木结构桁架设计

木结构桁架设计（一）

[资料来源：木结构设计手册]

一、桁架结构形式的选择和布置

1. 桁架结构形式的分类和选择

木屋盖除了屋面构件外，还有屋盖承重结构。屋盖承重结构分为原木或方木结构和胶合木结构两类，根据杆件体系可分为桁架、拱和框架等三类。屋架一般为平面桁架，它承受作用于屋盖结构平面内的荷载，并把这些荷载传递至下部结构(如墙或柱子)。

桁架根据下弦所用材料又分为木材7架和钢木椅架两类。桁架结构形式的选择，应根据建筑上的要求、材料供应、制造条件和结构本身的合理性和可能性等因素来确定，并宜采用静定的结构体系。

木桁架，目前常用的还是原木或方木结构。

钢木桁架为采用钢材作下弦的桁架，钢木桁架能消除木材缺陷(木节、裂缝及斜纹)对桁架受拉下弦及其连接的不利影

响，提高桁架的安全可靠程度和刚度。在下列情况下，宜选用钢木桁架：

(1)当所用木材不能满足下弦的材质标准时；

(2)设有悬挂吊车和有振动荷载的中小型工业厂房；

(3)当桁架跨度较大或使用湿材时；

(4)木构件表面温度达到40~50°C；

(5)采用落叶松或云南松等在干燥过程中易于翘裂的木材，且其跨度超过15m(对于原木)或12m(对于方木)；

(6)采用新利用树种木材，且其跨度超过9m。

2.桁架的外形

桁架的外形应根据所采用的屋面材料、桁架跨度、建筑造型、制造条件和桁架的受力性能等因素来确定。

木桁架的外形通常有三角形、梯形及多边形等三种(图6.3.1)，当采用胶合木结构时，还可用拱形。对砖木结构房屋，我国目前常用的屋面材料为粘土瓦、彩色混凝土瓦及多彩沥青油毡瓦等，需要的排水坡度较大，故一般均采用三角形桁架；这种桁架与梯形、多边形桁架相比较，其受力性能较差，用料较费，且建筑造型也不太好，因此其跨度不宜超过18m。当跨度再大时，应选用彩钢压型板或其他轻质材料

作屋面材料。采用梯形或多边形桁架时，其跨度可达24m。对于更大跨度的公共建筑，宜选用胶合木结构。

3.桁架的间距

桁架的间距应根据房屋的使用要求、桁架的承载能力、屋面和吊顶结构的经济合理性以及常用木材的规格等因素来

确定。

方木桁架、原木桁架以及木檩条等的承载能力，都受到常用木材规格的限制。对于木檩条，当桁架间距过大时，常用的简支檩条，根据挠度控制，要求有较大的截面，所以，采用木檩条时，桁架的间距以3m左右为宜，最大不宜超过4m。采用钢木檩条或胶合木檩条时，桁架间距不宜大于6m。对于柱距为6m的工业厂房，则应在柱顶设置钢筋混凝土托架梁，将桁架按3m间距布置。

4.桁架布置的结构方案

(1) 多跨房屋的结构方案

在多跨房屋的木屋盖中应尽量不做天沟和天窗，以避免木屋盖腐朽。

当木桁架不多于两跨或三跨时，如有条件，可做成外排水的木屋盖体系(图6.3.2)，并利用侧窗采光。

在多跨房屋中，如不得不采用天沟时，严禁采用木制天沟，必须采用钢筋混凝土天沟，并从构造上采取措施，以保证桁架的支座节点通风良好。若设天窗，则应采取构造措施防止天窗边柱受潮腐朽。

(2) 利用房屋内部纵墙承重的结构方案

当房屋内部有纵向承重墙或柱时，应把墙或柱用作支点，构成三支点或四支点桁架图6.3.3)。设计时应以两榀静定的单坡桁架为基本体系，而不应做成三个或四个支点的超静定结构。

三支点桁架是将两榀单坡桁架在水平位置上相互错开放置(图6.3. 3a)，并用螺栓将两榀桁架的立柱系紧(图6.3.4)。

四支点桁架中的两榀单坡桁架应放置在同一垂直平面内，而在中部两根立柱上放置一个小三角架(图6.3.3b及图6. 3.

5)。

三支点和四支点桁架的工作特点如图6.3.3所示，其中除两榀静定的单坡桁架外，粗虚线所示者为不受轴向力作用的斜梁，而小三角架则自成体系，应单独分析计算。

三支点和四支点的桁架体系，均应在立柱处设置垂直支撑(图6.3.3)以保证纵向稳定(每隔3~4榀桁架设置一道)。(3) 四坡水屋顶及歇山屋顶的结构方案

采用这两种屋面构造(图6.3.6、图6. 3. 8)皆可达到改善建筑造型和减小山墙承风面积的目的。歇山屋顶的结构简沽，施工方便，在一般情况下以采用歇山方案为宜。

1) 四坡水屋顶

这种屋顶有两种结构布置方案。

第一种方案(图6.3.6a)是在转角处沿45°设置两榀单坡桁架I，并在山墙中央处设置另一榀单坡桁架II。这三榀桁

架的内侧端点皆须支承在第一榀三角形桁架甲1的下弦中央节点处，构造相当复杂。当房屋跨度较大时，这榀甲1桁架较其他桁架荷载大，必须另行设计。

第二种方案(图6. 3. 6c)是在桁架甲与端墙之间设置一榀梯形桁架乙，并在转角处斜置两榀三角架丙，以减小斜梁(图6. 3. 6c中沿墙角至桁架甲中点与端墙之间形成45°的虚线所示)的跨度；或者沿45°方向直接设置单坡桁架(跨度较大时)或斜梁(跨度较小时)。此外，尚应在梯形桁架中部视跨度的大小，设置纵向的斜梁(或单坡桁架)，将其支承在端墙和梯形桁架上。

当桁架跨度较大时，一般采用第二种方案。但须注意，过去曾有将梯形桁架乙设在距桁架甲与距端墙等远处的做法；这时，由于受屋面坡度构造限制，使梯形桁架乙的高跨比远小于规定的桁架高跨比限值，以致该桁架变形过大而不得不

加固。因此，为了保证梯形桁架高跨比不小于1/6，应将梯形桁架乙靠近三角形桁架甲布置。当三角形桁架的高跨比为1/4(即屋面坡度角α=26°34')时，图6. 3. 6(c)中取B1 =l/3；当三角形桁架的高跨比为√3/6(即α=30°)时，宜取B1=√("3" )/"6" l。

设计中尚应注意使斜梁顶面的标高与三角形桁架的上弦取齐。其连接方法见图6.3.7。

2) 歇山屋顶

采用歇山屋顶时，全部三角形桁架等距布置(图6. 3. 8a)。跨度中部纵向布置的斜梁可搁置在第一榀三角形桁架中部

附加的木板上(图6.3.8b)，而转角处沿45°的斜梁，则用钢板与三角形桁架的上弦连接(图6.3.8b)。