本設(shè)計(jì)計(jì)算書針對普通梯形鋼屋架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算與分析，根據(jù)建筑功能和使用要求，確定了屋架的基本參數(shù)，包括跨度、高度、坡度及節(jié)點(diǎn)布置等，設(shè)計(jì)采用Q235B鋼材，確保材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，荷載計(jì)算方面，綜合考慮了永久荷載（如屋面板、檁條自重）、可變荷載（如雪荷載、風(fēng)荷載）以及可能的施工荷載，通過荷載組合確定了最不利工況。 ，在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中，采用節(jié)點(diǎn)法或截面法計(jì)算各桿件的軸力，并驗(yàn)算了壓桿的穩(wěn)定性和拉桿的強(qiáng)度，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用焊接或螺栓連接，確保傳力可靠且符合構(gòu)造要求，對屋架的撓度進(jìn)行了驗(yàn)算，保證變形在允許范圍內(nèi)，通過繪制施工圖明確桿件尺寸、節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)及連接方式，確保施工可行性，本設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性，為梯形鋼屋架的工程應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。

本文詳細(xì)闡述了普通梯形鋼屋架的設(shè)計(jì)計(jì)算過程,包括結(jié)構(gòu)選型、荷載計(jì)算、內(nèi)力分析、構(gòu)件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)的計(jì)算和分析，驗(yàn)證了該梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)性，文章還探討了設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)和優(yōu)化建議，為類似工程提供參考，計(jì)算結(jié)果表明，采用Q235B鋼材和合理的截面尺寸能夠滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

梯形鋼屋架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；荷載計(jì)算；內(nèi)力分析；構(gòu)件驗(yàn)算；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

梯形鋼屋架作為一種常見的工業(yè)與民用建筑屋蓋結(jié)構(gòu)形式,具有受力合理、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、倉庫、體育館等大跨度建筑中，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展和鋼材產(chǎn)量的提高，梯形鋼屋架的應(yīng)用越來越廣泛，本文以某工程實(shí)際項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹普通梯形鋼屋架的設(shè)計(jì)計(jì)算過程，包括結(jié)構(gòu)選型、荷載確定、內(nèi)力分析、構(gòu)件設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，旨在為類似工程提供參考和借鑒。

梯形鋼屋架設(shè)計(jì)需要考慮多種因素,包括建筑功能要求、使用環(huán)境條件、材料性能、施工工藝等，合理的設(shè)計(jì)不僅需要滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能要求，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和施工便利性，本文采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017）和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)在各種荷載組合作用下的安全可靠。

工程概況與設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程為單層工業(yè)廠房,采用普通梯形鋼屋架作為主要承重結(jié)構(gòu)，廠房跨度24m，柱距6m，屋架間距6m，屋面坡度1:10，建筑所在地基本風(fēng)壓0.45kN/m2，基本雪壓0.40kN/m2，抗震設(shè)防烈度7度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，屋面采用壓型鋼板復(fù)合保溫屋面系統(tǒng)，下設(shè)檁條支撐。

根據(jù)使用功能要求,確定屋架下弦標(biāo)高為10.0m，屋脊標(biāo)高為11.2m，形成梯形外形，屋架兩端簡支于鋼筋混凝土柱頂，柱頂設(shè)置抗風(fēng)桁架保證側(cè)向穩(wěn)定，鋼材選用Q235B，其屈服強(qiáng)度fy=235MPa，抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=125MPa，焊條采用E43型，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftw=160MPa。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068），考慮永久荷載、可變荷載和偶然荷載的不同組合情況，進(jìn)行承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。

結(jié)構(gòu)選型與布置

梯形鋼屋架的結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮跨度、荷載、使用要求和經(jīng)濟(jì)性等因素，本工程采用普通梯形鋼屋架，由上下弦桿、腹桿和節(jié)點(diǎn)板組成，根據(jù)跨度24m和屋面坡度1:10，確定屋架高度為2.4m（跨中）至1.2m（端部），形成梯形外形，屋架節(jié)間長度取3m，共8個節(jié)間，上下弦桿在節(jié)點(diǎn)處通過節(jié)點(diǎn)板連接腹桿。

上弦桿采用雙角鋼組成的T形截面,下弦桿采用雙角鋼組成的十字形截面，腹桿根據(jù)受力情況分別采用單角鋼或雙角鋼，所有桿件通過節(jié)點(diǎn)板焊接連接，節(jié)點(diǎn)板厚度取10mm，為保證屋架平面外穩(wěn)定，在屋架兩端和跨中設(shè)置三道垂直支撐，形成穩(wěn)定的空間體系。

屋面檁條采用冷彎薄壁C型鋼,間距1.5m，跨度為6m（屋架間距），檁條與屋架上弦通過檁托連接，形成可靠的傳力路徑，屋面系統(tǒng)自重（包括檁條、屋面板、保溫層等）按0.30kN/m2計(jì)算，活荷載按0.50kN/m2考慮，雪荷載按0.40kN/m2計(jì)算，風(fēng)荷載考慮吸力和壓力兩種工況。

荷載計(jì)算與組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012），確定作用于屋架上的各類荷載標(biāo)準(zhǔn)值，永久荷載（Gk）包括屋面系統(tǒng)自重0.30kN/m2和屋架自重（初步估算為0.15kN/m2），合計(jì)0.45kN/m2，可變荷載包括屋面活荷載（Q1k）0.50kN/m2和雪荷載（Q2k）0.40kN/m2，兩者不同時(shí)考慮，取較大值0.50kN/m2。

風(fēng)荷載（Wk）按規(guī)范計(jì)算，基本風(fēng)壓w0=0.45kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按B類地面粗糙度取1.0（屋架高度10m），風(fēng)荷載體型系數(shù)μs取-0.7（吸力）和+0.5（壓力），風(fēng)振系數(shù)βz取1.0，則吸力工況Wk=-0.7×1.0×1.0×0.45=-0.315kN/m2，壓力工況Wk=0.5×1.0×1.0×0.45=0.225kN/m2。

地震作用按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）計(jì)算，水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.08，特征周期Tg=0.35s，經(jīng)計(jì)算，屋架重力荷載代表值Geq=120kN，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值FEk=9.6kN，按8個節(jié)點(diǎn)分配，每個節(jié)點(diǎn)1.2kN。

根據(jù)承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求,考慮以下荷載組合：

1. 2恒載+1.4活載
2. 2恒載+1.4風(fēng)載（吸力）
3. 2恒載+1.4×0.7活載+1.4×0.6風(fēng)載（壓力）
4. 0恒載+1.4風(fēng)載（吸力）
5. 2（恒載+0.5活載）+1.3地震作用

內(nèi)力分析與計(jì)算

采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法對屋架進(jìn)行內(nèi)力分析,將屋架簡化為鉸接桁架計(jì)算各桿件軸力，首先計(jì)算節(jié)點(diǎn)荷載，屋面荷載通過檁條傳遞到屋架節(jié)點(diǎn)上，每個節(jié)點(diǎn)承受的荷載面積為6m×3m=18m2，恒載標(biāo)準(zhǔn)值P_Gk=0.45×18=8.1kN，活載標(biāo)準(zhǔn)值P_Qk=0.50×18=9.0kN，風(fēng)荷載（吸力）標(biāo)準(zhǔn)值P_Wk=-0.315×18=-5.67kN。

采用截面法和節(jié)點(diǎn)法計(jì)算各桿件在最不利荷載組合下的內(nèi)力,以跨中上弦桿為例，在1.2恒載+1.4活載組合下，計(jì)算得到最大壓力N=120kN；在1.0恒載+1.4風(fēng)載（吸力）組合下，計(jì)算得到最大拉力N=65kN，下弦桿在1.2恒載+1.4活載組合下最大拉力N=180kN，腹桿內(nèi)力根據(jù)位置不同而變化，端斜腹桿壓力最大，N=85kN；跨中豎腹桿拉力最大，N=40kN。

考慮屋架實(shí)際為剛接節(jié)點(diǎn),采用有限元軟件進(jìn)行補(bǔ)充分析，考慮節(jié)點(diǎn)剛性和次彎矩影響，分析結(jié)果表明，弦桿次彎矩約為軸力產(chǎn)生的彎矩的15%，在截面驗(yàn)算時(shí)予以考慮，同時(shí)計(jì)算屋架撓度，在標(biāo)準(zhǔn)組合下跨中撓度為L/500=48mm，滿足規(guī)范要求。

構(gòu)件設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果,對各桿件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，上弦桿最大壓力N=120kN（考慮彎矩影響），計(jì)算長度lox=3m（平面內(nèi)），loy=6m（平面外），選用2L100×8，A=31.2cm2，ix=3.08cm，iy=4.52cm，驗(yàn)算穩(wěn)定性：λx=300/3.08=97<[λ]=150，φx=0.575；λy=600/4.52=133<[λ]=150，φy=0.374，取φmin=0.374，σ=N/(φA)=120×103/(0.374×31.2×102)=103MPa<f=215MPa，滿足要求。

下弦桿最大拉力N=180kN，選用2L90×6，A=21.2cm2，驗(yàn)算強(qiáng)度：σ=N/A=180×103/(21.2×102)=85MPa<f=215MPa，滿足要求，驗(yàn)算長細(xì)比：λ=600/2.78=216<[λ]=350（僅受拉桿），滿足要求。

端斜腹桿最大壓力N=85kN，計(jì)算長度取0.9倍幾何長度，lox=loy=0.9×3.6=3.24m，選用L100×8，A=15.6cm2，imin=1.98cm。λ=324/1.98=164<[λ]=150（