钢结构课设屋架跨度21米（21米跨度屋架荷载计算案例，钢结构屋架设计软件推荐）

钢结构屋架设计是建筑结构工程的重要组成部分，其中21米跨度的屋架荷载计算案例需要精确分析和计算。本文推荐使用专业的钢结构设计软件进行设计和分析，这些软件能够提供强大的计算功能和可视化工具，帮助设计师准确预测和控制结构的安全性能。通过合理地选择和配置材料、优化设计参数，可以确保屋架在满足承载力要求的同时，具有足够的稳定性和耐久性。

一、21米跨度钢结构屋架设计的基本要点

（一）荷载计算

永久荷载（恒载）
- 屋面材料自重：不同的屋面材料自重不同。例如采用1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板时，永久荷载（屋面标准值）可能为3.0kN/m2；若屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉），屋面板自重标准值按0.20kN/m2计算。
- 屋架自身重量：屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算，其与屋架的形式、尺寸和材质等有关。
可变荷载（活载）
- 屋面活荷载：取值可能为0.35kN/m2、0.5kN/m2等不同数值，取决于建筑的用途和设计要求。
- 雪荷载：在一些地区雪荷载标准值为0.45kN/m2、0.55kN/m2等，需根据当地的气象条件确定，并且在设计时要考虑雪荷载与屋面活荷载不同时组合，取较大值参与计算。
- 积灰荷载：对于特定的工业厂房，如锰，铬合金车间（屋面无挡风板）积灰荷载为0.75kN/m2，若不考虑灰荷载则积灰荷载取值为0，要根据厂房的生产性质确定。
- 风荷载：与建筑所在地区的基本风压有关，例如当地基本风压为0.45kN/m2时，风荷载在设计中也需要按照相关规范考虑其对屋架的作用，特别是对于屋架的支撑体系和杆件受力分析时需要考虑风荷载的影响。

（二）结构形式与布置

屋架形式
- 梯形钢屋架
  - 端部高度和中间高度：对于平坡梯形屋架，当L < 24m时，可不考虑起拱，端部高度可取H = 1990mm，中间高度h可根据坡度等因素确定，如h = 3.040m（约l/6.8），屋架计算跨度为L0 = L - 300 = 20700mm（L为实际跨度21m）。
  - 腹杆体系：为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板宽度（如1.5m的屋面板宽度），腹杆体系大部分可采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。
- 双层梁柱结构：也可选择双层梁柱结构用于21m跨度的钢结构，这种结构具有较高的承载能力和稳定性。梁和柱的材质可选用Q345B钢等符合设计规范的钢材，梁的尺寸例如为400mm×800mm，截面采用H形钢，柱的尺寸例如为600mm×800mm，截面也采用H形钢，并且要根据受力计算确定其剖面系数等参数以满足承载能力要求。
支撑布置
- 上弦平面支撑：在上弦平面设置刚性系杆与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定。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。根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，可能需要设置多道上、下弦横向水平支撑，例如设置四道上、下弦横向水平支撑，并且厂房两端的横向水平支撑可能设在第二柱间等不同位置。
- 下弦平面支撑：在各柱间下弦平面的跨中及端部设置柔性系杆，以传递山墙风荷载等作用。

（三）材料选择

钢材选择
- Q235 - B钢：根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，在一些情况下钢材可选用Q235 - B。焊条采用E43型，适用于手工焊。
- Q345B钢：如采用双层梁柱结构时，梁和柱的材质可选用Q345B钢，这种钢材能满足结构的强度和稳定性要求，符合中国钢结构设计规范。
焊条选择
- 当采用Q235 - B钢时，焊条采用E43型，用于手工焊操作。焊条的选择要与钢材材质相匹配，以确保焊接质量，保证钢结构的整体性能。

二、设计流程

确定设计荷载
- 根据建筑的使用功能、所在地区的气象条件、建筑内部设备等因素，按照相关规范计算确定永久荷载、可变荷载等各种荷载的取值，如上述提到的屋面材料自重、活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载等的取值计算。
选择结构类型和形式
- 根据跨度大小（21m跨度）、荷载情况、建筑空间要求等因素选择合适的结构类型，如梯形钢屋架或者双层梁柱结构等，并确定屋架的具体形式，如梯形屋架的端部高度、中间高度、腹杆体系等几何参数。
结构计算与分析
- 内力计算：计算屋架在各种荷载组合作用下的杆件内力，包括轴力、弯矩、剪力等。例如根据已知的荷载情况和屋架的杆件布置，通过结构力学的方法计算各杆件在不同荷载组合（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 + 半跨屋面板自重 + 半跨屋面活荷载等）下的内力值，然后进行内力组合，取最不利组合进行杆件设计。
- 杆件设计：根据内力计算结果，选择合适的杆件截面尺寸和形状。对于采用H形钢的梁和柱，要根据其受力情况（如弯矩、剪力和轴力）计算所需的截面参数，如剖面系数等，以确保杆件的承载能力、稳定性等满足设计要求。对于屋架杆件，要考虑其长细比等因素，保证杆件在受力状态下的稳定性。
- 节点设计：设计屋架的节点连接方式，包括上弦节点、下弦节点、屋脊节点、支座节点等。节点连接可采用焊接和螺栓连接等方式，要确保节点连接的强度和可靠性，保证力在节点处的有效传递。例如在设计支座节点时，要考虑屋架与下部支撑结构（如钢筋混凝土柱）的连接方式，传递屋架的反力；在设计上弦节点时，要考虑腹杆与上弦杆的连接构造，保证杆件内力的传递。
施工考虑
- 在设计阶段就要考虑施工的可行性，例如确保施工工人能够按照设计要求进行施工，提供必要的工具和材料。对于屋架的安装，要设计合理的安装顺序和临时支撑措施，保证屋架在安装过程中的稳定性。同时，结构应能够安全、稳定地安装到所需位置，如在设计时考虑屋架的吊装点设置、运输过程中的结构保护等措施。