鋼結構課程設計27m跨度（屋面材料與屋架形式）

在設計27米跨度的鋼結構屋面時，需要考慮多種因素以確保結構的穩(wěn)定性和安全性。屋面材料的選擇至關重要，常見的有金屬板材、混凝土板等。根據(jù)荷載、風載和雪載的不同，選擇合適的材料是基礎。屋架形式也需考慮，常見的有桁架、框架或網(wǎng)架等，每種形式都有其特點和適用場景。設計過程中還需關注細節(jié)，如節(jié)點連接方式、支撐系統(tǒng)以及防火防腐措施等。

一、設計資料方面

建筑概況
- 廠房的長度、柱距等尺寸是重要的基礎數(shù)據(jù)。例如，有的廠房總長度為120m，柱距6m，跨度為27m，車間內還設有兩臺中級工作制橋式吊車等信息都是設計時需要考慮的因素。有的廠房長度為72m，柱距6m，也有長度90m，柱距7.5m的情況等。不同的長度和柱距在結構受力分析、空間布局等方面都有所不同。[1]
- 地區(qū)環(huán)境因素也很關鍵，如某地區(qū)冬季最低溫度為 -20℃，這對鋼材的性能要求以及結構的溫度伸縮處理有影響。[1]
屋面材料與屋架形式
- 屋面材料常見的有預應力混凝土大型屋面板，采用無檁屋蓋體系，對應平坡梯形鋼屋架；還有采用100mm厚彩鋼復合板（外側基板厚度0.5mm，內側基板厚度0.4mm，夾芯材料選用玻璃絲棉），這種情況下屋蓋擬采用鋼結構有檁體系，檁條采用冷彎薄壁c型鋼。[1][2]
- 梯形鋼屋架的相關尺寸方面，如屋架計算跨度可能為26700mm，端部高度取2000mm，跨中高度可能為3350mm，屋面坡度有i = 1/10的情況等。[1]

二、結構形式與布置

屋架結構形式
- 梯形鋼屋架是常見的結構形式，它的桿件布置和連接方式影響著整個結構的受力性能。例如，要確定上弦桿、下弦桿和腹桿的布局，以及各桿件之間的節(jié)點連接形式等。[1][2]
支撐布置
- 包括屋面支撐系統(tǒng)和柱間支撐系統(tǒng)。屋面支撐有上弦水平支撐等布置方式，其作用是保證屋蓋結構的空間穩(wěn)定性，傳遞水平荷載（如風荷載、吊車制動荷載等）。柱間支撐則可以提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，抵抗縱向水平力。[1][2]
- 支撐的間距、形式等要根據(jù)廠房的具體情況（如長度、吊車荷載等）進行設計，以確保結構在各種荷載組合作用下的安全性。

三、荷載與內力計算

荷載類型
- 永久荷載：包含屋面材料自重、結構自重等。如采用預應力混凝土大型屋面板時，屋面標準值可能為3.0kN/m2；采用100mm厚彩鋼復合板時，屋面板自重標準值按0.20kN/m2計算。[1][2]
- 可變荷載：
  - 屋面活荷載：標準值可能為0.5kN/m2、0.7kN/m2等不同數(shù)值。[1][2]
  - 雪荷載：標準值如0.5kN/m2、0.55kN/m2等，不同地區(qū)的雪荷載取值不同，且需要考慮與屋面活荷載的不利組合。[1][2]
  - 風荷載：標準值如0.45kN/m2，風荷載的計算要考慮建筑物的體型系數(shù)、風壓高度變化系數(shù)等因素，其對屋架的側向力以及結構的整體穩(wěn)定性有影響。[1][2]
  - 吊車荷載：如果車間內設有吊車，要根據(jù)吊車的工作制（如中級工作制）、起重量（如200/50kN等）、軌頂標高（如8.500m）等來計算吊車荷載對屋架和柱子產(chǎn)生的豎向力、橫向水平力和縱向水平力等。[1][3]
內力計算方法
- 通常采用結構力學的方法，如利用彎矩分配法、力法、位移法等計算桿件在各種荷載組合下的內力（軸力、彎矩、剪力等）。在計算時，要考慮不同荷載的組合情況，找出最不利的內力組合，作為桿件截面設計的依據(jù)。例如，對于承受軸向壓力和彎矩共同作用的桿件，要按照相關規(guī)范進行內力組合計算。

四、桿件截面設計

桿件受力類型分析
- 根據(jù)內力計算結果，確定桿件主要承受的是軸力（拉力或壓力）、彎矩還是剪力等，或者是多種內力的組合作用。例如，上弦桿主要承受軸力和彎矩，腹桿主要承受軸力。
截面選擇依據(jù)
- 按照桿件的受力性質，根據(jù)鋼結構設計規(guī)范選擇合適的截面形式和尺寸。一般可供選擇的截面形式有軋制型鋼（如工字鋼、槽鋼、角鋼等）和組合截面（如焊接H型鋼等）。在選擇截面時，要考慮強度、穩(wěn)定性（整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定）以及剛度等要求。例如，對于受壓桿件，要根據(jù)其計算長度、軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)等因素確定截面尺寸，以滿足穩(wěn)定性要求。

五、節(jié)點設計

節(jié)點連接形式
- 常見的節(jié)點連接形式有焊接和螺栓連接。焊接連接具有較高的強度和剛度，但對焊接工藝要求較高；螺栓連接便于安裝和拆卸，但需要考慮螺栓的強度、排列方式等。例如，在屋架的桿件連接節(jié)點處，上弦桿、下弦桿和腹桿之間可以采用焊接連接或者高強螺栓連接。
節(jié)點板設計
- 節(jié)點板的形狀、尺寸要根據(jù)桿件的截面尺寸、連接角度以及受力情況等因素確定。節(jié)點板要保證有足夠的強度和剛度來傳遞桿件之間的內力，并且要考慮節(jié)點板的抗剪、抗彎能力等。例如，在計算腹桿與節(jié)點板的焊縫長度時，要根據(jù)腹桿的內力大小、焊縫的受力形式（如角焊縫）以及焊縫的強度要求進行計算確定。