结构选型论文.doc

建筑结构选型论文 2011-6-25建筑结构选型-桁架结构摘要：随着社会的发展，桁架结构被广泛用于大跨度、大尺度的项目建设中，新材料的出现更是推动了桁架结构的进步。本文就如何科学认识桁架结构及其发展历史、如何正确选型桁架结构、如何借鉴成功桁架结构的应用展开介绍和论述。关键字：桁架结构 大跨度 Abstract: With the development of society, are widely used truss span, large-scale projects, the emergence of new materials is to promote the progress of the truss structure. This scientific understanding on how to truss structure and its history, how to correct selection of truss structure, how to learn to start a successful application of truss structure introduced and discussed . Keywords: truss span正文：一、桁架结构的简介桁架是由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元,一般由上弦杆、腹杆（竖杆和斜腹杆）组成。桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构。在房屋建筑中，桁架常用作为为屋盖承重结构，称为屋架。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁架。桁架结构受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向推力，因此在工程中得到广泛的应用。如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大，增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖，通风，采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，需要设置支撑。一般房屋纵向的侧向力并不大，但支撑很多，都按构造（长细比）要求确定截面，故耗钢量不少但未能材尽其用。桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。二、桁架的特点桁架多应用于受弯构件，在外荷载的作用下，简支桁架所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁式的情况相似。但桁架结构具有与简支梁完全不同的受力性能。简支梁在竖向均布荷载作用下，沿梁轴线的弯矩和剪力的分布和截面内的正应力和剪应力的分布都极不均匀。 桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。 桁架各杆件单元（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆）均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。三、桁架结构及其发展它在历史上出现很早，桁架在建造木桥和屋架上最先见诸实用。在国外，公元前500年罗马人就在多瑙河上修建了桁架桥梁；后来迅速成为普遍的结构形式应用于土木工程大跨度的结构中，在房屋建筑中尤其得到广泛推广。文艺复兴时期，意大利建筑师（拔拉雕 Palladio）也开始采用木桁架建桥出现朗式、汤式、豪式桁架。英国最早的金属桁架是在1845年建成的，适合汤式木桁架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦式桁架 。应县木塔在国内，中国古代的桁架结构的经典应用是山西应县木塔。四、屋架结构的选型与布置（一）屋架结构的主要尺寸1、矢高矢高大，弦杆受力小，但腹杆长、长细比大、易压曲，用料反而会增多。矢高小，弦杆受力大，截面大、且屋架刚度小，变形大。 因此，矢高不宜过大和过小，一般取1/101/5。2、坡度当采用瓦类屋面时，屋架上弦坡度应大些，一般不小于1/3；当采用大型屋面板并做卷材防水时，屋面坡度可平缓些，一般为1/81/12。3、节间长度上弦受压，节间长度应小些，下弦受拉，节间长度可大些。屋面荷载应直接作用在节点上，以优化杆件的受力状态。为减少屋架制作工作量，减少杆件与节点数目，节间长度可取大些，一般为1.54m。（二）屋架结构的选型1、屋架结构的受力抛物线状的拱式结构：受力最为合理，但施工复杂。折线形屋架：与弯矩图最接近，力学性能良好。梯形屋架：力学性能较好，上下弦均为直线施工方便，在大中跨建筑中被广泛应用。三角形屋架：力学性能较差，适用于中小跨度。矩形屋架：力学性能较差，用作托架或荷载较特殊情况下使用。2、屋面防水构造三角形、陡坡梯形屋架：屋面材料采用粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦。拱形、折线形屋架：采用卷材防水、金属薄板材料。3、材料耐久性木材、钢材：易腐蚀，维修费用高，不宜用于有侵蚀性的工业厂房和通风不良的建筑。预应力混凝土屋架：提高屋架下弦的抗裂性，防止钢筋腐蚀。4、跨度18m以下：钢筋混凝土钢组合屋架，构造简单、施工方便、技术经济指标较好。36m以下：预应力混凝土屋架，节省钢材，有效控制裂缝宽度和挠度。36m以上（大跨度或振动荷载较大）：钢屋架，结构自重轻，提高结构的耐久性和可靠性。（三）屋架结构的布置1、屋架的跨度一般以3m为模数。我国制订了相应的标准图集可拱查用。2、屋架的间距等间距平行排列，与房屋纵向柱列的间距一致，屋架直接搁置在柱顶。常见的有：6m、7.5m、9m、12m等。四、桁架结构应用领域桁架结构的选型应考虑建筑的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术等因素以及各种桁架的特点以及适用范围。桁架结构应该做到受力合理、技术先进、经济适用。应用：民用建筑、工业建筑、公用建筑、娱乐设施、施工设备、公路桥梁，几乎涵盖了土木工程所有领域。一般常见的桁架结构有排架结构、船舶海洋平台、高层建筑和桁架桥等1. 排架结构排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系，常用于单层工业厂房，比起刚架结构，更适合于有大跨度要求的工业建筑。排架常见的形式有单跨排架、多跨排架、等高排架、不等高排架和锯齿形排架。2、高层建筑 作为建筑结构的主要承载结构，即用桁架或密封空间桁架代替结构中柱和梁，既有框架的作用，同时其斜腹杆还为结构提供支撑作用，保证高层结构的抗侧能力，一般应用在高层（超高层）建筑中； 作为高层建筑结构的加强层或转换层。3、公共建筑及娱乐设施 公共建筑一般指商场、展览会议中心、体育中心、车站、航站楼等。 由于桁架合理的力学行为，因此在公共建筑，特别是中、大跨度的公共建筑中常常会广泛应用。 桁架结构施工方便，拼装简易，施工工期短，也是它成为公共建筑选用结构的原因之一。4、桁架桥 桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。 桁架桥一般由主桥梁、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。 在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向的不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。 桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。 桁架桥一般由主桥梁、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。 在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向的不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。5、海洋平台 海洋平台是为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。海洋平台一般采用刚架、框架结构，也有使用桁架结构。6、设备 在建筑工程现场，脚手架，施工电梯笼、塔吊的主塔，都可以看成是桁架结构。 很多重型机器的承重部分也都会采用桁架结构五、桁架结构应用实例（一）郑州东站站场雨棚中国铁建十七局集团建筑公司承建的亚洲最大钢结构雨棚郑州东站站场雨棚主体完工该雨蓬为无站台柱雨棚，钢结构采用管桁架结构体系，雨棚面积78640平方米，最大跨度45米，主桁架为矩形截面，次桁架为平面结构，屋面桁架由设置在混凝土柱顶的铰支座连接着撑杆支撑，上下水平拉杆达数万根。 （二）鸟巢国家体育场钢结构工程由24榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成，其中22榀贯通或基本贯通。结构组件相互支撑，组成网格状构架，组成体育场整体的鸟巢造型。屋盖主结构的杆件均为箱型构件。其中主桁架断面高度为12m，上弦杆截面为1200mm1200mm到1000mm1000mm之间，下弦杆截面为1000mm1200mm到800mm800mm之间，腹杆截面基本为600mm600mm。结构形式分析：看似复杂的鸟巢是用24个钢桁架支撑起来的。 红线圈的部分为钢架的柱子，支撑上图中银白色的钢行架。 红色的钢架为施工时用的临时支撑架，银白色的钢架为永久性的支架。为柱子与桁架的交接点，成为柱头。 柱头中心（左图）红线表示完全分开的两种结构形式，内部为混凝土看台部分，外包钢结构装饰造型 。 混凝土看台（真正使用的部分） 看台休息厅（柱子都是斜的） 。现场结构施工（三）School building in leutschenbachChristmas Kerez 的这给建筑给我的第一印象是悬浮，二、三、四层悬浮在地面之上，六层有悬浮在四层之上，首先是里面上的结构构件传递了不完整的结构信息支撑从便面看在第一层和第五层消失了。再是水平伸出的长长的楼板增加了这种悬浮感。仅仅从外观上来看，对建筑的阅读有些障碍。因为受力结构的部分不可见，让我们不知道如何竖向支撑，构建并没有直接接触地面，不知道力是如何传递到地面的。在水平方向上，由于构架的连续重复，让我们找不到它的支点在哪里。在二、三、四层的外立面上的构架的书迷不同，让人很容易联想到在密集的节点处是承载力的支点，然而在看了图纸之后，发现并不是这样。外部的可见结构是两个大的方形体量，相互悬浮，仅从外部看，很难让人觉得二三四层的构架是悬挑出去的。我们本能上认为它是由下部支撑起上部的，只是不知道在一层力是如何传递到地面的。事实上，下部的体量从两个桁架梁悬挑出来，而上部的体量被两个桁架梁支撑，如下图所示，首先是整个建筑的整体结构，之后是我们从外观上看不到的呢你不结构，在使我们从外观上可以直接看到的结构。对于桁架梁，我们很难发现到底它的哪一个节点才是支点。实际上，在外部的航嘉亮实在两端被制成，而内部的航嘉亮是在中间被支撑。是这样的处理手法，让建筑产生了悬浮的效果。外部的梁没有接触面，而内部的梁由于是在一层并且被层层玻璃包围着，很难从外观感受得到。类似于三角锥形的支撑构建给在一层的人更多的稳定杆，毕竟在外部的感觉是悬浮，而到内部就会让人产生不安的感觉，正是这六组相对的受力构件，尤其是着每一组多出的协查的构架，给身在建筑中的人更多的稳定杆。我想这也是建筑师在考虑结构的同时又考虑到空间给人的感受。（四）哈尔滨国际会展中心哈尔滨国际会展体育中心工程位于黑龙江省哈尔滨市南岗区红旗大街,总用地面积63万m2，是哈尔滨市标志性建筑，是多届哈尔滨国际经济技术洽谈会举办地，在哈尔滨乃至黑龙江省的地方经济发展中占有极其重要的地位。 哈尔滨国际会展体育中心工程从总体上分为三大独立建筑单元，由国际会议展览体育中心（主馆）、五万人体育场、国际会议中心（酒店）组成，整体建筑呈U形，各单元建筑功能和结构组成均相互独立。哈尔滨国际会展体育中心主馆总建筑面积约为22万m2，由国际展览中心、综合训练馆及体育馆组成。主馆外形呈长方形，南北长151m，东西前长510m，后长618m。主馆中心部分全长