专题一桁架PPT课件

1．单榀独用（图3-16）
2．多榀辐射汇交（图3-17）
3．菱形排列（图3-18）
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九 桁架的应用
（一）交错桁架在住宅中的应用 1999年在新疆库尔勒建造了一幢8层的交 错桁架钢结构住宅。目前交错桁架结构 体系已被列为教育部科学技术研究重点 项目。
1、结构组成及受力特点
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3.结构优点
由于无中间柱,可比其它结构体系具有更大的开 间,使房间布置更加灵活,而且由于柱的数量相 对较少,基础数量也跟着减少,从而可节约造价
交错桁架结构体系利用小柱距可获得大开间,楼 板直接支承在相邻桁架的上下弦上,不需设楼面 梁格,使楼盖体系更为简洁,而且在满足使用净 高的要求下,可降低层高。
空腹桁架具有杆件少(无斜杆)、构造简单， 节点配筋简单、施工方便，体形美观等优点。但它是借 轴力、弯矩与剪力来抗衡外荷的，离材尽其用的目标较 远，故只有在特殊需要情况下才采用。
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八 桁架结构布置
间距 ： 一般各榀桁架都按等间距(3～6m)排列。桁架跨 度大者，其间距宜大，较为经济。另外还要考虑屋面与
•恒载＋全跨活载以及荷载＋风荷载是空间桁架构件设计 的主要控制工况。
•在竖向荷载或温度作用下桁架对厂房排架柱顶产生推力， 设计排架时需特别注意。
•上弦杆由于节间集中荷载引起较大附加弯矩，在设计中 需引起注意
•为更加安全经济，需注意屋盖的整体稳定性，可通过屋 面加设支撑
•桁架端部腹杆由于水平力作用产生的内力设计时尤其需
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3.荷载组合
该结构的荷载采用9种荷载组合,按计算模 型除了屋顶的集中荷载作用在主桁架上 之外,其它荷载均作用在次桁架上。荷载 不但要考虑风荷载,而且在其中的两种荷 载组合中要考虑温度作用,温度变化按 ±30℃考虑。因为该结构外形复杂,所以 风压根据风向的不同而有所改变。
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风向沿主桁架方向
风向沿次桁架方向
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4.计算分析、构件选取
构件初步尺寸由经验确定
计算程序进行初算,边界条件简化为固定铰支座,
主桁架和次桁架的上弦和下弦均采用连续梁单
元,腹杆采用二力杆单元,采用满应力准则法进
行优化设计,通过初算后再对各杆件单元尺寸进
行调整,
102×6, 121×8,
299×12, 299×16, 203×12, 203×6,
形钢筋混凝土柱子上。变厚度倒三角形桁架采用圆钢管,其弦杆规
245ｍｍ×10
325ｍｍ×12ｍｍ,
102
ｍｍ×7ｍｍ,共27榀桁架,在桁架之间沿支座位置设置三角形连系
桁架。支座采用球形方向支座。工程总用钢量约为2600ｔ。
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（五）桁架事故实例分析
1.工程概况 某冷库冷藏间原设计为冷却物冷藏间，18米长 6米宽。以6米为跨度设冷排管桁架；在长度方 向设有四排，第一和第二排、第三和第四排的 桁架间距均为3米，而第二和第三排的桁架间 距为6米。桁架上弦采用75×75×6的角钢，下 弦和腹杆采用直径14圆钢。该工程交付使用一 年多后，冷却排管在夜间突然塌落，冷却管破 裂，氨液外流，造成较大的经济损失。
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五、桁架设计参数的选取
高跨比
平行弦和梯形简支钢桁架中，通常采用H/L＝1/6— 1/10，对多边形钢桁架可略稍加高。三角形屋架的高 度通常由屋面坡度确定，一般屋面坡度为1/2～1/3时， 高跨比相应为1/4～1/6。
节间
桁架沿跨度划分为若干等分(个别为非等分)，每一 分算为一个节间。节间杆长不宜过大，一般为1.5m— 4m
人与机器的不同很重要的一方面就在于 人具有主观能动性。
结合实践经验,综合考虑各方面因素,确 定合理的分析、处理方法,力求得到最为 经济、合理的结构设计方案。
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不需要计算机的结构优化——
结构选型设计
结束复习
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桁架结构设计
一 桁架的概念
1、几何不变 2、铰接 3、节点荷载
二 桁架的种类及布置
1、三角性 2、矩形 3、弧形 4、折线形 5、 梯形
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桁架示意图
2.结构验算
各杆件的长细比、强度、平面内稳定性、承载力计 算及其结果见下表。计算结果表明，桁架在平面内满足 强度要求；平面外长细比不满足规范要求，会造成平面 外整体失稳，平面外承载力失效；端头腹杆稳定性不满 足要求，腹杆局部失稳。
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杆件计算表
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3.事故原因分析
设计方案不当。特别是冷库这样的特殊 建筑，其温度变化大，热胀冷缩频繁， 桁架之间必须要有连接杆，才能保证桁 架间的稳定。
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西安咸阳国际机场航站楼屋盖采用钢管立体桁架
西安咸阳国际机场航站楼扩建工程分Ａ、Ｂ、Ｃ三个区,Ａ区
投影尺寸为45ｍ×75ｍ,Ｂ区投影尺寸为114ｍ×237ｍ,Ｃ区投影尺
寸为45ｍ×117ｍ,总面积3500ｍ2。Ａ、Ｂ、Ｃ三个区的屋面结构
均采用相贯焊接的钢管桁架结构,桁架基本间距为9ｍ。其中Ａ、
吊顶的经济合理性，按屋面与吊顶构件的跨度考虑桁架
的间距。为减少屋面构件类型，桁架间距最好不变，实 在不得巳时，为适应某种需要，也可局部变化。
跨度： 在建筑平面上，各榀桁架的跨度最好一致，且
是3m的倍数。对于非矩形平面建筑，桁架跨度就不可 能一样，但应尽量减少其类型。
一般情况下，各榀桁架都平行排列，但在某些特定条 件下，别的排列方式有时更能发挥桁架的优势。
其斜杆的斜向，可分为外倾、内倾、三角形三种。
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六 桁架的腹杆体系
人字式腹杆体系 单斜式腹杆体系 再分式腹杆体系 K式和菱形腹杆体系 交叉式腹杆体系
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七 支撑体系
（一）、支撑的作用
保证桁架结构的空间几何稳定性，即几何形状 不变
保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支承点 承受并传递水平荷载 保证结构安装时的稳定和方便
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（三）桁架在工业厂房中的应 用实例
1.工程概况 跨度51米，纵向长294米，桁架顶标高
18.3米 单品桁架截面为倒三角形 高3.8m,宽4.2m。 檩条跨度7.8m,间距1.7m。
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2.荷载及工况
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3.计算结果
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4.结果分析
•用钢量26.5kg/m2。杆件截面最大应力171.7MPa
要考虑。
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（四）桁架其它应用实例简介
成都双流国际机场航站楼总建筑面积11余万ｍ2。 中央大厅屋盖采用单跨60ｍ立体桁架结构,其两 端悬挑水平距均为12ｍ(部分6 .8ｍ)。倒置三角形 变截面空间管桁架的上下弦杆垂直管心距1 3～
3 1ｍ,上弦两水平管心距为1 4～3 4ｍ。采用了高 频焊接矩形方管钢檩条,檩条按压杆设计并与桁 架上弦杆焊接,以增强上弦平面的整体性,从而可 不设上弦支撑。左右支座标高差达9 .6ｍ,从支座 连线上计,桁架起拱矢高超过6ｍ。支座处还利用 檩条做上弦设置了纵向桁架,以保证屋盖的整体 稳定。大厅管桁架采用3Ｄ3Ｓ软件进行整体受力 分析。
施工单位不按图施工，钢构件制作工艺 不良，节点位置不满足设计要求；焊接 质量差，焊接点多处开裂；桁架支座施 工质量也不满足规范要求，未采用钢垫 板可靠连接，细石混凝土灌缝。
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结论
桁架基本由三角形组成 桁架结构依据杆件位置不同分为上弦杆、
下弦杆和腹杆。 荷载由节点传递，理论上杆件只承受拉
力、压力，无弯曲也无剪力。
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个人观点供参考，欢迎讨论！
245×14, 245×18, 245×பைடு நூலகம்5, 168×12等10
种,节点采用焊接单肋空心球Ｄ600×25,Ｄ
D600×30。
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5、计算结果、校核
计算结果表明,两个程序（SAP、 ANSYS)得到的结果比较吻合。空间 桁架的自重为6220ｋＮ,杆件尺寸均 可满足杆件强度的要求,最大竖向位 移为150ｍｍ,最大竖向位移与跨度之 比小于1/500,完全满足正常使用要求。
Ｃ区为单向弧形的变厚度倒三角形圆钢管桁架结构,两端支承在钢
219ｍｍ×10ｍｍ,腹杆规格为
102ｍｍ×6ｍｍ。Ａ区9榀桁架,Ｃ区4榀桁架,在桁架之间沿支座
位置三角形连系桁架。屋面檩条及支撑系统采用250ｍｍ×250ｍ
ｍ×8ｍｍ的钢方管,支座采用球形支座。Ｂ区的双向弧形桁架,桁
架一端支承在钢筋混凝土柱上,另一端支承在托架上,托架支承在Ｙ
由于桁架在工厂预先制作,所以现场安装节点数 少,现场焊接量少,桁架与柱节点可采用铰接,从 而构造简单,传力明确,施工周期更短。
随着交错桁架结构体系在我国研究的深入以及 它的经济、适用、高效等优点,在我国钢结构住 宅中的应用已是必要和可行的。
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（二 ）空间桁架实例分析
1.工程概况 芜湖体育中心体育馆位于芜湖市马塘区 体育中心的西南角,体育馆规模为5500座, 呈椭圆形,长111 .296ｍ,宽9 9.086ｍ,总建 筑面积17072 .63ｍ2,建筑高度为31. 5ｍ。 桁架结构的轮廓尺寸为 143 .500×113 .440ｍ,高31. 500ｍ,空间桁 架外形如图所示。
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三 桁架的用材
木材 钢筋混凝土 钢管混凝土 钢材
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四 桁架的基本受力特点
最常采用的是平面桁架，在横向荷载作用下其受力 实质是格构式的梁。桁架与实腹梁相比较，其特点是以 弦杆代替翼缘和以腹杆代替腹板，
桁架与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板， 并且杆件主要承受轴心力，从而常能节省钢材和减轻结 构自重。这使桁架特别适用于跨度或高度较大的结构。 此外桁架还便于按照不同的使用要求制成各种需要的外 形。
复习：
第二章 结构设计中的总体问题
建筑结构设计中的总体问题大体有以下六个：作用 力、材料、承载力、倾覆、刚度和地基。
第一节 建筑结构上的作用力 第二节 建筑结构总作用力的估算
竖向作用力和水平作用力。
第三节: 结构用材 第四节: 结构用材规律
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1、轴向受力(±N)优于横向受弯(±M)，轴 向受拉(+N)优于轴向受压(—N)，符合弯 矩减少论。
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6.本工程结论
对于空间大跨结构除了采用网壳等结构 之外,采用空间桁架也完全可以取得满意 的效果。
通过对空间桁架中桁架的合理布置,可以 使得各种杆件受力合理,充分发挥材料的 性能。
值得注意的是,该体育馆空间桁架的最大 竖向位移之处并非在跨中,而是在靠近主 桁架附近的次桁架上面,因为跨中主桁架 竖向刚度比较大,与计算结果相符合。
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2.设计要点
腹杆形式 桁架杆件截面可根据上下两层楼板的垂直荷载和桁架跨度设计 成焊接Ｔ型、Ｈ型或方管截面。柱截面通常采用Ｈ型、钢管或 钢管混凝土截面。楼板可采用预制混凝土板、组合压型钢板、 开口腹板小梁体系。由于桁架错列和隔层布置,建筑物的水平 剪力在由上而下的传递过程中,不断地在相邻轴线的桁架间转 换、传递和积累,致使楼板(特别是底部几层)要承受很大的水平 剪力。设计楼板时应考虑这项水平剪力。
2、立体结构优于平面结构 3、多向受力(空间结构)优于单向受力(平
面结构与立体结构) 4、组合结构优于单一结构
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正确合理的结构，本身便会含有建 筑上的文法，如同文学一般，如果 文法不正确，很难说会有什么更高 层次的表现。
——皮尔.路易.纳威
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结构选型的概念
选型设计存在于设计师对多种备选方案 进行选择的过程中。
（二）、桁架支撑的组成和布置
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空腹桁架
由于使用上的需要，要在桁架高度内开门窗或天窗， 或在桁架高度内作设备层，需要穿行管道与人行，或桁 架暴露于室外需要适当美观等等原因，不允许桁架有斜 腹杆，只有竖腹杆的桁架，称为空腹桁架。(下图)
无斜腹杆的空腹桁架，犹如镂空的梁，虽有桁 架的外貌，却与桁架不同。它既无斜腹杆，就成了几何 可变体，故各杆相交的节点必须刚结，因之空腹桁架实 为刚架，各杆承受轴向力、弯矩与剪力。节点既要抗弯 矩，就必须采用钢筋混凝土或钢材制作。
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芜湖体育中心屋盖
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2.本工程空间桁架的形式
主拱桁架的宽度为4 ｍ,由建筑方案决定,高度为 6ｍ,根据结构方案中的跨度大小来决定,次桁架 之间的间距大小由建筑方案决定,次桁架的高度 为3ｍ则是由结构跨度来决定,根据经验取跨高 比为1/10～1/15之间。
为了加强本空间桁架的空间整体性,特在沿主桁 架方向又设立了四榀腹桁架。考虑到柱子受荷 载之后柱顶可能向外位移而导致柱脚的弯矩过 大,故在围绕柱顶的位置增设了一道环向拉杆。