摘要：鋼屋架內(nèi)力分析是結(jié)構(gòu)工程中的重要環(huán)節(jié)，圖解法因其直觀性和簡(jiǎn)便性而廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程。通過繪制屋架圖和作內(nèi)力分析圖，可以有效地確定桿件內(nèi)力，并計(jì)算不同荷載組合下的內(nèi)力值。具體而言，該方法首先根據(jù)給定的尺寸在CAD中繪制屋架圖，然后確定節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并在結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中輸入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和桿件信息。布置集中荷載，包括全跨和半跨的單位荷載，以及考慮活載的影響。結(jié)合內(nèi)力系數(shù)表和設(shè)計(jì)規(guī)范，計(jì)算出各桿件的內(nèi)力值。這種方法既避免了繁瑣的數(shù)值計(jì)算，又確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性。，，關(guān)鍵詞：鋼屋架；內(nèi)力分析；繪圖方法；結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器

一、鋼屋架內(nèi)力計(jì)算相關(guān)基礎(chǔ)

在鋼屋架內(nèi)力計(jì)算中，不同的方法適用于不同的情況。對(duì)于鋼屋架內(nèi)力系數(shù)在單位力作用下可采用圖解法求解，以下是一般步驟及相關(guān)要點(diǎn)：

（一）確定屋架結(jié)構(gòu)與荷載情況

1. 結(jié)構(gòu)形式與幾何尺寸
   • 首先要明確鋼屋架的結(jié)構(gòu)形式，例如梯形鋼屋架等，以及它的幾何尺寸，包括各個(gè)桿件的長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)的位置等。這是后續(xù)計(jì)算的基礎(chǔ)框架，因?yàn)椴煌慕Y(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸會(huì)影響桿件的受力情況。
2. 荷載情況
   • 確定屋架所承受的荷載類型和大小，如屋面各構(gòu)造層的荷載標(biāo)準(zhǔn)值（包括防水層、保溫層、找平層等的重量）、雪荷載等。永久荷載和可變荷載的組合情況也需要考慮，例如在以永久荷載可變荷載為主要荷載組合的情況下，計(jì)算屋架上弦節(jié)點(diǎn)荷載等相關(guān)計(jì)算都與荷載情況緊密相關(guān)。這有助于確定作用在屋架每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的力的大小和方向。

（二）建立力的平衡方程

1. 節(jié)點(diǎn)受力分析
   • 對(duì)于鋼屋架的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)靜力學(xué)平衡原理，其受到的力的合力應(yīng)為零。即水平方向和垂直方向的力的總和都為零。這就需要分別分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的荷載、桿件內(nèi)力在水平和垂直方向的分量。
   • 例如在屋架節(jié)點(diǎn)處，可能有屋面荷載傳來的垂直力，以及桿件內(nèi)力在該節(jié)點(diǎn)處分解出的水平和垂直分力，這些力要滿足平衡方程，通過建立這些平衡方程來求解桿件內(nèi)力。

（三）繪制力多邊形（圖解法核心步驟）

1. 選擇合適的比例尺
   • 根據(jù)所計(jì)算的力的大小范圍，選擇合適的比例尺來繪制力多邊形。例如，如果力的數(shù)值較大，比例尺可以適當(dāng)縮小，以保證在圖紙上能夠完整繪制力多邊形；如果力的數(shù)值較小，比例尺可以適當(dāng)放大，以提高繪圖的精度。
2. 從已知力開始繪制
   • 通常從已知的荷載力開始繪制力多邊形。按照力的方向和大小，依次繪制出與每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的力。例如，先繪制出作用在屋架上弦節(jié)點(diǎn)的屋面荷載等已知力，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平衡條件，依次畫出桿件內(nèi)力的力向量。
   • 在繪制過程中，要注意力的方向，按照靜力學(xué)規(guī)定的方向表示方法準(zhǔn)確繪制。每個(gè)力的起點(diǎn)和終點(diǎn)要與節(jié)點(diǎn)的受力情況相對(duì)應(yīng)。
3. 閉合力多邊形
   • 當(dāng)繪制完所有與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的力向量后，最后一個(gè)力向量的終點(diǎn)應(yīng)該與第一個(gè)力向量的起點(diǎn)重合，這樣力多邊形才是閉合的。這是因?yàn)楦鶕?jù)節(jié)點(diǎn)的平衡條件，所有力的合力為零，在力多邊形上就表現(xiàn)為閉合。
   • 通過這個(gè)閉合的力多邊形，可以根據(jù)比例尺直接量取各個(gè)桿件內(nèi)力的大小，同時(shí)根據(jù)力向量的方向確定內(nèi)力的方向（拉力或壓力）。

（四）結(jié)果分析與驗(yàn)證

1. 內(nèi)力分析
   • 根據(jù)圖解法得到的桿件內(nèi)力結(jié)果，分析每個(gè)桿件是受拉還是受壓。對(duì)于鋼屋架來說，不同的受力狀態(tài)會(huì)影響桿件的設(shè)計(jì)，如截面選擇等。
   • 例如，受拉桿件主要考慮其強(qiáng)度，而受壓桿件除了強(qiáng)度外，還需要考慮穩(wěn)定性等因素。
2. 結(jié)果驗(yàn)證
   • 可以通過選取屋架中的部分結(jié)構(gòu)或者剛結(jié)點(diǎn)進(jìn)行平衡條件的驗(yàn)算。比如，計(jì)算某一桿件組合或者節(jié)點(diǎn)處的力的平衡情況，看是否滿足水平和垂直方向力的總和為零的條件。
   • 如果計(jì)算結(jié)果不滿足平衡條件，需要檢查前面的計(jì)算步驟，可能是繪圖誤差或者計(jì)算過程中的錯(cuò)誤，重新進(jìn)行計(jì)算和繪圖，直到結(jié)果滿足平衡條件為止。

以上是利用圖解法求鋼屋架內(nèi)力的一般方法，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的鋼屋架結(jié)構(gòu)和荷載情況進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算。

鋼屋架設(shè)計(jì)中荷載組合原則

圖解法求解內(nèi)力的誤差控制

鋼屋架節(jié)點(diǎn)受力分析技巧

梯形鋼屋架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)解析