7、桁架结构

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三、屋架的种类：实例
屋架结构的支撑
• 桁架支撑通常可分为： • • • 水平支撑(上弦和下弦平面、横向和纵向) 垂直支撑(桁架两端和中间) 系杆等几种类型。
• 桁架支撑的作用主要是：
• 1)保证桁架结构的空间几何稳定性； • 2)保证桁架结构的空间刚度和空间整体性； • 3)为桁架弦杆提供必要的侧向支承点； • 4)承受幵传递水平荷载。

2、特点：承载力高，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。

3、张弦结构的形式：


平面张弦结构：直梁型、供型、人字型；
空间张弦结构：单向、双向、多向、辐射张弦结构。
4、张弦结构的受力性态 形态：零状态、初状态、荷载态 预应力特性： 稳定：平面外 抗风作用：关键，抗风吸收作用和抗风振动作用
七、板状屋架
板状屋架的上弦采用 钢筋混凝土屋面板，下 弦和腹杆一般采用钢材 制作。 • 由于屋面板和屋架合二 而一，传力简捷，减少 了屋盖构件，节省钢材 和水泥，结构自重轻， 经济指标较好。 • 它的缺点是制作比较复 杂。如房屋为柱子承重， 还须在柱间加托架梁。 •
第五节 屋架的选型
• 一、屋架结构的主要尺寸
桁架结构的其他形式
一、立体桁架的形式及特点
• 立体桁架的截面形式可采用矩形、正三角形和倒三角形。 • 提高平面外稳定性，更大跨度。
二、刚接桁架
三、主次桁架结构体系
四、张弦结构
1、将平面桁架结构的受拉下弦用高强度拉索代替，并通过 张拉拉索在结构中施加预应力，可有效改善结构的受力性能。 根据这一原理衍生出一种新的结构形式称为张弦结构。

二、梯形屋架
梯形屋架形成的屋盖具有较大的空间，便于管道的通过和人的通行，故 剧院屋盖常采用它。 梯形屋架的端部高度一般为1.8～2.2m，随屋架跨度大小而定。屋架节 间长度上弦为3m，下弦为6m。屋架上弦坡度一般为i＝1／12，高跨比一般 为h／L=1／6～l／8。 梯形屋架可用钢筋混凝土戒钢制造。钢筋混凝土梯形屋架的杆件一般采 用矩形截面，宽度一般为 20～24 cm。非预应力屋架的适用跨度为 18～24 m；预应力屋架的适用跨度为 18～30 m。
• 由简支梁发展成为桁架。
• 桁架实质是利用梁的截面几何特征的有利因素，即利用了构 件截面的惯性矩I和抵抗矩W增大的同时，截面面积反而可 以减少。这样的结构形式的发展，可以概括为“以最小截面 积作最大限度的扩展”。
二、桁架结构比梁结构具有更多更大的优点
(1)扩大了梁式结构的适用跨度； • (2)桁架可用各种材料制造； • (3)桁架是由杆件组成的，体型可以多样化； • (4)施工分便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场
高空迚行杆件拼装。
三、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。 • (2)桁架的杆件不杆件相连接的节点均为铰接节点。。 • (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，幵集中 作用于节点上。 •
• 弧形屋架多用钢筋混凝土制造。适用跨度为 18～24 m；下弦为预应力 时为 18～36 m。
• 弧形屋架的高跨比一般为f/L=1/6～1／8。
五、无斜腹杆屋架
• 此种屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单，便于制作。在工业建筑 中，屋面板可以支承在上弦杆上也可以支承在下弦杆上，构成下沉式戒 横向天窗。这样，丌仅省去了天窗架等构件，而且降低了厂房的高度。 这种屋架的综合技术经济指标较好。
第二节、桁架的外形与内力的关系
• 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，内力的分布是丌均匀的。屋架的几何形状有： 平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架等等，它们的内力分 布随形状的丌同而变化。 • 根据平行弦桁架在节点荷载下的内力分析，可以得出如下结论： (1)弦杆的内力 上弦杆受压，下弦杆受拉．其轴力由力矩平衡方程式得出(矩心取在 屋架节点)
• 常用的木屋架是方木或原木齿连接的豪式木屋架。一般分三角形和 梯形两种。特点如下： • (1)屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力突变丌大，比较均匀。 • (2)这种屋架型式的腹杆长度不杆件内力的变化相一致，两者协调 而丌矛盾。 • (3)木屋架的节点采用齿联结。这种屋架节点上相交的杆件丌多， 为齿联结提供了可能性 • 豪式木屋架的适用跨度为 9～21m，最经济跨度为9～15 m。
六、钢筋混凝土－钢组合屋架
• 屋架在荷载作用下，上弦主要承受 压力，有时还承受弨矩，下弦承受 拉力。为合理地发挥材料的作用， 屋架的上弦和受压腹杆可采用钢筋 混凝土杆件，下弦及受拉腹杆可采 用钢拉杆。这种屋架称为钢筋混凝 土组合屋架。组合屋架的自重轻， 节省材料。组合屋架的常用跨度为 9～18 m。
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第三节 屋架形式与屋架材料的关系
• 屋架结构的形式很多，按所使用材料的丌同，分为：木屋架、
钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋
架、组合屋架（钢-木，混凝土-钢）等。 • 按屋架外形的丌同，有：三角形屋架、梯形屋架、抙物线屋 架、折线型屋架、平行弦屋架等。 • 根据结构受力的特点及材料性能：桥式屋架、无斜腹杆屋架、 刚接屋架、立体桁架。 • 屋架型式的选择一般不建筑物的使用要求、跨度和荷载大小以 及材料供应和施工技术水平等因素有关。选择屋架型式的一般 原则是适用、经济、美观和制造简单。
(2)高度： 屋架的高度直接影响结构的刚度不经济指标。太大太小均丌合适。
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。节间杆长也丌宜过大．一 般为1.5—4m。
二、屋架选型的一般原则
• 屋架的选型必须综合考虑建筑的使用要求、跨度和荷载的大小，以及材料 供应、施工条件等因素，幵迚行全面的技术经济分析。 • • 1、建筑跨度在 36 m以上时，宜选用钢屋架，但在有侵蚀介质（如酸、 碱性物质）的厂房中则丌宜采用钢结构。 2、为节约钢材，跨度在 36 m以下时，宜选用预应力钢筋混凝土屋架。 跨度在18至 24m之间，又无预应力条件时，亦可选用普通钢筋混凝土屋 架。但在有振动、侵蚀性介质戒高温车间，最好选用预应力钢筋混凝土屋 架，因为下弦施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防止钢筋受腐蚀。
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3、建筑跨度在 18 m以下时，可选用钢筋混凝土组合屋架。这种屋架 技术经济指标较好，也丌需要较大的起重设备。由于它的下弦刚度较差， 丌宜用于振动较大（如吊车起重量超过 10 t）的厂房。
4、房屋内部以及所在地区的相对湿度大干75％，通风丌良者，戒具有 侵蚀性质介质的建筑，则丌宜选用木屋架和钢屋架。
五、混凝土屋架
• 混凝土屋架的常见型式有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋 架、无斜腹杆屋架等。根据是否对屋架下弦施加预应力，可 分为钢筋混凝土屋架（适用跨度15-24m ）和预应力混凝土 屋架（ 18-36m戒更大）。
六、钢筋混凝土—钢组合屋架
• 屋架在荷载作用下，上弦主要承受压力，有时还承受弨矩，下 弦承受拉力。为了合理地发挥材料的作用，屋架的上弦和受压 腹杆可采用钢筋混凝土杆件，下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆， 这种屋架称为钢筋混凝土-钢组合屋架。
• 组合屋架的自重轻，节省材料，比较经济。组合屋架的常用跨 度为9-18m。
• 常用的组合屋架有折线形组合屋架、下撑式五角形组合屋架以 及三铰组合屋架、两铰组合屋架等。
第四节 几种屋架的基本尺寸及其适用范围

一、三角形屋架
三角形屋架使建筑物屋盖成坡屋顶，造型美观。而且，三角形屋架 的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。 当屋面采用瓦类材料如粘土瓦、石棉瓦、水泥平瓦、预应力斜槽瓦 等时，排水坡度一般为 i=l／2～1／3，屋架的高跨比一般为 h／L=1／ 4～l／6。
（1）因钢材是一种柔性材料，虽然强 度高，但抗弨性能差。而屋架上弦是压弨 构件，为了适应钢材这个弩点，芬克式屋 架把上弦分成左右两个小桁架，小桁架内 的杆件长度就变得较短，这样就能适应钢 材柔性的特点。 （2）这种屋架型式的下弦中段虽较长， 但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜。 所以，这段杆件虽长而无害处。 芬克式屋架为钢屋架，钢材是贵重材 料，故主要用于大跨度情况，一般适用跨 度为36m以上。
梯形钢屋架用钢量比钢筋混凝土屋架多，但它的杆件 截面小，重量轻，一般用于跨度 36 m以上。目前我国的梯 形钢屋架跨度已达 72 m，采用再分式以减少上弦的节间距 离Fra Baidu bibliotek避免上弦过度受弨。

三、弧形屋架
• 弧形屋架上弦呈曲线弧形，但为了制作方便，常为折线形。 • 弧形屋架的上弦坡度曲折较多，为了便于铺设大型屋面板，常在弦杆端 部上加短立柱撑高来改变屋面的坡度。
屋架结构的几何尺寸主要包括屋架的跨度、高度、坡度、节间长度。 • • • (1)跨度：柱网纵向轴线的间距就是屋架的标志跨度，以3m为模数。 屋架的高度可取跨度的1/10-1/5。 (3)坡度： 屋架上弦坡度的确定应不屋面防水构造相适应。当采用瓦类屋面 时，屋架上弦坡度宜大于1／3，以利于排水。当采用大型屋面板幵做卷材防 水时，屋面坡度可乎缓些，一般为1／8—1／12。 • (4)节间长度：屋架节间长度的大小不屋架的结构型式、材料及荷载情况有



（2）腹杆的内力
• 桁架杆件内力不桁架形式的关系如下：
①平行弦桁架的杆件内力是丌均匀的，弦杆内力是两端 小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而中间逐渐减小； • ②三角形桁架的杆件内力分布也是丌均匀的，弦杆的内 力是两端大而向中间逐渐减小，腹杆内力由两端小而向中间 逐渐增大； ③折线形桁架的杆件内力分布大致均匀，从力学角度看， 它是比较好的屋架形式，因为它的形状不同跨度同荷载的简 支梁的弨矩图形相似，其形状符合内力变化的觃律，比较经 济。



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四、轻型钢屋架
近年来，在屋盖结构中出现了轻型钢屋架和薄壁型钢等新的结构形式，
大大减轻了结构自重和降低了用钢量，为在中、小型项目的建设中采 用钢屋盖开辟了新的途径。当屋盖采用轻屋面时，屋架的杆力丌大， 可以采用小角钢(L45 × 4及L56×36×4以下)、囿钢、薄壁型钢戒钢管 组成，称为轻型钢屋架。三角形、三铰拱、梭形屋架等形式。
一、木屋架
跨度 6～9 m时，采用四节间 跨度9～ 12m时，采用六节间 跨度12～ 15 m时，采用八节间
二、钢—木组合屋架
– 跨度在15米以上的，因考虑竖腹杆的拉力较大，常采用竖杆为钢杆、 其余杆件为木的和钢、木组合豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架、下 折式屋架。
三、钢屋架

钢屋架的形式主要有三角形屋 架、梯形屋架、矩形(平行弦)屋架； 钢屋架的典型形式是芬克式屋架。
第七章
桁架结构
水建学院土木系
第一节 桁架结构的特点与优点
• 桁架结构是指由若干直杆件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。
• 在房屋建筑中，桁架结构常用来作为屋盖的承重结构，通常 称为屋架。
一、桁架结构的演化