鋼結(jié)構(gòu)屋架中間高度計算（鋼結(jié)構(gòu)屋架經(jīng)濟優(yōu)化設(shè)計）

寧德鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 3小時前 12:22:04 1 搶沙發(fā)

鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計中，中間高度的計算是關(guān)鍵步驟之一，直接影響到整個結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和經(jīng)濟性。本文將介紹如何通過理論分析和實驗數(shù)據(jù)，確定鋼結(jié)構(gòu)屋架的最優(yōu)中間高度。我們將探討影響中間高度的主要因素，包括材料屬性、荷載類型和分布以及支撐條件等。將采用有限元方法進行數(shù)值模擬，以驗證不同中間高度下的受力情況，并預(yù)測其對結(jié)構(gòu)性能的影響。根據(jù)模擬結(jié)果和實際工程經(jīng)驗，提出一個經(jīng)濟優(yōu)化的設(shè)計準(zhǔn)則，指導(dǎo)在實際工程中的中間高度選擇。

一、鋼結(jié)構(gòu)屋架中間高度的影響因素

剛度要求：屋架需要滿足一定的剛度條件，以防止在荷載作用下產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不足，可能會影響屋架的正常使用和結(jié)構(gòu)安全。剛度要求會對屋架中間高度的取值產(chǎn)生影響，例如為了保證足夠的剛度，可能需要適當(dāng)增加中間高度。
建筑高度限制：建筑的整體規(guī)劃和設(shè)計可能對屋架的高度有限制。在一些情況下，建筑的空間布局、外觀要求或者與周邊建筑的協(xié)調(diào)性等因素，會制約屋架中間高度的取值，不能過高或過低。
經(jīng)濟要求：從經(jīng)濟角度考慮，屋架上、下弦桿和腹桿的總重量最小是一個重要的條件。不同的中間高度會影響到桿件的受力情況和材料用量，通過優(yōu)化中間高度可以達到經(jīng)濟合理的目的。例如，在滿足其他條件的前提下，存在一個使桿件總重量最小的中間高度取值范圍。
屋面坡度和運輸界限：屋面坡度與屋架中間高度相關(guān)，不同的屋面坡度可能需要不同的屋架中間高度來適應(yīng)。同時，運輸界限也會對屋架中間高度產(chǎn)生限制，因為屋架可能需要在工廠預(yù)制后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，如果中間高度過大超出運輸界限，將會帶來運輸上的困難。

二、不同類型屋架中間高度的計算

（一）三角形屋架

當(dāng)屋面坡度在 $1/3$ 到 $1/2$ 時，鋼屋架高度（中間高度）通常取其跨度的 $1/6$ 到 $1/4$ 。例如，若跨度為 $L$ ，則中間高度 $h$ 的取值范圍為 $\frac{L}{6}\leq h\leq\frac{L}{4}$ 。這是根據(jù)經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)受力特點確定的大致范圍，在實際設(shè)計中還需要結(jié)合具體的工程要求進行調(diào)整。

（二）平行弦屋架和梯形屋架

一般取其跨度的 $1/10$ 到 $1/6$ 。即對于跨度為 $L$ 的平行弦屋架或梯形屋架，中間高度 $h$ 大致在 $\frac{L}{10}\leq h\leq\frac{L}{6}$ 范圍內(nèi)。在具體設(shè)計中，同樣需要綜合考慮其他因素如荷載情況、節(jié)點構(gòu)造等對中間高度進行確定。

三、具體工程中的屋架中間高度計算示例

在一個跨度 $L = 21m$ 的無檁體系屋蓋的平坡梯形屋架工程中（不考慮起拱），端部高度取 $H = 1990mm$ ，屋架的中間高度 $h = 3.040m$ （約 $L/6.8$ ）。
在另一個跨度為 $21m$ 的梯形鋼屋架工程中，屋面坡度 $i = 1:10$ ，端部高度取 $H_0=1990mm$ ，中部高度取 $H = H_0+\frac{1}{2}iL = 1990+\frac{1}{2}\times\frac{1}{10}\times21000 = 3040mm$ （這里 $21000mm = 21m$ 轉(zhuǎn)換為毫米單位）。