梯形钢屋架课程设计
一、设计资料
(1)、某工业厂房，建筑地点在太原市，屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面板采用100mm厚彩钢复合板（外侧基板厚度0.5mm，内侧基板厚度0.4mm，夹芯材料选用玻璃丝棉，屋面板自重标准值按0.20 kN/m2计算），檩条采用冷弯薄壁C型钢。
屋架跨度21m,屋面排水坡度i=1:10，有组织排水。屋架支承在钢筋混凝土柱（C30）上，柱顶标高9.0m，柱距6m，柱截面尺寸为400×400mm。厂房纵向长度60m。基本风压0.40KN/m2,基本雪压
0.35KN/m2。不考虑积灰荷载。
注：屋架、檩条、拉条及支撑自重标准值可按下列数值考虑：
0.30kN/m2（6.0m）（2）、屋架计算跨度：
L0=21-2×0.15=20.7m
（3）跨中及端部高度：屋盖拟采用钢结构有檩体系，屋面排水坡度i=1:10，取屋架在21m轴线处的端部高度h0’=1.99m, 屋架的中间高度h=3.025m，则屋架在20.7m，两端的高度为h o=2.004m。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图2-1所示
根据厂房长度（60m），跨度及荷载情况，设置两道上下横向水平支撑。因为柱网采用封闭形式，厂房横向水平支撑设在两端第二柱间，
图2-1梯形屋架形式和几何尺寸
在第一柱间的上弦平面设置了刚性系杆，以保证安装时的稳定。在第一柱间的下弦平面也设置了刚性系杆，以传递山墙风荷载。梯形钢屋架支撑布置如图2-2.
桁架上弦支撑布置图
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑布置1-1
垂直支撑布置2-2
SC—上弦支撑XC—下弦支撑CC—垂直支撑GG—刚性系杆LG—柔性系杆
图2-1梯形屋架支撑布置图
三、荷载计算
荷载：屋架的受荷水平投影面积为：2
260
2
A>
=
=，故按
⨯
m
m
6
126
21m
《建筑结构荷载规范》取屋面活荷载（按不上人屋面）标准值为0.5kN/m2，雪荷载为0.35kN/m2，取屋面活荷载与雪荷载中较大值
0.5kN/m2。L为屋架跨度，以m为单位。积灰荷载不考虑
1、荷载标准值。
1>永久荷载标准值
屋面板0.2 KN/m2
屋架及支撑0.3
2>可变荷载标准值
基本雪压 0.35KN/m2
基本风压 0.4KN/m2 （屋面倾角<30。故不考虑）
活荷载 0.50KN/m2
因为活荷载较基本雪压大，故采用活荷载作为设计使用。
2、设计屋架时应考虑以下三种组合
1> 全跨永久荷载作用下
P1=(0.2+0.3)×6×1.5=4.5KN
2> 全跨可变荷载作用下
P2=0.5×6×1.5=4.5KN
3> 当基本组合由永久荷载控制时上弦节点设计值
Sq=1.35×4.5+1.4×0.7×4.5=10.5KN
当基本荷载由可变荷载控制时上弦节点设计值
Sp=1.2×4.5+1.4×0.5×6×1.5=11.7KN
可知由可变荷载控制取F=11.7KN
3、节点荷载计算，考虑以下三种荷载组合
1.全跨永久荷载+全跨可变荷载
2.全跨永久荷载+半跨可变荷载
3.屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载（取等于屋面使用荷载）设
F1——由永久荷载换算的节点集中荷载
F2——由可变荷载换算的节点集中荷载
F3——由部分永久荷载（屋架及支撑）换算的节点集中荷载F4——由部分永久荷载（屋面板重）及可变荷载（屋面活荷载）换算的节点集中荷载
则F1=1.2×4.5=5.4KN F2=1.4×1×0.5×6×1.5=6.3KN F3=1.2×0.3×6×1.5=3.24KN F4=（1.2×0.2+0.5）×6×1.5=8.4KN F=F1+F2=9.7KN 四、 内力组合计算
（1）、屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图3-1所示：
F/2
F
F
F
F
F
F
F F F F F F F F/21990
20700
3040A 2850
3000300030003000
3000
2850
H
G
F
E
D
C
B
d
c
b
a
F/2
图3-1 荷载组合作用下的计算简图
由以下图3-2得F=1时屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）
21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值
21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
图3-2 屋架各杆件的内力系数
（2）、由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力，计算结果见下表：（F=28.254 KN F1=22.239 KN F2=6.3 KN
F3=4.257 KN F4==8.73 KN）
五、杆件计算
腹杆最大内力N= -118.146kN ，查表2.8（课本40页），点板厚度选用8mm ，支座节点板厚度选用8mm 。 1.上弦杆（图5-1）
整个上弦采用等截面，按FG 、GH 杆件的最大内力设计。 N= -118.146kN= --118146N ，上弦杆平面内计算长度lox=lo=150.75cm ；在屋架平面外，
根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度loy=450cm,
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并，如图5-1所示
图5-1 上弦杆截面图
上弦截面
腹杆最大内力N=--74.5344KN ，查表知，中间节点板厚度选用8mm ，支座节点板厚度选用8mm 。
设λ=80，查轴心受压稳定系数表 ϕ=0.688 则需要截面积为
*A =f
N .ϕ=118146/(0.688×215)=798.7mm 2
需要回转半径：
