桁架屋架结构实用课件

1、1 第二章 桁架结构 第一节 桁架结构的受力特点 第二节 屋架结构的型式 第三节 屋架结构的选型与布置 教学要求教学要求 了解桁架结构的受力特点及其型式，了解桁架结构的受力特点及其型式， 掌握屋架结构选型与布置掌握屋架结构选型与布置 第四节 立体桁架 第五节 张弦结构 第六节 屋架结构的其他型式 第1页/共91页 2 第二章 桁架结构 桁架桁架（truss）: : 由直杆组成的一般具有由直杆组成的一般具有三角形三角形 单元的平面或空间结构。在房屋建筑中单元的平面或空间结构。在房屋建筑中, ,桁架常用桁架常用 来作为屋盖承重结构来作为屋盖承重结构, ,又称为又称为屋架屋架。 第2页/共91页 掏

2、空的梁掏空的梁-桁架可以看成是从梁衍化而来桁架可以看成是从梁衍化而来 桁架结构的发展桁架结构的发展 第3页/共91页 4 第二章 桁架结构 桁架桁架（truss）: : 由直杆组成的一般具有三角形由直杆组成的一般具有三角形 单元的平面或空间结构。在房屋建筑中单元的平面或空间结构。在房屋建筑中, ,桁架常用桁架常用 来作为屋盖承重结构来作为屋盖承重结构, ,又称为屋架。又称为屋架。 第4页/共91页 只受结点荷载作用的直杆铰接体系只受结点荷载作用的直杆铰接体系 桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定 第5页/共91页 6 2.1 桁架结构的受力特点 组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆组成桁架的所

3、有各杆都是直杆，所有各杆 的中心线的中心线 ( (轴线轴线) )都在同一平面内。都在同一平面内。 桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定 第6页/共91页 7 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定 桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。 第7页/共91页 8 2.1 桁架结构的受力特点 鲁班锁 第8页/共91页 桁架结构的内力桁架结构的内力 第9页/共91页 10 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定 所有外力所有外力 ( (包括荷载及支座反力包括荷载及支座反力) )都作用在桁都作用在桁 架的中

4、心平面内架的中心平面内, ,并集中作用于节点上。并集中作用于节点上。 第10页/共91页 11 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构的内力桁架结构的内力 矩形桁架矩形桁架为等高为等高 度度, ,沿跨度方向各沿跨度方向各 腹杆腹杆的轴力变化与的轴力变化与 剪力图一致剪力图一致, ,跨中跨中 小而支座处大小而支座处大, ,其其 值变化较大。值变化较大。弦杆弦杆 跨中节间轴力大、跨中节间轴力大、 靠近支座处轴力较靠近支座处轴力较 小或为零小或为零 弦杆内力： h M N 0 第11页/共91页 斜杆内力： PiRNQ A ah h ii 22 下斜杆受拉 A ah h ii RPiNQ 22 上斜杆

5、受压 竖杆内力：符号与斜杆内力符号相反 分布规律： 1、弦杆内力由端点向中心递增 2、腹杆内力由端点向中心递减 Ai RPiN竖杆受压 PiRN Ai )(1 竖杆受拉 第12页/共91页 6a hP P P P P P P 弦杆内力：弦杆内力： i h M N 0 M0 按抛物线递增 由于由于hi 的增长比的增长比M0的增长快，所以弦内力的增长快，所以弦内力由端点向中心递减由端点向中心递减 hi 按线性递增 斜杆内力和竖杆内力由端点向中心递增； 斜杆内力符号和竖杆内力符号相反； 下斜杆受压，上斜杆受拉 腹杆内力：腹杆内力： 分布规律： 与平行弦桁架内力分布相反，符号规律相同 2 三角形桁架三

6、角形桁架 第13页/共91页 14 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构的内力桁架结构的内力 三角形桁架三角形桁架的高的高 度自跨中最大处向度自跨中最大处向 支座节点最小处呈支座节点最小处呈 线性线性变化变化, ,而弯矩而弯矩 的变化自跨中向支的变化自跨中向支 座呈座呈抛物线抛物线变化变化, , 弯矩的减小速度比弯矩的减小速度比 桁架高度的减小速桁架高度的减小速 度慢度慢, ,故上、下弦故上、下弦 杆内力在跨中节间杆内力在跨中节间 最小最小, ,而在靠近支而在靠近支 座处最大。座处最大。 第14页/共91页 3 抛物线形桁架抛物线形桁架 PPPPPPP M0图 6a hP P P P P P

7、P 结点位于 )(xlx l f y 2 4 腹杆内力为零，下弦杆内力相同。上弦杆受压，水平分量 相等且等于下弦内力（因为合理拱轴） 弦杆内力： i h M N 0 M0 按抛物线递增 Hi 按抛物线递增 第15页/共91页 16 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构的内力桁架结构的内力 高度呈高度呈抛物线型抛物线型 的桁架是最理想的的桁架是最理想的 桁架形式。因桁架桁架形式。因桁架 高度的变化与外荷高度的变化与外荷 载所产生的弯矩图载所产生的弯矩图 完全一致完全一致, ,使上、使上、 下弦杆各节间轴力下弦杆各节间轴力 也完全相等。也完全相等。 第16页/共91页 基于上述受力性能分析，在使用

8、上基于上述受力性能分析，在使用上 平行弦桁架内力分布不均，但构件规整，利于标准化，平行弦桁架内力分布不均，但构件规整，利于标准化， 便于施工，宜用于跨度不大情况便于施工，宜用于跨度不大情况 抛物线桁架内力分布均匀，腹杆轻，自重小，宜用于大抛物线桁架内力分布均匀，腹杆轻，自重小，宜用于大 跨结构，但抛物线弦杆施工复杂跨结构，但抛物线弦杆施工复杂。 三角形桁架内力分布不均匀，支座处内力最大，端结点三角形桁架内力分布不均匀，支座处内力最大，端结点 交锐角构造复杂，宜用于跨度小坡度大的屋盖交锐角构造复杂，宜用于跨度小坡度大的屋盖。 第17页/共91页 18 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构的内力桁

9、架结构的内力 斜腹杆的斜腹杆的布置方布置方 向向对腹杆受力的符对腹杆受力的符 号号 ( (拉或压拉或压) )有直有直 接的关系。对于矩接的关系。对于矩 形桁架形桁架, ,斜腹杆外斜腹杆外 倾受拉倾受拉, ,内倾受压内倾受压, , 竖腹杆受力方向与竖腹杆受力方向与 斜腹杆相反。斜腹杆相反。 第18页/共91页 19 2.1 桁架结构的受力特点 桁架结构的内力桁架结构的内力 斜腹杆的斜腹杆的布置方布置方 向向对腹杆受力的符对腹杆受力的符 号号 ( (拉或压拉或压) )有直有直 接的关系。接的关系。 对于对于 三角形桁架三角形桁架, ,斜腹斜腹 杆外倾受压杆外倾受压, ,内倾内倾 受拉受拉, ,而竖

10、腹杆则而竖腹杆则 总是受拉。总是受拉。 第19页/共91页 用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选 择一般与建筑物的择一般与建筑物的使用要求使用要求，跨度跨度和和荷载大小荷载大小， 以及以及材料供应材料供应和和施工技术水平施工技术水平等因素有关。选择等因素有关。选择 桁架型式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架型式的一般原则是适用经济美观和制造简单。 桁架可用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，桁架可用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造， 由于每种材料的力学性能各不相同，所以不同材由于每种材料的力学性能各不相同，所以不同材 料制造的屋架，其型式也各不一样。

11、料制造的屋架，其型式也各不一样。 第20页/共91页 屋架结构的型式屋架结构的型式 按使用材料：按使用材料：木屋架、钢木组合屋架、钢屋架、 轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、 钢筋混凝土钢组合屋架等 按屋架外形：按屋架外形：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋 架、折线型屋架、平行弦屋架等 按受力特点：按受力特点：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁 架、空腹桁架）、立体桁架等 第21页/共91页 22 三角形桁架三角形桁架 三角形屋架一般三角形屋架一般 用于屋面用于屋面坡度较大坡度较大 的屋盖结构中。一的屋盖结构中。一 般宜用于般宜用于中小跨度中小跨度 的轻屋盖结构。的轻屋盖结构。 2.2

12、屋架结构的型式 第22页/共91页 23 梯形桁架梯形桁架 梯型屋架一般用梯型屋架一般用 于屋面于屋面坡度较小坡度较小的的 屋盖中。其受力性屋盖中。其受力性 能比三角形屋架优能比三角形屋架优 越越, ,适用于适用于较大跨较大跨 度度或荷载的工业厂或荷载的工业厂 房。房。 2.2 屋架结构的型式 第23页/共91页 24 梯形桁架梯形桁架矩形桁架矩形桁架 矩形屋架也称为矩形屋架也称为 平行弦屋架平行弦屋架。其上。其上 下弦平行下弦平行, ,腹杆长腹杆长 度一致度一致, ,杆件类型杆件类型 少少, ,易于满足标准易于满足标准 化、工业化生产的化、工业化生产的 要求。常用于要求。常用于托架托架 或或

13、支撑系统支撑系统。 2.2 屋架结构的型式 第24页/共91页 25 木屋架木屋架 一般为三角形屋一般为三角形屋 架，内力支座处大架，内力支座处大 而跨中小。适用于而跨中小。适用于 跨度在跨度在1818米以内的米以内的 建筑中。建筑中。 2.2 屋架结构的型式 第25页/共91页 这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：这种屋架型式适用于木屋架。其特点是： (1)(1)屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力不屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力不 致突变太大。因为木材强度较低，这对采用木材致突变太大。因为木材强度较低，这对采用木材 作杆件提供有利条件。作杆件提供有利条件。 (2) (2) 木屋架的结点采

14、用齿联结。这种屋架结木屋架的结点采用齿联结。这种屋架结 点上相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。点上相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。 第26页/共91页 豪式木屋架的适用跨度为豪式木屋架的适用跨度为9 92l2l米，最经济米，最经济 跨度为跨度为9 9l5l5米。米。 豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要 适中，如节间长度太长，则杆件长度太长，受力适中，如节间长度太长，则杆件长度太长，受力 不利；如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。不利；如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。 一般应控制节间长度在一般应控制节间长度在1.51.52.52.5米之间。

15、所以设米之间。所以设 计上常常是：计上常常是： 第27页/共91页 跨度跨度6 69 9米时，采用四节间米时，采用四节间 跨度跨度9 91212米时，采用六节间米时，采用六节间 跨度跨度12121515米时，采用八节间米时，采用八节间 跨度在跨度在1515米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太 大而采用钢木组合豪式屋架。大而采用钢木组合豪式屋架。 第28页/共91页 三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。一般适三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。一般适 用于跨度在用于跨度在18m18m以内的建筑中。三角形屋架的上弦坡度大，有利以内的建筑中。三角形屋架的上

16、弦坡度大，有利 于屋面排水。于屋面排水。 当房屋跨度较大时，选用梯形屋架较为适宜。梯形屋架受力当房屋跨度较大时，选用梯形屋架较为适宜。梯形屋架受力 性能比三角形屋架合理，梯形屋架适用跨度为性能比三角形屋架合理，梯形屋架适用跨度为1212l8ml8m。 第29页/共91页 30 钢钢- -木组合屋架木组合屋架 采用钢拉杆作为采用钢拉杆作为 屋架的下弦杆，消屋架的下弦杆，消 除接头的非弹性变除接头的非弹性变 形，从而提高屋架形，从而提高屋架 结构的刚度。结构的刚度。 2.2 屋架结构的型式 第30页/共91页 31 钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆

17、 的形式。的形式。 2.2 屋架结构的型式 第31页/共91页 钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架。钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架。 有时为改善上弦杆的受力情况，可采用再分式腹杆的形式。有时为改善上弦杆的受力情况，可采用再分式腹杆的形式。 第32页/共91页 三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是 钢屋架的典型型式，其特点是：钢屋架的典型型式，其特点是： (1)(1)因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但 抗弯性能差，而屋架上弦是压弯构件，为了抗弯性能差，而屋架上弦是压弯构件，为了 适应钢材这个弱点

18、，芬允式屋架把上弦分成适应钢材这个弱点，芬允式屋架把上弦分成 左右两个小桁架，小桁架内的杆件长度就变左右两个小桁架，小桁架内的杆件长度就变 得较短，由此来能适应钢材柔性的特点。得较短，由此来能适应钢材柔性的特点。 第33页/共91页 (2)(2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下 弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以， 这段杆件虽长但无害处。这段杆件虽长但无害处。 芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，故故 主要用于大跨度情况，一般适用跨度为主要用于大跨度情况，一般适用跨度为3636 米以上。

19、米以上。 第34页/共91页 梯形屋架是由双梯梯形屋架是由双梯 形合并而成，外形和荷形合并而成，外形和荷 载引起的弯短图形接近，载引起的弯短图形接近， 弦杆内力沿跨度分布较弦杆内力沿跨度分布较 均匀，材料较经济。均匀，材料较经济。 梯形屋架在支座处有一梯形屋架在支座处有一 定的高度，既可与钢筋混凝定的高度，既可与钢筋混凝 土柱接，也可与钢柱做成固土柱接，也可与钢柱做成固 接。屋架中的腹杆体系，可接。屋架中的腹杆体系，可 采用人宇式、再分式和单斜采用人宇式、再分式和单斜 杆式。杆式。 第35页/共91页 平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造统一，便于制平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造

20、统一，便于制 造，但弦杆内力分布不均匀。造，但弦杆内力分布不均匀。 倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖；水平式平行弦屋倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖；水平式平行弦屋 架多用做托架。架多用做托架。 第36页/共91页 37 钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。的形式。 2.2 屋架结构的型式 第37页/共91页 38 钢屋架钢屋架 2.2 屋架结构的型式 第38页/共91页 39 钢屋架钢屋架 2.2 屋架结构的型式 第39页/共91页 40 混凝土屋架混凝土屋架 2.2 屋架结构的型式 第40页/共91页 混凝土屋架混凝土屋架 常

21、见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架 钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架 跨度：跨度：1524m 预应力混凝土屋架预应力混凝土屋架 跨度：跨度：1836m或更大 1.梯形屋架： 上弦节间：上弦节间：3m 下弦节间：下弦节间：6m 矢跨比：矢跨比：1/61/8 端部高度：端部高度：1.82.2m 适用：重型、高温、采用井式适用：重型、高温、采用井式 或横向天窗的厂房或横向天窗的厂房 第41页/共91页 2.折线形屋架1：外形较合理，自重轻，屋面坡度大。外形较合理，自重轻，屋面坡度大。 3.折线形屋架2： 适用：非卷材防水屋面的中型厂

22、房适用：非卷材防水屋面的中型厂房 或大中型厂房。或大中型厂房。 屋面坡度平缓，适用于卷材防屋面坡度平缓，适用于卷材防 水屋面的中型厂房。水屋面的中型厂房。 第42页/共91页 4.拱形屋架：上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。 外形合理、内力均匀、自重轻。外形合理、内力均匀、自重轻。 矢跨比：矢跨比：1/61/8 5.无腹杆屋架：上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。 节点刚接，可按刚架计算：节点刚接，可按刚架计算： 上弦杆：压弯构件上弦杆：压弯构件 下弦杆：拉弯构件下弦杆：拉弯构件 竖腹杆：拉弯构件竖腹杆：拉弯

23、构件 若按拱计算：上弦杆：受压的拱身若按拱计算：上弦杆：受压的拱身 下弦杆：拉杆下弦杆：拉杆 竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦）竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦） 零杆（荷载作用于上弦）零杆（荷载作用于上弦） 第43页/共91页 常用钢筋混凝土屋架的适用跨度 1212 18m18m 181836m36m 121218m18m 第44页/共91页 45 钢筋混凝土钢筋混凝土- -钢组合屋架钢组合屋架 上弦杆采用刚劲上弦杆采用刚劲 混凝土，下弦杆采混凝土，下弦杆采 用型钢。充分利用用型钢。充分利用 两种材料的特性。两种材料的特性。 2.2 屋架结构的型式 第45页/共91页 屋架在荷或作用下上弦主要承受压

24、力，有时还屋架在荷或作用下上弦主要承受压力，有时还 承受弯矩，下弦承受拉力。为了合理地发挥材料的承受弯矩，下弦承受拉力。为了合理地发挥材料的 作用，屋架的上弦和受压腹杆可采用钢筋混凝土杆作用，屋架的上弦和受压腹杆可采用钢筋混凝土杆 件，下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆，这种屋架称为件，下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆，这种屋架称为 钢筋混凝钢组合屋架。钢筋混凝钢组合屋架。 组合屋架的自重轻，节省材料，常用跨度为组合屋架的自重轻，节省材料，常用跨度为9 9 1818米。常用的组合屋架有米。常用的组合屋架有折线形屋架折线形屋架，下撑式五角下撑式五角 形屋架以及三铰形屋架以及三铰、两铰屋架两铰屋架等。等。三铰屋

25、架受力明确，三铰屋架受力明确， 杆件短，施工用地小杆件短，施工用地小。两铰屋架杆件少，构造简单。两铰屋架杆件少，构造简单。 下撑式五角形屋架的特点是重心低，因下撑而改善下撑式五角形屋架的特点是重心低，因下撑而改善 了屋架的受力性能，使内力分布比较均匀，但影响了屋架的受力性能，使内力分布比较均匀，但影响 了房屋的净空，增加了柱子的高度。了房屋的净空，增加了柱子的高度。 第46页/共91页 组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占 地小、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适地小、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适 于山区中、小型建筑。于山区中、小型建筑

26、。 折线形组合屋架 下撑式五角形组合屋架 第47页/共91页 三铰组合屋架 两铰组合屋架 第48页/共91页 屋架的选型必须综合考虑建筑的使用要求、屋架的选型必须综合考虑建筑的使用要求、 跨度和荷载的大小、以及材料供应，施工条件跨度和荷载的大小、以及材料供应，施工条件 等出素，并进行全面的技术经济分析。等出素，并进行全面的技术经济分析。 1.1.建筑跨度在建筑跨度在3636米以上时宜选用钢屋架，米以上时宜选用钢屋架， 但在有侵蚀介质但在有侵蚀介质( (如酸、碱性物质如酸、碱性物质) )的厂房中则的厂房中则 不宜采用钢结构。不宜采用钢结构。 第49页/共91页 2.2.为节约钢材，跨度在为节约钢

27、材，跨度在3636米以下时宜选米以下时宜选 用预应力钢筋混凝土屋架。跨度在用预应力钢筋混凝土屋架。跨度在1818至至2424米之米之 间，又无预应力条件时，亦可选用普通钢筋混间，又无预应力条件时，亦可选用普通钢筋混 凝土屋架，但在有振动、侵蚀性介质或高温车凝土屋架，但在有振动、侵蚀性介质或高温车 间，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下间，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下 弦施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防弦施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防 止钢筋受腐蚀。止钢筋受腐蚀。 第50页/共91页 3.3.建筑跨度在建筑跨度在1818米以下时，可选用钢筋混米以下时，可选用钢筋混 凝土钢

28、组合层架。这种屋架技术经济指标较凝土钢组合层架。这种屋架技术经济指标较 好，也不需要较大的起重设备。由于它的下弦好，也不需要较大的起重设备。由于它的下弦 刚度较差，不宜用于振动较大刚度较差，不宜用于振动较大( (如吊车起重量如吊车起重量 超过超过1010吨吨) )的厂房。的厂房。 4 4房屋内部以及所在地区的相对湿度大于房屋内部以及所在地区的相对湿度大于 7575，通风不良者，或具有侵蚀性质介质的建，通风不良者，或具有侵蚀性质介质的建 筑，则不宜选用木屋架和钢屋架。筑，则不宜选用木屋架和钢屋架。 第51页/共91页 52 梯形桁架梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸 屋架的矢高直接影响

29、结构的屋架的矢高直接影响结构的刚度刚度与与经济指标经济指标。矢高。矢高 大、弦杆受力小大、弦杆受力小, ,但腹杆长、长细比大、易压曲但腹杆长、长细比大、易压曲, ,用料用料 反而会增多。矢高小反而会增多。矢高小, ,则弦杆受力大、截面大、且屋则弦杆受力大、截面大、且屋 架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的 1/101/5。 2.3 屋架结构的选型及布置 矢高矢高 屋架上弦坡度的确定应与屋面屋架上弦坡度的确定应与屋面防水防水构造相适应。当构造相适应。当 采用瓦类屋面时采用瓦类屋面时, ,屋架上弦坡度应大些屋架上弦坡度应大些, ,一般不小于一般不小于1/3, ,

30、 以以 利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时, ,屋屋 面坡度可平缓些面坡度可平缓些, ,一般为一般为1/8l/12。 坡度坡度 第52页/共91页 53 梯形桁架梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸 屋架节间长度的大小与屋架的屋架节间长度的大小与屋架的结构型式结构型式, ,材料材料及荷及荷 载有关。一般上弦受压载有关。一般上弦受压, ,节间长度应小些节间长度应小些, ,下弦受拉下弦受拉, , 节间长度可大些。节间长度可大些。 屋架上弦节间长度常取屋架上弦节间长度常取 3m。 当屋盖采用有檩体当屋盖采用有檩体 系时系时, ,则屋架上弦节间长度

31、应与檩条间距一致。则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。 2.3 屋架结构的选型及布置 节间距节间距 第53页/共91页 54 梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 2.3 屋架结构的选型及布置 屋架结构的选型应考虑房屋的屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑用途、建筑 造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材 料的供应、施工技术条件料的供应、施工技术条件等因素等因素, ,做到受力做到受力 合理、技术先进、经济适用。合理、技术先进、经济适用。 第54页/共91页 55 梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 从结构受力来看从结构受力来看, ,抛物线

32、状抛物线状的拱式结构受力最为的拱式结构受力最为合合 理理。但拱式结构上弦为曲线。但拱式结构上弦为曲线, ,施工复杂。施工复杂。折线型折线型屋架屋架, , 与抛物线弯矩图最为接近与抛物线弯矩图最为接近, ,故力学性能良好。梯形屋故力学性能良好。梯形屋 架架, ,因其既具有较好的力学性能因其既具有较好的力学性能, ,上下弦均为直线施工上下弦均为直线施工 方便方便, ,故在故在大中跨建筑大中跨建筑中被中被广泛应用广泛应用。三角形屋架与三角形屋架与 矩形屋架力学性能较差矩形屋架力学性能较差。三角形三角形屋架一般仅适用于屋架一般仅适用于中中 小跨度小跨度, ,矩形矩形屋架常用作屋架常用作托架托架或或荷载

33、较特殊情况荷载较特殊情况下使下使 用。用。 2.3 屋架结构的选型及布置 受力受力 第55页/共91页 56 梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 屋面防水构造决定了屋面排水坡度屋面防水构造决定了屋面排水坡度, ,进而决定屋盖进而决定屋盖 的建筑造型。的建筑造型。 一般来说一般来说, ,当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦 或水泥瓦时或水泥瓦时, ,应选用应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架三角形屋架、陡坡梯形屋架。当。当 屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时, ,应选用应选用拱拱 形屋架、折线形屋架和缓坡梯形屋架形屋架、折

34、线形屋架和缓坡梯形屋架。 2.3 屋架结构的选型及布置 防水防水 第56页/共91页 57 梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 木材及钢材木材及钢材均易腐蚀均易腐蚀, ,维修费用较高。因此维修费用较高。因此, ,对于对于 相对湿度较大而又通风不良的建筑相对湿度较大而又通风不良的建筑, ,或有侵蚀性介质或有侵蚀性介质 的工业厂房的工业厂房, ,不宜选用木屋架和钢屋架不宜选用木屋架和钢屋架, ,宜选用预应力宜选用预应力 混凝土屋架混凝土屋架, , 2.3 屋架结构的选型及布置 材料材料 第57页/共91页 58 梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 跨度在跨度在18m以下时以下时

35、, ,可选用钢筋混凝土可选用钢筋混凝土- -钢组合屋钢组合屋 架架; ;这种屋架构造简单、施工吊装方便这种屋架构造简单、施工吊装方便, ,技术经济指标技术经济指标 较好。较好。 跨度在跨度在36m以下时以下时, ,宜选用预应力混凝土屋架宜选用预应力混凝土屋架, ,既既 可节省钢材可节省钢材, ,又可有效地控制裂缝宽度和挠度。又可有效地控制裂缝宽度和挠度。 跨度在跨度在36m以上的大跨度建筑或受到较大振动荷以上的大跨度建筑或受到较大振动荷 载作用的屋架载作用的屋架, ,宜选用钢屋架宜选用钢屋架, ,以减轻结构自重以减轻结构自重, ,提高提高 结构的耐久性与可靠性。结构的耐久性与可靠性。 2.3

36、屋架结构的选型及布置 跨度跨度 第58页/共91页 59 梯形桁架梯形桁架屋架结构的布置屋架结构的布置 屋架的跨度屋架的跨度, ,一般以一般以 3m为模数。为模数。 2.3 屋架结构的选型及布置 跨度跨度 屋架一般宜等间距平行排列屋架一般宜等间距平行排列, ,与房屋纵向柱列的间与房屋纵向柱列的间 距一致距一致, ,屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为 屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度, ,最常见的为最常见的为6m, ,有时有时 也有也有7.5m、9m、 间距间距 在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形在同层中屋架的支座取同一标

37、高。屋架的支座形 式式, ,在力学上可简化为在力学上可简化为铰接铰接支座。支座。 支座支座 第59页/共91页 60 梯形桁架梯形桁架屋架结构的支撑屋架结构的支撑 包括设置在屋架之间的垂直支撑、水平系杆以及包括设置在屋架之间的垂直支撑、水平系杆以及 设置在上下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦平设置在上下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦平 面内的纵向水平支撑。面内的纵向水平支撑。 垂直支撑和水平系杆是为了保证侧向稳定性。垂直支撑和水平系杆是为了保证侧向稳定性。 上弦横向支撑为了增强屋盖的整体性和屋架上弦上弦横向支撑为了增强屋盖的整体性和屋架上弦 的侧向稳定性。的侧向稳定性。 下弦纵向水平支撑

38、是为了增强屋盖的空间刚度，下弦纵向水平支撑是为了增强屋盖的空间刚度， 增强排架的空间工作性能。增强排架的空间工作性能。 2.3 屋架结构的选型及布置 内容内容 第60页/共91页 图10.11 有檩屋盖体系厂房支撑作用示意图 第61页/共91页 第62页/共91页 第63页/共91页 64 2.4 立体桁架 v 平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能， 但其在平面外的刚度很小。为保证结构的整体性但其在平面外的刚度很小。为保证结构的整体性 ，必须要设置各类支撑。支撑结构的布置要消耗，必须要设置各类支撑。支撑结构的布置要消耗 很多材料，且常常以长细比等构造要

39、求控制，材很多材料，且常常以长细比等构造要求控制，材 料强度得不到充分发挥。采用立体桁架可以避免料强度得不到充分发挥。采用立体桁架可以避免 上述缺点。立体桁架的截面形式有矩形、正三角上述缺点。立体桁架的截面形式有矩形、正三角 形、倒角形。形、倒角形。 第64页/共91页 65 2.4 立体桁架 第65页/共91页 66 2.4 立体桁架 第66页/共91页 67 2.4 立体桁架 v 当跨度较大时，因上弦压力较大，截面大，可把上弦当跨度较大时，因上弦压力较大，截面大，可把上弦 一分为二，构成倒三角形立体桁架。一分为二，构成倒三角形立体桁架。 v 立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使

40、用立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用 ， 节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三 角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整 数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。 第67页/共91页 张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组 合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间 结构体系，也是混合结构体系发展中一个成功的创造。 2.5 张弦结构 刚性受压构件或立体桁架 撑杆1根（或若干根） 预应力拉索 第68页/共9

41、1页 2.5.12.5.1张弦结构的特点张弦结构的特点 张弦结构作为一种新型的结构形式，近年来在实际工程中得到 越来越广泛的应用。 （1）承载力高 预应力与撑杆联合作用相当于对刚性受压构件的弹性支座，并 对此处产生负弯矩，降低其它地方的正弯矩，使整个构件受力均匀， 承载力提高。 （2）结构刚度大 由于刚性受压构件与预应力索的原因，使整个构件刚度增大。 （3）结构稳定性强 由于刚性受压构件的原因，其稳定性比桁架要稳定得多。 （4）支座推力小 其属于自平衡受力体系，所以支座没有水平推力。 （5）建筑造型适应力强 （6）制作、运输、施工方便 第69页/共91页 平面张弦结构 2.5.2 张弦结构的形

42、式 空间张弦结构 第70页/共91页 1）形态定义 2.5.3张弦结构的受力性能 零状态 初始态 荷载态 拉索张拉前，结构放样 拉索张拉完毕、结构安装就位 外荷载作用在初始态，变形稳定 第71页/共91页 2）预应力特性 张弦结构的受力性能 是否需要对张拉拉索产生预应力？ 1）改善上弦构件受力，减小弯矩 2）防止结构受力(风吸力)使得拉索受压退出工作 第72页/共91页 3）平面外稳定 张弦结构的受力性能 采用平面外刚度较大的上弦杆（如立体桁架） 设置屋面水平支撑系统 （设在上弦杆处） 第73页/共91页 4）抗风作用 张弦结构的受力性能 抗风吸力（负压）作用 抗风震作用 缺点缺点 第74页/

43、共91页 1）上弦刚性受压构件 2.5.4张弦结构的选型 上弦构件形式上弦构件形式 结构跨度 撑杆间距 跨中弯矩 上弦构件 截面积 上弦局部 弯矩 上弦抗弯 刚度 梁采用工形或箱型截面钢构件，或立体桁架 第75页/共91页 2）上弦失高和下弦垂度 张弦结构的选型 垂跨比 高跨比 梁弯矩、 轴力、 索的应力 结构的变形 第76页/共91页 3）撑杆数目 张弦结构的选型 撑杆数量 上弦内力均匀、弯矩小 施工复杂、撑杆材料用量增加 第77页/共91页 2.5.5工程实例工程实例 第78页/共91页 北京北站拱形平面张弦结构北京北站拱形平面张弦结构 第79页/共91页 第80页/共91页 北京农展馆北

44、京农展馆 第81页/共91页 第82页/共91页 上海世博会主题馆上海世博会主题馆 第83页/共91页 第84页/共91页 第85页/共91页 第86页/共91页 主馆 第87页/共91页 第88页/共91页 89 2.6.1无斜腹杆屋架 v 无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单，无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单， 便于制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对便于制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对 于无斜腹杆屋架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若于无斜腹杆屋架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若 再把桁架节点简化为铰节点，则整个结构就成为一个再把桁架节点简化为铰节点，则

45、整个结构就成为一个 几何可变的机构，所以必须采用几何可变的机构，所以必须采用刚节点刚节点的桁架，可按的桁架，可按 多次超静定结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构多次超静定结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构 计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。 2.62.6桁架结构的其他形式桁架结构的其他形式 第89页/共91页 90 2.6.1 无斜腹杆屋架 第90页/共91页 第91页/共91页 基于上述受力性能分析，在使用上基于上述受力性能分析，在使用上 平行弦桁架内力分布不均，但构件规整，利于标准化，平行弦桁架内力分布不均，但构件规整，利于标准化， 便于施工，宜用于跨度不大情况便于施工，宜用于跨度不大情况 抛物线桁架内力分布均匀，腹杆轻，自重小，宜用于大抛物线桁架内力分布均匀，腹杆轻，自重小，宜用于大 跨结构，但抛物线弦杆施工复杂跨结构，但抛物线弦杆施工复杂。 三角形桁架内力分布不均匀，支座处内力最大，端结点三角形桁架内力分布不均匀，支座处内力最大，端结点 交锐角构造复杂，宜用于跨度小