第9章-桁架及屋架分解

➢屋盖的组成
屋盖结构
有檩体系
无檩体系
由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖 支撑所组成
由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑 组成，有时还包括有天窗架和托架等构件
注：无檩体系中过去曾大量采用钢筋混凝土大型屋面板， 由于不经济，特别对房屋抗震不利，现如今已很少采用！
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ➢屋盖的组成 有檩屋盖的平面布置基本形式如图
3. 近来常被采用的长尺压型钢板屋面，则可用i=1/8~1/20 时，因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。
➢桁架的主要尺寸——屋架外形的选用
◆ 受力合理。应使屋架的外形与弯矩图相近，杆件受力均 匀；短杆受压、长杆受拉；荷载布置在节点上，以减少弦杆 局部弯矩，屋架中部有足够高度，以满足刚度要求。
➢桁架的主要尺寸——屋架外形的选用
选用应考虑主要是屋面材料、屋架的跨度和房屋的 使用要求！
1. 波形石棉瓦屋面要求坡度i=1/2.5~1/3,瓦楞铁屋面要求i 大致为1/5,这种屋面的坡度过小，易造成漏雨，因此常 选用三角形屋架；
2. 油毡防水屋面根据适用坡度选用坡度为1/10~1/12的梯 形屋架等；
➢桁架的基本概念
✓桁架主要是由轴心受力构件（拉杆和压杆）组成 的格构式扩大构件，用以承受横向荷载和跨越较 大的空间。
✓当跨度比较大时采用实腹式受弯构件将造成多费钢材时， 就需要采用桁架 。
✓主要用途：房屋建筑中的屋盖、桥梁、各种塔架（起重、 输电、钻探）和水工结构如闸门等建筑中，用途极为广泛。
➢桁架的基本概念 根据承受荷载后的传力路径分为：空间桁架和平面桁架
➢桁架的腹杆体系
下图所示人字形腹杆体系的三角形屋架仅当下弦有悬吊设 备需要时才采用。
梯形和平行弦等桁架基本上都采用带竖杆的人字 式腹杆体系，同一节间两斜杆长度相同，其竖杆
主要用以提供承受荷载的节点，并可减小受 压上弦杆的节间长度。
➢屋盖的组成
由平面桁架所组成的屋盖主要由屋面材料、檩条、 屋架和支撑体系等组成，必要时还应包括因采光 或通风而设置的天窗架及因个别柱距增大而设置 的屋架托架等。
➢屋盖的主要平面尺寸——名义跨度和计算跨度
✓ 当屋架简支于钢筋混凝 土柱顶时，边列柱的定 位轴线为沿柱列的外边 缘，中列柱的定位轴线 为沿柱截面的中线
✓ 两相邻柱列定位轴线间 的距离为屋架的名义跨 度L
➢桁架的腹杆体系
桁架中的腹杆主要用以联系上、下弦杆构成节点并传 递节点荷载，布置原则应是：
1. 提供承受荷载的节点，尽可能使荷载都作用在节点
上而使桁架的弦杆都是轴心受拉构件； 2. 使荷载传递至支座的路线最短，以减少腹杆的
总长度和节点数目；
3. 对非人字形的腹杆体系，应使长腹杆受拉，短腹 杆受压。
两端简支的受弯构件在满跨均布荷载作用下，弯矩图形 为一抛物线，因此屋架的外形若接近抛物线，则弦杆各节间 中的内力最为均匀。
➢桁架的主要尺寸——屋架外形的选用
A. 三角形屋架外形与抛物线形差别大，内力分布不均 匀，故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的，其
常采用跨度在24~27m以下；
B. 梯形屋架外形较接近于抛物线，弦杆各节间内力较 为均匀，加之刚度也较三角形屋架为好，常用跨度
适用坡度i=1/10~1/20
➢桁架的主要尺寸——屋架的高度
A. 三角形屋架 ：当坡度和跨度一旦确定，屋架的高度也随之 确定！
B. 梯形屋架：端部高度常取跨度的1/10~1/18(常用端部高度 Ho=2.0m左右)，跨度愈大，比值可取小些。
C. 平行弦屋架：经济高度主常为跨度的1/15左右。
✓当然还要考虑运输条件，火车运送时，构件的运送单元 高度应小于3.85m
可达36m左右；
C. 平行弦屋架弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其腹杆 长度一致，杆件类型少，节点构造统一，便于制造， 是其优点。
➢桁架的主要尺寸——屋架外形的选用
✓ 平面屋架常两端简支于钢筋混凝土或砌体柱顶，但在
某些采用钢柱的厂房中，为了增加排架的侧向刚度，需将 屋架与柱构成刚接
✓这对梯形屋架比较简单易行，而对三角形就必须设置隅撑， 势必影响屋架下的有效净空
梯形屋架。
✓多角形屋架和人字形屋架均 系由梯形屋架变化而来，可 以减少屋架在跨中的高度
✓右图所示的屋架的适用坡度 i=1/10~1/20时
➢桁架的外形
C. 平行弦屋架 当屋架的上、下弦杆相平行时，称为平行弦屋架。
不但可用于屋架，而且还可以用于如屋架中的各种支 撑桁架、屋架和托架、皮带输送机下的支承桁架和各 种栈桥桁架等。
上图所示的钢网架和各种塔架等常为空间钢桁架，其内力分 析必需借助于空间力系的平衡条件！
➢桁架的基本概念
工程结构中的大部分钢桁架则常可按平面桁架考虑； 如下图所示的屋架体系，屋面荷载有檩条传给屋架后， 其内力即可借助于平面力系的平衡条件求解！
注：本章下面介绍的将限于平面桁架，主要是屋架
➢桁架的外形
第九章 桁架及屋架
➢ 9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系 ➢ 9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸 ➢ 9.3 屋架的支撑系统 ➢ 9.4 屋盖设计的内容和屋架的内力计算 ➢ 9.5 桁架杆件的截面形式和节点板厚度 ➢ 9.6 桁架杆件的计算长度和容许长细比 ➢ 9.7 桁架杆件的截面射击 ➢ 9.8 桁架的支点设计和角钢间的填板 ➢ 9.9 支撑系统与屋架的连接节点 ➢ 9.10 屋架的施工详图
✓ 根据用途和跨度不同，平面桁架可有不同的外形，按外 形可分为三角形屋架、梯形屋架及平行弦屋架三种基本形式。 A. 三角形屋架
适用于屋面材料要求较陡的屋盖结构。坡度 i≥1/5
由三角形屋架变化而来的梭形屋架， 则适用于较平屋面坡度但又需加大屋 架高度时！
➢桁架的外形
B. 梯形屋架 适用于屋面坡度平缓的屋盖结构，且跨度较大时多采用
✓对人字形腹杆体系，宜使斜腹杆的倾角在35°~55°范围 内。目的都是减小腹杆的截面积。 ✓上述1和2两点有时可能有矛盾，此时就需通判考虑而后作 出决定。
➢桁架的腹杆体系
上图所示芬克式和扇式三角形屋架，其腹杆体系完全做到了
长杆受拉和短杆受压，同时整个屋架在运输时可很方便地
分为左、右两个半屋架和中间一根下弦杆（或带吊杆）如图 中所示，因而当用三角形屋架时常采用之。