由於鋼結構具有承載力高、抗震效能好、自重輕、建設周期短等優點，因而在重型或大型廠房、大跨度的公共建築中，已愈來愈多地使用鋼屋蓋結構。
1.1 屋蓋結構體系
1、無檁設計方案
在鋼屋架上直接放置預應力鋼筋混凝土大型屋面板，其上鋪設保溫層和防水層。這種方案最突出的優點是屋蓋的橫向剛度大，整體性好，所以對結構的橫向剛度要求高的廠房宜採用無檁設計方案。但因屋面板的自重大，屋蓋結構自重大，抗震效能較差。
2、有檁設計方案
在鋼屋架上設定檁條，檁條上面再鋪設輕型屋面材料，如石棉瓦、壓型鋼板等。對於橫向剛度要求不高，特別是不需要做保溫層的中小型廠房，宜採用有檁設計方案。
1.2 屋蓋支撐
鋼屋架在其自身平面內為幾何形狀不變體系並具有較大的剛度。但這種體系在垂直於屋架平面的側向（即屋架平面外）的剛度和穩定性很差，不能承受水平荷載。為了充分保證房屋的安全、適用和滿足施工要求，在屋蓋系統中必須設定必要的支撐體系，把平面屋架相互連線起來，使之成為乙個穩定而剛強的整體結構。
屋蓋支撐的作用主要是：
1、保證桁架結構的空間幾何形狀不變。平面桁架能保證桁架平面內的幾何穩定性，支撐系統則保證桁架平面外的幾何穩定性。
2、保證桁架結構的空間剛度和空間整體性。
3、為桁架弦杆提供必要的側向支承點。
4、承受並傳遞水平荷載。
5、保證結構安裝時的穩定和方便。
1.3 屋架的形式和主要尺寸
1、屋架形式的確定應滿足經濟、適用和製造安裝方便的原則
（1）滿足使用要求。
屋架外形應與屋面材料的排水要求相適應。如屋面採用瓦類、鐵皮或鋼絲網水泥槽板時，屋架上弦坡度應做的陡些，一般取1/5～1/2，以利排水；當採用大型屋面板上鋪卷材防水屋面時，則要求屋面坡度平緩些，一般取1/12～1/8。
（2）滿足經濟要求。
屋架外形應盡量接近彎矩圖形。因—般跨度的屋架弦杆通常都設計成定截面的，當屋架外形與荷載引起的彎矩圖形相似時，屋架的上下弦杆內力沿跨長分布比較均勻，這樣可使弦杆材料獲得充分利用。腹杆的布置應使短桿受壓，長桿受拉，且桿件數以少為宜。
總長度要短，桿件夾角宜在30°～60°之間。夾角過小時，將使節點構造難以處理。同時應注意盡可能避免非節點荷載作用，以免弦杆區域性受彎而多耗鋼材。
（3）滿足製造，安裝和運輸要求。
設計節點構造要簡單合理，節點數宜少，容易製造，且儘量減少節點處的應力集中。應使屋架的形式和高度便於在工廠分段製造、裝車運輸和現場安裝。
全面滿足上述要求是困難的，一般還需考慮材料**情況和製造條件等因素，經綜合分析，才能最後選定。
2、普通鋼屋架的形式
（1）三角形鋼屋架
三角形屋架用於陡坡屋面的屋蓋結構中。三角形屋架的共同缺點是：屋架外形和荷載引起的彎矩圖形不相適應，因而弦杆內力分布很不均勻，支座處最大而跨中卻較小。
當屋面坡度不很陡時，支座處桿件的夾角較小，使構造比較困難。
（2）梯形鋼屋架
梯形屋架是由雙梯形合併而成，它的外形和荷載引起的彎矩圖形比較接近，因而弦杆內力沿跨度分布比較均勻，材料比較經濟。這種屋架在支座處有一定的高度，既可與鋼筋混凝土柱鉸接，也可與鋼柱做成固接，因而是目前採用無檁設計的工業廠房屋蓋中應用最廣泛的一種屋架形式。屋架中的腹杆體系：
可採用人字式、再分式和單斜桿式。
（3）平行弦鋼屋架
平行弦屋架的特點是桿件規格化，節點的構造也統一，因而便於製造，但弦杆內力分布不均勻。傾斜式平行弦屋架常用於單坡屋面的屋蓋中，而水平式平行弦屋架多用做托架。
（4）人字形鋼屋架
人字形鋼屋架的上、下弦是平行的，下弦也可以有一部分水平段，節點構造比較統一，製作時可以不再起拱，可以用於較大的跨度。人字形鋼屋架一般宜採用上承式，即支座節點在上弦節點。
3、屋架的主要尺寸
（1）跨度
柱網縱向軸線的間距就是屋架的標誌跨度，以3m為模數。屋架的計算跨度是屋架兩端支反力之間的距離。
（2）高度
屋架跨中的最大高度由經濟、剛度、建築要求和運輸界限限制等因素來決定。根據屋架的容許撓度可確定最小高度，最大高度則取決於運輸界限，例如鐵路運輸界限為3．85m；屋架的經濟高度是根據上下弦杆和腹杆的總重量為最小的條件確定；有時，建築設計也可能對屋架的最大高度加以某種限制。
一般情況下，設計屋架時，首先根據屋架形式和設計經驗先確定屋架的端部高度，再按照屋面坡度計算跨中高度。對於三角形屋架，；陡坡梯形屋架可取；緩坡梯形屋架取。因此，跨中屋架高度為
式中是屋架上弦杆的坡度。
一般屋架高度可在下列範圍內採用：
梯形和平行弦屋架
三角形屋架
人字形屋架
跨度較大的桁架，在荷載作用下將產生較大的撓度。所以對跨度為15m或15m以上的三角形屋架和跨度為24m或24m以上的梯形和平行弦屋架，當下弦不向上曲折時，宜採用起拱的方法，即預先給屋架乙個向上的反彎拱度。屋架受荷後產生的撓度，一部分可由反彎拱度抵消。
因此，起拱能防止撓度過大而影響屋架的正常使用。起拱高度一般為跨度的1/500。
1.4 普通鋼屋架的設計步驟
1、屋架荷載計算與荷載效應組合
（1）屋蓋上的荷載
屋蓋上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類。
永久荷載—包括屋面材料和檁條、支撐、屋架、天窗架等結構的自重。
可變荷載—包括雪荷載、風荷載和施工荷載等，一般可按規範查取。
屋架和支撐的自重可按下面經驗公式進行估算，即
式中：為屋架的標誌跨度（m）；
為按屋面的水平投影面分布的均布面荷載（kpa）。通常假定屋架的自重一半作用在上弦平面，一半作用在下弦平面。但當屋架下弦無其它荷載時，為簡化計算可假定全部作用於屋架的上弦平面。
在清理荷載時，需要注意屋面的均布荷載通常是按屋面水平投影面上分布的荷載進行計算，所以凡沿屋面斜面分布的均布荷載（屋面板、瓦、各種屋面做法等恆荷載）均應換算為水平投影面上分布的荷載。假定沿屋面斜面分布的均布荷載為，則換算為水平投影面上分布的荷載為，為屋面的傾角。對於屋面坡度較小的緩坡梯形屋架結構的屋面，較小，可按，即不再換算。
《建築結構荷載規範》（gb50009-2001）給出的屋面均布活荷載、雪荷載均為水平投影面上的荷載，在計算時不需換算。
（2）節點荷載匯集
屋架所受的荷載一般通過檁條或大型屋面板的邊肋以集中力的方式作用於屋架的節點上。作用於屋架上弦節點的集中力可按下式計算：
式中：為節點集中力標準值；
為按屋面水平投影面分布的荷載標準值；
為上弦節間的水平投影長度；
為屋架的間距。
對於有節間荷載作用的屋架弦杆，則應把節間荷載分配在相鄰的兩個節點上，屋架按節點荷載求出各桿件的軸心力，然後再考慮節間荷載引起的區域性彎矩。
（3）荷載效應組合
由於可變荷載的作用位置將影響屋架內力，有的桿件並非所有恆載和活載都作用時引起最不利杆力，可能當某些荷載半跨作用時，該杆內力最大或由拉桿變成壓桿，成為起控制作用的杆力。因此，設計時要考慮施工及使用階段可能遇到的各種荷載及其組合的可能情況，對屋架進行內力分析時應按最不利組合取值。一般應考慮以下三種荷載組合：
組合一：全跨恆載＋全跨活載；
組合二：全跨恆載＋半跨活載；
組合三：全跨屋架、支撐和天窗自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷載。
在荷載效應組合時，屋面活荷載和雪荷載不同時考慮，取兩者中的較大值進行組合。
2、屋架桿件內力計算
（1）計算屋架桿件內力時的基本假定
① 屋架的節點為鉸接；
② 屋架所有桿件的軸線都在同一平面內，且相交於節點的中心；
③ 荷載都作用在節點上，且都在屋架平面內。
計算屋架桿件內力時，假定各節點均為鉸接點。實際上用焊縫連線的各節點具有一定的剛度，在屋架桿件中引起了次應力，根據理論和實驗分析，由角鋼組成的普通鋼屋架，由於桿件的線剛度較小，次應力對承載力的影響很小，設計時可以不予考慮。
（2）桿件的計算長度
理想的桁架結構中，桿件兩端鉸接，計算長度在桁架平面內應是節點中心間的距離，在桁架平面外，是側向支承間的距離。但在節點處節點是具有一定剛度的，加上受拉桿件的約束作用，使得桿件端部的約束介於剛接和鉸接之間；拉桿越多，約束作用越大，相連拉桿的截面相對越大，約束作用也就越大，在這種情況下，桿件的計算長度小於節點中心間的或側向支承間的幾何長度。
桿件的計算長度公式為：
或式中 －桿件平面內與平面外的幾何長度；
－桿件平面內與平面外的計算長度；
，－桿件平面內與平面外的計算長度係數，在桁架桿件中，，是小於或等於1.0的數值。
桿件的計算長度可以參考《鋼結構設計規範》（gb50017-2003）第5.3.1條的規定。
（3）屋架桿件的內力計算
確定屋架的計算簡圖之後，可用**法（節點法）、數解法（節點法或截面法）或計算機法求解屋架桿件的內力。對三角形和梯形屋架用**法比較方便，對平行弦屋架用數解法比較方便，用計算機法求解各種屋架的內力比較精確，而且快速。在某些結構設計手冊中有常用屋架的內力係數表，利用手冊計算屋架內力時，只要將屋架節點荷載乘以相應桿件的內力係數，即得該桿件的內力。
（4）桿件的容許長細比
桿件長細比過大，在運輸和安裝過程中容易因剛度不足而產生彎曲，在動力荷載作用下振幅較大，在自重作用下有可見撓度。為此，對桁架桿件應按各種設計標準的容許長細比進行控制，即：
式中－桿件的最大長細比；
－桿件的容許長細比。《鋼結構設計規範》（gb50017-2003）第5.3.8條規定了構件的容許長細比。
3、屋架桿件設計
（1）桿件的合理截面
普通鋼屋架的桿件一般採用兩個等肢或不等肢角鋼組成的t形截面或十字形截面，這些截面能使兩個主軸的迴轉半徑與桿件在屋架平面內和平面外的計算長度相配合，而使兩個方向的長細比接近，能達到用料經濟，連線方便和剛度等要求。
對於屋架上弦，如無區域性彎矩，因屋架平面外計算長度往往是屋架平面內計算長度的兩倍，上弦宜採用兩個不等肢角鋼，短肢相並而長肢水平的t形截面形式。如有較大的非節點荷載，為提高上弦在屋架平面內的抗彎能力，宜採用不等肢角鋼長肢相並而短肢水平的t形截面。
對於屋架的支座斜桿，由於它在屋架平面內和平面外的計算長度相等，因此，採用兩個不等肢角鋼長肢相並的t形截面比較合理。
腹杆宜採用兩個等肢角鋼組成的t形截面。但與豎向支撐相連的豎腹杆宜採用兩個等肢角鋼組成的十字形截面，使豎向支撐與屋架節點連線不產生偏心。受力特別小的腹杆也可以採用單角鋼桿件。
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梯形屋架課程設計書最終
目錄第一章 設計資料 2 第二章 結構形式與布置 2 2.1 柱網布置 2 2.2屋架形式及幾何尺寸 2 2.3支撐布置 3 第三章 荷載計算及桿件內力計算 4 3.1屋架荷載計算 4 3.2屋架桿件內力係數 4 3.3桿件內力組合 5 第四章 屋架桿件截面選型 6 4.1桿件截面選型 6 第五章 ...