本文聚焦鋼結構屋架設計，涵蓋原理、方法與實踐，鋼屋蓋結構含屋面、屋架與支撐，分有檁和無檁兩類，各有特點及適用場景，屋架選型影響內力分布，梯形屋架應用廣泛，設計時各節點多按鉸接考慮，荷載作用于節點上使桿件受軸向力，節間荷載需分配處理且上弦桿要考慮局部彎曲，屋架間設支撐系統保證穩定，支撐可作弦桿側向支撐點并傳遞荷載，其間距、位置有明確要求，還需設置剛性系桿，課程設計圍繞鋼屋架展開，包括選型、支撐布置、荷載組合等環節，實踐中梯形鋼屋架節點設計是關鍵，要確保受力明確、構造簡單、節約材料，有焊接、螺栓、混合等節點類型可供選擇，

鋼結構屋架的基本概念

1 鋼結構屋架的定義

鋼結構屋架是指由鋼材（如H型鋼、工字鋼、鋼管等）組成的桁架或框架結構，用于支撐屋面荷載并將其傳遞至支撐結構（如柱或墻體），其特點是受力明確、跨度大、適應性強。

2 鋼結構屋架的分類

根據結構形式和受力特點,鋼結構屋架可分為以下幾類：

• 桁架式屋架：由上下弦桿和腹桿組成，適用于大跨度建筑，如體育館、機場航站樓等。
• 剛架式屋架：由梁柱剛性連接而成，適用于工業廠房、倉庫等。
• 網架結構：由多個桿件組成空間網格結構，適用于大跨度、大空間建筑。
• 拱形屋架：采用弧形結構，適用于展覽館、劇院等建筑。

鋼結構屋架的設計原則

1 荷載分析

鋼結構屋架設計需考慮以下荷載：

• 恒載（Dead Load）：包括屋面板、保溫層、檁條等自重。
• 活載（Live Load）：如雪荷載、風荷載、施工荷載等。
• 地震作用：根據建筑所在地區的地震烈度進行抗震設計。
• 溫度作用：大跨度鋼結構需考慮溫度變化引起的熱脹冷縮。

2 結構選型

根據建筑功能、跨度、經濟性等因素選擇合適的屋架形式：

• 小跨度（<30m）：可采用簡支桁架或剛架結構。
• 中跨度（30-60m）：宜采用桁架或網架結構。
• 大跨度（>60m）：可采用空間網架、懸索結構或張弦梁結構。

3 材料選擇

鋼結構屋架常用鋼材包括：

• Q235（普通碳素結構鋼）
• Q345（低合金高強度鋼）
• Q390、Q420（更高強度鋼材）
• 不銹鋼或耐候鋼（用于特殊環境）

鋼結構屋架的計算方法

1 靜力計算

鋼結構屋架的靜力分析主要包括：

• 內力計算：采用節點法、截面法或有限元分析（FEA）計算桿件內力。
• 穩定性驗算：受壓桿件需進行整體穩定和局部穩定驗算。
• 撓度驗算：確保屋架在荷載作用下變形不超過規范限值。

2 動力分析

對于大跨度或地震區建筑,需進行動力分析：

• 模態分析：確定結構的自振頻率和振型。
• 地震響應譜分析：評估結構在地震作用下的受力性能。
• 風振分析：防止風荷載引起的振動問題。

3 節點設計

鋼結構屋架的節點設計至關重要,常見節點形式包括：

• 焊接節點：適用于工廠預制，強度高但施工要求嚴格。
• 螺栓連接節點：便于現場安裝，但需考慮螺栓抗剪和抗拉性能。
• 銷軸連接：適用于可轉動節點，如拱形結構。

鋼結構屋架的構造要求

1 桿件截面選擇

• 上弦桿：通常受壓，宜采用箱形截面或H型鋼。
• 下弦桿：通常受拉，可采用雙角鋼或圓管。
• 腹桿：根據受力情況選擇角鋼、圓管或H型鋼。

2 支撐系統

為確保屋架的整體穩定性,需設置：

• 水平支撐：增強屋架平面外穩定性。
• 垂直支撐：防止屋架側向失穩。
• 系桿：連接各榀屋架，提高整體剛度。

3 防腐與防火

• 防腐處理：采用熱鍍鋅、噴涂防腐涂料或耐候鋼。
• 防火措施：涂刷防火涂料或采用防火板材包裹。

工程案例分析

1 某體育館鋼結構屋架設計

• 跨度：80m
• 結構形式：空間桁架
• 材料：Q345B鋼管
• 節點設計：相貫焊接節點
• 施工方法：分段吊裝+高空拼裝

2 某工業廠房剛架屋架設計

• 跨度：36m
• 結構形式：門式剛架
• 材料：Q235B H型鋼
• 節點設計：高強螺栓連接
• 施工方法：整體吊裝

鋼結構屋架的發展趨勢

1 智能化設計

• BIM（建筑信息模型）技術的應用，提高設計精度和施工效率。
• 參數化設計優化結構形式,減少材料用量。

2 綠色建筑

• 采用可回收鋼材,降低碳排放。
• 結合光伏屋面,實現能源自給。

3 新型結構形式

• 3D打印鋼結構：提高復雜節點的制造精度。
• 預應力鋼結構：增強大跨度結構的承載能力。