建筑结构选型

1、2022年3月8日星期二李广军22022年3月8日星期二李广军3一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构（格构）。结构（格构）。二、桁架结构的发展由来二、桁架结构的发展由来掏空的梁掏空的梁-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13.1 13.1 桁架结构的特点桁架结构的特点二、桁架结构的发展二、桁架结构的发展2022年3月8日星期二李广军5一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构（格构）。一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构（格构）。二、桁架结构的发展由来二、桁架结构的发展由来三、桁架结构的计算假定与特点三、桁架结构的计算假定与特点（1

2、1）桁架的节点都是光滑的铰节点；）桁架的节点都是光滑的铰节点；（2 2）各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；）各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；（3 3）荷载和支座反力都作用在节点上。）荷载和支座反力都作用在节点上。注：主内力与次内力注：主内力与次内力2022年3月8日星期二李广军6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三、桁架结构计算的假定三、桁架结构计算的假定2022年3月8日星期二李广军7三、桁架结构计算的假定三、桁架结构计算的假定2022年3月8日星期二李广军8 （1 1）扩大了梁式结构的适用跨度。）扩大了梁式结构的适用跨度。 （2 2）桁架可用各种材料制造，如钢筋

3、混凝土、）桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢材、木材均可。钢材、木材均可。 （3 3）桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样）桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样化。如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形化。如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等型式。桁架等型式。 （4 4）施工方便，桁架可以整体制造吊装，也可）施工方便，桁架可以整体制造吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。以在施工现场高空进行杆件拼装。2022年3月8日星期二李广军9 桁架是由杆件组成的格构体系，其节点一桁架是由杆件组成的格构体系，其节点一般假定为铰结点，当荷载作用在结点上时，桁般假定为铰结点，当荷载作用在结点

4、上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系。架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系。2022年3月8日星期二李广军10桁架结构的内力桁架结构的内力2022年3月8日星期二李广军11在一定荷载作用下，桁架内力分布与桁架的形式有关。假设在在一定荷载作用下，桁架内力分布与桁架的形式有关。假设在满跨均载作用下满跨均载作用下6ahPPPPPPP1/ 平行弦桁架平行弦桁架PPPPPPPM0图几种梁式桁架的受力比较：几种梁式桁架的受力比较：Q0图 2022年3月8日星期二李广军12斜杆内力：PiRNQAahhii22下斜杆受拉AahhiiRPiNQ22上斜杆受压竖杆内力：符号与斜杆内力符号相反分布规律：

5、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弦杆内力：hMN0AiRPiN竖杆受压PiRNAi)(1竖杆受拉2022年3月8日星期二李广军13 平行弦桁架的杆件内力是不均匀的，弦杆内力平行弦桁架的杆件内力是不均匀的，弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小。向中间逐渐减小。平行弦桁架平行弦桁架2022年3月8日星期二李广军142/ 三角形桁架6ahPPPPPPP弦杆内力：弦杆内力：ihMN0M0 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

6、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2022年3月8日星期二李广军15三角形桁架三角形桁架 三角形桁架的杆件内力也是不均匀的，弦杆内三角形桁架的杆件内力也是不均匀的，弦杆内力是两端大而向中间逐渐减小，腹杆内力是两端小力是两端大而向中间逐渐减小，腹杆内力是两端小而向中间逐渐增大。而向中间逐渐增大。2022年3月8日星期二李广军163/ 抛物线形桁架PPPPPPPM0图6ahPPPPPPP结点位于)(xlxlfy24腹杆内力为零，下弦杆内力相同。上弦杆受压，水

7、平分量相等且等于下弦内力（因为合理拱轴）弦杆内力：ihMN0M0 按抛物线递增Hi 按抛物线递增2022年3月8日星期二李广军17 折线形桁架折线形桁架 折线形桁架的杆件内力大致均匀，从力学角度折线形桁架的杆件内力大致均匀，从力学角度看，它的形状与同跨度、同荷载的简支梁的弯矩图看，它的形状与同跨度、同荷载的简支梁的弯矩图形相似，其形状符合受荷后的内力变化规律，所以形相似，其形状符合受荷后的内力变化规律，所以它是结构上的较好形式。它是结构上的较好形式。2022年3月8日星期二李广军18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

8、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。2022年3月8日星期二李广军19斜腹杆的布置方向对腹杆受力的影响：斜腹杆的布置方向对腹杆受力的影响：End2022年3月8日星期二李广军20 用于房屋上的桁架常

9、称屋架，桁架型式的选择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。选择桁架型等因素有关。选择桁架型式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可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，由于每种用木材、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，所以不同材料制造的屋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。架，其型式也各不一样。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

10、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2022年3月8日星期二李广军2213.2.1 木屋架木屋架 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，屋架的杆件内力不致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，这对采用木材作杆突变太大。因为木材强度较低，这对采用木材作杆件提供有利条件。件提供有利条

11、件。 (2) (2) 木屋架的结点采用齿联结。这种屋架结点上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。相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。2022年3月8日星期二李广军23 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，最经济跨米，最经济跨度为度为9 9l5l5米。米。 豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适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，受力不利；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。一般应如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应控制节间长度在控制节

12、间长度在1.51.52.52.5米之间。所以设计上常常米之间。所以设计上常常是：是：2022年3月8日星期二李广军24 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大米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太大而采用钢木组合豪式屋架。而采用钢木组合豪式屋架。2022年3月8日星期二李广军25 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

13、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。2022年3月8日星期二李广军26 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。2022年3月8日星期二李广军27 三角形钢屋架

14、也称为芬克式屋架，是钢屋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：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，但抗弯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，为了适应钢性能差，而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬允式屋架把上弦分成左右两个材这个弱点，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得较短，由小桁架，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。此来能适应钢材柔性的特点。2022年3月8日星期二李广军28(2)(2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦这种屋架型式的下弦中段虽

15、然长，但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段杆件虽长但无害处。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，故主故主要用于大跨度情况，一般适用跨度为要用于大跨度情况，一般适用跨度为3636米以米以上。上。2022年3月8日星期二李广军29 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

16、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。2022年3月8日星期二李广军30 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。2022年3月8日星期二李广军31 钢钢- -木组合屋木组合屋架的型式有豪式架的型式有豪式屋架、芬克式屋屋架

17、、芬克式屋架、梯形屋架和架、梯形屋架和下折式屋架。下折式屋架。2022年3月8日星期二李广军32轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型钢屋架和薄壁型钢屋架。型钢屋架和薄壁型钢屋架。 轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架等三种，其中最常用的是三角形屋架。形屋架等三种，其中最常用的是三角形屋架。 三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常取取1/21/21/31/3。 轻型钢屋架适用于跨度轻型钢屋架适用于跨度18m18m，柱距，柱距4 46m6m，设置，设

18、置有起重量有起重量5t5t的中、轻级工作制桥式吊车的工业的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度建筑和跨度18m18m的民用房屋的屋盖结构。的民用房屋的屋盖结构。 2022年3月8日星期二李广军33常用的三角形轻型钢屋架为芬克式常用的三角形轻型钢屋架为芬克式( (图图) )，其特点，其特点为长杆受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制为长杆受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制作亦方便，可以分为两个运输单元。作亦方便，可以分为两个运输单元。 三铰拱屋架由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有三铰拱屋架由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种平面桁架式和空间桁架式两种( (图图) )，拉杆可

19、用圆，拉杆可用圆钢或角钢，这种屋架的特点是杆件受力合理，斜钢或角钢，这种屋架的特点是杆件受力合理，斜梁腹杆短，取材方便，经济效果好。梁腹杆短，取材方便，经济效果好。梭形屋架有平面桁架式和空间桁架式两种，适用梭形屋架有平面桁架式和空间桁架式两种，适用于跨度为于跨度为9 915m15m，间距为，间距为3 34.2m4.2m的屋盖体系。的屋盖体系。屋架的高跨比为屋架的高跨比为1/91/91/12(1/12(图图) )。 受力特点：受力特点：2022年3月8日星期二李广军34 钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架

20、的理想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架无固定型式。只要受力合理，节省材料，构造简架无固定型式。只要受力合理，节省材料，构造简单，施工方便就可以。单，施工方便就可以。 钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，要求要求每个结点上相交的杆件数目不多于五根每个结点上相交的杆件数目不多于五根，而且，而且腹杆与弦杆的交角不小于腹杆与弦杆的交角不小于3030。混凝土屋架混凝土屋架 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

21、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。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

22、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）2022年3月8日星期二李广军38常用钢筋混凝土屋架的适用跨

23、度常用钢筋混凝土屋架的适用跨度121218m18m181836m36m121218m18m2022年3月8日星期二李广军39 屋架在荷或作用下上弦主要承受压力，有时还承受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作用，屋弯矩，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件，下弦及受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，这种屋架称为钢筋混凝钢组合拉腹杆可采用钢拉杆，这种屋架称为钢筋混凝钢组合屋架。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 9181

24、8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，下撑式五角形屋架下撑式五角形屋架以及三铰以及三铰、两铰屋架两铰屋架等。等。三铰屋架受力明确，杆件短，三铰屋架受力明确，杆件短，施工用地小。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，但影响了房屋的净空，增加能，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。了柱子的高度。2022年3月8日星期二李广军40 组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地组合屋架已大量采

25、用，由于制造简单、施工占地小、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适于山小、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。区中、小型建筑。折线形组合屋架折线形组合屋架下撑式五角形组合屋架下撑式五角形组合屋架2022年3月8日星期二李广军41三铰组合屋架三铰组合屋架两铰组合屋架两铰组合屋架2022年3月8日星期二李广军42 板状屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。屋架的上板状屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。屋架的上弦采用钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆可采用钢筋，也可采用型弦采用钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆可采用钢筋，也可采用型钠制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选用加气或陶

26、粒等轻质钠制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选用加气或陶粒等轻质混凝土制作。屋面板与屋架共同工作，屋盖结构传力简捷、整体混凝土制作。屋面板与屋架共同工作，屋盖结构传力简捷、整体性好，减少了屋盖构件，节省钢材和水泥，结构自重轻，经济指性好，减少了屋盖构件，节省钢材和水泥，结构自重轻，经济指标较好。标较好。2022年3月8日星期二李广军43 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，施工条件等跨度和荷载的大小、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。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363

27、6米以上时宜选用钢屋架，但米以上时宜选用钢屋架，但在有侵蚀介质在有侵蚀介质( (如酸、碱性物质如酸、碱性物质) )的厂房中则不宜的厂房中则不宜采用钢结构。采用钢结构。2022年3月8日星期二李广军44 2. 2.为节约钢材，跨度在为节约钢材，跨度在3636米以下时宜选用预米以下时宜选用预应力钢筋混凝土屋架。跨度在应力钢筋混凝土屋架。跨度在1818至至2424米之间，又米之间，又无预应力条件时，亦可选用普通钢筋混凝土屋架，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间，最好选用但在有振动、侵蚀性介质或高温车间，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下弦施加预应力后，预应

28、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，防止钢筋受腐蚀。可以提高结构的抗裂性，防止钢筋受腐蚀。 2022年3月8日星期二李广军45 3. 3.建筑跨度在建筑跨度在1818米以下时，可选用钢筋混凝米以下时，可选用钢筋混凝土钢组合层架。这种屋架技术经济指标较好，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。由于它的下弦刚度较也不需要较大的起重设备。由于它的下弦刚度较差，不宜用于振动较大差，不宜用于振动较大( (如吊车起重量超过如吊车起重量超过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

29、，通风不良者，或具有侵蚀性质介质的建筑，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。则不宜选用木屋架和钢屋架。2022年3月8日星期二李广军46芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆三角形屋架三角形屋架2022年3月8日星期二李广军47梯形屋架梯形屋架人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆平行弦屋架平行弦屋架2022年3月8日星期二李广军48 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, , 坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，梯

30、形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1.1.满足使用要求：满足使用要求： 屋面防水构造：水泥瓦、平瓦水泥瓦、平瓦坡度大坡度大三角形屋架、陡坡梯形屋架三角形屋架、陡坡梯形屋架卷材、金属薄板卷材、金属薄板坡度小坡度小拱形、折线形、缓坡梯形屋架拱形、折线形、缓坡梯形屋架2022年3月8日星期二李广军492.2.受力合理：受力合理：抛物线型：受力最为合理，但施工复杂抛物线型：受力最为合理，但施工复杂折折 线线 型：力学性能好，外形与抛物线弯矩土接近型：力学性能好，外形与抛物线弯矩土接近梯梯 形：力学性能好，上下弦均为直线，施工方便形：力学性能好，上下弦

31、均为直线，施工方便三三 角角 形：力学性能较差，适用于中小跨度形：力学性能较差，适用于中小跨度矩矩 形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架屋架结构的受力：2022年3月8日星期二李广军502.2.受力合理：受力合理： 1 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也

32、应较小。量宜少，腹杆总长度也应较小。2022年3月8日星期二李广军51q 单向斜杆式：单向斜杆式：斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 3.3.材料耐久性和使用环境：材料耐久性和使用环境：木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房。4.4.屋架结构的跨度：屋架结构的跨度：18m以下时：可选用钢筋混凝土钢组合屋架36m以下时：宜选用预应力混凝土屋架36m以上时：宜选用钢屋架2022年3月8日星期二李广军535 .5 .制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节

33、点少，杆件尺寸划一及杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合合 上述要求。上述要求。 6. 6. 综合技术经济效果好综合技术经济效果好 2022年3月8日星期二李广军54q 三角形屋架下三角形屋架下弦下沉，弦杆交弦下沉，弦杆交角增大，方便制角增大，方便制造，屋架重心降造，屋架重心降低，提高了稳定低，提高了稳定性。性。q 可有效降低屋可有效降低屋架对支撑结构的架对支撑结构的推力。推力。注：根据不同的条件桁架形式可以有很多变化注：根据不同的条件桁架形式可以有很多变化屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸包括：矢高

34、、坡度、节间长度屋架结构的主要尺寸包括：矢高、坡度、节间长度1.矢高：矢高大：弦杆受力小；但腹杆长、易压曲，用料增多矢高大：弦杆受力小；但腹杆长、易压曲，用料增多矢高小：弦杆受力大、截面大，且屋架刚度小、变形大矢高小：弦杆受力大、截面大，且屋架刚度小、变形大矢跨比：屋架的矢高要根据屋架的结构型式确定，矢跨比：屋架的矢高要根据屋架的结构型式确定， 矢跨比一般为：矢跨比一般为：1/101/52.坡度：上弦坡度应与屋面防水构造相适应上弦坡度应与屋面防水构造相适应瓦类屋面：坡度取大些，一般不小于瓦类屋面：坡度取大些，一般不小于1/3 ，以方便排水，以方便排水大型屋面板及卷材防水：坡度可平缓些，一般为大

35、型屋面板及卷材防水：坡度可平缓些，一般为 1/81/123.节间长度：与屋架的结构型式、材料、受荷条件有关与屋架的结构型式、材料、受荷条件有关一般上弦受压：节间长度应小些；下弦受拉：节间长度可大些一般上弦受压：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屋面荷载应直接作用在节点上，以优化杆件的受力状态2022年3月8日星期二李广军56 跨度跨度 L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度： 三角形屋架：三角形屋架： 中部高度中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架梯形

36、屋架 ： 中部高度中部高度H(1/101/6)L 端部高度端部高度H0(1.82.1m) 屋架支撑包括： 屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑 无支撑的单层厂房排架结构无支撑的单层厂房排架结构屋架支撑包括： 屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑屋架之间的垂直支撑和下弦水平杆系：保证侧向稳定性屋架之间的垂直支撑和下弦水平杆系：保证侧向稳定性上弦

37、水平杆系：保证无支撑开间处上弦或屋面梁受压翼缘侧向上弦水平杆系：保证无支撑开间处上弦或屋面梁受压翼缘侧向稳定性稳定性屋架上弦横向支撑：增加屋盖整体刚度屋架上弦横向支撑：增加屋盖整体刚度屋架下弦纵向水平支撑：增强屋盖空间刚度屋架下弦纵向水平支撑：增强屋盖空间刚度2022年3月8日星期二李广军60屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1.1.作用作用（1 1）保证屋盖结构的几何稳定性。）保证屋盖结构的几何稳定性。几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定2022年3月8日星期二李广军61 （2 2）保证屋盖的刚度和空间整体性）保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水

38、平支撑：横向水平支撑：是一个水平放置是一个水平放置( (或接近水平或接近水平放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。2022年3月8日星期二李广军62（3 3）为弦杆提供适当的侧向支承点）为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的杆在屋架平面外的计

39、算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 （4 4）承担并传递水平荷载）承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。载。（5 5）保证结构安装时的稳定与方便）保证结构安装时的稳定与方便2022年3月8日星期二李广军63（1 1）上弦横向水平支撑布置原则）上弦横向水平支撑布置原则: :在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。窗

40、架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端设置在房屋的两端 , ,一般设在第一个柱间或设一般设在第一个柱间或设在第二个柱间在第二个柱间, ,间距间距L L0 060m60m。2.2.屋架支撑的布置屋架支撑的布置2022年3月8日星期二李广军64上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图2022年3月8日星期二李广军65（2 2）下弦横向水平支撑布置原则）下弦横向水平支撑布置原则 ：当跨度当跨度L L18m18m；设有悬挂式吊车起重量大于设有悬挂式吊车起重量大于5 5吨；吨；厂房内设有较大的振动设备。厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。与上弦横向水平支撑布置在同一柱

41、间。（3 3）纵向水平支撑布置原则）纵向水平支撑布置原则 ：厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。2022年3月8日星期二李广军66下弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图2022年3月8日星期二李广军67（4 4）垂直支撑布置原则）垂直支撑布置原则 ：q所有房屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。 q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L30mL30m，

42、三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱外设置两道外设置两道 。q梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置 一道，当有托架时则由托架代替一道，当有托架时则由托架代替 。q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间。一柱间。2022年3月8日星期二李广军68屋盖支撑布置图屋盖支撑布置图2022年3月8日星期二李广军69（5 5）系杆）系杆 刚性系杆：能承受拉

43、力也能承受压力的系杆。刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：只能承受拉力的系杆。柔性系杆：只能承受拉力的系杆。作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。上下弦的侧向支承点。布置原则：布置原则：q在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；q屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；q当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所

44、有系杆均应为刚性系杆。所有系杆均应为刚性系杆。2022年3月8日星期二李广军70 屋架的跨度，一般以屋架的跨度，一般以3 3米为模数。无论哪一种型米为模数。无论哪一种型式或哪一种材料的屋架，弦件通常都设计成等截面，式或哪一种材料的屋架，弦件通常都设计成等截面，以便于设计和施工，所以确定屋架的形式时，应尽量以便于设计和施工，所以确定屋架的形式时，应尽量使弦杆沿全长的内力分布基本均匀。如果各节间的内使弦杆沿全长的内力分布基本均匀。如果各节间的内力相差太大，容易造成材料的浪费。力相差太大，容易造成材料的浪费。 例如：采用木材三角屋架时，因圆木的头径与尾例如：采用木材三角屋架时，因圆木的头径与尾径大小

45、不相同，为使弦杆的截面大小与内力大小相适径大小不相同，为使弦杆的截面大小与内力大小相适应，设计时应将圆木头径放在屋架的端部，尾径放在应，设计时应将圆木头径放在屋架的端部，尾径放在屋架的中部。屋架的中部。（？）（？）2022年3月8日星期二李广军71 三角形屋架使建筑物屋盖形成坡屋顶，造型美观，三角形屋架使建筑物屋盖形成坡屋顶，造型美观，而且，三角形屋架的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。而且，三角形屋架的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。 当屋面采用瓦类材料，如粘土瓦、石棉瓦、水泥当屋面采用瓦类材料，如粘土瓦、石棉瓦、水泥平瓦、预应力瓦等时，排水坡度一般为平瓦、预应力瓦等时，排水坡度一般为i i1/21/2l l3 3，屋架的高跨比屋架的高跨比般为般为h h/ /L L1/41/41 16 6。2022年3月8日星期二李广军72二、梯形屋架二、梯形屋架 梯形屋架形成的屋盖具有较大的空间，便于管道梯形屋架形成的屋盖具有较大的空间，便于管道的通过和人的通行，故剧院屋盖常采用它，的通过和人的通行，故剧院屋盖常采用它， 梯形屋架的端