本設計計算書主要針對梯形鋼屋架的結構設計進行詳細分析與計算，設計依據相關鋼結構規(guī)范，綜合考慮荷載組合、材料性能及構造要求，確保屋架的安全性、經濟性和適用性，計算內容包括屋架幾何尺寸確定、荷載統(tǒng)計（恒載、活載、風載等）、內力分析及桿件截面選擇，通過靜力計算確定各桿件的軸力，并驗算其強度、剛度和穩(wěn)定性，同時進行節(jié)點連接設計，確保焊縫或螺栓連接的可靠性，對屋架撓度進行校核，滿足規(guī)范限值要求，最終形成完整的梯形鋼屋架施工圖，為實際工程提供可靠依據，設計過程中注重優(yōu)化桿件布置與截面尺寸，以降低用鋼量，體現經濟性。

設計依據與基本參數

1 設計依據

梯形鋼屋架的設計應遵循以下規(guī)范及標準：

• 《鋼結構設計標準》（GB 50017）
• 《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009）
• 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB 50205）
• 《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》（GB 50018）

2 基本參數

1. 屋架跨度：30m
2. 屋架高度：跨中高度2.5m，端部高度1.5m
3. 屋面坡度：1:10
4. 材料：Q355B鋼材
5. 屋面材料：壓型鋼板+保溫層
6. 雪荷載：0.5 kN/m2
7. 風荷載：0.45 kN/m2（基本風壓）
8. 活荷載：0.5 kN/m2

荷載計算

1 永久荷載（恒載）

1. 屋面自重：

   • 壓型鋼板：0.15 kN/m2
   • 保溫層：0.10 kN/m2
   • 檁條及支撐：0.05 kN/m2
   • 合計：0.30 kN/m2

2. 屋架自重估算：
   根據經驗公式，鋼屋架自重可按跨度估算：
   [ G = 0.12 + 0.011 \times L = 0.12 + 0.011 \times 30 = 0.45 \text{ kN/m2} ] 總恒載：0.30 + 0.45 = 0.75 kN/m2

2 可變荷載（活載）

1. 雪荷載：0.5 kN/m2
2. 活荷載：0.5 kN/m2（取較大值）
   控制荷載：0.5 kN/m2

3 風荷載

根據《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009），風荷載標準值計算如下： [ w_k = \beta_z \mu_s \mu_z w_0 ]

• (\beta_z)：風振系數，取1.0
• (\mu_s)：體型系數，取-0.6（吸力）
• (\mu_z)：風壓高度變化系數，取1.0（10m高度）
• (w_0)：基本風壓，0.45 kN/m2

計算得： [ w_k = 1.0 \times (-0.6) \times 1.0 \times 0.45 = -0.27 \text{ kN/m2} ]

4 荷載組合

采用基本組合進行設計：

1. 恒載 + 活載： [ 1.2 \times 0.75 + 1.4 \times 0.5 = 1.6 \text{ kN/m2} ]
2. 恒載 + 風載： [ 1.0 \times 0.75 + 1.4 \times (-0.27) = 0.37 \text{ kN/m2} ] 控制組合：1.6 kN/m2

內力分析

1 計算模型

采用平面桁架模型，假定節(jié)點為鉸接，利用節(jié)點法或截面法計算各桿件內力。

2 典型桿件內力計算

以上弦桿、下弦桿、腹桿為例：

1. 上弦桿：主要承受壓力，最大軸力 (N_{max} = 120 \text{ kN})
2. 下弦桿：主要承受拉力，最大軸力 (N_{max} = 110 \text{ kN})
3. 斜腹桿：受壓或受拉，最大壓力 (N_{max} = 80 \text{ kN})

構件設計

1 上弦桿設計

• 材料：Q355B，(f_y = 355 \text{ MPa})
• 截面選擇：H型鋼 HN200×100×5.5×8
• 穩(wěn)定驗算： [ \lambda = \frac{l_0}{i} = \frac{3000}{45} = 66.7 \quad \text{（查表得} \varphi = 0.78\text{）} ] [ \sigma = \frac{N}{\varphi A} = \frac{120 \times 10^3}{0.78 \times 2500} = 61.5 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（滿足）} ]

2 下弦桿設計

• 截面選擇：雙角鋼 2L100×10
• 強度驗算： [ \sigma = \frac{N}{A} = \frac{110 \times 10^3}{1920} = 57.3 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（滿足）} ]

3 腹桿設計

• 截面選擇：圓鋼管 Φ89×4
• 穩(wěn)定驗算： [ \lambda = \frac{2500}{30} = 83.3 \quad \text{（查表得} \varphi = 0.72\text{）} ] [ \sigma = \frac{80 \times 10^3}{0.72 \times 1070} = 103.8 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（滿足）} ]

節(jié)點設計

1 節(jié)點板尺寸

• 采用10mm厚Q355B鋼板
• 焊縫計算： [ l_w = \frac{N}{0.7 h_f f_t^w} = \frac{120 \times 10^3}{0.7 \times 5 \times 160} = 214 \text{ mm} ] 取220mm

2 螺栓連接

• 采用M20 8.8級高強螺栓
• 抗剪承載力： [ N_v^b = 0.9 n_f \mu P = 0.9 \times 2 \times 0.45 \times 150 = 121.5 \text{ kN} > 80 \text{ kN} ]