建筑结构选型3教材

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1、2.2 2.2 屋架结构的型式屋架结构的型式 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。 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

2、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。跨 度一般在18m以内 。 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。屋面坡度需取 i=1/5,跨度为12- 18m。 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。 2.2.1 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。 节间长度控制2-3m 内，高跨比不宜小 于1/5-1

3、/4。 木屋架 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92l米，最经济跨度 为9l5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1.52.5米之间。所以设计上常常是： 跨度69米时，采用四节间 跨度912米时，采用六节间 跨度1215米时，采用八节间 跨度在15米以上时

4、，因考虑竖腹杆的拉力太大而 采用钢木组合豪式屋架。 钢-木组合屋架 的型式有豪式屋 架、芬克式屋架 、梯形屋架和下 折式屋架。 2.2.2 2.2.2 钢钢- -木组合屋架木组合屋架 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。 2.2.3 钢屋架 改善上弦杆受力情况，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

5、应钢材柔性的特点。 (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 载引起的弯矩图形接近 ，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。 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。

6、 钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。 2.2.4 2.2.4 轻型钢屋架轻型钢屋架 轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型钢屋架 和薄壁型钢屋架。 轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架等 三种，其中最常用的是三角形屋架。上弦一般用小角钢。 三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常取1/2 1/3。 轻型钢屋架适用于跨度18m，柱距46m，设置有起重量 5t的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度18m的民 用房屋的屋盖结构。 常用的三角形轻型钢屋架为芬克式(图)，其特点为长杆 受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制作亦方便，可 以分为两个运输单元。 三铰拱屋架

7、由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁 架式和空间桁架式两种(图)，拉杆可用圆钢或角钢，这 种屋架的特点是杆件受力合理，斜梁腹杆短，取材方便 ，经济效果好。 梭形屋架有平面桁架式和空间桁架式两种，适用于跨度 为915m，间距为34.2m的屋盖体系。屋架的高跨比为 1/91/12(图)。 受力特点： 2.2.5 混凝土屋架 2.2.52.2.5 钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架 钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理 想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架无固定型式。 只要受力合理，节省材料，构造简单，施工方便就可以。 钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，要求每 个结点上相交的杆件数目

8、不多于五根，而且腹杆与弦杆的交 角不小于30。 常用钢筋混凝土屋架的适用跨度 1218m 1836m 1218m 2.2.5 2.2.5 钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架 混凝土屋架 常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架 钢筋混凝土屋架 跨度：1524m 预应力混凝土屋架 跨度：1836m或更大 1.梯形屋架： 上弦节间：3m 下弦节间：6m 矢跨比：1/61/8 端部高度：1.82.2m 适用：重型、高温、采用井式 或横向天窗的厂房 2.折线形屋架1：外形较合理，自重轻，屋面坡度大。 3.折线形屋架2： 适用：非卷材防水屋面的中型厂房 或大中型厂房。 屋面坡度平缓，适用于卷材防

9、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：1/61/8 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 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） 23 2.2.6 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 。 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

10、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 2.2.72.2.7 板状屋架板状屋架 板状屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。屋架的 上弦采用钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆可采用钢筋，也可采用 型钠制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选用加气或陶粒等轻 质混凝土制作。屋面板与屋架共同工作，屋盖结构传力简捷、整 体性好，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。 屋架选型的一般原则（以材料而言）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。 1.建筑跨度在36米以

11、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。 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

12、性质介质的建筑，则不宜选用木屋架 和钢屋架。 2.3.1 屋架结构的主要尺寸 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1/101/5。 矢高 屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。 当采用瓦类屋面时,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1/8l/12。 坡度 2.3 屋架结构的选型与布置 屋架结构的主要尺寸 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

13、长度应小些,下弦受拉,节 间长度可大些。 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。 节间距 屋架结构的选型 屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑造型 、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、 施工技术条件等因素,做到受力合理、技术先进、 经济适用。 跨度 L工艺及使用要求 高度 H经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度： 三角形屋架： 中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架 ： 中部高度H(1/101/6)L 端部高度H0(1.82.1m) 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定: : 一、桁架的外形及腹杆形式一、桁架的外形及腹杆形式 芬克

14、式腹杆人字式腹杆豪式腹杆 三角形屋架 2.3 2.3 桁架结构的选型与布置桁架结构的选型与布置 梯形屋架 人字式腹杆再分式腹杆 人字式腹杆 交叉式腹杆 平行弦屋架 二、确定桁架形式的原则二、确定桁架形式的原则 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/31/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/21/8 1.满足使用要求： 屋面防水构造：防水构造 防水构造 排水坡度排水坡度 屋盖造型屋盖造型 水泥瓦、平瓦坡度大三角形屋架、陡坡梯形屋架 卷材、金属薄板坡度小拱形、折线形、缓坡梯形屋架 2.受力合理： 抛物线型：受力最为合理，但施工复杂 折 线 型：力学性能好

15、，外形与抛物线弯矩土接近 梯 形：力学性能好，上下弦均为直线，施工方便 三 角 形：力学性能较差，适用于中小跨度 矩 形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架 屋架结构的受力： 2.受力合理： 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。 q 单向斜杆式： 斜腹杆受压 竖腹杆受拉 不合理 斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理 3.材料耐久性和使用环境： 木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对 湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房 。 4.屋架结构的跨度： 18m以下时：可选用钢筋混凝土钢组合屋架 36m以下时：宜选用预应力混凝土屋架 36m以上时：宜选用钢屋架 5.制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 6.综合技术经济效果好