第2章_桁架结构

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2.2 屋架结构的型式
按使用材料不同分： 木屋架 钢-木组合屋架 钢屋架 轻型钢屋架 钢筋混凝土屋架Байду номын сангаас预应力混凝土屋架 钢筋混凝土-钢组合屋架
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。 高跨比：不宜小于 1/5~1/4 节间长度：2~3米
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2.2 屋架结构的型式
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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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2.1 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。
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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。
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。
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2.2 屋架结构的型式
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。
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2.2 屋架结构的型式
矩形桁架 梯形桁架
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。
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2.2 屋架结构的型式
梯形屋架：上弦为直线，屋面坡度为1/12~1/10，适用于卷材防水屋面。 上弦节间距为3米，下弦节间距为6米，矢高与跨度比为1/8~1/6，屋架 端部刚度为1.8~2.2米。 自重大、刚度好，适用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房 折线形屋架：屋面坡度1/3~1/4，适用于卷材屋面的中大型厂房。 外形较合理，结构自重轻 拱式屋架：上弦为曲线形，一般为抛物线形，也可用折线。矢高比一般为1/8~1/6 外形合理、杆件内力均匀、自重轻、经济指标好 无斜腹杆屋架：上弦一般为抛物线拱，屋面板可支承在上弦杆上。 构造简单、制作方便、屋架间可穿行管道、适用跨度可达36m 节点刚接、各杆件内均匀弯矩且在杆端节点处屋架最大，上弦为压 弯杆件、下弦为拉弯杆件，荷载在上弦时，竖腹杆受压，荷载在下 弦时， 竖腹杆受拉 桥式屋架：是将屋面板和屋架合二为一的结构体系。 屋盖结构传力简捷、整体性好，充分利用了构件的承载能力，省材 施工复杂、须在柱间假设架梁
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构的组成 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。
桁架结构的受力特点：拉、压杆件
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
1、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。（桁架的中 心平面）
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.2屋架结构的选型 梯形桁架
3、材料的耐久性及使用环境
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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.2屋架结构的选型 梯形桁架
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.3屋架结构的布置 梯形桁架
跨度 间距
屋架的跨度,一般以 3m为模数。
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
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。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
2、桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
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2.1 桁架结构的受力特点
鲁班锁
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
3、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。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构的内力
例：江西某会堂大厅，平面尺寸27mx27m，采用钢筋混凝土桥式桁架扁壳组合屋盖
2.2 屋架结构的型式
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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
屋架结构的主要尺寸 梯形桁架
矢高 屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。矢高
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。
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2.2 屋架结构的型式
钢屋架
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。
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2.2 屋架结构的型式
钢屋架
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。
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2.2 屋架结构的型式
钢屋架
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2.2 屋架结构的型式
4、屋架的跨度
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。
2.5 张弦结构
2.5.2张弦结构的形式
平面张弦结构 直线型 拱 型 人字性 单向张弦结构 双向张弦结构 多向张弦结构 辐射式张弦结构
空间张弦结构
2.5 张弦结构
2.5.3张弦结构的受力性能 张弦结构的形态定义：
零状态、初状态、荷载态
张弦结构的预应力特性：
没有外荷载作用下结构内部所维持的自平衡内力分布
钢屋架
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2.2 屋架结构的型式
混凝土屋架
形式：梯形屋架、折线形屋架、拱式屋架、无腹杆屋架等， 可为普通钢筋混凝土屋架和预应力混凝土屋架 跨度：钢筋混凝土屋架 15~24米，预应力混凝土屋 架18~36米 优缺点：取材宜、价格便宜 用于中大跨度、刚度大、整 体性好、传力简洁、耐高温、 但自重大、施工复杂
2.3.2屋架结构的选型 梯形桁架
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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.2屋架结构的选型 梯形桁架
1、屋架结构的受力
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。
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
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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。
建筑结构选型
吉林建筑大学
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 第四节 立体桁架和张弦结构
第五节 屋架结构的其他型式
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
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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。
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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。
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2.2 屋架结构的型式
按屋架外形不同分： 三角形桁架 梯形屋架 抛物线形屋架 折线形屋架 平行弦形屋架
三角形桁架
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.1屋架结构的主要尺寸 梯形桁架
节间距 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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
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2.4 立体桁架
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2.4 立体桁架
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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。
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2.6桁架结构的其他应用形式
无斜腹杆屋架
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2.6桁架结构的其他应用形式
2、主次桁架结构 是由平面桁架组成的一种特殊形式的空间桁架结构 。次桁架支撑于主桁架之上形成主次桁架屋架系统。 例：武汉水利电力学院体育馆 3、悬挑桁架结构 是将桁架悬挑形成屋架结构，悬挑长度可达 20~40米。 例：上海世博会演义中心 4、悬挂桁架结构 是将桁架悬挑形成屋架结构，悬挑长度可达 20~40米。 例：日本代代木体育中心小体育馆
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。
坡度 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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.2屋架结构的选型 梯形桁架
2、屋面防水构造
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。
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2.5 张弦结构
将平面桁架结构的受拉下弦杆用高强度拉索 代替，并通过张拉拉索在结构中施加预应力 ，形成张弦结构，可以有效的改变结构的受 力性能。 组成：上弦的梁、拱、或桁架；下弦的拉索； 上下弦之间的竖向撑杆。
2.5 张弦结构
2.5.1张弦结构的特点 承载能力高； 结构刚度大； 结构稳定性强； 支座推力小； 建筑造型适应性强； 制作、运输、施工方 便。
张弦结构的平面外稳定及纵向受力：
措施：采用平面外刚度较大的上弦杆件； 设置屋面水平支撑；
张弦结构的抗风作用：
措施：增大屋面荷载、加大拉索预应力
2.5 张弦结构
2.5.4张弦结构的选型
上弦刚性受压构件：
取决于跨度和撑杆间距离
张弦结构上弦矢高和下弦垂度：
垂跨比：下弦索的垂度与结构跨度的比值 高跨比：上弦梁的矢高与结构跨度的比值
撑杆数目：
撑杆多时，上弦刚性构件内力均匀，弯矩小，受力合 理。但施工复杂、撑杆材料量大
2.5 张弦结构
2.5.5工程实例---上海世博会主体馆
2.5 张弦结构
2.5.5工程实例---上海浦东国际机场
2.6 桁架结构的其他应用形式
1、刚接桁架结构----无斜腹杆屋架 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 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 几何可变的机构，所以必须采用刚节点的桁架，可按 多次超静定结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构 计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。
支座
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2.3 屋架结构的选型及布置
2.3.4屋架结构的支撑 梯形桁架
内容
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。