梯形屋架设计例题及答案（梯形屋架设计荷载组合方法）

盘锦钢结构设计公司13秒前1阅读0评论

梯形屋架设计是一种常见的结构工程问题，涉及到荷载组合方法的运用。在设计过程中，需要考虑多种荷载因素，包括风荷载、雪荷载、地震作用以及活荷载等。为了确保结构的安全性和稳定性，需要根据实际条件选择合适的荷载组合方法。，，本例题展示了一个具体的梯形屋架设计过程，包括荷载计算、截面设计和内力分析等步骤。在荷载组合方面，采用了简化的荷载组合方法，即考虑了基本组合（基本组合为恒载与活载的组合）和特殊组合（如风荷载、雪荷载、地震作用等）。，，答案部分提供了梯形屋架设计的基本概念和步骤，以及如何根据不同荷载组合方法进行设计。也给出了一些常见问题的解答，如如何确定荷载组合系数、如何进行截面设计和如何进行内力计算等。，，通过本例题及答案的学习，可以帮助读者更好地理解和掌握梯形屋架设计的方法和技巧，提高工程设计能力。

一、梯形屋架设计例题

（一）已知条件示例

例一：
- 题号60的已知条件为梯形钢屋架跨度为6m，屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C30，钢材采用Q235B级，焊条采用E43型，要求设计钢屋架并绘制施工图。同时给出屋架计算跨度，跨中及端部高度（如本例题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架端部高度h = 2000mm，屋架的中间高度h = 3500mm）等信息。还提到了结构型式与布置相关内容，如无檩设计方案和有檩设计方案的特点，本方案采用有檩屋盖，给出了屋架型式及几何尺寸图，根据厂房长度、跨度及荷载情况设置支撑的情况等。对于荷载计算，提到屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，取较大的荷载标准值进行计算，还给出屋架和支撑自重设计时应考虑的三种荷载组合等内容。最后有内力计算相关的屋架在荷载组合作用下的计算简图等内容。
例二：
- 题号80，屋面坡度1:16，跨度30m，长度96m，柱距6m，地点为哈尔滨，基本风压0.45kN/m，基本雪压0.45kN/m，采用1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板，80mm厚泡沫混凝土保护层，卷材屋面，屋面坡度i = 1/16，屋面活荷载标准值0.7kPa，雪荷载标准值为0.45kN/m，积灰荷载标准值为0.6kN/m，混凝土采用C20，钢筋采用Q235B级，焊条采用E43型。给出屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算相关内容（跨度单位为米(m)），采用无檩体系屋盖方案，缓坡梯形屋架，并给出了屋架在轴线处的高度取值等信息。

（二）设计过程要点

结构形式与布置
- 屋盖结构体系选择：
  - 无檩设计方案：在钢屋架上直接放置预应力钢筋混凝土大型屋面板，其上铺设保温层和防水层。优点是屋盖的横向刚度大，整体性好，适用于对结构的横向刚度要求高的厂房，但屋面板自重大，屋盖结构自重大，抗震性能较差。
  - 有檩设计方案：在钢屋架上设置檩条，檩条上面再铺设轻型屋面材料，如石棉瓦、压型钢板等。对于横向刚度要求不高，特别是不需要做保温层的中小型厂房较为适用。
- 支撑布置：根据厂房的长度、跨度及荷载情况设置横向支撑、系杆和垂直支撑等。例如，在厂房长度较长（如72m>60m）、跨度一定及荷载确定的情况下，设置三道上、下弦横向水平支撑；柱网采用封闭结合时，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间且规格与中间柱间支撑有所不同。在所有柱间的上弦平面设置刚性与柔性系杆保证安装时上弦杆稳定，各柱间下弦平面的跨中及端部设置柔性系杆传递山墙风荷载；在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑等。
荷载计算
- 屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大值。屋架自重（包括支撑）计算可按经验公式（如根据屋架跨度计算），同时设计屋架时应考虑多种荷载组合，例如：
  - 全跨永久荷载+全跨可变荷载；
  - 全跨永久荷载+半跨可变荷载；
  - 全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载等。
内力计算：需要计算屋架在不同荷载组合作用下的内力，确定各杆件的内力系数等内容，从而为杆件截面设计等提供依据（如给出左半跨F = 1的屋架各杆件的内力系数计算简图等内容）。

二、梯形屋架设计答案（部分示例内容）

由于没有完整的详细答案文档，以下为根据上述设计要点可能的答案方向：

杆件截面设计：根据内力计算结果，依据相关规范，选择合适的钢材（如Q235、Q345等），并确定各杆件（弦杆、腹杆等）的截面形式和尺寸，要满足承载能力和稳定性要求等。例如，弦杆截面根据承载能力和稳定性要求确定，腹杆截面根据节点连接方式和承载能力要求确定，同时要考虑节点板截面形式和尺寸（根据杆件直径、连接方式和承载力进行设计）等。
节点设计：
- 节点连接方式：可采用高强度螺栓或焊接方式连接节点，或者采用混合连接方式（结合焊接和螺栓连接的特点，适用于大型复杂结构，能够提高结构的整体稳定性和承载能力）。
- 节点计算：根据节点类型、连接方式和承载力要求，进行节点的承载力计算、刚度计算和位移计算等，以确保节点的安全性和稳定性。例如，焊接节点具有较高的承载力和稳定性，适用于承受较大载荷的屋架结构；螺栓连接节点具有较好的可拆性和可靠性，适用于需要频繁拆卸和维修的结构等。
稳定性分析：
- 整体稳定性：分析屋架在各种工况下（如在风、地震等动态作用下）的整体稳定性，考虑屋架的抗震性能和抗风能力，计算屋架在风、地震等动态作用下的响应和振动特性等。
- 局部稳定性：评估屋架在不同环境条件下（如温度变化、腐蚀等）的局部稳定性表现，确保结构安全可靠。
施工图绘制：运用计算机辅助设计软件（如CAD）按照设计结果绘制梯形屋架的施工图，包括屋架的结构形式、杆件布置、节点连接等详细信息，要求图纸清晰、准确，符合工程制图规范等（这是钢结构梯形屋架课程设计中的技能目标之一，学生要具备运用CAD软件绘制钢结构梯形屋架图纸的能力）。