桁架结构体系..
桁架结构体系范文
桁架结构体系范文
首先，桁架结构体系的设计可以实现对整体结构的有效支撑。
由于桁
架结构体系中的构件具有良好的强度和刚度，它们能够承受较大的荷载，
并将荷载传递到支撑点，从而保证整个结构的稳定性。
其次，桁架结构体系具有较小的自重。
由于桁架结构体系的构件通常
采用轻质材料制造，结构的自重相对较小。
这不仅可以减少对基础支撑的
要求，还可以降低施工成本，提高工程效益。
再次，桁架结构体系的设计灵活多样。
桁架结构体系允许设计师采用
不同大小、角度和长度的构件进行组合和连接，以满足不同的结构要求。
这使得桁架结构体系适用于各种建筑和工程项目，如体育馆、机场航站楼、大跨度厂房等。
此外，桁架结构体系具有一定的抗震性能。
由于桁架结构体系中的构
件具有较好的刚性和强度，它们能够在地震发生时有效地抵御地震力的作用。
相比于其他结构体系，桁架结构体系在地震作用下的变形和破坏相对
较小，能够提供更好的人员安全保障。
总之，桁架结构体系是一种具有良好力学性能和灵活性的结构体系。
它的设计可以实现对整体结构的有效支撑，具有较小的自重，设计灵活多样，并且具备一定的抗震性能。
因此，桁架结构体系在建筑和工程项目中
得到了广泛的应用。
桁架结构(trussstructure).
3. 零杆 零内力杆简称零杆（zero bar）。
FN2=0 FN1=0
FN=0
FN=0
判断结构中的零杆
FP
FP
FP/ 2
FP/2
FP
2.5.3 结点法（nodal analysis method）
以只有一个结点的隔离体为研究对象，用 汇交力系的平衡方程求解各杆的内力的方法
三、按几何组成分类
简单桁架 （simple truss）
联合桁架 （combined truss）
复杂桁架 （complicated truss）
四、按受力特点分类： 1. 梁式桁架 2. 拱式桁架
五、计算方法
１.结点法 2.截面法 3.联合法
六、结构计算的技巧应用 在用结点法进行计算时，注意以下三点，可
例1. 求以下桁架各杆的内力
0 -33 34.8
19
19 YNAD CD 0.5 X NAD AC 1.5
0 -33
-33
34.8 -8
19
19
0 -33
-33
34.8
-8 -5.4
19
37.5
19
-8 kN
YDE CD 0.75 X DE CE 0.5
0 -33
-33 -33
2.5.2 桁架结构的分类：
一、根据维数分类 1. 平面（二维）桁架（plane truss） ——所有组成桁架的杆件以及荷载的作 用线都在同一平面内
2. 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内
二、按外型分类 1. 平行弦桁架 2. 三角形桁架 3. 抛物线桁架 4. 梯形桁架
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。
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。屋架在荷载作用下，上弦主要承受压力，有时 还承受弯矩，下弦承受拉力。组合屋架的自重轻，节省材料， 常用跨度为9～18m。
常用组合屋架：折线形屋架，下撑式五角星屋架以及三铰，两铰屋架等。
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。
二，桁架结构外形与内力的关系
桁架是有杆件组成的格构体系，其结点一般假定为铰结点， 当荷载作用在结点上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着 密切的关系。下面介绍几种不同外形桁架的杆件内力情况： 1.平行弦屋架为等高度, 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。 可见，内力是不均匀的。
五，建筑实例-国家大剧院：源自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。
2、桁架、拱、网架解析
① 屋架的跨度
• 根据工艺使用和建筑要求确定，一般以3m为模数。 • 对于矩形平面的建筑，一般可选用同一种型号的屋架，仅端部或变形缝 两侧屋架中的预埋件稍有不同。 • 对于非矩形平面的建筑，各根屋架或根架的跨度就不可能一样，这时应 尽量减少其类型以方便施工。
② 屋架的间距
• • • 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。 间距的大小除考虑建筑平面柱网布置的要求外，还要考虑屋面结构及吊 顶构造的经济合理性。 屋架的间距最常见的为6m，有时也有7.5m、9m、12m等。
三、平衡拱脚水平推力的结构处理手法
1. 水平推力由拉杆直接承担
优点：受力可靠、用料最省。 缺点：室内空间欠佳。
适用范围：食堂、礼堂、仓库、车间等。
2. 推力由水平结构承担
拱脚水平推力由山墙内的拉杆承担
本方案比上一方案用料较多，造价较高，但 由于拱内无拉杆，可获得较大的室内建筑空间。
3. 推力由竖向结构承担
① 斜柱墩
② 边跨结构
③推力直接传给基础——落地拱
第六节 网架结构体系
一、网架结构的特点与适用范围 • 特点：网架结构是一种新型大跨度空间结构； 刚性大、变形小、应力分布较均匀； 能大幅度的减轻结构自重和节省材料。 • 分类：单层曲面网架、双层平板网架和双层穹窿网架。 • 适用：体育馆、展览馆、影剧院、大会堂等大跨结构。
屋架结构的设计实例
1. 贝宁体育馆
• 贝宁体育馆为多功能综合体育馆，可容纳观众5000名， 总建筑面积14015m2，屋盖结构考虑到当地的施工条件及 实际情况，采用梭形立体桁架，跨度为65.3m，高跨比为 1/13，中间起拱1/330。上弦及腹杆采用Q235无缝钢管， 下弦用Q345无缝钢管。
08排架结构体系(桁架).ppt
钢筋混凝土排架柱选型
原则
应力求合理、模板简单、维护方便，要考虑有 无吊车规格、柱高和柱距等因素；同时要因地 制宜，考虑制作、运输、吊装及材料供应等条 件；在同一工程中，柱型、规格不宜过多，为 施工工厂化、机械化创造条件。
预制柱根据截面高度确定截面形式：
h≤600mm时，宜采用矩形截面； h=600~800mm时，采用工字型或矩形； h=900~1400mm时，宜采用工字型； h＞1400mm时，宜采用双肢柱； 管柱及其它柱型可根据经验和工程具体情况选用。
250~400。 下翼缘宽度：取决于钢筋布置的需要，通常200~300。
薄腹梁尺寸图
薄腹梁选用
1、预应力混凝土单坡屋面梁（G414） 2、预应力混凝土双坡屋面梁（G414）
高度小，重心低，侧向刚度好，施工方便， 但自重大，经济指标较差；适用与有较大震 动和腐蚀介质的厂房。
屋面坡度为1/8~1/12
桁架的上下弦之间的距离拉开越远越有利，适用 跨度越大。
外荷载所产生的剪力由竖腹杆的轴力和斜腹 杆轴力的竖向分量来平衡。
截面正应力分布均匀；材料强度可以得到充 分发挥
2桁架结构计算的假定
基本假定
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，这一平 面称为桁架的中心平面。
8.3 桁架结构
桁架应用广，适用跨度范围（6~60m）非常大。 以受力特点可分为
平面桁架、立体桁架、空腹桁架。 通常所指的桁架全是平面桁架，旨在强调其立体桁
架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。
文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空 间屋顶结构的问题；
19世纪工业大发展，因工业、交通建设需要， 进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架
大跨建筑结构体系桁架
由于公共汽车站需要开间大，高层住宅有一排外柱落在柱距14.8m的开间处，外排高柱传递重量大，所以从第三层开始设置钢筋混凝土桁架转换层，承担5层以上的荷载。
钢筋混凝土桁架转换层-工程案例
简答题
桁架结构中桁架指的是桁架梁，是（ ）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。 2. 下列桁架结构中，哪种桁架形式内力近似于0？（ ） A. 矩形桁架 B. 弧形桁架 C. 陡坡梯形桁架 D. 缓坡梯形桁架 3. 桁架的力学模型基本假设，哪一项不成立？ ( ) A. 各杆均用光滑铰链连接； B. 各杆轴线均为直线，并通过铰链中心； C. 荷载均作用在节点上； D. 各杆件重量通常忽略不计; 4. 请依次阐述矩形桁架、陡坡梯形桁架和弧形桁架的弦杆内力与腹杆内力状态。
6
5
分析小结：
弧形或多边形桁架 ★ ★ ★ ★ ★
优点：
受力最合理，节点构造最简单，用料最省，自重最轻巧。
缺点：
上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度。
Hale Waihona Puke 56桁架的选型
桁架的选型
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
桁架的主要尺寸
高度 高度H直接影响桁架的刚度和经济； 不一定高度H越大越好，虽然弦杆受力小，但腹杆长，长细比大，易压曲，用料多； H值一般（1/10～1/15)L 节间长度 沿跨度划分桁架为若干等分，每一分算一个节间； 减少制作工作量与桁架挠度，减少杆件与节点数； 上弦稍短，下弦稍长，与受荷载条件与材料有关； 节间杆长一般控制1.5m ～ 4m。 坡度：满足排水要求，瓦屋面≥1/3,其它屋面1/8 ～1/12
桁架的构造
节点 桁架中各杆件的连接点，称为节点（node) 工程上把几根直杆连接的地方称为节点。
桁架(屋架)结构
桁架结构的发展
掏空的梁----桁架可以看成是从梁衍化而来
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
桁架结构计算的假定
理想桁架简图假设： 理想光滑铰接； 直杆且过铰心； 力只作用在结点。
只受结点荷载作用的直杆铰接体系
屋架结构的型式
按使用材料：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、 钢筋混凝土－钢组合屋架等
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：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁 架、空腹桁架）、立体桁架等
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。
建筑结构选型
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 第五节 张弦结构 第六节 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
2
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。
2.2 屋架结构的型式
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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
26
这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：
(1)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，这对采用木材作杆件 提供有利条件。
桁架结构体系
(2)桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢、木均可；
(3)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、弧形桁架等型式；
(4)施工方便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工 现场高空进行杆件拼装。
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3.2 桁架外形与内力的关系
3.2.1桁架结构计算的假定 实际桁架结构的构造和受力情况一般是比较复杂的。为了 简化计算，通常采用以下几个基本假定： (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，这一平面称为桁架的中心平面。
木屋架的典型型式是豪式屋架。这种屋架型式适用于木屋 架的原因是：
1、屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力突变不大，比 较均匀。 2、这种型式屋架的腹杆长度与杆件内力的变化相一致， 两者协调而不矛盾。 3、木屋架的节点采用齿联结。这种屋架节点上相交的杆 件不多，为齿联结提供了可能性。
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斜梁为平面桁架的三铰拱屋架，杆件较少，构造较简单， 受力明确，用料较省，制作较方便。但其侧向刚度较差， 宜用于小跨度和小檩距的屋盖中。 斜梁为空间桁架的三铰拱屋架，杆件较多，构造较复杂， 制作不便。但其侧向刚度较好，宜用于跨度较大、檩距较 大的屋盖中。斜梁截面一般为倒三角形，为了保证整体稳 定性的要求，其截面高度与斜梁长度的比值一般取为l／ 12～1／18，不得小于1／18；截面宽度与截面高度的比 值一般取为1／1.6～1／2.0，不得小于1／2.5。
第2章
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桁架结构
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桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。 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，因而在结构工程中得到了广泛的应用。
桁架结构的受力特点
桁架结构的受力特点桁架结构是一种由杆件和节点组成的结构体系，其受力特点主要包括以下几个方面：桁架结构的主要受力形式是轴力和剪力。
在桁架结构中，杆件主要承受拉力或压力，即轴力；而在节点处则会产生剪力。
这种受力形式使得桁架结构具有较好的受力性能，能够有效地承受水平和垂直方向的荷载。
桁架结构的受力是通过节点传递的。
节点是桁架结构中连接杆件的部分，所有的受力都会通过节点传递到其他杆件上。
这种传递方式使得整个结构在受力均匀分布的同时，也能够有效地减小结构的变形，提高结构的稳定性。
桁架结构的受力是相对集中的。
由于桁架结构中的杆件都是直线排列的，受力主要集中在杆件的两端和节点上。
这种受力特点使得桁架结构具有较高的刚度和承载能力，适用于大跨度的建筑和桥梁结构。
桁架结构的受力是相对静定的。
在桁架结构中，杆件的数量和节点的位置都是确定的，结构的受力状态也可以通过静力平衡来计算和分析。
这种相对静定的受力状态使得桁架结构在设计和施工过程中更加可控，能够确保结构的安全性和稳定性。
桁架结构的受力是相互协调的。
在桁架结构中，各个杆件和节点之间的受力是相互协调的，通过合理的设计和构造可以使得结构整体受力均衡，达到最佳的受力状态。
这种相互协调的受力特点使得桁架结构在实际工程中得到广泛应用，成为大跨度结构的常见形式。
桁架结构具有轴力和剪力为主要受力形式、受力通过节点传递、受力相对集中、受力相对静定以及受力相互协调等特点。
这些受力特点使得桁架结构具有较好的受力性能和稳定性，适用于各种大跨度建筑和桥梁工程中。
在设计和施工过程中，需要充分考虑这些受力特点，确保结构的安全可靠。
建筑结构体系
建筑结构体系建筑结构体系是指建筑物所采用的支撑系统，它对于建筑物的安全性和稳定性至关重要。
在建筑设计过程中，结构工程师扮演了重要的角色，他们研究和设计出适合不同建筑物的结构体系。
本文将介绍几种常见的建筑结构体系，并分析它们的特点和适用范围。
一、框架结构体系框架结构体系是建筑中最常见的一种形式。
它由一系列柱子和横梁组成，构成一个稳定的框架，能够承担水平和垂直载荷。
框架结构体系适用于多层建筑，如商业大楼和公寓楼。
它的特点是结构简单、刚性好，具有较大的抗震能力。
此外，框架结构体系还可以灵活布局，满足不同空间需求。
二、桁架结构体系桁架结构体系是由多个梁和柱子组成的网络结构。
它的优点是重量轻，适用于跨度较大的建筑物，如体育馆和机场航站楼。
桁架结构体系还能提供更大的内部空间，减少柱子和墙壁的使用。
然而，桁架结构体系对火灾的抗性较差，需要采用防火措施来保证建筑物的安全。
三、承重墙结构体系承重墙结构体系是通过设置混凝土或砖墙来承担建筑物的重量。
它适用于中小型建筑物，具有很好的纵向刚度和承载能力。
承重墙结构体系能够提供良好的隔声和隔热效果，但在空间布局上相对固定，不太适合具有较大灵活性的建筑设计。
四、悬索结构体系悬索结构体系是利用悬挂在支座上的钢索或索链来支撑建筑物的重量。
它适用于大跨度的建筑物，如桥梁和体育场馆。
悬索结构体系具有独特的美学效果，它的优点是重量轻、刚度大，能够提供无柱的大空间。
但是，悬索结构体系的设计和施工要求较高，成本也相对较高。
五、板壳结构体系板壳结构体系由一系列薄而强度高的平板组成，能够承受均匀分布的载荷。
板壳结构体系适用于大跨度的建筑物，如体育馆和展览馆。
它具有重量轻、内部空间大的优点，但在施工过程中需要注意加强对角边缘的支撑，以确保结构的稳定。
六、槽钢结构体系槽钢结构体系由一系列槽钢构件和连接件组成，适用于临时建筑物和轻型厂房。
槽钢结构体系具有结构简单、施工快速的特点，能够承担一定的水平和垂直载荷。
场馆类建筑常用的结构体系及方案
场馆类建筑常用的结构体系及方案以场馆类建筑常用的结构体系及方案为标题，我们将介绍一些常见的场馆类建筑的结构体系以及设计方案。
场馆类建筑通常需要满足大跨度、大空间和多功能的要求，因此设计师们采用了多种不同的结构体系和方案来实现这些目标。
一、桁架结构体系桁架结构是一种由多个杆件和节点组成的结构体系，形状呈网格状。
它具有刚性好、轻量化、施工方便等优点，常用于大跨度的建筑，如体育馆、展览馆等。
桁架结构可以分为空间桁架和平面桁架两种类型。
其中，空间桁架适用于需要承受较大重量和外力的场馆，如体育馆；而平面桁架适用于需要较大清空面积和多功能空间的场馆，如展览馆。
二、拱形结构体系拱形结构是一种由弧形构件组成的结构体系，其力学特性使得它能够承受并分散外界荷载。
拱形结构分为单曲线拱、复曲线拱和曲面拱等类型。
拱形结构常用于大型体育场馆、剧院等场所，其具有美观大气、稳定性好的特点。
三、悬索结构体系悬索结构是一种通过吊索悬挂在支撑点上的结构体系，其特点是能够实现大跨度和大空间，具有自重轻、视野开阔等优点。
悬索结构常用于体育场馆、会议中心等大型场所。
悬索结构的设计需要考虑到吊索的材料、长度、张力等因素，以保证结构的稳定性和安全性。
四、钢结构体系钢结构是一种由钢材构成的结构体系，具有强度高、刚性好、耐久性强等特点，被广泛应用于体育场馆、展览馆等场所。
钢结构可以通过焊接、螺栓连接等方式进行组装，施工速度快。
此外，钢结构还可以与其他结构体系相结合，形成混合结构，以满足不同场馆的需求。
五、混凝土结构体系混凝土结构是一种由混凝土材料构成的结构体系，具有耐久性强、抗压性好等特点。
混凝土结构常用于体育场馆、剧院等场所。
在混凝土结构中，常使用钢筋混凝土来增加结构的强度和稳定性。
此外，混凝土结构还可以与其他结构体系相结合，形成混合结构，以满足不同场馆的需求。
场馆类建筑常用的结构体系包括桁架结构、拱形结构、悬索结构、钢结构和混凝土结构等。
每种结构体系都有其独特的特点和适用范围，设计师们可以根据具体的需求和场地条件选择合适的结构体系和设计方案，以实现场馆建筑的功能和美观的要求。
建筑结构选型-第二章桁架屋架结构
2.5 张弦结构
❖张弦结构是由上弦刚性压弯构件(或结构)与 下弦柔性索组合,通过合理布置撑杆而形成 的自平衡受力体系。张弦结构的上弦刚性 构件可以是梁、拱、立体桁架、网壳等多 种形式。柔性下弦是引入预应力的柔索， 包括拉索、小直径圆钢拉杆、大直径钢棒 等多种形式。
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
22
2.3 屋架结构的选型及布置
梯屋架形结桁构架的主要尺寸
矢高 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。
坡度 屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。当
2.张弦结构的形式
❖（2）空间张弦梁结构是以平面张弦梁结构 为基本组成单元，通过不同形式的空间布 置所形成的张弦梁结构。空间张弦梁结构 主要有单向张弦梁结构、双向张弦梁结构 、多向张弦梁结构、辐射式张弦梁结构。
2.张弦结构的形式
❖ 单向张弦梁结构由于设置了纵向支撑索形成的空 间受力体系，保证了平面外的稳定性，适用于矩 形平面的屋盖结构。双向张弦梁结构由于交叉平 面张弦梁相互提供弹性支撑，形成了纵横向的空 间受力体系，该结构适用于矩形、圆形、椭圆形 等多种平面屋盖结构。多向张弦梁结构是平面张 弦梁结构沿多个方向交叉布置而成的空间受力体 系，该结构形式适用于圆形和多边形平面的屋盖 结构。辐射式张弦梁结构是由中央按辐射状放置 上弦梁，梁下设置撑杆用环向索而连接形成的空 间受力体系，适用于圆形平面或椭圆形平面的屋 盖结构。
❖3.悬挑桁架形式 ❖4.悬挂桁架形式
建筑桁架设计
建筑桁架设计建筑桁架是一种结构体系，通过钢材或其他材料构建出稳定的框架，用于支撑建筑物的重量和荷载。
桁架设计在现代建筑中扮演着重要的角色，不仅可以提供强大的结构支持，还能实现独特的建筑风格和灵活的空间规划。
本文将探讨建筑桁架设计的原理、应用以及未来发展趋势。
一、建筑桁架设计原理建筑桁架设计的核心原理是“三力平衡”，即通过合理的结构配置使桁架构件在受力状态下保持平衡。
桁架的构造一般包括斜杆、拉杆和节点。
斜杆主要用于承担压力力学，拉杆则用于承受拉力。
通过斜杆和拉杆的组合，建筑桁架能够有效地转移荷载，维持整体结构的稳定。
建筑桁架设计需要考虑多种因素，如结构强度、刚度和稳定性。
结构强度指的是桁架的抗力能力，能够承受外部作用力而不产生破坏。
刚度是指桁架在受力状态下的变形能力，应该具有足够的刚度来保持稳定。
稳定性是指桁架在受力时不会失去平衡，不会发生倾覆或垮塌。
二、建筑桁架设计应用建筑桁架设计广泛应用于各种建筑类型，如体育场馆、大型展览馆、桥梁和高层建筑等。
以下是几个典型的应用案例：1. 体育场馆：建筑桁架在体育场馆中常用于支撑大跨度的顶棚结构，提供良好的视野和空间感。
例如，北京国家体育场（鸟巢）的屋盖结构采用了复杂的网状桁架系统，实现了独特的外观效果和结构稳定性。
2. 大型展览馆：建筑桁架在大型展览馆中的应用也非常普遍。
它们可以支撑大型展示设备，如屏幕、灯光和音响系统。
此外，桁架还可以用于创造各种展览空间布局，如分隔展区或悬挂装置。
3. 桥梁：桁架设计在桥梁结构中能够提供良好的承载能力和刚度。
通过合理的设计，可以创造出轻巧、经济且耐久的桥梁结构。
例如，伦敦塔桥就是一个典型的桁架桥，其桁架结构不仅实现了足够的刚度，还形成了标志性的建筑风格。
4. 高层建筑：建筑桁架在高层建筑中的应用主要体现在外墙幕墙结构。
桁架能够承载外墙材料并提供支撑，同时起到装饰效果。
像迪拜的哈利法塔就使用了桁架结构来实现其独特的外观。
三、建筑桁架设计的未来发展趋势随着建筑技术的不断进步和创新，建筑桁架设计也在不断演变。
结构力学第05章桁架结构和组合结构
结点荷载
15-3-25
力力 学 教 研 室
7
第五章 桁架结构和组合结构
桁架结构（truss structure）
力力 学 教 研 室
第五章 桁架结构和组合结构
力力 学 教 研 室
第五章 桁架结构和组合结构
力力 学 教 研 室
第五章 桁架结构和组合结构 3、桁架简图
上承荷载
斜杆 下弦杆 节间
竖杆
Ø 力力矩法： （适用用于另外两个力力相交） 力力矩方方程 结论： 弦杆的水水平分力力等于X=±Mo/h 三个杆件不能相交于一一点。 限制： Ø 投影法： （适用用于另外两个力力平行行） 投影方方程 结论： 腹杆竖向分力力等于YDG=±V0 限制： 三个杆不能完全互相平行行。 示示例
15-3-25
Ø 复杂桁架： 不属于以上两类桁架之外的其它桁架。
l静 力力特性 Ø 静定桁架： 无无多余约束的几几何不变体 Ø 超静定桁架： 有多余约束的几几何不变体
15-3-25
力力 学 教 研 室
14
第五章 桁架结构和组合结构 三、桁架分析方方法
l 支支座反力力： 与梁或者拱一一致 P3 P2 G F P E
4m
D
0
+60 40 30
E
15
3m
!
20 Ê -20
15kN 4m
+15
C
-20
15kN 4m
F
G
15kN
力力 学 教 研 室
第五章 桁架结构和组合结构
练习
力力 学 教 研 室
第五章 桁架结构和组合结构
以节点为平衡对象，画出受力力图：
FC y F BC FB A FA B FA D FD B FD A FD y FBD FD C FC B FC FC
《结构力学桁架》PPT课件
§4 结点法与截面法的联合应用
杆件数
1、尽量建立独立方程： W=2j-b=0
方程式数
2、避免使用三角函数
未知内力数
N l
ly N
lx
3、假设拉力为正
NY X
N= X = Y
l
lx
ly
+
一、平面汇交力系
3 -90 5
7
结点2
40
H=0
60 60
1
2 40kN
4 60kN
6 80kN
8
4m
N23
N23 40
60
2
N24 N24 60
X34
N34
40
5 4
50
N12 X13 0
80 40 Y34
N35 30 60 0
N12 60
N35 90
3 -90
5 -90
7
4m
60
_
80
40
30 + 40 0
20 80 +
75 _
100
15
H=0
60
60
75
75
2 40kN
4 60kN
6
8
80kN
V1=80kN
V1=80kN
结点1 5
桁架结构
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
n m 1 3 A 2.5FP FP 4 n2m FP FP
6 5m
6m B FP FP
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
FN1 =-3.75FP
FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP
FN3 =-0.50FP
截面单杆 截面法取出的隔离体，不管其上 有几个轴力，如果某杆的轴力可以通过列一 个平衡方程求得，则此杆称为截面单杆。 可能的截面单杆通常有相交型和平行型两种 形式。
小结： 熟练掌握 计算桁架内力的基 本方法： 结点法和截面法 采取最简捷的途径计算桁架内力 能够分析和计算组合结构的内力 尤其注意区分二力杆和非二力杆
对称结构受对称荷载作用, 内力和反 力均为对称:
E 点无荷载,红色杆不受力
FAy
FBy
对称结构受反对称荷载作用, 内力和 反力均为反对称:
垂直对称轴的杆不受力
FAy
FBy
对称轴处的杆不受力
2.5.4
截
面
法
截取桁架的某一局部作为隔离体，由 平面任意力系的平衡方程即可求得未知的 轴力。 对于平面桁架，由于平面任意力系的 独立平衡方程数为3，因此所截断的杆件数 一般不宜超过3
0 .5 1 .5
0
-33 34.8 19 -8
-33
19
0
-33 34.8 19 -8
-33 -5.4 37.5 19
-8 kN
Y DE X
DE
CD CE
0 . 75 0 .5
桁架结构体系
2)腹杆：沿跨度方向各腹杆的轴力变化与剪力图一致， 架
• 上、下弦杆内力在跨中节间最小，在靠近支座处最大。 • 因高度变化速度大于剪力变化速度，故斜腹杆和竖腹杆
• 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。
5
• 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 架或直弦桁架。
苏格兰福斯海湾桥 6
关西国际机场联络桥
9
桁架结构的内力
10
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，这一平面称为桁架 的中心平面； 2、 桁架的杆件与杆件相 连接的节点均为铰接节点； 3、 所有外力（荷载和支 座反力）都作用在桁架的 中心平面内，并集中作用 于节点上。
1、矩形桁架
• 用于无檩体系屋盖，屋面 材料大多用大型屋面板。
19
（四）混凝土屋架
常见形式有：梯形、折线形、拱形、无斜腹杆屋架等。 根据是否对屋架下弦施加预应力，分为：钢筋混凝土屋架和 预应力混凝土屋架，前者适用跨度为15~24m，后者适用跨度 为18~36m或更大。
1、梯形屋架
上弦为直线，屋面坡度为1/10~1/12，适用于卷材防水 屋面。上弦节间为3m，下弦节间为6m，矢高与跨度之比为 1/6~1/8，屋架端部高度为1.8~2.2m。梯形屋架自重较大， 刚度好。适用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房。
一、概述
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桁架结构体系在本小节中我们要给大家介绍桁架结构体系的组成、优缺点及适用范围；桁架结构体系的合理布置原则及及受力特点。
桁架结构组成:一般由竖杆，水平杆和斜杆组成（图1-23）。
图1－23 桁架结构在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。
用于屋盖的桁架体系有两类：（1）平面桁架，用于平面屋架；（2）空间桁架，用于空间网架。
这两类桁架的共同特点是它们都由一系列只受同向拉力或压力的杆件连接而成。
作为桁架结构的整体来说，它们在荷载作用下受弯、受剪；但作为桁架结构中的杆件来说，只承受轴向力，不承受弯矩、剪力和扭矩。
桁架结构的最大特点是，把整体受弯转化为局部构件的受压或受拉，从而有效地发挥出材料的潜力并增大结构的跨度。
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，因而在结构工程中得到了广泛的应用。
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。
侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。
桁架是较大跨度建筑的屋盖中常用的结构型式之一。
在一般情况下，当房屋的跨度大于18m时，屋盖结构采用桁架比梁经济。
屋架按其所采用的材料区分，有钢屋架、木屋架、钢木屋架和钢筋混凝土屋架等。
钢筋混凝土屋架当其下弦采用预应力钢筋时，称为预应力钢筋混凝土屋架。
目前，我国预应力钢筋混凝土屋架的跨度已做到60多米，钢屋架的跨度已做到70多米。
一、桁架结构的型式与受力特点屋架结构的型式很多:（1）按屋架外形的不同，有三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。
（2）根据结构受力的特点及材料性能的不同，也可采用桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等。
我国常用的屋架有三角形、矩形、梯形、拱形和无斜腹杆屋架等多种型式，见图1-24。
图1-24常用的屋架型式（a）三角形屋架（b）平行弦屋架（矩形）（c）梯形屋架（再分式）（d）拱形屋架（e）下撑式屋架（f）无斜腹杆屋架尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状态比梁的结构合理，但在桁架结构各杆件单元中，内力的分布是不均匀的。
屋架的几何形状有矩形的（即平行弦屋架）、三角形、梯形、折线形的和抛物线形的等等。
它们的内力分布随形状的不同而变化。
在一般情况下，屋架的主要荷载类型是均匀分布的结点荷载。
我们首先分析在结点荷载作用下平行弦屋架的内力分布特点，见图1-25。
然后，引伸至其它形式的屋架。
从图1-25中可以得出如下结论：（1）弦杆轴力：上弦受压，下弦受拉，其轴力由力矩平衡方程式得出（矩心取在屋架结点）。
N=±M0h（1-1）式中:（负值表示上弦受压，正值表示下弦受拉）M0一简支梁相应于屋架各结点处的截面弯矩；h一屋架高度。
图1-25 桁架内力计算从上式可以看出，上下弦的轴力N与M0成正比，与h成反比。
由于屋架的高度h值不变，而M0愈接近屋架两端愈小，所以中间弦杆轴力大，愈向两端弦杆轴力愈小。
（2）腹杆内力屋架内部的杆件称为腹杆，包括竖杆与斜杆。
腹杆的内力可以根据隔离体的平衡法则，由力的竖向投影方程求得：Y=±V0（1-2）式中，Y一斜杆的竖向分力和竖杆的轴力;V0一简支梁相应于屋架节间的剪力。
从图1-26可以看出，V0值在跨中小两端大，所以相应的腹杆内力也是中间杆件小而两端杆件大，其内力图见图1-26。
以上的分析可以看出：从整体来看，屋架相当于一个受弯构件，弦杆承受弯矩，腹杆承受剪力，而从局部来看，屋架的每个杆件只承受轴力（拉力或压力）。
用同样的方法可以分析三角形和抛物线形屋架的内力分布情况，见图1-36b、c所示。
由于这两种屋架上弦结点的高度中间大，愈向两端愈小，所以，虽然上弦仍受压下弦仍受拉，但是内力大小的分布是各不相同的。
从图1-26可以看出，屋架杆件内力与其形式有着密切的关系。
（1）平行弦屋架内力是不均匀的，弦杆内力由两端向跨度中间增大，腹杆内力由中间向两端增大；（2）三角形屋架内力分布也是不均匀的，弦杆的内力由中间向两端增大，腹杆内力由两端向中间增大；图1－26 不同形式的桁架及内力图（3）抛物线屋架的内力分布比较均匀，从受力角度看，它是比较好的屋架形式，因为它的形状与同跨度同荷载简支梁的弯矩图形相似，也就是说，其形状符合内力变化的规律。
（1）屋架结构的选型屋架型式的选择一般与下列因素有关:（1）建筑物的使用要求（2）跨度和荷载大小（3）材料供应（4）施工技术水平选择屋架型式的一般原则是适用、经济、美观和制造简单。
a.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。
b.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。
c.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，可提高屋架下弦的抗裂性，防止钢筋腐蚀。
d.屋架结构的跨度跨度在18m以下时，可选用钢筋混凝土一钢组合屋架；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。
对于跨度在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）屋架结构的基本尺寸屋架结构的基本尺寸包括屋架的矢高、坡度、节间长度。
a.矢高屋架矢高主要由结构刚度条件确定，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。
因此，矢高不宜过大也不宜过小。
屋架的矢高也要根据屋架的结构型式。
一般矢高可取跨度的1/10～1/5。
b.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1/8～1/12。
c.节间长度屋架节间长度的大小与屋架的结构型式，材料及受荷条件有关。
一般上弦受压，节间长度应小些，下弦受拉，节间长度可大些。
屋面荷载应直接作用在节点上，以优化杆件的受力状态。
为减少屋架制作工作量，减少杆件与节点数目，节间长度可取大些。
但节间杆长也不宜过大，一般为1.5～4m。
屋架的宽度主要由上弦宽度决定。
钢筋混凝土屋架当采用大型屋面板时，上弦宽度主考虑屋面板的搭接要求，一般不小于20cm。
跨度较大的屋架将产生较大的挠度。
因此，制作时要采取起拱的办法抵消荷载作用下产生的挠度。
跨度大于18m的三角形屋架和跨度大于24m的梯形屋架，起拱度一般为跨度1/500。
（3）屋架结构的布置屋架结构的布置，包括屋架结构的跨度、间距、标高等，主要考虑建筑外观造型及建筑使用功能方面的要求来决定。
对于矩形的建筑平面，一般采用等跨度、等间距、等标高布置的同一种类的屋架，以简化结构构造、方便结构施工。
为了构造简单，制作方便，屋架的弦杆通常设计成等截面的。
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相同。
如果各节间的内力相差太大，容易造成材料的浪费。
屋架的腹杆布置要合理，尽量避免非结点荷载。
并尽量使长腹杆受拉，短腹杆受压，腹杆数目宜少，使结点汇集的杆件少，构造简单。
结点构造要简单合理。
杆件的交角不宜太小，一般在250～750之间。
a.屋架的跨度屋架的跨度应根据工艺使用和建筑要求确定，一般以3m为模数。
对于常用屋架型式的常用跨度，我国都制订了相应的标准图集可供查用，从而可加快设计及施工的进度。
对于矩形平面的建筑，一般可选用同一种型号的屋架，仅端部或变形缝两侧屋架中的预埋件稍有不同。
对于非矩形平面的建筑，各根屋架的跨度就不可能一样，这时应尽量减少其类型以方便施工。
b.屋架的间距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。
间距的大小除考虑建筑平面柱网布置的要求外，还要考虑屋面结构及吊顶构造的经济合理性。
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、12m等。
c.屋架的支座屋架支座的标高由建筑外形的要求确定，一般为在同层中屋架的支座取同一标高。
当一根屋架两端支座的标高不一致时，要注意可能会对支座产生水平推力。
屋架的支座形式，在力学上可简化为铰接支座。
实际工程中，当跨度较小时，一般把屋架直接搁置在墙、垛、柱或圈梁上。
当跨度较大时，则应采取专门的构造措施，以满足屋架端部发生转动的要求。
（4）屋架结构的支撑屋架支撑的位置在有山墙时设在房屋两端的第二开间内，对无山墙（包括伸缩缝处）的房屋设在房屋两端的第一开间内；在房屋中间每隔一定距离（一般≤60m）亦需设置一道支撑，对于木屋架，距离为20～30m。
支撑体系包括上弦水平支撑、下弦水平支撑与垂直支撑，它们把上述开间相邻的两桁架连结成稳定的整体。
在下弦平面通过纵向系杆，与上述开间空间体系相连，以保证整个房屋的空间刚度和稳定性。
支撑的作用有三个：（1）保证屋盖的空间刚度与整体稳定；（2）抵抗并传递由屋盖沿房屋纵向传来的侧向水平力，如山墙承受的风力、纵向地震作用等；（3）防止桁架上弦平面外的压曲，减少平面外长细比，并防止桁架下弦平面外的振动。
1. 贝宁体育馆位于贝宁科托努市的贝宁友谊体育场的多功能综合体育馆，如图1-27所示。
体育馆可容纳观众5000名，总建筑面积14015m2，屋盖结构考虑到当地的施工条件及实际情况，采用梭形立体桁架，跨度为65.3m，高跨比为1/13，中间起拱1/330。
上弦及腹杆采用Q235无缝钢管，下弦用Q345无缝钢管。
图1- 27 贝宁科托努市，贝宁体育馆2.上海大剧院上海大剧院是由上海市人民政府投资的大型歌舞剧院，位于上海市中心人民广场西北侧。
工程用地面积21644m2，占地面积11530m2，总建筑面积62800m2，地下两层，地上6层，高度为40m。
该工程通过国际招标，法国建筑师以其“天地呼应，中西合壁”的构思，独特的立面造型而中标，见图1-28。