建筑結(jié)構(gòu)選型-桁架結(jié)構(gòu)

1

第二章桁架結(jié)構(gòu)第一節(jié)桁架結(jié)構(gòu)的受力特點第二節(jié)屋架結(jié)構(gòu)的型式第三節(jié)屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置教學(xué)要求了解桁架結(jié)構(gòu)的受力特點及其型式，掌握屋架結(jié)構(gòu)選型與布置第五節(jié)

張弦結(jié)構(gòu)第六節(jié)桁架結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用型式第四節(jié)立體桁架2

第二章桁架結(jié)構(gòu)桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。3

第二章桁架結(jié)構(gòu)桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。4

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點組成桁架的所有各桿都是直桿，所有各桿的中心線(軸線)都在同一平面內(nèi)。桁架結(jié)構(gòu)計算的假定5

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點桁架結(jié)構(gòu)計算的假定桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點。6

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點魯班鎖7

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點桁架結(jié)構(gòu)計算的假定所有外力(包括荷載及支座反力)都作用在桁架的中心平面內(nèi),并集中作用于節(jié)點上。8

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

矩形桁架為等高度,沿跨度方向各腹桿的軸力變化與剪力圖一致,跨中小而支座處大,其值變化較大。弦桿跨中節(jié)間軸力大、靠近支座處軸力較小或為零9

2.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力三角形桁架的高度自跨中最大處向支座節(jié)點最小處呈線性變化,而彎矩的變化自跨中向支座呈拋物線變化,彎矩的減小速度比桁架高度的減小速度慢,故上、下弦桿內(nèi)力在跨中節(jié)間最小,而在靠近支座處最大。--x102.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力高度呈拋物線型的桁架是最理想的桁架形式。因桁架高度的變化與外荷載所產(chǎn)生的彎矩圖完全一致,使上、下弦桿各節(jié)間軸力也完全相等。-112.1桁架結(jié)構(gòu)的受受力特點桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)內(nèi)力斜腹桿的布置方向?qū)Ω箺U受力的的符號(拉或壓)有直接的關(guān)系系。對于矩形形桁架,斜腹桿外傾受受拉,內(nèi)傾受壓,豎腹桿受力方方向與斜腹桿桿相反。122.1桁架結(jié)構(gòu)的受受力特點桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)內(nèi)力斜腹桿的布置方向?qū)Ω箺U受力的的符號(拉或壓)有直接的關(guān)系系。對于三角形桁桁架,斜腹桿外傾受受壓,內(nèi)傾受拉,而豎腹桿則總總是受拉。13三角形桁架三角形屋架一一般用于屋面面坡度較大的屋蓋結(jié)構(gòu)中中。一般宜用用于中小跨度的輕屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式14梯形桁架梯型屋架一般般用于屋面坡度較小的屋蓋中。其其受力性能比比三角形屋架架優(yōu)越,適用于較大跨度或荷載的工業(yè)業(yè)廠房。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式15梯形桁架矩形桁架矩形屋架也稱稱為平行弦屋架。其上下弦平平行,腹桿長度一致致,桿件類型少,易于滿足標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化、工業(yè)化化生產(chǎn)的要求求。常用于托架或支撐系統(tǒng)。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式16木屋架一般為三角形形屋架，內(nèi)力力支座處大而而跨中小。適適用于跨度在在18米以內(nèi)內(nèi)的建筑中。。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式17鋼-木組合屋屋架采用鋼拉桿作作為屋架的下下弦桿，消除除接頭的非彈彈性變形，從從而提高屋架架結(jié)構(gòu)的剛度度。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式18鋼屋架改善上弦桿受受力情況，采采用再分式腹腹桿的形式。。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式19鋼屋架改善上弦桿受受力情況，采采用再分式腹腹桿的形式。。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式20鋼屋架2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式21鋼屋架2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式22混凝土屋架2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式23鋼筋混凝土-鋼組合屋架架上弦桿采用鋼鋼筋混凝土，，下弦桿采用用型鋼。充分分利用兩種材材料的特性。。2.2屋架結(jié)構(gòu)的型型式24梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的主主要尺寸屋架的矢高直直接影響結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛度與經(jīng)濟指標(biāo)。矢高大、弦弦桿受力小,但腹桿長、長長細(xì)比大、易易壓曲,用料反而會增增多。矢高小小,則弦桿受力大大、截面大、、且屋架剛度度小、變形大大。一般矢高高可取跨度的的1/10~1/5。2.3屋架結(jié)構(gòu)構(gòu)的選型及布布置矢高屋架架上上弦弦坡坡度度的的確確定定應(yīng)應(yīng)與與屋屋面面防水水構(gòu)造造相相適適應(yīng)應(yīng)。。當(dāng)當(dāng)采采用用瓦瓦類類屋屋面面時時,屋架架上上弦弦坡坡度度應(yīng)應(yīng)大大些些,一般般不不小小于于1/3,以利利于于排排水水。。當(dāng)當(dāng)采采用用大大型型屋屋面面板板并并做做卷卷材材防防水水時時,屋面面坡坡度度可可平平緩緩些些,一般般為為1/8~l/12。坡度度25梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的主主要要尺尺寸寸屋架架節(jié)節(jié)間間長長度度的的大大小小與與屋屋架架的的結(jié)構(gòu)構(gòu)型型式式,材料料及荷荷載載有有關(guān)關(guān)。。一一般般上上弦弦受受壓壓,節(jié)間間長長度度應(yīng)應(yīng)小小些些,下弦弦受受拉拉,節(jié)間間長長度度可可大大些些。。屋架架上上弦弦節(jié)節(jié)間間長長度度常常取取3m。當(dāng)當(dāng)屋屋蓋蓋采采用用有有檁檁體體系系時時,則屋屋架架上上弦弦節(jié)節(jié)間間長長度度應(yīng)應(yīng)與與檁檁條條間間距距一一致致。。2.3屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型及及布布置置節(jié)間間距距26梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型2.3屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型及及布布置置屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型應(yīng)應(yīng)考考慮慮房房屋屋的的用途途、、建建筑筑造造型型、、屋屋面面防防水水構(gòu)構(gòu)造造、、屋屋架架的的跨跨度度、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)材材料的的供供應(yīng)應(yīng)、、施施工工技技術(shù)術(shù)條條件件等因因素素,做到到受受力力合合理理、、技技術(shù)術(shù)先先進進、、經(jīng)經(jīng)濟濟適適用用。。27梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型從結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)受受力力來來看看,拋物物線線狀狀的拱拱式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)受受力力最最為為合理理。但但拱拱式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上弦弦為為曲曲線線,施工工復(fù)復(fù)雜雜。。折線線型型屋架架,與拋拋物物線線彎彎矩矩圖圖最最為為接接近近,故力力學(xué)學(xué)性性能能良良好好。。梯梯形形屋屋架架,因其其既既具具有有較較好好的的力力學(xué)學(xué)性性能能,上下下弦弦均均為為直直線線施施工工方方便便,故在在大中中跨跨建建筑筑中被被廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用。三角角形形屋屋架架與與矩矩形形屋屋架架力力學(xué)學(xué)性性能能較較差差。三角角形形屋架架一一般般僅僅適適用用于于中小小跨跨度度,矩形形屋架架常常用用作作托架架或荷載載較較特特殊殊情情況況下使使用用。。2.3屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型及及布布置置受力力28梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型屋面面防防水水構(gòu)構(gòu)造造決決定定了了屋屋面面排排水水坡坡度度,進而而決決定定屋屋蓋蓋的的建建筑筑造造型型。。一般般來來說說,當(dāng)屋屋面面防防水水材材料料采采用用粘粘土土瓦瓦、、機機制制平平瓦瓦或或水水泥泥瓦瓦時時,應(yīng)選選用用三角角形形屋屋架架、、陡陡坡坡梯梯形形屋屋架架。當(dāng)當(dāng)屋屋面面防防水水采采用用卷卷材材防防水水、、金金屬屬薄薄板板防防水水時時,應(yīng)選選用用拱形形屋屋架架、、折折線線形形屋屋架架和和緩緩坡坡梯梯形形屋屋架架。2.3屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型及及布布置置防水水29梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型木材材及及鋼鋼材材均易易腐腐蝕蝕,維修修費費用用較較高高。。因因此此,對于于相相對對濕濕度度較較大大而而又又通通風(fēng)風(fēng)不不良良的的建建筑筑,或有有侵侵蝕蝕性性介介質(zhì)質(zhì)的的工工業(yè)業(yè)廠廠房房,不宜宜選選用用木木屋屋架架和和鋼鋼屋屋架架,宜選選用用預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力混混凝凝土土屋屋架架,2.3屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型及及布布置置材料料30梯形形桁桁架架屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型跨度度在在18m以下下時時,可選選用用鋼鋼筋筋混混凝凝土土-鋼組組合合屋屋架架;這種種屋屋架架構(gòu)構(gòu)造造簡簡單單、、施施工工吊吊裝裝方方便便,技術(shù)術(shù)經(jīng)經(jīng)濟濟指指標(biāo)標(biāo)較較好好。?？缍榷仍谠?6m以下下時時,宜選選用用預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力混混凝凝土土屋屋架架,既可可節(jié)節(jié)省省鋼鋼材材,又可可有有效效地地控控制制裂裂縫縫寬寬度度和和撓撓度度。?？缍榷仍谠?6m以上上的的大大跨跨度度建建筑筑或或受受到到較較大大振振動動荷荷載載作作用用的的屋屋架架,宜選選用用鋼鋼屋屋架架,以減輕輕結(jié)構(gòu)構(gòu)自重重,提高結(jié)結(jié)構(gòu)的的耐久久性與與可靠靠性。。2.3屋屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的的選型型及布布置跨度31梯形桁桁架屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的的布置置屋架的的跨度度,一般以以3m為模數(shù)數(shù)。2.3屋屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的的選型型及布布置跨度屋架一一般宜宜等間間距平平行排排列,與房屋屋縱向向柱列列的間間距一一致,屋架直直接擱擱置在在柱頂頂。屋屋架的的間距距同時時即為為屋面面板或或檁條條、吊吊頂龍龍骨的的跨度度,最常見見的為為6m,有時也也有7.5m、9m、間距在同層層中屋屋架的的支座座取同同一標(biāo)標(biāo)高。。屋架架的支支座形形式,在力學(xué)學(xué)上可可簡化化為鉸接支座。。支座32梯形桁桁架屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的的支撐撐包括設(shè)設(shè)置在在屋架架之間間的垂垂直支支撐、、水平平系桿桿以及及設(shè)置置在上上下弦弦平面面內(nèi)的的橫向向支撐撐和通通常設(shè)設(shè)置在在下弦弦平面面內(nèi)的的縱向向水平平支撐撐。垂直支撐和和水平系桿桿是為了保保證側(cè)向穩(wěn)穩(wěn)定性。上弦橫向支支撐為了增增強屋蓋的的整體性和和屋架上弦弦的側(cè)向穩(wěn)穩(wěn)定性。下弦縱向水水平支撐是是為了增強強屋蓋的空空間剛度，，增強排架架的空間工工作性能。。2.3屋架結(jié)結(jié)構(gòu)的選型型及布置內(nèi)容332.4立體桁桁架平面屋架結(jié)結(jié)構(gòu)雖然有有很好的平平面內(nèi)受力力性能，但但其在平面面外的剛度度很小。為為保證結(jié)構(gòu)構(gòu)的整體性性，必須要要設(shè)置各類類支撐。支支撐結(jié)構(gòu)的的布置要消消耗很多材材料，且常常常以長細(xì)細(xì)比等構(gòu)造造要求控制制，材料強強度得不到到充分發(fā)揮揮。采用立立體桁架可可以避免上上述缺點。。立體桁架架的截面形形式有矩形形、正三角角形、倒角角形。342.4立體桁桁架352.4立體桁桁架362.4立體桁桁架當(dāng)跨度較大大時，因上上弦壓力較較大，截面面大，可把把上弦一分分為二，構(gòu)構(gòu)成倒三角角形立體桁桁架。立體桁架由由于具有較較大的平面面外剛度，，有利于吊吊裝和使用用，節(jié)省省用于支撐撐的鋼材，，因而具有有較大的優(yōu)優(yōu)越性。但但三角形截截面的立體體桁架桿長長計算繁瑣瑣，桿件的的空間角度度非整數(shù)，，節(jié)點構(gòu)造造復(fù)雜，焊焊縫要求高高，制作復(fù)復(fù)雜。張弦結(jié)構(gòu)是是將上弦剛剛性受壓構(gòu)構(gòu)件通過撐撐桿與下弦弦拉索組合合在一起形形成自平衡衡的受力體體系，是一一種大跨度度預(yù)應(yīng)力空空間結(jié)構(gòu)體體系，也是是混合結(jié)構(gòu)構(gòu)體系發(fā)展展中一個成成功的創(chuàng)造造。2.5張弦結(jié)結(jié)構(gòu)剛性受壓構(gòu)構(gòu)件或立體體桁架撐桿1根（或若干干根）預(yù)應(yīng)力拉索索2.5張弦結(jié)構(gòu)張弦結(jié)構(gòu)的的上弦剛性性構(gòu)件可以以是梁、拱拱、立體桁桁架、網(wǎng)殼殼等多種形形式。柔性性下弦是引引入預(yù)應(yīng)力力的柔索，，包括拉索索、小直徑徑圓鋼拉桿桿、大直徑徑鋼棒等多多種形式。。2.5.1張弦結(jié)構(gòu)的的特點張弦結(jié)構(gòu)作作為一種新新型的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，近近年來在實實際工程中中得到越來來越廣泛的的應(yīng)用。（1）承載力高高預(yù)應(yīng)力與撐撐桿聯(lián)合作作用相當(dāng)于于對剛性受受壓構(gòu)件的的彈性支座座，并對此此處產(chǎn)生負(fù)負(fù)彎矩，降降低其它地地方的正彎彎矩，使整整個構(gòu)件受受力均勻，，承載力提提高。（2）結(jié)構(gòu)剛度度大由于剛性受受壓構(gòu)件與與預(yù)應(yīng)力索索的原因，，使整個構(gòu)構(gòu)件剛度增增大。（3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定定性強由于剛性受受壓構(gòu)件的的原因，其其穩(wěn)定性比比桁架要穩(wěn)穩(wěn)定得多。。（4）支座推力力小其屬于自平平衡受力體體系，所以以支座沒有有水平推力力。（5）建筑造型型適應(yīng)力強強（6）制作、運運輸、施工工方便平面張弦結(jié)結(jié)構(gòu)2.5.2張弦結(jié)構(gòu)的的形式空間張弦結(jié)結(jié)構(gòu)2.5.2張弦結(jié)構(gòu)的的形式（1）平面張弦弦梁結(jié)構(gòu)是是指其結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件位于于同一平面面內(nèi)，且以以平面內(nèi)受受力為主的的張弦梁結(jié)結(jié)構(gòu)。平面面張弦梁結(jié)結(jié)構(gòu)根據(jù)上上弦構(gòu)件的的形狀可以以分為三種種基本形式式：直線型型張弦梁、、拱形張弦弦梁、人字字型張弦梁梁結(jié)構(gòu)。p34直梁型張弦弦梁結(jié)構(gòu)主主要用于樓樓板結(jié)構(gòu)和和小坡度屋屋面結(jié)構(gòu)，，拱形張弦弦梁結(jié)構(gòu)充充分發(fā)揮了了上弦拱得得受力優(yōu)勢勢適用于大大跨度的屋屋蓋結(jié)構(gòu)，，人字型張張弦梁結(jié)構(gòu)構(gòu)適用于跨跨度較小的的雙坡屋蓋蓋結(jié)構(gòu)。2.5.2張弦結(jié)構(gòu)的的形式（2）空間張弦弦梁結(jié)構(gòu)是是以平面張張弦梁結(jié)構(gòu)構(gòu)為基本組組成單元，，通過不同同形式的空空間布置所所形成的張張弦梁結(jié)構(gòu)構(gòu)?？臻g張張弦梁結(jié)構(gòu)構(gòu)主要有單單向張弦梁梁結(jié)構(gòu)、雙雙向張弦梁梁結(jié)構(gòu)、多多向張弦梁梁結(jié)構(gòu)、輻輻射式張弦弦梁結(jié)構(gòu)。。p34單向張弦梁梁結(jié)構(gòu)由于于設(shè)置了縱縱向支撐索索形成的空空間受力體體系，保證證了平面外外的穩(wěn)定性性，適用于于矩形平面面的屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)。雙向張弦梁梁結(jié)構(gòu)由于于交叉平面面張弦梁相相互提供彈彈性支撐，，形成了縱縱橫向的空空間受力體體系，該結(jié)結(jié)構(gòu)適用于于矩形、圓圓形、橢圓圓形等多種種平面屋蓋蓋結(jié)構(gòu)。多向張弦梁梁結(jié)構(gòu)是平平面張弦梁梁結(jié)構(gòu)沿多多個方向交交叉布置而而成的空間間受力體系系，該結(jié)構(gòu)構(gòu)形式適用用于圓形和和多邊形平平面的屋蓋蓋結(jié)構(gòu)。輻射式張弦弦梁結(jié)構(gòu)是是由中央按按輻射狀放放置上弦梁梁，梁下設(shè)設(shè)置撐桿用用環(huán)向索而而連接形成成的空間受受力體系，，適用于圓圓形平面或或橢圓形平平面的屋蓋蓋結(jié)構(gòu)。2.5.2張弦結(jié)構(gòu)的的形式1）形態(tài)定義義2.5.3張弦結(jié)構(gòu)的的受力性能能零狀態(tài)初始態(tài)荷載態(tài)拉索張拉前前，結(jié)構(gòu)放放樣拉索張拉完完畢、結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝就位位外荷載作用用在初始態(tài)態(tài)，變形穩(wěn)穩(wěn)定2）預(yù)應(yīng)力特特性張弦結(jié)構(gòu)的的受力性能能是否需要對對張拉拉索索產(chǎn)生預(yù)應(yīng)應(yīng)力？1）改善上弦弦構(gòu)件受力力，減小彎彎矩2）防止結(jié)構(gòu)構(gòu)受力(風(fēng)吸力)使得拉索受受壓退出工工作3）平面外穩(wěn)穩(wěn)定張弦結(jié)構(gòu)的的受力性能能采用平面外外剛度較大大的上弦桿桿（如立體體桁架）設(shè)置屋面水水平支撐系系統(tǒng)（設(shè)設(shè)在上弦桿桿處）4）抗風(fēng)作用用張弦結(jié)構(gòu)的的受力性能能抗風(fēng)吸力（（負(fù)壓）作作用抗風(fēng)震作用用缺點1）上弦剛性性受壓構(gòu)件件2.5.4張弦結(jié)構(gòu)的的選型上弦構(gòu)件形形式結(jié)構(gòu)跨度撐桿間距跨中彎矩上弦構(gòu)件截截面積上弦局部彎彎矩上弦抗彎剛剛度梁采用工形形或箱型截截面鋼構(gòu)件件，或立體體桁架2）上弦失高高和下弦垂垂度張弦結(jié)構(gòu)的的選型垂跨比高跨比梁彎矩、軸軸力、索的應(yīng)力結(jié)構(gòu)的變形形3）撐桿數(shù)目目張弦結(jié)構(gòu)的的選型撐桿數(shù)量上弦內(nèi)力均均勻、彎矩矩小施工復(fù)雜、、撐桿材料料用量增加加2.5.5工程實例北京北站拱拱形平面張張弦結(jié)構(gòu)北京農(nóng)展館館上海世博會會主題館張弦結(jié)構(gòu)的的實例上海世博會會主題館p37-38主題館建設(shè)設(shè)和設(shè)計的的三大亮點點(一)雙向大跨度度亞洲最大大、大跨度度雙弦張拉拉桁架國內(nèi)內(nèi)最大西展廳南北北跨180米，東西跨跨126米，為矩形形超大跨度度無柱空間間，相當(dāng)于于3個標(biāo)準(zhǔn)足球球場大小。。2.5萬平方米、、14米凈高的無無柱空間，，既符合了了世博會的的布展要求求，也有利利于世博會會后舉辦各各類展覽和和活動。西展廳屋面面采用了張張拉弦桁架架結(jié)構(gòu)，共共9榀，跨度為為126米，間距18米，上弦為為三角管桁桁架，下弦弦索采用兩兩根高強鋼鋼絲束索。。如此大跨跨度的雙弦弦張拉桁架架，目前在在國內(nèi)最大大。(二)單體太陽能能屋面國內(nèi)內(nèi)最大主題館屋面面大面積鋪鋪設(shè)太陽