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1、建筑结构选型,2,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,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,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,3,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。,掏空的梁-桁架可以看成是从梁衍化而来,桁架结构的发展,5,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。,理
2、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,桁架结构计算的假定,7,2.1 桁架结构的受力特点,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。,桁架结构计算的假定,8,2.1 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。,9,2.1 桁架结构的受力特点,鲁班锁,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。,桁架结构的内力,11,2.1 桁架结构
3、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。,12,2.1 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,弦杆内力：,斜杆内力：,下斜杆受拉,上斜杆受压,竖杆内力：符号与斜杆内力符号相反,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,竖杆受压,竖杆受拉,弦杆内力：,M0 按抛物线递增,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,hi 按线性递增,斜杆内力和竖杆内力
4、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,腹杆内力：,分布规律：,与平行弦桁架内力分布相反，符号规律相同,2 三角形桁架,15,2.1 桁架结构的受力特点,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。,3 抛物线形桁架,结点位于,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）,弦杆内力：,M0 按抛物线递增,Hi 按抛物线递增,17,2.1 桁架结构的受力特点,桁架结
5、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。,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。,19,2.1 桁架结构的受力特点,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。,
6、20,2.1 桁架结构的受力特点,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 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。,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
7、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,23,三角形桁架,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。,2.2 屋架结构的型式,24,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,25,梯形桁架,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 屋架结构的型式,26
8、,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,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
9、 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，因考虑竖腹杆的拉力太大而采用钢木组合豪式屋架。,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12l8m。,31,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,32,钢屋架,改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。,2.2 屋架结构的型式,钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架
10、、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)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
11、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。,38,钢屋架,改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。,2.2 屋架结构的型式,39,钢屋架,2.2 屋架结构的型式,40,钢屋架,2.2 屋架结构的型式,41,混凝土屋架,2.2 屋架结构的型式,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
12、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
13、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,1218m,46,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。,2.2 屋架结构的型式,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。 组合屋架的自重轻，节省材料，常用跨度为918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
14、，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。,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。 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
15、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，或具有侵蚀性质介质的建筑，则不宜选用木屋架和钢屋架。,53,梯形桁架,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
16、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。,2.3 屋架结构的选型及布置,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,54,梯形桁架,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。,2.3 屋架结构的选型及布置,节间距,55,梯形桁架,屋架结构的选型,2.3 屋架结构的选型及布置,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。,56,梯形桁架,屋架结构的选型,从结构受
