本設計計算書針對普通梯形鋼屋架的結構設計進行了詳細的計算與分析，根據建筑功能和使用要求，確定了屋架的基本參數，包括跨度、高度、坡度及節點布置等，設計采用Q235B鋼材，確保材料的強度和穩定性滿足規范要求，荷載計算方面，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。 ，在結構內力分析中，采用節點法或截面法計算各桿件的軸力，并驗算了壓桿的穩定性和拉桿的強度，節點設計采用焊接或螺栓連接，確保傳力可靠且符合構造要求，對屋架的撓度進行了驗算，保證變形在允許范圍內，通過繪制施工圖明確桿件尺寸、節點細節及連接方式，確保施工可行性，本設計嚴格遵循《鋼結構設計規范》（GB 50017）等相關標準，兼顧安全性與經濟性，為梯形鋼屋架的工程應用提供了可靠依據。

本文詳細闡述了普通梯形鋼屋架的設計計算過程,包括結構選型、荷載計算、內力分析、構件設計和節點設計等關鍵環節，通過系統的計算和分析，驗證了該梯形鋼屋架結構的安全性、適用性和經濟性，文章還探討了設計過程中的注意事項和優化建議，為類似工程提供參考，計算結果表明，采用Q235B鋼材和合理的截面尺寸能夠滿足強度、剛度和穩定性要求，同時具有良好的經濟性。

梯形鋼屋架；結構設計；荷載計算；內力分析；構件驗算；節點設計

梯形鋼屋架作為一種常見的工業與民用建筑屋蓋結構形式,具有受力合理、施工方便、經濟性好等優點，廣泛應用于單層工業廠房、倉庫、體育館等大跨度建筑中，隨著我國鋼結構技術的不斷發展和鋼材產量的提高，梯形鋼屋架的應用越來越廣泛，本文以某工程實際項目為例，詳細介紹普通梯形鋼屋架的設計計算過程，包括結構選型、荷載確定、內力分析、構件設計和節點設計等內容，旨在為類似工程提供參考和借鑒。

梯形鋼屋架設計需要考慮多種因素,包括建筑功能要求、使用環境條件、材料性能、施工工藝等，合理的設計不僅需要滿足結構安全和使用功能要求，還應考慮經濟性和施工便利性，本文采用極限狀態設計方法，按照現行國家標準《鋼結構設計標準》（GB 50017）和《建筑結構荷載規范》（GB 50009）進行設計計算，確保結構在各種荷載組合作用下的安全可靠。

工程概況與設計參數

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

根據使用功能要求,確定屋架下弦標高為10.0m，屋脊標高為11.2m，形成梯形外形，屋架兩端簡支于鋼筋混凝土柱頂，柱頂設置抗風桁架保證側向穩定，鋼材選用Q235B，其屈服強度fy=235MPa，抗拉、抗壓和抗彎強度設計值f=215MPa，抗剪強度設計值fv=125MPa，焊條采用E43型，其抗拉強度設計值ftw=160MPa。

結構設計使用年限為50年,安全等級為二級，結構重要性系數γ0=1.0，根據《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 50068），考慮永久荷載、可變荷載和偶然荷載的不同組合情況，進行承載力極限狀態和正常使用極限狀態驗算。

結構選型與布置

梯形鋼屋架的結構選型應考慮跨度、荷載、使用要求和經濟性等因素，本工程采用普通梯形鋼屋架，由上下弦桿、腹桿和節點板組成，根據跨度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，屋架節間長度取3m，共8個節間，上下弦桿在節點處通過節點板連接腹桿。

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，腹桿根據受力情況分別采用單角鋼或雙角鋼，所有桿件通過節點板焊接連接，節點板厚度取10mm，為保證屋架平面外穩定，在屋架兩端和跨中設置三道垂直支撐，形成穩定的空間體系。

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，屋面系統自重（包括檁條、屋面板、保溫層等）按0.30kN/m2計算，活荷載按0.50kN/m2考慮，雪荷載按0.40kN/m2計算，風荷載考慮吸力和壓力兩種工況。

荷載計算與組合

根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012），確定作用于屋架上的各類荷載標準值，永久荷載（Gk）包括屋面系統自重0.30kN/m2和屋架自重（初步估算為0.15kN/m2），合計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/m2，兩者不同時考慮，取較大值0.50kN/m2。

風荷載（Wk）按規范計算，基本風壓w0=0.45kN/m2，風壓高度變化系數μz按B類地面粗糙度取1.0（屋架高度10m），風荷載體型系數μs取-0.7（吸力）和+0.5（壓力），風振系數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《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）計算，水平地震影響系數最大值αmax=0.08，特征周期Tg=0.35s，經計算，屋架重力荷載代表值Geq=120kN，水平地震作用標準值FEk=9.6kN，按8個節點分配，每個節點1.2kN。

根據承載力極限狀態和正常使用極限狀態的要求,考慮以下荷載組合：

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

內力分析與計算

采用結構力學方法對屋架進行內力分析,將屋架簡化為鉸接桁架計算各桿件軸力，首先計算節點荷載，屋面荷載通過檁條傳遞到屋架節點上，每個節點承受的荷載面積為6m×3m=18m2，恒載標準值P_Gk=0.45×18=8.1kN，活載標準值P_Qk=0.50×18=9.0kN，風荷載（吸力）標準值P_Wk=-0.315×18=-5.67kN。

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

考慮屋架實際為剛接節點,采用有限元軟件進行補充分析，考慮節點剛性和次彎矩影響，分析結果表明，弦桿次彎矩約為軸力產生的彎矩的15%，在截面驗算時予以考慮，同時計算屋架撓度，在標準組合下跨中撓度為L/500=48mm，滿足規范要求。

構件設計與驗算

根據內力計算結果,對各桿件進行截面設計和驗算，上弦桿最大壓力N=120kN（考慮彎矩影響），計算長度lox=3m（平面內），loy=6m（平面外），選用2L100×8，A=31.2cm2，ix=3.08cm，iy=4.52cm，驗算穩定性：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，驗算強度：σ=N/A=180×103/(21.2×102)=85MPa<f=215MPa，滿足要求，驗算長細比：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（