第二篇結(jié)構(gòu)體系篇第六章桁架結(jié)構(gòu)1ppt課件第二篇結(jié)構(gòu)體系篇第六章桁架結(jié)構(gòu)1ppt課件第一節(jié)概述桁架結(jié)構(gòu)是由直桿在端部相互連接而成的以抗彎為主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。（桁架是由直線形桿件組成三角形區(qū)格集合形成的一種平面結(jié)構(gòu)單元。）2ppt課件第一節(jié)概述桁架結(jié)構(gòu)是由直桿在端部相互連接而成的以抗彎為主的桁架一般由上弦桿、腹桿（豎桿和斜腹桿）組成。桁架結(jié)構(gòu)受力合理，計(jì)算簡(jiǎn)單，施工方便，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)支座沒(méi)有橫向推力，因此在工程中得到廣泛的應(yīng)用。在房屋建筑中，桁架常用作為為屋蓋承重結(jié)構(gòu)，稱為屋架。目前在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的屋架就是典型的桁架。如今，桁架結(jié)構(gòu)已經(jīng)有多種多樣的形式，不局限于屋架，在一些大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁中都有非常廣泛的應(yīng)用。3ppt課件桁架一般由上弦桿、腹桿（豎桿和斜腹桿）組成。3ppt課件4ppt課件4ppt課件屋架的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)高度大，側(cè)向剛度小。結(jié)構(gòu)高度大，增加了屋面及圍護(hù)墻的用料，同時(shí)也增加了采暖，通風(fēng)，采光等設(shè)備的負(fù)荷，并給音響控制帶來(lái)困難。側(cè)向剛度小，對(duì)于鋼屋架特別明顯，受壓的上弦平面外穩(wěn)定性差，也難以抵抗房屋縱向的側(cè)向力，需要設(shè)置支撐。一般房屋縱向的側(cè)向力并不大，但支撐很多，都按構(gòu)造（長(zhǎng)細(xì)比）要求確定截面，故耗鋼量不少但未能材盡其用。它在歷史上出現(xiàn)很早，公元前500年羅馬人就在多瑙河上修建了桁架橋梁；后來(lái)迅速成為普遍的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用于土木工程大跨度的結(jié)構(gòu)中，在房屋建筑中尤其得到廣泛推廣。5ppt課件屋架的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)高度大，側(cè)向剛度小。結(jié)構(gòu)高度大，增加了屋（一）、桁架結(jié)構(gòu)的組成

桁架多應(yīng)用于受彎構(gòu)件，在外荷載的作用下，簡(jiǎn)支桁架所產(chǎn)生的彎矩圖和剪力圖都與簡(jiǎn)支梁式的情況相似。但桁架結(jié)構(gòu)具有與簡(jiǎn)支梁完全不同的受力性能。簡(jiǎn)支梁在豎向均布荷載作用下，沿梁軸線的彎矩和剪力的分布和截面內(nèi)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布都極不均勻。桁架的上弦受壓、下弦受拉，由此形成力偶來(lái)平衡外荷載所產(chǎn)生的彎矩。外荷載所產(chǎn)生的剪力則是由斜腹桿軸力中的豎向分量來(lái)平衡。桁架各桿件單元（上弦桿、下弦桿、斜腹桿、豎桿）均為軸向受拉或軸向受壓構(gòu)件，使材料的強(qiáng)度可以得到充分的發(fā)揮。第二節(jié)桁架的特點(diǎn)和形式6ppt課件（一）、桁架結(jié)構(gòu)的組成第二節(jié)桁架的特點(diǎn)和形式6ppt（二）、桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定1、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)，這一平面稱為桁架的中心平面；2、桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點(diǎn)均為鉸接節(jié)點(diǎn)；3、所有外力（荷載和支座反力）都作用在桁架的中心平面內(nèi)，并集中作用于節(jié)點(diǎn)上。7ppt課件（二）、桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定1、組成桁架的所有各桿都是直桿，（三）、桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力8ppt課件（三）、桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力8ppt課件分析矩形桁架、三角形桁架和折線形桁架內(nèi)力1、矩形桁架1）弦桿：矩形桁架高度相等，下弦各節(jié)間的內(nèi)力隨外荷載產(chǎn)生的總彎矩而變化，跨中節(jié)間軸力大、靠近支座處軸力較小或?yàn)榱?，下弦?nèi)力變化較大。2）腹桿：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。9ppt課件分析矩形桁架、三角形桁架和折線形桁架內(nèi)力1、矩形桁架9ppt2）三角形桁架上、下弦桿內(nèi)力在跨中節(jié)間最小，在靠近支座處最大。因高度變化速度大于剪力變化速度，故斜腹桿和豎腹桿的受力都是跨中大，支座處小。10ppt課件2）三角形桁架10ppt課件3）折線形桁架高度呈拋物線型的桁架是最理想的桁架形式。上弦曲線做成圓形使屋架外形與拋物線彎矩圖接近，為便于制作，常將桁架上弦各節(jié)點(diǎn)與彎矩圖重合，而在各節(jié)點(diǎn)之間取直線，成為折線形桁架。這時(shí)，上、下弦桿內(nèi)各節(jié)間軸力基本相等。（斜）腹桿內(nèi)力全部為零。11ppt課件3）折線形桁架11ppt課件二、屋架結(jié)構(gòu)的型式按材料分：木屋架、鋼-木組合屋架、鋼屋架、輕型鋼屋架、鋼筋混凝土屋架、預(yù)應(yīng)力混凝土屋架、鋼筋混凝土—鋼組合屋架等。按屋架外形分：三角形、梯形、拋物線、折線形、平行弦等。按結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及材料性能分：橋式屋架、無(wú)斜腹桿屋架或剛接桁架、立體桁架等。12ppt課件二、屋架結(jié)構(gòu)的型式按材料分：木屋架、鋼-木組合屋架、鋼屋架、按幾何組成方式可以分：簡(jiǎn)單桁架、聯(lián)合桁架（由幾個(gè)簡(jiǎn)單桁架按幾何不變體系的簡(jiǎn)單組成規(guī)則聯(lián)合組成）和復(fù)雜桁架（不同于前兩種的其他靜定桁架）。13ppt課件按幾何組成方式可以分：簡(jiǎn)單桁架、聯(lián)合桁架（由幾個(gè)簡(jiǎn)單桁架按幾按是否存在水平推力分：無(wú)推力的梁式桁架（與相應(yīng)的實(shí)體梁結(jié)構(gòu)比較，掏空率大，上下弦桿聯(lián)合抗彎，腹桿主要抗剪，受力合理，用材經(jīng)濟(jì)）和有推力的拱式桁架（拱圈與拱上結(jié)構(gòu)聯(lián)為一體，整體性好，便于施工，跨越能力強(qiáng)，節(jié)省鋼材）。14ppt課件按是否存在水平推力分：無(wú)推力的梁式桁架（與相應(yīng)的實(shí)體梁結(jié)構(gòu)比（一）木屋架

常用的木屋架是方木或原木齒連接的豪式木屋架。分為三角形和梯形（如上圖）。大都在工地手工制作。豪式木屋架的節(jié)間長(zhǎng)度2~3m，一般為4~8節(jié)間，適用跨度為12~18m，高跨比宜在1/5~1/4之間。當(dāng)屋架跨度不大時(shí)，上弦可用整根木料。15ppt課件（一）木屋架常用的木屋架是方木或原木齒連接的豪三角形屋架適用于跨度在18m以內(nèi)（取12m）的建筑。坡度大，適用于屋面材料為粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度較大的情況。梯形屋架受力性能比三角形屋架合理，可用于跨度較大房屋適用跨度為12~18m。16ppt課件三角形屋架適用于跨度在18m以內(nèi)（取12m）的建筑。坡度大，（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(duì)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。17ppt課件（二）鋼-木組合屋架形式：（1）豪式、（2）（三）鋼屋架三角形屋架：用于屋面坡度較大的屋蓋結(jié)構(gòu)中。內(nèi)力變化較大，弦桿內(nèi)力在支座處最大，在跨中最小，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮作用。一般用于中小跨度的輕屋蓋結(jié)構(gòu)。芬克式屋架，腹桿受力合理，長(zhǎng)桿受拉，短桿受壓，可分為兩榀小屋架制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工方便。18ppt課件（三）鋼屋架三角形屋架：18ppt課件梯形屋架用于屋面坡度較小的屋蓋中，受力性能比三角形屋架優(yōu)越，適用于較大跨度或荷載的工業(yè)廠房。用于無(wú)檁體系屋蓋，屋面材料大多用大型屋面板。19ppt課件梯形屋架19ppt課件（四）輕型鋼屋架

屋架的上弦一般用小角鋼、下弦和腹桿用小角鋼或圓鋼。適用于：跨度<=18m，柱距4~6m，設(shè)置有起重量<=50KN的中、輕級(jí)工作制橋式吊車的工業(yè)建筑和跨度<=18m的民用房屋的屋蓋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)型式：三角形、三鉸拱和梭形屋架。常用：三角形屋架。三角形、三鉸拱屋架適用于斜坡屋面，屋面坡度通常取1/2~1/3，梭形屋架的屋面坡度較平坦，通常取1/12~1/8。20ppt課件（四）輕型鋼屋架屋架的上弦一般用小角鋼、下弦和腹桿用（五）混凝土屋架1、梯形屋架

常見(jiàn)形式有：梯形、折線形、拱形、無(wú)斜腹桿屋架等。根據(jù)是否對(duì)屋架下弦施加預(yù)應(yīng)力，分為：鋼筋混凝土屋架和預(yù)應(yīng)力混凝土屋架，前者適用跨度為15~24m，后者適用跨度為18~36m或更大。

上弦為直線，屋面坡度為1/10~1/12，適用于卷材防水屋面。上弦節(jié)間為3m，下弦節(jié)間為6m，矢高與跨度之比為1/6~1/8，屋架端部高度為1.8~2.2m。梯形屋架自重較大，剛度好。適用于重型、高溫及采用井式或橫向天窗的廠房。21ppt課件（五）混凝土屋架1、梯形屋架常見(jiàn)形式有：梯形、2、折線形屋架

外形較合理，結(jié)構(gòu)自重較輕，屋面坡度為1/3~1/4，適用于非卷材防水屋面的中型廠房或大中型廠房。屋面坡度平緩，適用于卷材防水屋面的中型廠房，為改善屋架端部的屋面坡度，減少油氈下滑，一般可在端部增加兩個(gè)桿件，使整個(gè)屋面的坡度較為均勻。22ppt課件2、折線形屋架外形較合理，結(jié)構(gòu)自重較輕，屋面坡3、拱形屋架

上弦為曲線形，采用拋物線形，為制作方便，可采用折線形，但折線的節(jié)點(diǎn)應(yīng)落在拋物線上。屋架外形合理，桿件內(nèi)力均勻，自重輕，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，但屋架端部屋面坡度太陡，可在上弦上不加設(shè)短柱，矢高比為1/6~1/8。23ppt課件3、拱形屋架上弦為曲線形，采用拋物線形，為制作方（六）鋼筋混凝土-鋼組合屋架1、折線形屋架折線形屋架上弦及受壓腹桿為鋼筋混凝土，下弦及受拉腹桿為角鋼，充分發(fā)揮了兩種不同材料的力學(xué)性能，自重輕、材料省、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，適用于跨度為12~18m的中小型廠房。2、兩鉸或三鉸組合屋架

上弦為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，下弦為型鋼或鋼筋，頂接點(diǎn)為剛接或鉸接（三鉸組合屋架）。屋架桿件少，自重輕，受力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，適用于農(nóng)村地區(qū)的中小型建筑。24ppt課件（六）鋼筋混凝土-鋼組合屋架1、折線形屋架2、兩鉸或三鉸組合三、屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置（一）屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸1、矢高矢高大，弦桿受力小，但腹桿長(zhǎng)、長(zhǎng)細(xì)比大、易壓曲，用料反而會(huì)增多。矢高小，弦桿受力大，截面大、且屋架剛度小，變形大。因此，矢高不宜過(guò)大和過(guò)小，一般取1/10~1/5。2、坡度當(dāng)采用瓦類屋面時(shí)，屋架上弦坡度應(yīng)大些，一般不小于1/3；當(dāng)采用大型屋面板并做卷材防水時(shí)，屋面坡度可平緩些，一般為1/8~1/12。25ppt課件三、屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置（一）屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸25ppt課3、節(jié)間長(zhǎng)度上弦受壓，節(jié)間長(zhǎng)度應(yīng)小些，下弦受拉，節(jié)間長(zhǎng)度可大些。屋面荷載應(yīng)直接作用在節(jié)點(diǎn)上，以優(yōu)化桿件的受力狀態(tài)。為減少屋架制作工作量，減少桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)目，節(jié)間長(zhǎng)度可取大些，一般為1.5~4m。26ppt課件3、節(jié)間長(zhǎng)度26ppt課件（二）屋架結(jié)構(gòu)的選型1、屋架結(jié)構(gòu)的受力拋物線狀的拱式結(jié)構(gòu)：受力最為合理，但施工復(fù)雜。折線形屋架：與彎矩圖最接近，力學(xué)性能良好。梯形屋架：力學(xué)性能較好，上下弦均為直線施工方便，在大中跨建筑中被廣泛應(yīng)用。三角形屋架：力學(xué)性能較差，適用于中小跨度。矩形屋架：力學(xué)性能較差，用作托架或荷載較特殊情況下使用。2、屋面防水構(gòu)造三角形、陡坡梯形屋架：屋面材料采用粘土瓦、機(jī)制平瓦或水泥瓦。拱形、折線形屋架：采用卷材防水、金屬薄板材料。27ppt課件（二）屋架結(jié)構(gòu)的選型27ppt課件3、材料耐久性木材、鋼材：易腐蝕，維修費(fèi)用高，不宜用于有侵蝕性的工業(yè)廠房和通風(fēng)不良的建筑。預(yù)應(yīng)力混凝土屋架：提高屋架下弦的抗裂性，防止鋼筋腐蝕。4、跨度18m以下：鋼筋混凝土——鋼組合屋架，構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。36m以下：預(yù)應(yīng)力混凝土屋架，節(jié)省鋼材，有效控制裂縫寬度和撓度。36m以上（大跨度或振動(dòng)荷載較大）：鋼屋架，結(jié)構(gòu)自重輕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性。28ppt課件3、材料耐久性28ppt課件（三）屋架結(jié)構(gòu)的布置1、屋架的跨度一般以3m為模數(shù)。我國(guó)制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集可拱查用。2、屋架的間距等間距平行排列，與房屋縱向柱列的間距一致，屋架直接擱置在柱頂。常見(jiàn)的有：6m、7.5m、9m、12m等。29ppt課件（三）屋架結(jié)構(gòu)的布置29ppt課件3、屋架的支座支座標(biāo)高由建筑外形的要求確定，在同層中屋架的支座取同一標(biāo)高。在力學(xué)上可簡(jiǎn)化為鉸接支座。當(dāng)跨度較小時(shí)，把屋架直接擱置在墻、柱或圈梁上；跨度較大時(shí)，應(yīng)采取專門的構(gòu)造措施。30ppt課件3、屋架的支座30ppt課件（四）屋架結(jié)構(gòu)的支撐包括：屋架之間的垂直支撐、水平系桿、設(shè)置在上、下弦平面內(nèi)的橫向支撐、下弦平面內(nèi)的縱向水平支撐。作用：保證屋架在使用和安裝時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性，增強(qiáng)屋蓋的整體剛度，增強(qiáng)排架的空間工作性能。31ppt課件（四）屋架結(jié)構(gòu)的支撐31ppt課件四、桁架結(jié)構(gòu)的其他型式（一）、立體桁架（空間桁架）平面屋架在平面內(nèi)受力性能好，但平面外剛度很小。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，必須要設(shè)置各類支撐，支撐結(jié)構(gòu)的布置要消耗許多材料，且以長(zhǎng)細(xì)比來(lái)控制，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。立體桁架可以避免以上缺點(diǎn)。1、概念立體桁架：由兩榀平面桁架相隔一定的距離以連接桿件將兩榀平面桁架成90度或45度夾角。32ppt課件四、桁架結(jié)構(gòu)的其他型式32ppt課件33ppt課件33ppt課件

立體桁架的截面形式可為矩形、正三角形、倒三角形。相比矩形截面，三角形截面立體桁架可減少連接桿件。當(dāng)跨度較大時(shí)，上弦壓力大，截面大，可把上弦一分為二，構(gòu)成倒三角形立體桁架；當(dāng)跨度較小時(shí)，上弦截面不大，宜把下弦一分為二，構(gòu)成正三角形立體桁架。梭形架：兩根下弦在支座節(jié)點(diǎn)匯交于一點(diǎn)，形成兩端尖的梭子狀。立體桁架特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：具有較大的平面外剛度，有利于吊裝和使用，節(jié)省用于支撐的鋼材；缺點(diǎn)：三角形截面立體桁架桿長(zhǎng)計(jì)算繁瑣，桿件的空間角度非整數(shù)，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，焊縫要求高，制作復(fù)雜。34ppt課件立體桁架的截面形式可為矩形、正三角形、倒三角形。34ppt（二）、剛接桁架

1、概念桁架結(jié)構(gòu)桿件的連接節(jié)點(diǎn)均簡(jiǎn)化為鉸節(jié)點(diǎn)，可簡(jiǎn)化計(jì)算，也符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。但有時(shí)由于桁架使用功能上的要求，或建筑造型上的要求，桁架沒(méi)有斜腹桿，僅有豎腹桿。這時(shí)若把桁架節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為鉸節(jié)點(diǎn)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)就成為一個(gè)幾何可變的機(jī)構(gòu)，必須采用剛接桁架。35ppt課件（二）、剛接桁架35ppt課件2、工程實(shí)例——上海大劇院36ppt課件2、工程實(shí)例——上海大劇院36ppt課件位于上海市中心人民廣場(chǎng)西北側(cè)。工程用地面積21644m2，占地面積11530m2，總建筑面積62800m2，地下兩層，地上6層，高度為40m。法國(guó)建筑師中標(biāo)。方案中最引人注目的是呈反拱的月牙形屋蓋，縱向長(zhǎng)100.4m，橫向?qū)?4m，縱向懸挑26m，橫向懸挑30.9m，反拱圓弧半徑R=93m，拱高11.5m。屋蓋體系采用交叉剛接鋼桁架結(jié)構(gòu)?？v向?yàn)閮砷麒旒芎蛢砷舞旒埽诿块麒旒芟赂髟O(shè)三個(gè)由電梯井筒壁形成的薄壁柱，作為整個(gè)屋架結(jié)構(gòu)的支座，次桁架僅起到保證屋蓋整體性的作用。37ppt課件位于上海市中心人民廣場(chǎng)西北側(cè)。工程用地面積21644m2，占反拱的月牙形屋蓋內(nèi)有兩層，局部為三層，作為設(shè)備層和觀光餐廳等，既是覆蓋整個(gè)大劇院下部結(jié)構(gòu)的屋頂，又是上部屋頂結(jié)構(gòu)的承重結(jié)構(gòu)，發(fā)揮雙重功能。屋蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)力較大，采用剛接桁架結(jié)構(gòu)較為合理，以保證屋蓋結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載能力。月牙形屋架采用無(wú)斜腹桿屋架，既可滿足建筑對(duì)鋼屋蓋內(nèi)部縱向交通的要求，又使桿件總數(shù)減少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)便。受力性能好，具有很大的抗扭剛度和雙向抗彎剛度，整體穩(wěn)定性墻，可省去大量支撐。38ppt課件反拱的月牙形屋蓋內(nèi)有兩層，局部為三層，作為設(shè)備層和觀光餐廳等第三節(jié)桁架結(jié)構(gòu)的選型和應(yīng)用

桁架結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)考慮建筑的用途、建筑造型、屋面防水構(gòu)造、屋架的跨度、結(jié)構(gòu)材料的供應(yīng)、施工技術(shù)等因素以及各種桁架的特點(diǎn)以及適用范圍。桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)該做到受力合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用。應(yīng)用：民用建筑、工業(yè)建筑、公用建筑、娛樂(lè)設(shè)施、施工設(shè)備、公路橋梁，幾乎涵蓋了土木工程所有領(lǐng)域。一般常見(jiàn)的桁架結(jié)構(gòu)有排架結(jié)構(gòu)、船舶海洋平臺(tái)、高層建筑和桁架橋等。39ppt課件第三節(jié)桁架結(jié)構(gòu)的選型和應(yīng)用桁架結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)考慮建1、排架結(jié)構(gòu)

排架結(jié)構(gòu)一般指由屋架和柱組成的結(jié)構(gòu)體系，常用于單層工業(yè)廠房，比起剛架結(jié)構(gòu)，更適合于有大跨度要求的工業(yè)建筑。排架常見(jiàn)的形式有單跨排架、多跨排架、等高排架、不等高排架和鋸齒形排架。40ppt課件1、排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)一般指由屋架和柱組成的結(jié)構(gòu)體41ppt課件41ppt課件2、高層建筑作為建筑結(jié)構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，即用桁架或密封空間桁架代替結(jié)構(gòu)中柱和梁，既有框架的作用，同時(shí)其斜腹桿還為結(jié)構(gòu)提供支撐作用，保證高層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力，一般應(yīng)用在高層（超高層）建筑中；作為高層建筑結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層。42ppt課件2、高層建筑作為建筑結(jié)構(gòu)的主要承載結(jié)構(gòu)，即用桁架或密封空間桁3、公共建筑及娛樂(lè)設(shè)施公共建筑一般指商場(chǎng)、展覽會(huì)議中心、體育中心、車站、航站樓等。由于桁架合理的力學(xué)行為，因此在公共建筑，特別是中、大