本次鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)聚焦于21米屋架的設(shè)計(jì)與分析，首先明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)展開工作，對(duì)屋架進(jìn)行選型，綜合考慮受力特性等因素確定合適形式，接著進(jìn)行荷載計(jì)算，包括恒載、活載等各類荷載的準(zhǔn)確取值與組合，通過力學(xué)原理和方法，對(duì)屋架各桿件內(nèi)力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，運(yùn)用專業(yè)軟件輔助校驗(yàn)，根據(jù)內(nèi)力結(jié)果，合理選擇鋼材型號(hào)及截面尺寸，確保屋架滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，注重構(gòu)造設(shè)計(jì)，如節(jié)點(diǎn)連接方式等細(xì)節(jié)，在設(shè)計(jì)過程中，不斷優(yōu)化方案，權(quán)衡各項(xiàng)指標(biāo)，最終完成21米屋架的設(shè)計(jì)，并對(duì)其性能進(jìn)行分析評(píng)估，為實(shí)際工程應(yīng)用中的類似屋架設(shè)計(jì)提供參考與實(shí)踐基礎(chǔ)，

設(shè)計(jì)背景與要求

1 設(shè)計(jì)背景

屋架是工業(yè)廠房、體育館、倉(cāng)庫(kù)等大跨度建筑中常用的承重結(jié)構(gòu)，21米跨度的屋架屬于中等跨度，適用于單層工業(yè)廠房或公共建筑，本次課程設(shè)計(jì)要求采用梯形鋼屋架，材料選用Q235B鋼，屋面采用壓型鋼板加保溫層，并考慮雪荷載、風(fēng)荷載及活荷載的影響。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

1. 結(jié)構(gòu)選型：確定屋架形式（梯形、三角形等）及幾何尺寸。
2. 荷載計(jì)算：計(jì)算恒載、活載、雪載、風(fēng)載等，并進(jìn)行荷載組合。
3. 內(nèi)力分析：采用靜力計(jì)算方法或有限元軟件進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。
4. 構(gòu)件設(shè)計(jì)：選擇合理的截面形式（如角鋼、H型鋼等），并進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算。
5. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)焊接或螺栓連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。
6. 施工圖繪制：完成屋架平面圖、立面圖及節(jié)點(diǎn)詳圖。

結(jié)構(gòu)選型與幾何尺寸

1 屋架形式選擇

21米跨度屋架可采用梯形或三角形屋架,梯形屋架受力均勻，適用于較大跨度，且便于排水，因此本次設(shè)計(jì)選用梯形鋼屋架。

2 幾何尺寸確定

• 跨度：21m
• 高度：通常取跨度的1/8~1/12，本次設(shè)計(jì)取2.1m（1/10跨度）。
• 節(jié)間長(zhǎng)度：一般控制在2~3m，本次設(shè)計(jì)采用6個(gè)節(jié)間，每節(jié)間3.5m。
• 上弦坡度：取1:10，便于排水。

屋架幾何尺寸如下圖所示（可附簡(jiǎn)圖）：

        A
       / \
      /   \
     B-----C
    /       \
   /         \
  D-----------E

荷載計(jì)算

1 恒載（永久荷載）

1. 屋面荷載（壓型鋼板+保溫層）：0.3 kN/m2
2. 屋架自重（估算）：0.15 kN/m2
3. 檁條及支撐：0.1 kN/m2
   合計(jì)恒載：0.55 kN/m2

2 活載（可變荷載）

1. 屋面活荷載：0.5 kN/m2（按規(guī)范取值）
2. 雪荷載（按地區(qū)取值，假設(shè)0.4 kN/m2）
   取較大值：0.5 kN/m2

3 風(fēng)荷載

按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009）計(jì)算，本次設(shè)計(jì)暫不考慮風(fēng)荷載對(duì)屋架的影響。

4 荷載組合

采用基本組合進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算：

1. 恒載+活載：1.2×恒載 + 1.4×活載 = 1.2×0.55 + 1.4×0.5 = 1.36 kN/m2
2. 恒載+雪載：1.2×0.55 + 1.4×0.4 = 1.22 kN/m2
   取最不利組合：1.36 kN/m2

內(nèi)力分析

1 計(jì)算簡(jiǎn)圖

將屋架簡(jiǎn)化為鉸接桁架,采用節(jié)點(diǎn)法或截面法計(jì)算各桿件內(nèi)力。

2 內(nèi)力計(jì)算

以上弦桿、下弦桿、腹桿為例：

1. 上弦桿（受壓）：最大壓力N ≈ 120 kN
2. 下弦桿（受拉）：最大拉力N ≈ 110 kN
3. 斜腹桿（受壓或受拉）：最大壓力N ≈ 80 kN

（具體計(jì)算過程可結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)方法或軟件分析）

構(gòu)件設(shè)計(jì)

1 上弦桿設(shè)計(jì)

• 受力情況：軸心受壓
• 截面選擇：雙角鋼（2L100×10）
• 穩(wěn)定性驗(yàn)算：
  • 計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比λ ≤ [λ] = 150
  • 查穩(wěn)定系數(shù)φ，驗(yàn)算N/(φA) ≤ f = 215 MPa

2 下弦桿設(shè)計(jì)

• 受力情況：軸心受拉
• 截面選擇：雙角鋼（2L90×8）
• 強(qiáng)度驗(yàn)算：N/A ≤ f = 215 MPa

3 腹桿設(shè)計(jì)

• 受壓腹桿：雙角鋼（2L80×6）
• 受拉腹桿：?jiǎn)谓卿摚↙63×5）

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1 節(jié)點(diǎn)連接方式

采用焊接或螺栓連接，確保傳力可靠。

2 典型節(jié)點(diǎn)詳圖

1. 上弦節(jié)點(diǎn)：雙角鋼與節(jié)點(diǎn)板焊接
2. 下弦節(jié)點(diǎn)：螺栓連接或焊接
3. 支座節(jié)點(diǎn)：采用鉸接支座，設(shè)置加勁肋

（可附節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖）

施工圖繪制

完成以下圖紙：

1. 屋架平面布置圖
2. 屋架立面圖
3. 節(jié)點(diǎn)詳圖（如支座節(jié)點(diǎn)、上弦節(jié)點(diǎn)等）

本次21米跨度鋼屋架設(shè)計(jì)通過合理的結(jié)構(gòu)選型、荷載計(jì)算、內(nèi)力分析及構(gòu)件設(shè)計(jì)，滿足了強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了鋼結(jié)構(gòu)理論知識(shí)，還提高了實(shí)際工程應(yīng)用能力，未來可進(jìn)一步優(yōu)化截面尺寸，或采用有限元軟件進(jìn)行更精確的分析。

參考文獻(xiàn)

1. 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017）
2. 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009）
3. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材及相關(guān)課程資料

（注：本文為鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)示例，具體參數(shù)需根據(jù)實(shí)際工程調(diào)整。）