一、 课程设计名称
梯形钢屋架设计
二、 课程设计资料
北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为 27m，柱
距 6m，厂房高度为 15.7m，长度为 156m。车间内设有两台 200/50kN 中级工作
制吊车，计算温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂
浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6m 预应力混凝土大型屋面板。屋面
积灰荷载为 0.4kN/㎡，屋面活荷载为 0.4kN/㎡，雪荷载为 0.4kN/㎡，风荷载
为 0.45 kN/㎡。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为 400mm×400mm，混凝
土标号为 C20。
设计荷载标准值见表 1（单位：kN/㎡）。
表 1
防水层 0.4
找平层 0.4 保温层 0.1 找平层 0.5 混凝土屋面板 1.4 三、 钢材和焊条的选用
根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q235 沸
腾钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率δ和冷弯实验四项机械性
能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用 E43 型，
手工焊。
四、 屋架形式和几何尺寸
屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋
架。屋面坡度 i ? 1 / 10。
屋架计算跨度 l0 ? l ? 2 ?150 ? 27000 ? 2 ?150 ? 26700mm。
屋架端部高度取： H 0 ? 2000mm 。
跨中高度： H ? H0 ? l0 ? i ? 2000 ? 26700 / 2 ? 0.1 ? 3335 ? 3350mm 。
2
H 3350 1
? 屋架高跨比： ? 。
l0 26700 8.0
屋架跨中起拱 f ? l / 500 ? 54mm, 取 50 mm。
为了使屋架节点受荷,配合屋面板 1.5m 宽，腹杆体系大部分采用下弦节间
水平尺寸为 3.0m 的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m，屋架几何尺寸如图
1 所示。
图 1：27 米跨屋架几何尺寸
五、 屋盖支撑布置
根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横
向水平支撑，在设置横向水平支撑的同一开间的屋架两端及跨中布置三道竖向
支撑，中间各个屋架用系杆联系，在屋架两端和中央的上、下弦设三道通长系
杆，其中：上弦屋脊节点处及屋架支座出的系杆为刚性系杆（图 2），安装螺
栓采用 C 级，螺杆直径：d=20mm，螺孔直径：d0=21.5mm。
符号说明：GWJ-（钢屋架）；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）
六、 荷载计算
屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计
算。故取屋面活荷载 0.4kN/ m2 进行计算。屋架沿水平投影面积分布的自重（包
括支撑）按经验公式 g ? (0.12 ? 0.011? L)kN/m 计算，跨度 L 单位为 m,荷载计
2
算结果见表 1。
1 表 荷载名称 预应力混凝土大型屋面板 三毡四油上铺小石子防水层 水泥砂浆找平层 厚泡沫混凝土保温层 找平层 屋架和支撑自重 永久荷载总和 屋面活荷载 积灰荷载 可变荷载总和 荷 载 计 算 表
2 标准值（kN/ m ） 2 设计值（kN/ m ） 1.4 0.4 0.4 0.1 0.5 0.12+0.011×27=0.417 3.217 0.4 0.4 0.8 1.4×1.2＝1.68 0.4×1.2＝0.48 0.4×1.2＝0.48 0.1×1.2＝0.12 0.5×1.2＝0.6 0.417×1.2＝0.50 3.86 0.4×1.4＝0.56 0.4×1.4＝0.56 1.12 设计屋架时应考虑以下三种荷载组合情况：
6.1.全跨永久荷载 + 全跨可变荷载
全跨节点永久荷载及可变荷载：
F ? (3.86 ? 1.12) ?1.5 ? 6 ? 44.82kN
6.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
F1 ? 3.86 ? 2.5 ? 6 ? 34.74kN
半跨节点可变荷载：
F2 ? 1.12 ?1.5 ? 6 ? 10.08kN
6.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:
全跨节点屋架自重：
F3 ? 0.50 ?1.5 ? 6 ? 4.5kN
半跨节点屋面板自重及活荷载：
F4 ? 1.68 ? 0.56 ?1.5 ? 6 ? 10.5kN
6.1、6.2 为使用节点荷载情况，6.3 为施工阶段荷载情况。
七、 内力计算
由图解法或数解法解得 F＝1 的屋架各杆件的内力系数（F＝1 作用于全跨、
左半跨和右半跨）。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表
2。
表 2 杆件名 称 内力系数（F=1） 左半跨 ② 0 -7.19 -7.19 -10.75 -11.33 -11.33 右半跨 ③ 0 -2.79 -2.79 -5.06 -5.06 -5.06 屋架杆件内力组合表
内力组合值 第一种 组合 F ×① 0 -446.9 -446.9 -708.2 -734.2 -734.2 第二种组合 F1×① + F2× ② 0 -418.8 -418.8 -657.3 -683.2 -683.2 F1×① + F2× ③ 0 -374.5 -374.5 -599.9 -620.0 -620.0 第三种组合 F3×① + F4× ② 0 -120.4 -120.4 -184.0 -192.7 -192.7 F3×① + F4× ③ 0 -74.2 -74.2 -124.2 -126.8 -126.8 计算杆 内力 (kN) 0.0 -446.9 -446.9 -708.2 -734.2 -734.2 全跨① AB BC 0 -9.97 -9.97 -15.8 -16.38 -16.38 上 CD 弦 DE EF FG
钢结构课程设计例题
