桁架(屋架)结构

建筑结构选型2

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3

第二章桁架结构桁架（truss）: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,桁架常用来作为屋盖承重结构,又称为屋架。4

第二章桁架结构桁架（truss）: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,桁架常用来作为屋盖承重结构,又称为屋架。5

2.1桁架结构的受力特点组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内。桁架结构计算的假定6

2.1桁架结构的受力特点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。7

2.1桁架结构的受力特点鲁班锁8

2.1桁架结构的受力特点桁架结构计算的假定所有外力(包括荷载及支座反力)都作用在桁架的中心平面内,并集中作用于节点上。9

2.1桁架结构的受力特点桁架结构的内力

矩形桁架为等高度,沿跨度方向各腹杆的轴力变化与剪力图一致,跨中小而支座处大,其值变化较大。弦杆跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较小或为零10

2.1桁架结构的受力特点桁架结构的内力三角形桁架的高度自跨中最大处向支座节点最小处呈线性变化,而弯矩的变化自跨中向支座呈抛物线变化,弯矩的减小速度比桁架高度的减小速度慢,故上、下弦杆内力在跨中节间最小,而在靠近支座处最大。11

2.1桁架结构的受力特点桁架结构的内力高度呈抛物线型的桁架是最理想的桁架形式。因桁架高度的变化与外荷载所产生的弯矩图完全一致,使上、下弦杆各节间轴力也完全相等。12

2.1桁架结构的受力特点桁架结构的内力斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号(拉或压)有直接的关系。对于矩形桁架,斜腹杆外倾受拉,内倾受压,竖腹杆受力方向与斜腹杆相反。13

2.1桁架结构的受力特点桁架结构的内力斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号(拉或压)有直接的关系。对于三角形桁架,斜腹杆外倾受压,内倾受拉,而竖腹杆则总是受拉。14三角形桁架三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。

2.2屋架结构的型式15梯形桁架梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。其受力性能比三角形屋架优越,适用于较大跨度或荷载的工业厂房。

2.2屋架结构的型式16梯形桁架矩形桁架矩形屋架也称为平行弦屋架。其上下弦平行,腹杆长度一致,杆件类型少,易于满足标准化、工业化生产的要求。常用于托架或支撑系统。

2.2屋架结构的型式17木屋架一般为三角形屋架，内力支座处大而跨中小。适用于跨度在18米以内的建筑中。

2.2屋架结构的型式18钢-木组合屋架采用钢拉杆作为屋架的下弦杆，消除接头的非弹性变形，从而提高屋架结构的刚度。

2.2屋架结构的型式19钢屋架改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。

2.2屋架结构的型式20钢屋架改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。

2.2屋架结构的型式21钢屋架

2.2屋架结构的型式22钢屋架

2.2屋架结构的型式23混凝土屋架

2.2屋架结构的型式24钢筋混凝土-钢组合屋架上弦杆采用刚劲混凝土，下弦杆采用型钢。充分利用两种材料的特性。

2.2屋架结构的型式25梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。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,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1/10~1/5。

2.3屋架结构的选型及布置矢高屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。当采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应大些,一般不小于1/3,以利于排水。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1/8~l/12。坡度26梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架节间长度的大小与屋架的结构型式,材料及荷载有关。一般上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉,节间长度可大些。屋架上弦节间长度常取3m。当屋盖采用有檩体系时,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27梯形桁架屋架结构的选型

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、施工技术条件等因素,做到受力合理、技术先进、经济适用。28梯形桁架屋架结构的选型从结构受力来看,抛物线状的拱式结构受力最为合理。但拱式结构上弦为曲线,施工复杂。折线型屋架,与抛物线弯矩图最为接近,故力学性能良好。梯形屋架,因其既具有较好的力学性能,上下弦均为直线施工方便,故在大中跨建筑中被广泛应用。三角形屋架与矩形屋架力学性能较差。三角形屋架一般仅适用于中小跨度,矩形屋架常用作托架或荷载较特殊情况下使用。

2.3屋架结构的选型及布置受力29梯形桁架屋架结构的选型屋面防水构造决定了屋面排水坡度,进而决定屋盖的建筑造型。

一般来说,当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦时,应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架。当屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时,应选用拱形屋架、折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30梯形桁架屋架结构的选型

木材及钢材均易腐蚀,维修费用较高。因此,对于相对湿度较大而又通风不良的建筑,或有侵蚀性介质的工业厂房,不宜选用木屋架和钢屋架,宜选用预应力混凝土屋架,

2.3屋架结构的选型及布置材料31梯形桁架屋架结构的选型跨度在18m以下时,可选用钢筋混凝土-钢组合屋架;这种屋架构造简单、施工吊装方便,技术经济指标较好。

跨度在36m以下时,宜选用预应力混凝土屋架,既可节省钢材,又可有效地控制裂缝宽度和挠度。

跨度在36m以上的大跨度建筑或受到较大振动荷载作用的屋架,宜选用钢屋架,以减轻结构自重,提高结构的耐久性与可靠性。

2.3屋架结构的选型及布置跨度32梯形桁架屋架结构的布置屋架的跨度,一般以

3m为模数。

2.3屋架结构的选型及布置跨度屋架一般宜等间距平行排列,与房屋纵向柱列的间距一致,屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度,最常见的为6m,有时也有7.5m、9m、间距在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形式,在力学上可简化为铰接支座。支座33梯形桁架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。

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的侧向稳定性。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。

2.3屋架结构的选型及布置内容图10.11有檩屋盖体系厂房支撑作用示意图37

2.4立体桁架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，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求控制，材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、正三角形、倒角形。

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2.4立体桁架39

2.4立体桁架40

2.4立体桁架当跨度较大时，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。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。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2.5.1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、施工方便平面张弦结构2.5.2张弦结构的形式空间张弦结构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）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P37图2-5-53）撑杆数目张弦结构的选型关系上部结构的跨度撑杆数量上弦