桁架結(jié)構(gòu)體系（PPT31）

桁架結(jié)構(gòu)體體系一、概述桁架結(jié)構(gòu)是是由直桿在在端部相互互連接而成成的以抗彎彎為主的格格構(gòu)式結(jié)構(gòu)構(gòu)。1桁架一般由由上弦桿、、腹桿（豎豎桿和斜腹腹桿）組成成。桁架結(jié)構(gòu)受受力合理，，計(jì)算簡單單，施工方方便，適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)，對對支座沒有有橫向推力力，因此在在工程中得得到廣泛的的應(yīng)用。在房屋建筑筑中，桁架架常用作為為屋蓋承重重結(jié)構(gòu)，稱稱為屋架。。目前在工工業(yè)廠房結(jié)結(jié)構(gòu)中常見見的屋架就就是典型的的桁架。如今，桁架架結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)有多種多多樣的形式式，不局限限于屋架，，在一些大大跨度結(jié)構(gòu)構(gòu)、高層建建筑、橋梁梁中都有非非常廣泛的的應(yīng)用。2桁架結(jié)構(gòu)的的應(yīng)用排架結(jié)構(gòu)一一般指由屋屋架和柱組組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系，常常用于單層層工業(yè)廠房房，比起剛剛架結(jié)構(gòu)，，更適合于于有大跨度度要求的工工業(yè)建筑。。34桁架橋桁架橋指的的是以桁架架作為上部部結(jié)構(gòu)主要要承重構(gòu)件件的橋梁。。桁架橋一般般由主橋梁梁、上下水水平縱向聯(lián)聯(lián)結(jié)系、橋橋門架和中中間橫撐架架以及橋面面系組成。。在桁架中，，弦桿是組組成桁架外外圍的桿件件，包括上上弦桿和下下弦桿，連連接上、下下弦桿的桿桿件叫腹桿桿，按腹桿桿方向的不不同又區(qū)分分為斜桿和和豎桿。弦弦桿與腹桿桿所在的平平面就叫主主桁平面。。5大跨度橋架架的高度沿沿跨徑方向向變化，形形成曲弦桁桁架；中、、小跨度采采用不變的的桁高，即即所謂平弦弦桁架或直直弦桁架。。蘇格蘭福斯斯海灣橋6關(guān)西國際機(jī)場聯(lián)絡(luò)橋

78屋架的主要要缺點(diǎn)是結(jié)結(jié)構(gòu)高度大大。結(jié)構(gòu)高高度大，增增加了屋面面及圍護(hù)墻墻的用料，，同時(shí)也增增加了采暖暖，通風(fēng)，，采光等設(shè)設(shè)備的負(fù)荷荷，并給音音響控制帶帶來困難。。側(cè)向剛度小小，對于鋼鋼屋架特別別明顯，受受壓的上弦弦平面外穩(wěn)穩(wěn)定性差，，也難以抵抵抗房屋縱縱向的側(cè)向向力，需要要設(shè)置支撐撐。一般房房屋縱向的的側(cè)向力并并不大，但但支撐很多多，都按構(gòu)構(gòu)造（長細(xì)細(xì)比）要求求確定截面面，故耗鋼鋼量不少但但未能材盡盡其用。91、組成桁桁架的所有有各桿都是是直桿，所所有各桿的的中心線（（軸線）都都在同一平平面內(nèi)，這這一平面稱稱為桁架的的中心平面面；2、桁架的的桿件與桿桿件相連接接的節(jié)點(diǎn)均均為鉸接節(jié)節(jié)點(diǎn)；3、所有外外力（荷載載和支座反反力）都作作用在桁架架的中心平平面內(nèi)，并并集中作用用于節(jié)點(diǎn)上上。桁架結(jié)構(gòu)的的內(nèi)力計(jì)算的假定定10分析矩形桁桁架、三角角形桁架和和折線形桁桁架內(nèi)力1、矩形桁架架1)弦桿：矩形形桁架高度度相等，下下弦各節(jié)間間的內(nèi)力隨隨外荷載產(chǎn)產(chǎn)生的總彎彎矩而變化化，跨中節(jié)間軸軸力大、靠靠近支座處處軸力較小小或?yàn)榱悖?，下弦?nèi)力力變化較大大。2)腹桿：沿跨跨度方向各各腹桿的軸軸力變化與與剪力圖一一致，跨中中小而支座座處大，其其值變化較較大。112、三角形桁桁架上、下弦桿桿內(nèi)力在跨跨中節(jié)間最最小，在靠靠近支座處處最大。因高度變化化速度大于于剪力變化化速度，故故斜腹桿和和豎腹桿的的受力都是是跨中大，，支座處小小。123、折線形桁桁架高度呈拋物物線型的桁桁架是最理想的桁架形式。。上弦曲線做做成圓形使使屋架外形形與拋物線線彎矩圖接接近，為便便于制作，，常將桁架架上弦各節(jié)節(jié)點(diǎn)與彎矩矩圖重合，，而在各節(jié)節(jié)點(diǎn)之間取取直線，成成為折線形形桁架。這這時(shí)，上、、下弦桿內(nèi)內(nèi)各節(jié)間軸軸力基本相相等。(斜)腹桿內(nèi)力全全部為零。。13二、屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的型式式按材料分：：木屋架、鋼鋼-木組合屋架架、鋼屋架架、輕型鋼鋼屋架、鋼鋼筋混凝土土屋架、預(yù)預(yù)應(yīng)力混凝凝土屋架、、鋼筋混凝凝土—鋼組合屋架架等。按屋架外形形分：三角形、梯梯形、拋物物線、折線線形、平行行弦等。14（一）木屋屋架常用的木屋屋架是方木木或原木齒齒連接的豪豪式木屋架架。分為三三角形和梯梯形（如上上圖）。大大都在工地地手工制作作。豪式木屋架架的節(jié)間長長度2~3m，一般為4~8節(jié)間，適用用跨度為12~18m，高跨比宜宜在1/5~1/4之間。當(dāng)屋屋架跨度不不大時(shí)，上上弦可用整整根木料。。15三角形屋架架適用于跨跨度在18m以內(nèi)(取12m)的建筑。坡坡度大，適適用于屋面面材料為粘粘土瓦，水水泥瓦及小小青瓦等要要求排水坡坡度較大的的情況。梯形屋架受受力性能比比三角形屋屋架合理，，可用于跨跨度較大房房屋適用跨跨度為12~18m。16（二）鋼-木組合屋架形式：（1）豪式（2）芬克式（3）梯形（4）下折式。由于不易取得符合下弦材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上等木材，特別是原木和方木干燥較慢，干裂縫對下弦不利，采用鋼拉桿作為屋架的下弦，每平方米建筑面積的用鋼量增加2~4kg，但顯著提高了結(jié)構(gòu)的可靠性和屋架剛度。17（三）鋼屋屋架三角形屋架架：用于屋面坡坡度較大的的屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)中。內(nèi)力變化較較大，弦桿桿內(nèi)力在支支座處最大大，在跨中中最小，材材料強(qiáng)度不不能充分發(fā)發(fā)揮作用。。一般用于中中小跨度的的輕屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)。芬克式屋架架，腹桿受受力合理，，長桿受拉拉，短桿受受壓，可分分為兩榀小小屋架制作作，現(xiàn)場安安裝，施工工方便。18梯形屋架用于屋面坡坡度較小的的屋蓋中，，受力性能能比三角形形屋架優(yōu)越越，適用于較大大跨度或荷荷載的工業(yè)業(yè)廠房。用于無檁體體系屋蓋，，屋面材料料大多用大大型屋面板板。19（四）混凝凝土屋架1、梯形屋架架常見形式有有：梯形、、折線形、、拱形、無無斜腹桿屋屋架等。根據(jù)是否對對屋架下弦弦施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力，分為為：鋼筋混混凝土屋架架和預(yù)應(yīng)力力混凝土屋屋架，前者者適用跨度度為15~24m，后者適用用跨度為18~36m或更大。上弦為直線線，屋面坡坡度為1/10~1/12，適用于卷卷材防水屋屋面。上弦弦節(jié)間為3m，下弦節(jié)間間為6m，矢高與跨跨度之比為為1/6~1/8，屋架端部部高度為1.8~2.2m。梯形屋架架自重較大大，剛度好好。適用于重型型、高溫及及采用井式式或橫向天天窗的廠房房。202、折線形屋屋架外形較合理理，結(jié)構(gòu)自自重較輕，，屋面坡度度為1/3~1/4，適用于非非卷材防水水屋面的中中型廠房或或大中型廠廠房。屋面坡度平平緩，適用用于卷材防防水屋面的的中型廠房房，為改善善屋架端部部的屋面坡坡度，減少少油氈下滑滑，一般可可在端部增增加兩個(gè)桿桿件，使整整個(gè)屋面的的坡度較為為均勻。213、拱形屋架架上弦為曲線線形，采用用拋物線形形，為制作作方便，可可采用折線線形，但折折線的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)落在拋拋物線上。。屋架外形合合理，桿件件內(nèi)力均勻勻，自重輕輕，經(jīng)濟(jì)指指標(biāo)良好，，但屋架端端部屋面坡坡度太陡，，可在上弦弦上不加設(shè)設(shè)短柱，矢矢高比為1/6~1/8。22三、屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的選型型與布置（一）屋架架結(jié)構(gòu)的主主要尺寸1、矢高矢高大，弦弦桿受力小小，但腹桿桿長、長細(xì)細(xì)比大、易易壓曲，用用料反而會會增多。矢高小，弦弦桿受力大大，截面大大、且屋架架剛度小，，變形大。。因此，矢高高不宜過大大和過小，，一般取1/10~1/5。2、坡度當(dāng)采用瓦類類屋面時(shí)，，屋架上弦弦坡度應(yīng)大大些，一般般不小于1/3；當(dāng)采用大型型屋面板并并做卷材防防水時(shí)，屋屋面坡度可可平緩些，，一般為1/8~1/12。233、節(jié)間長度度上弦受壓，，節(jié)間長度度應(yīng)小些，，下弦受拉拉，節(jié)間長長度可大些些。屋面荷荷載應(yīng)直接接作用在節(jié)節(jié)點(diǎn)上，以以優(yōu)化桿件件的受力狀狀態(tài)。為減少屋架架制作工作作量，減少少桿件與節(jié)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，，節(jié)間長度度可取大些些，一般為為1.5~4m。24（二）屋架架結(jié)構(gòu)的選選型1、屋架結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力拋物線狀的的拱式結(jié)構(gòu)構(gòu)：受力最最為合理，，但施工復(fù)復(fù)雜。折線形屋架架：與彎矩矩圖最接近近，力學(xué)性性能良好。。梯形屋架：：力學(xué)性能能較好，上上下弦均為為直線施工工方便，在在大中跨建建筑中被廣廣泛應(yīng)用。。三角形屋架架：力學(xué)性性能較差，，適用于中中小跨度。。矩形屋架：：力學(xué)性能能較差，用用作托架或或荷載較特特殊情況下下使用。25（二））屋架架結(jié)構(gòu)構(gòu)的選選型2、屋面面防水水構(gòu)造造三角形形、陡陡坡梯梯形屋屋架：：屋面面材料料采用用粘土土瓦、、機(jī)制制平瓦瓦或水水泥瓦瓦。拱形、、折線線形屋屋架：：采用用卷材材防水水、金金屬薄薄板材材料。。3、材料料耐久久性木材、、鋼材材：易易腐蝕蝕，維維修費(fèi)費(fèi)用高高，不不宜用用于有有侵蝕蝕性的的工業(yè)業(yè)廠房房和通通風(fēng)不不良的的建筑筑。預(yù)應(yīng)力力混凝凝土屋屋架：：提高高屋架架下弦弦的抗抗裂性性，防防止鋼鋼筋腐腐蝕。。26（二））屋架架結(jié)構(gòu)構(gòu)的選選型4、跨度度18m以下：：鋼筋筋混凝凝土——鋼組合合屋架架，構(gòu)構(gòu)造簡簡單、、施工工方便便、技技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)指指標(biāo)較較好。。36m以下：：預(yù)應(yīng)應(yīng)力混混凝土土屋架架，節(jié)節(jié)省鋼鋼材，，有效效控制制裂縫縫寬度度和撓撓度。。36m以上（（大跨跨度或或振動動荷載載較大大）：：鋼屋屋架，，結(jié)構(gòu)構(gòu)自重重輕，，提高高結(jié)構(gòu)構(gòu)的耐耐久性性和可可靠性性。27（三））屋架架結(jié)構(gòu)構(gòu)的布布置1、屋架架的跨跨度一般以以3m為模數(shù)數(shù)。我國制制訂了了相應(yīng)應(yīng)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)圖圖集可可拱查查用。。2、屋架架的間間距等間距距平行行排列列，與與房屋屋縱向向柱列列的間間距一一致，，屋架架直接接擱置置在柱柱頂。。常見見的有有：6m、7.5m、9m、12m等。28（三））屋架架結(jié)構(gòu)構(gòu)的布布置3、屋架架的支支座支座標(biāo)標(biāo)高由由建筑筑外形形的要要求確確定，，在同同層中中屋架架的支支座取取同一一標(biāo)高高。在力學(xué)學(xué)上可可簡化化為鉸鉸接支支座。。當(dāng)跨度度較小小時(shí)，，把屋屋架直直接擱擱置在在墻、、柱或或圈梁梁上；；跨度度較大大時(shí)，，應(yīng)采采取專專門的的構(gòu)造造措施施。29工程用用地面面積21644m2，占地地面積積11530m2，總建建筑面面積62800m2，地下下兩層層，地地上6層，高高度為為40m。方案中中最引引人注注目的的是呈呈反拱的的月牙牙形屋屋蓋，縱向向長100.4m，橫向