安裝，便于調(diào)整，但需驗算螺栓抗剪和抗拉強度。
• 鉚接連接：傳統(tǒng)方式，現(xiàn)已較少使用。

2 節(jié)點板設計

節(jié)點板需滿足：

• 強度要求：
  [ \tau = \frac{V}{A_v} \leq f_v ] ( V ) 為剪力，( A_v ) 為受剪面積，( f_v ) 為抗剪強度設計值。
• 穩(wěn)定性要求：避免節(jié)點板過薄導致屈曲。

鋼結構屋架的抗震設計

1 抗震計算原則

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011），鋼結構屋架需進行：

• 彈性時程分析：適用于重要建筑。
• 反應譜法：適用于一般建筑。

2 抗震構造措施

• 加強節(jié)點連接,避免脆性破壞。
• 設置支撐系統(tǒng),提高整體剛度。
• 控制桿件長細比,防止失穩(wěn)。

鋼結構屋架的施工與驗收

1 施工要點

• 嚴格控制焊接質量,避免缺陷。
• 螺栓連接需按規(guī)范擰緊,防止松動。
• 吊裝時需保證屋架整體穩(wěn)定性。

2 驗收標準

• 焊縫需進行無損檢測（如超聲波探傷）。
• 螺栓連接需進行扭矩檢查。
• 整體撓度不得超過規(guī)范限值。