桁架结构分析与实例
桁架工程实例
桁架实例——单层厂房的屋架
（a）单层厂房的屋架
（b）计算简图
桁架实例——高压输电线上铁塔的桁架
高压输电线上铁塔的桁架
桁架实例——国内桁架Байду номын сангаас建的桥梁
三堆子金沙江大桥 长东黄河大桥梁拱组合体系，1993年) 九江长江大桥 (180m+260m+160m 南京长江大桥(三联3×160m连续钢桁梁，1969年) 孙口黄河大桥
桁架实例——福州本地桁架结构桥梁
福州洪山桥位于福建省福州市西郊，跨越闽江北港
目前,它是国内跨度最大的预应力混凝土桁架式T型刚构桥。 洪山桥总长363.36m，分跨为2×20+67.5+110+67.5+2×30(m)；桥宽 2×1.5+12.2(m)。主桥采用三向预应力上承式桁架T型刚构，刚构之间和刚构与边墩之 间用25m长的挂梁连接。 最大特点是主桥采用上承式预应力混凝土桁架T构，T构之间设挂梁，衍架自重轻， 阻风力小，材料用量省，在台风地区桥型选择中具有相当优势。
桁架实例——德式建筑
Fachwerkhaus翻译汉语为 “桁架布局建筑”。桁架之 间，填以泥坯或砖。一般外 表除桁架外，涂以白色。这 类建筑构成了德国12世纪以 来最有特点的建筑。
桁架实例——简单升降机、塔吊
简单的升降机构，由三根 杆件通过A、B、C、D、E 处的销钉连接的。
桁架结构分析
桁架结构的应用
• 排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系，常用 于单层工业厂房，比起刚架结构，更适合于有大跨 度要求的工业建筑。
实例——苏格兰福斯海湾桥
•大跨度桥架的高度沿跨径方向变化，形成曲弦桁架； 中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或Baidu Nhomakorabea弦 桁架。
• 桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件 的桥梁。
桥是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一。
这是一座弦杆用管形杆件的双伸臂梁铁路
桥，设计者承认，这座桥的结构系统是从 中国的木伸臂梁（鹊巢桥）演变而来的。
• 桁架一般由上弦杆、腹杆（竖杆和斜腹杆）组成。 • 桁架结构受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，
对支座没有横向推力，因此在工程中得到广泛的应用。
• 在房屋建筑中，桁架常用作为屋盖承重结构，称为屋 架。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁 架。
• 如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋 架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常 广泛的应用。
• 桁架桥一般由主桥梁、上下水平纵向联结系、桥 门架和中间横撑架以及桥面系组成。
• 在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上 弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆， 按腹杆方向的不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与 腹杆所在的平面就叫主桁平面。
• 苏格兰福斯海湾桥是19世纪的工程奇迹。 福斯桥主跨跨径519m，铁路高出水位 47.8m，因风力过大，桥梁桁架做成向内倾 斜，塔顶宽约10m，塔底宽36.6m，全桥共 计3个桥塔，六个伸臂，各长206m，悬跨 长107m。1882年开始建造的英国福斯海湾
桁架结构
2.三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。可见，三 角形桁架的杆件内力 也是不均匀的。
3.拱形屋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。可见，它的杆件内力大致均匀，从力学角度看， 它的形状与简支 梁的弯矩图形相 似，其形状符合 受荷后的内力变 化规律。
五，建筑实例-国家大剧院：
国家大剧院壳体钢结构主要由148榀沿椭球面均匀垂直布置 的平面桁架、11840根水平 布置的环向系杆、对称布置 的四块平面斜撑及顶部结构 组成，也就是说国家大剧院 是以众多桁架组成的壳体结 构。
平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁 架区域的屋面采用玻璃形式，为外露构件；长轴桁架区域的 屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件；水平布置的为环向系 杆，通过两端的半球与平面桁架连接。
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Байду номын сангаас厂房。梯形屋 架形成的屋盖具有较大的空间，因此剧院屋盖也常采用。 梯形屋架可用钢筋混凝土或钢 制造。 钢筋混凝土梯形屋架的杆件采用 矩形截面，宽度20～24cm 梯形钢屋架用钢量多，但杆件 截面小，重量轻，一般跨度36m 以上。
实例1 四杆桁架结构有限元分析
（2）计算支反力： 将求得的节点位移代入整体刚度方程 得：
四杆桁架结构有限元分析（5）
ANSYS求解
基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step) 命令流方式
Step3.组装整体刚度方程
各个单元刚度矩阵/节点载荷按节点编号进行组装。
四杆桁架结构有限元分析（4）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Step4.处理边界条件求解
边界条件BC(u):
代入整体方程并化简得：
所有节点位移：
四杆桁架结构有限元分析（5）
Step5.计算其他力学分量
（1）计算单元应力：
杆单元的转换矩阵及节点位移（此处省 略了上角标）
举例：四杆桁架结构有限元分析
各杆的弹性模量和横截面积相同：均为E = 29.5 ×104 N/mm2 ,A = 100mm2 ，试 求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。
四杆桁架结构有限元分析（1）
Step1.结构的离散化与编号
节点及坐标（对该结构进行自然离散）
节点
1 2 3 4
x
0 400 400 0
y
0 0 300 300
单元编号及对应节点 单元 ① ② 节点 1 3 2 2 2
各单元的长度及轴线方向余弦
单元 ① ② ③ ④ l 400 300 500 400 nx 1 0 0.8 1 ny 0 -1 0.6 0
桁架结构工程实例解析
国家大剧院
国家大剧院——功能
由国家大剧院主体建筑及南 北两侧的水下长廊、地下停车场、 人工湖、绿地组成。国家大剧院 内有四个剧场，中间为歌剧院、 东侧为音乐厅、西侧为戏剧场， 南门西侧是小剧场，四个剧场既 完全独立又可通过空中走廊相互 连通。
国家大剧院——平面布局
国家大剧院——歌剧院
国家大剧院——歌剧院 歌剧院是国家大剧院内最宏伟的建筑，以华丽辉煌 的金色为主色调。主要上演歌剧、舞剧、芭蕾舞及大型 文艺演出。歌剧院观众厅设有池座一层和楼座三层，共 有观众席2398个（含站席）。歌剧院有具备推、拉、升、 降、转功能的先进舞台，可倾斜的芭蕾舞台板，可容纳 三管乐队的升降乐池。这些世界领先水平的舞台机械设 备为艺术家的现场表现提供了丰富可能。歌剧院舞台采 用“品”字形舞台形式，包括主舞台、左右侧台和后舞台。 舞台具备推、拉、升、降、转五大功能，可迅速地切换 布景。主舞台有六个升降台，既可整体升降又可分别单 独升降。左右侧台各有六台可横向移动的车台，通过与 主舞台升降台互换位置，可以迁换场景，也可以参与演 出。
国家大剧院——戏剧场
国家大剧院——戏剧场
戏剧场观众厅设有池座一层和楼座三层，共有1035 个席位（含 站席）。戏剧场舞台拥有先进的舞台机械设备，可以把独特的创作 变成表演的现实。其独特的伸出式台唇设计，非常符合中国传统戏 剧表演的特点。剧场舞台具有“伸出式”和“镜框式”两种样式，可配合 剧目需要选择使用。“伸出式”舞台样式时，观众厅前部的台板升起 成为舞台的一部分，形成伸出式台唇，台下的观众可以更近距离地 观看台上的表演，非常符合中国传统戏剧表演的特点。而当台板不 升起时，这部分区域可作为乐池使用，这时舞台看上去就像一个镜 框，因此被称为“镜框式”舞台样式。戏剧场舞台区域分为主舞台和 左右辅台。主舞台安装的“鼓筒式”转台，由13个升降块和2个升降台 组成，既可整体升降又可分别单独升降，还可以制造边升降边旋转 的舞台效果，整套舞台机械在世界上处于先进地位。戏剧场观众厅 墙面采用与音乐厅舞台墙面类似的声扩散墙面，看上去象凸凹起伏 的、不规则排列的竖条。大量不规则排列的凹凸槽整体上形成声音 的扩散反射，可保证室内声场的均匀性，使声音更美妙动听。墙面 使用特制的丝绸布加以包裹，形成了以红色为主，与黄色、紫色等 相间排列的墙面图案。灯光照在墙面上，烘托出亲切、热烈而传统 的气氛，营造出颇具中国特色的剧场氛围的同时，也能起到很好的 吸音效果。
桁架案例
主桁架
钢结构屋盖上部总共布置了 112 榀主桁架，各榀主桁架安 V 字 形首尾相连, 搭建在斜向支撑屋顶的 V 字形型钢桁架柱和屋顶 下部的环形圈梁的交点上，前端挑出 50 米；其支点间的间距 为 14 米；主桁架高度在悬挑的根部为 4～5 米，在端部约为 2 米。
子桁架
钢结构屋盖上部总共布置了 224 榀子桁架，按照 Z 字形 的规律布置于上、下两层环相 钢管桁架环梁之间；一方面将 主桁架荷载直接传至下部支座， 且减小屋面檩条的跨度，另一 方面强调了结构布置的韵律， 给人一种蓬勃欲出的动感和简 洁、稳定的平衡感，突出了结 构整体布置的结构美学特点。
来自百度文库
上 中
下
V型桁架
钢结构屋盖结构布置图
综述
钢结构屋架平面呈扁长椭囿（长轴约为471 米，短轴约为 37米），整个 平面沿长轴对称，屋面桁架落地，形似“露珠”，内圀和外圀铺设玻 璃面板，中间部分基本上为金属板，但在 V 型桁架之间交替铺设玻璃 和金属板；屋面面积为76,719 米，几乎覆盖全部观众席。屋面中心不 封闭即在运动场场地上方留出近似椭囿形空洞，屋面最高点高度为 53.0 米，幵以不同曲率坡向地面，近地面时收于波浪形起伏的环形钢 管桁架圀梁处，再由环向布置的92 个钢桁架柱连接到基础的混凝圁承 台上。
落地桁架柱组
钢结构屋盖上部总共布置了 92 组落地桁架支柱，每组桁架支柱 由四根 P508(Q345)无缝钢管柱及 P219(Q345)无缝钢管腹杆组成。 四根钢柱壁厚为 12.7～25.4mm；腹杆壁厚为 6.4～12.7mm。落 地桁架柱组采用埋入式固接柱脚直接插入混凝土墩台内。
桁架结构工程实例
国家大剧院
国家大剧院——功能
由国家大剧院主体建筑及南 北两侧的水下长廊、地下停车场、 人工湖、绿地组成。国家大剧院 内有四个剧场，中间为歌剧院、 东侧为音乐厅、西侧为戏剧场， 南门西侧是小剧场，四个剧场既 完全独立又可通过空中走廊相互 连通。
桁架结构工程实例解析
班级：10建筑 姓名：滕超 学号：1041401073
目录：
➢ 桁架的定义与特点 ➢ 上海大剧院
功能 空间要求 造型 结构形式及特点 ➢ 国家大剧院 功能 空间要求 造型 结构形式及特点
桁架
1、 桁架常作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。屋架的主要缺点是结 构高度大，侧向刚度小。 2、桁架结构由上弦杆、下弦杆和腹杆（斜腹杆和竖腹杆）组成。 3、相比较平面屋架的很多缺点，立体桁架就会实用的多。立体桁架的 截面形式可以是矩形、正三角形、倒三角形，由两榀平面桁架相隔一定 的距离组合而成，连接杆件与两榀平面桁架成90°或45°夹角，其特 点是具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用，节省了用于支撑的钢 材，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， 节点构造繁杂，焊缝要求高，制作复杂。
结构体系篇桁架结构讲义
• 四、桁架结构的其他型式
• （一）、立体桁架（空间桁架）
•
平面屋架在平面内受力性能好，但平面外刚度很小
。为保证结构的整体性，必须要设置各类支撑，支撑
结构的布置要消耗许多材料，且以长细比来控制，材
料强度得不到充分发挥。
•
立体桁架可以避免以上缺点。
• 1、概念
•
立体桁架：由两榀平面桁架相隔一定的距离以连接
•（三）钢屋架
• 三角形屋架：
•
用于屋面坡度较大的屋盖结构
中。内力变化较大，弦杆内力在支
座处最大，在跨中最小，材料强度
不能充分发挥作用。一般用于中小
跨度的轻屋盖结构。
•
芬克式屋架，腹杆受力合理，
长杆受拉，短杆受压，可分为两榀
小屋架制作，现场安装，施工方便
。
梯形屋架 用于屋面坡度较小的屋盖中
，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。 用于无檩体系屋盖，屋面材 料大多用大型屋面板。
在房屋建筑中，桁架常用作为为屋盖承重结构，称为 屋架。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的 桁架。
如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋 架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常 广泛的应用。
屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大， 增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖，通风，采 光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。
管桁架结构案例
管桁架结构案例
管桁架结构是一种常用于建筑和桥梁中的结构形式，它由管材和连接节点组成。管桁架结构具有轻质、高强度、刚性好等特点，广泛应用于大跨度的建筑和桥梁工程中。下面列举了十个管桁架结构的案例。
1. 北京国家体育场（鸟巢）：鸟巢是2008年北京奥运会的主场馆，其结构采用了管桁架结构。通过精确的计算和优化设计，鸟巢的管桁架结构实现了座席的最佳视野和声学效果。
2. 上海世博会中国馆：中国馆是2010年上海世博会的标志性建筑，它的外部形象由大量的管桁架构成。这些管桁架以复杂的曲线和交叉方式组合在一起，形成了中国馆独特的外观。
3. 杭州湾跨海大桥：杭州湾跨海大桥是连接浙江宁波和上海嘉定的一座大型桥梁工程，其主桥采用了管桁架结构。这种结构形式使得大桥具有较高的刚度和抗风性能，确保了桥梁的安全运行。
4. 北京大兴国际机场：北京大兴国际机场是中国目前最大的机场项目，其航站楼采用了管桁架结构。这种结构形式不仅能够提供宽敞的室内空间，还能够保证航站楼的结构稳定性和安全性。
5. 上海中心大厦：上海中心大厦是中国目前最高的建筑物，其结构采用了管桁架和框架结构的组合形式。这种结构设计既保证了建筑的高度和稳定性，又满足了抗震和抗风的要求。
6. 广州塔：广州塔是一座观光塔，其结构采用了管桁架结构。这种结构形式使得塔身具有较高的刚度和稳定性，同时还能够为游客提供良好的观景体验。
7. 香港大屿山青洲大桥：青洲大桥是连接香港大屿山和青洲的一座斜拉桥，其主塔采用了管桁架结构。这种结构形式使得桥梁具有较高的刚度和抗风性能，确保了桥梁的安全运行。
桁架结构分析
根据地形的不同，两边的边跨不同。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
——大跨径预应力混凝土桁式组合拱桥
大桥结构方案
大桥数据
中间的桁架拱
江界河大桥——桁式组合拱桥
桁式组合拱桥 结构的主要特点是 上弦在墩顶和拱顶 之间的适当位置断 开，使上弦放松， 以调节各杆件的内 力，使结构受力更 趋台理。 ’
边跨布置——桁式钢构
边跨采 用多点锚固， 将上弦拉力 经桥台和斜 复杆分散传 给地基。
桁架结构（含设计说明）
桁架结构
桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。
中文名
桁架结构
外文名
Truss structure
术语分类
建筑术语
学科分类
建筑学
应用领域
建筑工程；桥梁工程
桁架形式
三角形；矩形；梯形；拱形
桁架可按不同的特征进行分类。
一、根据桁架的外形分为：
1.平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）；
2.折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材料使用经济，构造较复杂）；
3.三角形桁架（杆力分布更不均匀，构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）。
二、以桁架几何组成方式分：
1.简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）；
2.联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）；
3.复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）。
三、按所受水平推力分：
1.无推力的梁式桁架（与相应的实梁结构比较，掏空率大，上下弦杆抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济）；
2.有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）。
钢结构应用实例
钢结构应用实例
钢结构是一种广泛应用于建筑、桥梁、塔架等领域的结构体系，具有轻质、高强、耐久、施工方便等优点。以下是一些钢结构应用实例：
1. 中国国家体育场（鸟巢）
中国国家体育场是2008年北京奥运会的主场馆，采用了钢结构桁架和外覆PTFE 膜材料。其外观呈现出鸟巢的形状，因此得名“鸟巢”。该建筑的钢结构桁架体系采用了空间网格结构，具有高度的稳定性和抗震性能。
2. 上海中心大厦
上海中心大厦是一座632米高的摩天大楼，是目前中国最高的建筑。该建筑采用了钢结构框架和混凝土核心筒结构，使其具有高度的抗风和抗震能力。钢结构框架采用了大跨度的空间结构，使得建筑内部空间更加宽敞。
3. 香港国际机场
香港国际机场是一座世界级的机场，其航站楼采用了钢结构桁架和玻璃幕墙结构。钢结构桁架采用了空间网格结构，使得建筑内部空间更加宽敞。玻璃幕墙结构则使得建筑外观更加美观。
4. 长江大桥
长江大桥是一座跨越长江的桥梁，是目前世界上最长的公铁两用桥。该桥梁采用
了钢结构桁架和混凝土桥墩结构。钢结构桁架采用了大跨度的空间结构，使得桥梁具有高度的承载能力和抗风能力。
5. 北京南站
北京南站是一座现代化的铁路枢纽站，其主体结构采用了钢结构桁架和玻璃幕墙结构。钢结构桁架采用了大跨度的空间结构，使得建筑内部空间更加宽敞。玻璃幕墙结构则使得建筑外观更加美观。
以上是一些钢结构应用实例，这些建筑物的采用钢结构体系，不仅使得建筑物具有高度的稳定性和抗震能力，同时也使得建筑物具有更加美观和宽敞的内部空间。
Workbench结构分析20例--简单桁架分析
简单桁架受力分析
--Workbench结构分析20例之一一、概述
图示三角架由 AB和 AC 两杆通过销钉连接，杆截面为圆形，AB杆半径为30mm，AC杆半径为25mm，材质为钢，弹性模量
E=210GPa，泊松比为0.3，求当 P=100kN 时A的位移及B、C点的约束反力，并校核两杆的强度是否足够。
二、理论计算
1、杆轴力及强度计算
假设AB杆对A 的作用力为N1,AC杆对
A 的作用力为N2，经计算得到，外力为
P，则：
N1=2P
N2=1.732P
AB杆受拉力作用，AC杆受压力作用，
则B、C点的约束反力大小分别为2P及
1.732P，即200 kN和173.2 kN。
2、杆变形计算
假设A3点为变性后A点的真实位置，
AA3 为所求A点的位移，则：
√()()
三、仿真流程
采用link单元模拟桁架，使用静力学分析类型。
1、设置分析类型
启动ANSYS Workbench界面，在工具箱中选中静态结构分析，并双击生成分析流程。
2、创建材料
在静态结构分析流程中，进入材料编辑界面，生成新材料命名为link，并将弹性模量设为2.1E11Pa，泊松比设为0.3。
3、生成几何模型
启动DesignModeler，生成两个linebody，并将其合并成一个part。并生成两个圆形截面，半径分别设为30mm和25mm，并重命名为C30
与C25。
4、施加载荷
在两线连接点上施加竖直向下的载荷，大小为100000N。
5、设置边界条件
选中左侧两个独立的点，约束两点的所有自由度。
6、求解设置
在求解前，选中后处理中查看梁单元结果的选项，并进行求解。
midas桁架分析实例
2. 桁架分析
概述
通过下面的例题，比较内部1次超静定桁架和内、外部1次超静定桁架两种结构在制作误
差产生的荷载和集中力作用时结构的效应.
内部1次超静
制作误差5mm
内、外部1次超静定
制作误差5mm
图 2。1 分析模型
➢材料
钢材类型：Grade3
➢截面
数据：箱形截面 300×300×12 mm
➢荷载
1. 节点集中荷载 : 50 tonf
2. 制作误差 : 5 mm →预张力荷载(141。75 tonf)
P = Kδ = EA/L x δ = 2.1 x 107 x 0.0135 / 10 x 0.005 = 141。75 t
onf
设定基本环境
打开新文件以‘桁架分析.mgb’为名存档。设定长度单位为‘m’, 力单位为‘tonf’.
文件/ 新文件
文件/ 保存（桁架分析 )
工具 / 单位体系
长度 > m ; 力> tonf↵
图 2。2 设定单位体系
设定结构类型为 X—Z 平面.
模型/ 结构类型
结构类型〉X—Z 平面↵
定义材料以及截面
构成桁架结构的材料选择Grade3（中国标准），截面以用户定义的方式输入。
模型 / 特性/ 材料
设计类型〉钢材
规范 > GB(S) ; 数据库 > Grade3↵
模型 / 特性 / 截面
数据库/用户
截面号（ 1 ) ; 形状〉箱形截面；
名称（300x300x12 ) ; 用户(如图2。4输入数据)↵
图2。3 定义材料图 2。4 定义截面
建立节点和单元
首先建立形成下弦构件的节点。
正面捕捉点（关) 捕捉轴线（关)
捕捉节点 (开）捕捉单元（开）自动对齐（开）
桁架结构
桁架结构
桁架结构（Truss structure）中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。
各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。
桁架的历史演变
只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构。它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的。桁架在建造木桥和屋架上最先见诸实用。古罗马人用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构（发现于罗马的浮雕中，文艺复兴时期，意大利建筑师（拔拉雕 Palladio）也开始采用木桁架建桥出现朗式、汤式、豪式桁架。英国最早的金属桁架是在1845年建成的，适合汤式木桁架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦式桁架。
桁架种类
桁架可按不同的特征进行分类。
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钢屋架
➢ 由于钢屋架承载力高，自重轻，适用于跨度大的屋 架。
➢ 安装、施工方便。
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钢屋架
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架吊装
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钢屋架吊装
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轻型钢屋架
➢ 采用薄壁型钢、小型热轧型钢等轻型钢材的屋架 ➢ 主要有三角形屋架、三铰拱屋架、棱形屋架 ➢ 轻型屋架适用于小跨度、设置有起重量小于50t的中
于节点上。
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屋架的形式
➢ 按外形不同分类 三角形屋架 梯形屋架 抛物线屋架 折线形屋架 平行弦屋架
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屋架的形式
三角形桁架
平行弦桁架（柏式）
抛物线形桁架
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屋架的形式
➢ 按腹杆布置不同分类 三角形腹杆系（即华伦式桁架） 带竖杆的三角形腹杆系 半斜杆腹系（如K式桁架） 组合腹系（亦称再分式桁架）
桁架结构的特点
➢ 受力特点 从结构整体来说，桁架多应用于受弯构件，在外荷 载的作用下所产生的弯矩图和剪力图都与在简支梁 的情况相似。但桁架结构具有与简支梁完全不同的 受力性能。
13
桁架结构的特点
➢ 受力性能比较
简支梁在弯矩的作用下 ，沿梁轴线的弯矩和剪 力的分布和截面内的正 应力和剪应力的分布极 不均匀。中间部分材料 不能充分发挥作用，一 般以上下边缘处材料的 强度作为控制。
➢ 桁架结构包括了平面桁架结构和空间桁架结构。
4
概述
➢ 桁架结构的应用范围： 工业与民用建筑的屋盖 吊车梁 桥梁 起重机 水工闸门 海洋平台 大跨度公共建筑结构
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桁架的演变历史
➢ 古罗马人曾用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上 部结构（发现于罗马的浮雕中）。文艺复兴时期， 意大利建筑师（拔拉雕 Palladio）开始采用木桁架 建桥，出现了朗式、汤式（斜交格栅）、豪式桁架 。英国最早的金属桁架建于1845年，是和汤式木桁 架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦 式桁架 。现代桁架多由此衍生而来，如钢桁梁标准 设计中的带竖杆华伦式桁架和带竖杆的菱形（双三 角形）桁架
桁架结构分析与实例
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概述
➢ 桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为 主的格构式结构。
上弦杆
下弦杆
斜腹杆
竖杆
桁架示意图
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概述
➢ 在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这 时称为屋架。现今，桁架结构已经发展起多种多样 的形式，不仅局限于屋架，在一些大跨度结构、高 层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。
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桁架结构的特点
➢ 受力性能比较
桁架的上弦受压，下弦 受拉，由此形成力偶来 平衡外荷载所产生的弯 矩，外荷载所产生的剪 力则由腹杆承受。材料 得到充分的发挥。 15
桁架结构的特点
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桁架结构的特点
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桁架结构的特点
➢ 桁架结构的优缺点
优点：
•受力合理 •计算简单 •施工方便 •适应性强
缺点：
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空间桁架（立体桁架）
➢ 平面桁架结构虽然有很好的平面力学性能，但其平 面外刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置 各类支撑。支撑结构布置需要消耗很多材料，且常 常以长细比等构造要求控制，材料强度得不到充分 的发挥。
➢ 空间桁架结构能很好地避免上述缺点。
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空间桁架结构
倒三角空间桁架 曲线梁
武昌火车站月台
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刚接桁架
➢ 刚接桁架没有斜腹杆，仅有竖腹杆，为了使 结构构成几何不变体系，必须采用刚节点。
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刚接桁架
刚接月牙形屋架
上海大剧院
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刚接桁架
上海大剧院
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桁架结构的选型
➢ 桁架结构的选型应考虑建筑的用途、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
➢ 各种桁架有其适用范围 ➢ 做到受力合理、技术先进、经济适用
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屋架的形式
K式桁架
再分式桁架
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屋架的形式
➢ 按桁架几何组成方式分类 简单桁架 联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单 组成规则联合组成） 复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）
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屋架的形式
联合桁架
复杂桁架
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屋架的形式
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屋架的形式
➢ 按所受水平推力分类 无推力的梁式桁架（与相应的实体梁结构比较，
•结构高度大 •平面桁架的侧向刚度小（需要 设置支撑）
•受压构件需要满足稳定性要求 ，故不能材尽其用(结构选型时 尽量考虑）
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桁架结构计算假设
➢ 组成桁架的所有杆件均为直杆，所有杆件的中心线 （轴线）都在同一平面内（中心平面）。
➢ 桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。 ➢ 所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用
掏空率大，上下弦杆联合抗弯，腹杆主要抗剪，受 力合理，用材经济） 有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体， 整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）
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屋架的形式
伸臂梁式桁架 悬臂梁式桁架
拱式桁架
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屋架的形式
➢ 按结构受力特点分类 桥式屋架 无斜腹杆屋架 刚接桁架 立体桁架
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屋架的形式
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桁架的演变历史
朗式桁架桥
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桁架的演变历史
豪式桁架拱桥
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桁架的演变历史
带竖杆华伦式桁架
华伦式桁架
带竖杆菱形桁架
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桁架的演变历史
E.Brandt 1876年出版的著作 《钢结构设计教程》中的桁 架梁
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桁架的演变历史
巴黎的万国博览会大厅，1867年 建成。建筑师 为Leopold Hardy ，Jean－Baptiste Krantz
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工程实例
埃菲尔铁塔是1887年1月26日动工 ，1889年5月15日开放的，距今已 有100多年的历史了。建筑师为 Gustave Eiffel。 埃菲尔铁塔占地一公顷，耸立在巴 黎市区赛纳河畔的战神广场上。除 了四个脚是用钢筋水泥之外，全身 都用钢铁构成，塔身总重量7000吨 。塔分三层，第一层高57米，第二 层115米，第三层274米。除了第三 层平台没有缝隙外，其他部分全是 透空的。从塔座到塔顶共有1711级 阶梯，现已安装电梯。
成功使用了由Camille
Polonceau发明的Polonceau桁
架。它证实了建筑技术的飞跃源
于新材料的运用：铁、玻璃、波
纹金属薄片材料。
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桁架的演变历史
采用了由Fife－Lille发明的 预制桁架构件的连接装配 方法
采用了当时非常先进的铰接支座
巴黎的Galer des Machines
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排架结构
➢ 排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系 ➢ 常用于单层工业厂房 ➢ 比起刚架结构，更适合于有大跨度要求的工业建筑 ➢ 单跨排架、多跨排架 ➢ 等高排架、不等高排架、锯齿形排架
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工程实例
➢ 香港中国银行大厦由贝聿铭设计，为 巨型桁架体系，主体结构为八榀巨型 桁架，其中四榀沿正方形平面的周边 布置，另四榀沿对角线方向布置。平 面为52m×52m，四角为型钢配筋的 大型钢筋混凝土 立柱，底部最大截 面为4800mm×4100mm，直接落地 深入基础，向上逐渐减小截面。正方 形平面中心外的立柱由顶层向下通到 第25层结束，支承在金字塔形的空 间桁架中心。在巨型桁架平面内还设 置若干吊杆，将楼层荷载通过巨型桁 架斜杆传给角柱。使角柱承担几乎全 部全力荷载，增强了巨型桁架的抗倾 覆能力。
轻级工作制桥式吊车的工业厂房和小跨度的民用房 屋的屋盖结构
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轻型钢屋架
➢ 三铰拱轻钢屋架 杆件受力合理 斜梁腹杆短 经济效果好 拱拉杆比较细柔、不能承压 整个屋盖结构的刚度较差
三铰拱轻钢屋架
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轻型钢屋架
➢ 棱形屋架 棱形屋架有平面桁架式和空间桁架式 截面中心低 空间刚度好
棱形屋架
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轻钢屋架
➢ 按材料使用不同分类 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-混凝土组合屋架
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木屋架
➢ 常用的木屋架是方木或原木齿接的豪式木屋架
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木屋架
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木屋架
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钢-木组合屋架
➢ 钢-木组合屋架的形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯 形屋架和下折式屋架
➢ 采用钢拉杆作为屋架的下弦，提高屋架结构的刚度 ，消除了接头的非弹性变形
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源自文库
工程实例
吊装过程
Eiffel铁塔的草图
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工程实例
Eiffel铁61 塔
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混凝土屋架
➢ 混凝土屋架常见形式有梯形屋架、折线形屋架、拱 形屋架、无斜腹杆屋架、桥式屋架
钢筋混凝土-钢组合桥式屋架
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混凝土屋架
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钢-钢筋混凝土组合屋架
➢ 屋架上弦和压腹杆采用钢筋混凝土，下弦及受拉杆 采用钢拉杆，充分发挥两种不同材料的力学性能。
➢ 自重轻 ➢ 省材料 ➢ 技术经济指标较好