鋼屋架荷載內(nèi)力系數(shù)的計算是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，它涉及到對鋼屋架在不同荷載作用下的內(nèi)力分布進行精確評估。該系數(shù)基于節(jié)點荷載作用，通過分析鋼屋架在各種荷載情況下的應(yīng)力狀態(tài)和變形特性來確定。計算方法包括確定各節(jié)點處的內(nèi)力、考慮材料力學(xué)性能以及應(yīng)用相應(yīng)的公式或圖表來求解內(nèi)力系數(shù)。還需考慮實際施工中的誤差和不確定性，以確保設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一、計算鋼屋架荷載內(nèi)力系數(shù)的前期準(zhǔn)備

（一）理解基本概念

內(nèi)力是指桿件在外力作用下，其內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生的相互作用力，包括軸力、剪力和彎矩等。內(nèi)力系數(shù)則是指在特定荷載作用下，桿件內(nèi)力與節(jié)點荷載的比值。

（二）收集設(shè)計資料

1. 屋架幾何參數(shù)
   • 包括屋架的跨度、高度等尺寸信息。例如，對于梯形鋼屋架，要明確其跨中及端部高度等具體數(shù)值，這關(guān)系到屋架的結(jié)構(gòu)形式和受力分布情況。
2. 荷載情況
   • 屋面活荷載：根據(jù)建筑的使用功能和規(guī)范要求確定，例如不上人屋面有相應(yīng)的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值范圍，需要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進行取值，一般取0.5kN/m2（按不上人屋面）等數(shù)值。
   • 雪荷載：考慮建筑所在地區(qū)的基本雪壓值，不同地區(qū)雪壓不同，同時要注意雪荷載在屋面的分布情況，如均勻分布、不均勻分布和半均勻分布等情況，還應(yīng)考慮與屋面活荷載比較取較大值與其他荷載組合計算。
   • 風(fēng)荷載：需要知道建筑所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值，如某地區(qū)基本風(fēng)壓$w_0 = 0.75kN/m2$w0?=0.75kN/m2，同時風(fēng)荷載的計算還與屋面形狀、坡度以及建筑物的高度等因素有關(guān)，并且風(fēng)荷載會對屋架產(chǎn)生水平力的作用。
   • 屋架及支撐自重：屋架、檁條、拉條及支撐自重標(biāo)準(zhǔn)值可按經(jīng)驗公式或相關(guān)規(guī)范取值，如屋架及支撐自重可按$0.12 + 0.011LkN/m2$0.12+0.011LkN/m2（$L$L為屋架跨度）計算。
   • 其他荷載：如果有特殊情況，如積灰荷載等，對于一些工業(yè)廠房，積灰荷載是必須要考慮的，在網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)中，積灰荷載大約是$0.5kN/m2$0.5kN/m2或者$1.0kN/m2$1.0kN/m2，并且可能需要和雪荷載或者屋面荷載中的偏大值放在一起考慮。
3. 材料屬性
   • 明確鋼材的型號，例如Q235 - B鋼材，不同型號鋼材的強度、彈性模量等力學(xué)性能不同，會影響屋架桿件的受力性能和內(nèi)力計算結(jié)果。同時，如果涉及焊接，還要確定焊條型號，如E43系列型焊條。
4. 構(gòu)造細節(jié)
   • 屋架的構(gòu)造形式，如是否有天窗、是平坡梯形屋架還是其他形式；支撐布置情況，包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向和縱向水平支撐、垂直支撐以及系桿的布置等，這些構(gòu)造細節(jié)會影響屋架的空間受力特性，進而影響內(nèi)力系數(shù)的計算。

二、鋼屋架荷載內(nèi)力系數(shù)計算步驟

（一）荷載計算

1. 永久荷載計算
   • 屋架梁自重：根據(jù)屋架梁的截面形式、尺寸和鋼材的容重計算自重荷載（$kN/m$kN/m）。
   • 屋面自重：屋面自重（$kN/m2$kN/m2）（包括屋面板、保溫、檁條、拉條、吊頂?shù)龋┏艘晕菝娴乃酵队懊娣e（$B$B）得到屋面自重荷載（$kN$kN），其中屋面自重各組成部分可根據(jù)其材料和規(guī)格計算或查相關(guān)手冊取值。
2. 可變荷載計算
   • 可變荷載需要查GB50009 - 2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》并按該規(guī)范相應(yīng)系數(shù)計算。
   • 施工、檢修荷載：乘以屋面水平投影面積（$B$B）得到施工、檢修荷載（$kN$kN）。
   • 雪載：根據(jù)建筑所在地區(qū)基本雪壓乘以屋面水平投影面積（$B$B）得到雪荷載（$kN$kN），并與屋面活荷載比較取較大值。
   • 坡屋面風(fēng)載：根據(jù)基本風(fēng)壓、屋面坡度、建筑高度等因素計算風(fēng)荷載，再乘以屋面水平投影面積（$B$B）得到風(fēng)荷載（$kN$kN）。

（二）荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，對不同的荷載工況進行組合，常見的荷載組合有：

1. 基本組合
   • 永久荷載效應(yīng)控制的組合：$S = 1.35S_{Gk}+1.4\times0.7S_{Q1k}+1.4\times0.6S_{Q2k}+\cdots$S=1.35SGk?+1.4×0.7SQ1k?+1.4×0.6SQ2k?+?
   • 可變荷載效應(yīng)控制的組合：$S = 1.2S_{Gk}+1.4S_{Q1k}+1.4\times0.6S_{Q2k}+\cdots$S=1.2SGk?+1.4SQ1k?+1.4×0.6SQ2k?+?
   • 其中$S_{Gk}$SGk?為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，$S_{Q1k}$SQ1k?、$S_{Q2k}$SQ2k?等為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。
2. 偶然組合（當(dāng)有偶然荷載作用時需要考慮，如地震作用等特殊情況，這里假設(shè)鋼屋架僅考慮正常荷載情況暫不詳細展開）。

（三）內(nèi)力計算

1. 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法
   • 確定計算模型：將鋼屋架簡化為桁架結(jié)構(gòu)模型，假設(shè)桿件為鉸接，節(jié)點為理想鉸節(jié)點，這樣可以忽略桿件的彎矩傳遞，只考慮軸力。
   • 利用節(jié)點法或截面法：
     • 節(jié)點法：從只連接兩個桿件的節(jié)點開始，根據(jù)節(jié)點的平衡條件（$\sum F_x = 0$∑Fx?=0，$\sum F_y = 0$∑Fy?=0）求解桿件內(nèi)力。例如，對于一個簡單的三角形桁架的節(jié)點，已知節(jié)點荷載和一個桿件的內(nèi)力方向，通過平衡方程可求解另一個桿件的內(nèi)力。
     • 截面法：適用于求解桁架中某幾個桿件的內(nèi)力。選取一個合適的截面將桁架截斷，使待求內(nèi)力的桿件被截斷，然后根據(jù)截斷部分的平衡條件（$\sum F_x = 0$