第2章桁架(屋架)结构

2.2 屋架结构的型式
Hale Waihona Puke Baidu
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混凝土屋架
钢筋混凝土屋架 跨度：15～24m 预应力混凝土屋架 跨度：18～36m或更大
常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架
1.梯形屋架：
上弦节间：3m 下弦节间：6m
矢跨比：1/6～1/8
端部高度：1.8～2.2m
适用：重型、高温、采用井式 或横向天窗的厂房
平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造统一，便于制造， 但弦杆内力分布不均匀。
倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖；水平式平行弦屋架 多用做托架。
钢屋架
2.2 屋架结构的型式
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。
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钢屋架
2.2 屋架结构的型式
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钢屋架
2.2 屋架结构的型式
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混凝土屋架
组合屋架的自重轻，节省材料，常用跨度为9～18米 。常用的组合屋架有折线形屋架，下撑式五角形屋架以 及三铰、两铰屋架等。三铰屋架受力明确，杆件短，施 工用地小。两铰屋架杆件少，构造简单。下撑式五角形 屋架的特点是重心低，因下撑而改善了屋架的受力性能 ，使内力分布比较均匀，但影响了房屋的净空，增加了 柱子的高度。
屋架上弦节间长度常取 3m。 当屋盖采用有檩体 系时,则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。
2.1 桁架结构的受力特点
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2.1 屋架结构的型式及适用范围
用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选择 一般与建筑物的使用要求，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。选择桁架型 式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可 用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，由于每种 材料的力学性能各不相同，所以不同材料制造的屋 架，其型式也各不一样。
2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
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。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
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2.1 桁架结构的受力特点
鲁班锁
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桁架结构的内力
主内力:按计算简图计算出的内力 次内力:实际内力与主内力的差值
梁和刚架以承受弯矩为主，因而截面应力分布不 均匀，材料不能得到充分利用；
桁架杆承受轴力为主，可以克服梁和刚架的不足。
2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
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,并集中作用于节点上。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构的内力
矩形桁架为等高 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
3.建筑跨度在18米以下时，可选用钢筋混凝土 －钢组合层架。这种屋架技术经济指标较好，也 不需要较大的起重设备。由于它的下弦刚度较差 ，不宜用于振动较大(如吊车起重量超过10吨)的 厂房。
4．房屋内部以及所在地区的相对湿度大于75 ％，通风不良者，或具有侵蚀性质介质的建筑， 则不宜选用木屋架和钢屋架。
2.3 屋架结构的选型及布置
梯屋形架桁结架 构的主要尺寸
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
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
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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
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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。
(2) 木屋架的结点采用齿联结。这种屋架结点上相 交的杆件不多，为齿联结提供可能性。
豪式木屋架的适用跨度为9～2l米，最经济跨 度为9～l5米。
豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适中 ，如节间长度太长，则杆件长度太长，受力不利； 如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应 控制节间长度在1.5～2.5米之间。所以设计上常常 是：
跨度6～9米时，采用四节间 跨度9～12米时，采用六节间 跨度12～15米时，采用八节间 跨度在15米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太大而 采用钢－木组合豪式屋架。
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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。
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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
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~l/12。
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2.3 屋架结构的选型及布置
梯屋形架桁结架 构的主要尺寸
节间距 屋架节间长度的大小与屋架的结构型式,材料及荷
载有关。一般上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉, 节间长度可大些。
2.折线形屋架1： 外形较合理，自重轻，屋面坡度大。
适用：非卷材防水屋面的中型厂房 或大中型厂房。
3.折线形屋架2：
屋面坡度平缓，适用于卷材防 水屋面的中型厂房。
4.拱形屋架：
上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。 外形合理、内力均匀、自重轻。 矢跨比：1/6～1/8
5.无腹杆屋架： 上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。 节点刚接，可按刚架计算： 上弦杆：压弯构件 下弦杆：拉弯构件 竖腹杆：拉弯构件
弦杆内力：
N M0 h
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斜杆内力：
Qi Ni
h h2 a2
RA i P
下斜杆受拉
Qi Ni
h h2 a2
i P RA
上斜杆受压
竖杆内力：符号与斜杆内力符号相反
Ni i P RA N i RA (i 1) P
竖杆受压 竖杆受拉
分布规律： 1、弦杆内力由端点向中心递增
2、腹杆内力由端点向中心递减
桁架结构的内力
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。
2.1 桁架结构的受力特点
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3 抛物线形桁架
PP P P
6a PP P P
结点位于
4f y l 2 x(l x)
P P Ph
弦杆内力：
N M0 hi
PPP
M0 按抛物线递增 Hi 按抛物线递增
M0图
腹杆内力为零，下弦杆内力相同。上弦杆受压，水平分量 相等且等于下弦内力（因为合理拱轴）
桁架结构的内力
高度呈抛物线型 的桁架是最理想的 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。
若按拱计算：上弦杆：受压的拱身 下弦杆：拉杆 竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦） 零杆（荷载作用于上弦）
常用钢筋混凝土屋架的适用跨度
12～18m 12～18m
18～ 36m
2.2 屋架结构的型式
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。
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屋架在荷或作用下上弦主要承受压力，有时还承受 弯矩，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－钢组合 屋架。
1.建筑跨度在36米以上时宜选用钢屋架，但在 有侵蚀介质(如酸、碱性物质)的厂房中则不宜采 用钢结构。
2.为节约钢材，跨度在36米以下时宜选用预应 力钢筋混凝土屋架。跨度在18至24米之间，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、侵蚀性介质或高温车间，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。
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。
桁架结构的内力
斜腹杆的布置方 向对腹杆受力的符 号 (拉或压)有直 接的关系。对于矩 形桁架,斜腹杆外 倾受拉,内倾受压, 竖腹杆受力方向与 斜腹杆相反。
2.1 桁架结构的受力特点
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桁架结构的内力
斜腹杆的布置方 向对腹杆受力的符 号 (拉或压)有直 接的关系。 对于 三角形桁架,斜腹 杆外倾受压,内倾 受拉,而竖腹杆则 总是受拉。
2.1 桁架结构的受力特点
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基于上述受力性能分析，在使用上
平行弦桁架内力分布不均，但构件规整，利于标准化， 便于施工，宜用于跨度不大情况
抛物线桁架内力分布均匀，腹杆轻，自重小，宜用于大 跨结构，但抛物线弦杆施工复杂。
三角形桁架内力分布不均匀，支座处内力最大，端结点 交锐角构造复杂，宜用于跨度小坡度大的屋盖。
2.2 屋架结构的型式
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钢屋架
2.2 屋架结构的型式
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。
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钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架。有 时为改善上弦杆的受力情况，可采用再分式腹杆的形式。
三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是钢屋架 的典型型式，其特点是：
(1)因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但抗弯 性能差，而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢 材这个弱点，芬允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，由 此来能适应钢材柔性的特点。
2 三角形桁架
P
P
P
P
P
P
Ph
6a
弦杆内力：
N M0 hi
M0 按抛物线递增 hi 按线性递增
由于hi 的增长比M0的增长快，所以弦内力由端点向中心递减
腹杆内力：斜杆内力和竖杆内力由端点向中心递增；
斜杆内力符号和竖杆内力符号相反；
下斜杆受压，上斜杆受拉
分布规律：与平行弦桁架内力分布相反，符号规律相同
组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地小 、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适于山区 中、小型建筑。
折线形组合屋架
下撑式五角形组合屋架
三铰组合屋架 两铰组合屋架
屋架选型的一般原则（以材料而言）
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，施工条件等出 素，并进行全面的技术经济分析。
三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。一般适用 于跨度在18m以内的建筑中。三角形屋架的上弦坡度大，有利于 屋面排水。
当房屋跨度较大时，选用梯形屋架较为适宜。梯形屋架受力性 能比三角形屋架合理，梯形屋架适用跨度为12～l8m。
钢-木组合屋架
采用钢拉杆作为 屋架的下弦杆，消 除接头的非弹性变 形，从而提高屋架 结构的刚度。
2.2 屋架结构的型式
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梯形桁架
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 度或荷载的工业厂 房。
2.2 屋架结构的型式
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梯矩形桁架
矩形屋架也称为 平行弦屋架。其上 下弦平行,腹杆长 度一致,杆件类型 少,易于满足标准 化、工业化生产的 要求。常用于托架 或支撑系统。
(2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦 内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段 杆件虽长但无害处。
芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，故主要 用于大跨度情况，一般适用跨度为36米以上 。
梯形屋架是由双梯形 合并而成，外形和荷载 引起的弯短图形接近， 弦杆内力沿跨度分布较 均匀，材料较经济。
梯形屋架在支座处有一定 的高度，既可与钢筋混凝土 柱接，也可与钢柱做成固接。 屋架中的腹杆体系，可采用 人宇式、再分式和单斜杆式。