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1、 第一节第一节 概概 述述 一、桁架的特点和应用 桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯 为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力 ，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的 结构。 桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁 架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架 引桥、钢闸门中的桁架等）。 本章主要介绍平面简支桁架的设计。 设计内容 p确定几何外形，布置杆件， p选择杆件截面，以及桁架平面外的支撑布置， p内力分析， p杆件的强度、稳定性和构件刚度校核， p节点设计 外形设计 p桁架外形设计需考虑： p结构用途 p荷载特点 p与其他构件的连接要求等。 常用的平面桁架的
2、外形如图 三角形桁架 p 当屋面坡度较大(i15)时采用三角形桁架，由于跨中高度较大，它的外形不能很好地与弯 矩图配合，故支座附近的弦杆内力较大，而跨中较小。此外，腹杆的长度也较大，用于中小 跨度的轻屋面较适宜(降雪量大、雨水量大而集中的地区建造房屋的屋盖较多采用这种形式 ；有单侧均匀充足采光要求的工业厂房屋盖和有较大悬挑的雨篷等也采用这种形式 )，若屋 面太重或跨度很大，采用三角形桁架不经济。 p p 图a通常称为芬克式桁架。它的特点是较长的腹杆受拉，较短的腹杆受压，故腹 杆所需的截面较小。此外，在施工中它可以分为三个运送单元(两个小三角形和一 段下弦杆)，每个单元的长度和高度都较小，便于运
3、输，故应用较广，大小跨度都 可采用。 三角形桁架 p图b斜腹杆式，一般用于跨度较小的屋架，它的优点 是杆件的节点较少，腹杆与弦杆的交角较好，节点 构造易于处理，在三角形桁架中也是一种较好的结 构形式。 三角形桁架 p图(c)人字腹杆，其优点是短小的腹杆受压，长的腹杆受拉，缺点是腹杆 的总长度较大，节点数目也较多，且杆件的交角太小，节点板所用钢材较 多。一般说来，其经济指标不及前两种桁架，但适用于需要吊平顶的房屋 。 p 对于跨度较大或者屋面坡度很陡的屋架，可以将下弦弯折，做成图(d)扇 形腹杆体系，所示的形式，以减小跨中高度和运送单元的高度。 梯形桁架 p 图为陡坡梯形桁架，与三角形桁架比较，
4、其受力情 况较好。一般用于屋面坡度小于13而跨度又较大 的情况。（厂房屋架) 梯形桁架 p坡度较平的梯形桁架，当采用卷材防水屋面时，由 于坡度很小(i=18112)，宜采用这种形式的桁 架。梯形桁架上弦节点间长度应与屋面板尺寸相配 合(一般为15m或30m)，尽可能使荷载作用于节 点上。如果上弦节点间距太长，可以沿屋架全长或 局部布置再分式腹杆，如图(c)所示。 平行弦桁架（矩形） p p当上下弦互相平行时为平行弦桁架，如图所示。它 的优点是上、下弦和腹杆等同类型的杆件长度一致 ，节点的构造类型少，上、下弦的拼接数量可减少 ，因而能符合建筑工业化制造的要求。目前，这种 桁架在屋盖结构中常用作托
5、架、钢桥。 多边形桁架 p p当屋面坡度i=1315时，还可以采用图五边形桁架，它是由三角形桁 架演变出来的。其优点是上、下弦相交的角度较大，故弦杆的内力较小， 支座节点的构造也比较容易处理，在屋面坡度不大的情况下，它比三角形 桁架的技术经济指标好一些。 p图a为上弦弯折的五边形桁架，安装屋面时，可以把支座处的檩条垫高， 使屋面仍保持在一个斜面上：图b为下弦弯折的五边形桁架用于不需要 吊顶或设有悬挂式起重运输设备的房屋。平坦又可以增加屋架高度 多边形桁架 p(c)、(d)是由梯形桁架演变出来的多边形桁架。其优 点是跨中高度较小，腹杆的总长度较短。当屋面坡 度i15时，弦杆各节点间受力比较均匀，
6、减少屋架 在跨中的高度，故比梯形桁架经济。缺点是略有拱 的推力作用。 二、平面桁架的外形和腹杆体系 影响桁架外形选择的因素： 1.满足使用要求； 2.受力合理 ； 3.便于制做和安装 ； 4.综合技术经济效果好。 桁架的基本尺寸： p1、跨度L：结构的使用要求。 桁架的总跨度取决于结构的用途：工业厂 房的总跨度和分跨度一般由工艺要求确定，桥梁的总跨度由所需跨越的江 河、峡谷的距离决定。从力学的角度考虑，选择合理的分跨点，对结构的 安全性和经济性有很重要的作用，结构技术人员应当对此予以注意。 p2、高度H：经济和刚度的要求。桁架高度较大时，弦杆受力较小，但带 来腹杆增大。腹杆和弦杆总重量最轻，相
7、对挠度在要求范围内。（运输界 限） p3、节间长度：节间长度较小时，弦杆在桁架平面内的计算长度将减少， 一定条件下可以节约用钢。但过多的节点设置也使节点用钢量增大，同时 增加制作费用。此外，节间长度确定还与荷载作用位置有关。 pH取决于运输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax 、刚度要求的最小限值Hmin、以及使弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高 度Hec。简支梯形和平行弦桁架，通常H=（1/6 1/10）L ,简支梯形钢桁 架对端部高度H0无特殊要求。当梯形钢桁架与柱刚接时，桁架端部有负 弯矩，要求H0具有一定高度。钢屋架中常用H0=（1.82.2）m。 腹杆布置 构造简
8、单：腹杆和节点数量少，尺寸统一 受力合理：长杆受拉，短杆受压，使节点荷载尽量能 以较短的途径传至支座。 平行弦或梯形桁架中人字式或单斜式 人字式腹杆数及结点数最少，适用于跨度较小或节点 荷载数较少的桁架。从受力情况分析，腹杆承受剪力 ，人字式腹杆体系中荷载从所作用的结点至支座的内 力传递途径最短。 跨度较大 p对于中等以上跨度的桁架，由于斜杆合理倾角的要 求，节问长度将随桁架高度而增大，常需附加竖杆 ，借以减小上弦的节间长度，适应次梁或屋架檩条 间距的要求，并减少上弦压杆的计算长度，常用b如 水工闸门和上承式钢引桥中的主桁架等。 人字式： p下承式钢引桥主桁架下弦结点与次梁连接，为传递 次梁的
9、结点荷载尚须附加受拉竖杆(吊杆)，图(c)。附 加受压或受拉竖杆因只承受局部结点荷载，故所需 截面较小。有时也采用单斜式腹杆体系，见图(d)， 其优点是较小的斜杆受拉，用钢较省，结点形状相 同，加工方便，但杆数和结点数较多，比人字式腹 杆费工。单斜式腹杆中从荷载作用的结点向支座传 递内力的途径最长。 交叉式： p当桁架作为支撑桁架时，常采用交叉式的腹杆体系 ，见图 (e)。它的特点是腹杆可以承受变向荷载(如风 荷载、水压力等)，并能提高结构的稳定性和刚度。 这种多次超静定桁架一般可简化为静定桁架来计算 ，即认为只有一组受拉斜杆起作用，而另一组受压 斜杆将因长细比较大，稍一受力就会发生纵向弯曲 而退出工作。当荷载的方向改变时，则两组斜杆的 工作即互相交换。 复杂腹杆体系 p为了缩小受压弦杆长度和竖杆长度，并使斜杆保持 合理倾角，可采用较复杂的腹杆体系，如再分式、K 形、及菱形桁架等。这些桁架常用于大跨度结构中 。 三门式刚架 定义 门式刚架是由梁、柱单元构件组成的单跨或 多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重 量不大于300kN（30吨）的中、轻级工作制桥式吊车或 30kN（3吨）悬挂式起重机的单层房屋钢结构。
