建筑結構選型2第二章桁架結構第一節桁架結構的受力特點第二節屋架結構的型式第三節屋架結構的選型與布置教學要求了解桁架結構的受力特點及其型式，掌握屋架結構選型與布置第四節立體桁架第五節張弦結構第六節屋架結構的其他型式3第二章桁架結構桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。掏空的梁----桁架可以看成是從梁衍化而來桁架結構的發展5第二章桁架結構桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。理想桁架簡圖假設：理想光滑鉸接；

直桿且過鉸心；

力只作用在結點。只受結點荷載作用的直桿鉸接體系桁架結構計算的假定72.1桁架結構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。桁架結構計算的假定82.1桁架結構的受力特點桁架結構計算的假定桁架的桿件與桿件相連接的節點均為鉸接節點。92.1桁架結構的受力特點魯班鎖主內力:按計算簡圖計算出的內力次內力:實際內力與主內力的差值梁和剛架以承受彎矩為主，因而截面應力分布不均勻，材料不能得到充分利用；桁架桿承受軸力為主，可以克服梁和剛架的不足。桁架結構的內力112.1桁架結構的受力特特點桁架結構計算的假假定所有外力(包括荷載及支座反反力)都作用在桁架的中中心平面內,并集中作用于節點點上。122.1桁架結構的受力特特點桁架結構的內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力圖一致,跨中小而支座處大大,其值變化較大。弦桿跨中節間軸力大、、靠近支座處軸力力較小或為零弦桿內力：斜桿內力：下斜桿受拉上斜桿受壓豎桿內力：符號與與斜桿內力符號相相反分布規律：1、弦桿內力由端點點向中心遞增2、腹桿內力由端點點向中心遞減豎桿受壓豎桿受拉6ahPPPPPPP弦桿內力：M0按拋物線遞增由于hi的增長比M0的增長快，所以弦弦內力由端點向中心遞減減hi按線性遞增斜桿內力和豎桿內內力由端點向中心心遞增；斜桿內力符號和豎豎桿內力符號相反反；下斜桿受壓，上斜斜桿受拉腹桿內力：分布規律：與平行弦桁架內力力分布相反，符號號規律相同2三角形桁架152.1桁架結構的受力特特點桁架結構的內力三角形桁架的高度自跨中最大大處向支座節點最最小處呈線性變化,而彎矩的變化自跨跨中向支座呈拋物線變化,彎矩的減小速度比比桁架高度的減小小速度慢,故上、下弦桿內力力在跨中節間最小小,而在靠近支座處最最大。3拋物線形桁架PPPPPPPM0圖6ahPPPPPPP結點位于腹桿內力為零，下下弦桿內力相同。。上弦桿受壓，水水平分量相等且等等于下弦內力（因因為合理拱軸）弦桿內力：M0按拋物線遞增Hi按拋物線遞增172.1桁架結構的受力特特點桁架結構的內力高度呈拋物線型的桁架是最理想的的桁架形式。因桁桁架高度的變化與與外荷載所產生的的彎矩圖完全一致致,使上、下弦桿各節節間軸力也完全相相等。基于上述受力性能能分析，在使用上上平行弦桁架內力分分布不均，但構件件規整，利于標準準化，便于施工，，宜用于跨度不大大情況拋物線桁架內力分分布均勻，腹桿輕輕，自重小，宜用用于大跨結構，但但拋物線弦桿施工工復雜。三角形桁架內力分分布不均勻，支座座處內力最大，端端結點交銳角構造造復雜，宜用于跨跨度小坡度大的屋屋蓋。192.1桁架結構的受力特特點桁架結構構的內力力斜腹桿的的布置方向向對腹桿受受力的符符號(拉或壓)有直接的的關系。。對于矩矩形桁架架,斜腹桿外外傾受拉拉,內傾受壓壓,豎腹桿受受力方向向與斜腹腹桿相反反。202.1桁架結構構的受力力特點桁架結構構的內力力斜腹桿的的布置方向向對腹桿受受力的符符號(拉或壓)有直接的的關系。。對于三角角形桁架架,斜腹桿外外傾受壓壓,內傾受拉拉,而豎腹桿桿則總是是受拉。。2.1屋架結構構的型式式及適用用范圍用于房屋屋上的桁桁架常稱稱屋架，，桁架型型式的選選擇一般般與建筑筑物的使用要求求，跨度和荷載大小小，以及材料供應應和施工技術術水平等因素有有關。選選擇桁架架型式的的一般原原則是適適用經濟濟美觀和和制造簡簡單。桁桁架可用用木材、、鋼材、、鋼筋混混凝土等等材料制制造，由由于每種種材料的的力學性性能各不不相同，，所以不不同材料料制造的的屋架，，其型式式也各不不一樣。。屋架結構構的型式式按使用材材料：木屋架、、鋼－木木組合屋屋架、鋼鋼屋架、、輕型鋼鋼屋架、、鋼筋混混凝土屋屋架、預預應力混混凝土屋屋架、鋼鋼筋混凝凝土－鋼鋼組合屋屋架等按屋架外外形：三角形屋屋架、梯梯形屋架架、拋物物線屋架架、折線線型屋架架、平行行弦屋架架等按受力特特點：橋式屋架架、無斜斜腹桿屋屋架（剛剛接桁架架、空腹腹桁架））、立體體桁架等等23三角形桁桁架三角形屋屋架一般般用于屋屋面坡度較大大的屋蓋結結構中。。一般宜宜用于中小跨度度的輕屋蓋蓋結構。。2.2屋架結構構的型式式24梯形桁架架梯型屋架架一般用用于屋面面坡度較小小的屋蓋中中。其受受力性能能比三角角形屋架架優越,適用于較大跨度度或荷載的的工業廠廠房。2.2屋架結構構的型式式25梯形桁架架矩形桁架架矩形屋架架也稱為為平行弦屋屋架。其上下下弦平行行,腹桿長度度一致,桿件類型型少,易于滿足足標準化化、工業業化生產產的要求求。常用用于托架或支撐系統統。2.2屋架結構構的型式式26木屋架一般為三三角形屋屋架，內內力支座座處大而而跨中小小。適用用于跨度度在18米以內內的建筑筑中。2.2屋架結構構的型式式這種屋架架型式適適用于木木屋架。。其特點點是：(1)屋架的節節間大小小均勻，，屋架的的桿件內內力不致致突變太太大。因因為木材材強度較較低，這這對采用用木材作作桿件提提供有利利條件。。(2)木屋架的的結點采采用齒聯聯結。這這種屋架架結點上上相交的的桿件不不多，為為齒聯結結提供可可能性。。豪式木屋屋架的適適用跨度度為9～2l米，最經經濟跨度度為9～l5米。豪式木屋屋架的節節間數目目主要考考慮節間間長度要要適中，，如節間間長度太太長，則則桿件長長度太長長，受力力不利；；如節間間長度太太短，則則節點太太多，制制造麻煩煩。一般般應控制制節間長長度在1.5～2.5米之間。。所以設設計上常常常是：：跨度6～9米時，采采用四節節間跨度9～12米時，采采用六節節間跨度12～15米時，采采用八節節間跨度在15米以上時時，因考考慮豎腹腹桿的拉拉力太大大而采用用鋼－木木組合豪豪式屋架架。三角形屋屋架的內內力分布布不均勻勻，支座座處大而而跨中小小。一般般適用于于跨度在在18m以內的建建筑中。。三角形形屋架的的上弦坡坡度大，，有利于于屋面排排水。當房屋跨跨度較大大時，選選用梯形形屋架較較為適宜宜。梯形形屋架受受力性能能比三角角形屋架架合理，，梯形屋屋架適用用跨度為為12～l8m。31鋼-木組組合屋架架采用鋼拉拉桿作為為屋架的的下弦桿桿，消除除接頭的的非彈性性變形，，從而提提高屋架架結構的的剛度。。2.2屋架結構構的型式式32鋼屋架改善上弦弦桿受力力情況，，采用再再分式腹腹桿的形形式。2.2屋架結構構的型式式鋼屋架的的型式主主要有三三角形屋屋架、梯梯形屋架架、平行行弦屋架架。有時時為改善善上弦桿桿的受力力情況，，可采用用再分式式腹桿的的形式。。三角形鋼鋼屋架也也稱為芬芬克式屋屋架，是是鋼屋架架的典型型型式，，其特點點是：(1)因鋼材是是一種柔柔性材料料，雖然然強度高高，但抗抗彎性能能差，而而屋架上上弦是壓壓彎構件件，為了了適應鋼鋼材這個個弱點，，芬允式式屋架把把上弦分分成左右右兩個小小桁架，，小桁架架內的桿桿件長度度就變得得較短，，由此來來能適應應鋼材柔柔性的特特點。(2)這種屋架架型式的的下弦中中段雖然然長，但但因下弦弦內力是是受拉，，鋼材抗抗拉最適適宜，所所以，這這段桿件件雖長但但無害處處。芬克式屋屋架為鋼鋼屋架，，鋼材成成本較高高，故主要用用于大跨跨度情況況，一般般適用跨跨度為36米以上。。梯形屋架架是由雙雙梯形合合并而成成，外形形和荷載載引起的的彎短圖圖形接近近，弦桿桿內力沿沿跨度分分布較均均勻，材材料較經經濟。梯形屋架架在支座座處有一一定的高高度，既既可與鋼鋼筋混凝凝土柱接接，也可可與鋼柱柱做成固固接。屋屋架中的的腹桿體體系，可可采用人人宇式、、再分式式和單斜斜桿式。。平行弦屋屋架的特特點是桿桿件規格格化，節節點的構構造統一一，便于于制造，，但弦桿桿內力分分布不均均勻。傾斜式平平行弦屋屋架常用用于單坡坡屋面的的屋蓋；；水平式式平行弦弦屋架多多用做托托架。38鋼屋架改善上弦弦桿受力力情況，，采用再再分式腹腹桿的形形式。2.2屋架結構構的型式式39鋼屋架2.2屋架結構構的型式式40鋼屋架2.2屋架結構構的型式式41混凝土屋屋架2.2屋架結構構的型式式混凝土屋屋架常見型式式：梯形形屋架、、折線形形屋架、、拱形屋屋架、無無斜腹桿桿屋架鋼筋混凝凝土屋架架跨跨度：：15～24m預應力混混凝土屋屋架跨跨度：：18～36m或更大1.梯形屋架架：上弦節間間：3m下弦節間間：6m矢跨比：：1/6～1/8端部高度度：1.8～2.2m適用：重重型、高高溫、采采用井式式或橫向向天窗的的廠房2.折線形屋屋架1：外形較合合理，自自重輕，，屋面坡坡度大。。3.折線形屋屋架2：適用：非非卷材防防水屋面面的中型型廠房或或大中型型廠房。。屋面坡度度平緩，，適用于于卷材防防水屋面面的中型型廠房。。4.拱形屋架架：上弦一般般采用拋拋物線形形，也可可采用折折線形。。外形合理理、內力力均勻、、自重輕輕。矢跨比：：1/6～1/85.無腹桿屋屋架：上弦一般般為拋物物線形，，構造簡簡單，便便于制作作。節點剛接接，可按按剛架計計算：上弦桿：：壓彎構構件下弦桿：：拉彎構構件豎腹桿：：拉彎構構件若按拱計計算：上上弦桿：：受壓的的拱身下下弦桿：：拉桿豎腹桿桿：受受拉（（荷載載作用用于下下弦））零桿（（荷載載作用用于上上弦））常用鋼鋼筋混混凝土土屋架架的適適用跨跨度12～18m18～36m12～18m46鋼筋混混凝土土-鋼鋼組合合屋架架上弦桿桿采用用剛勁勁混凝凝土，，下弦弦桿采采用型型鋼。。充分分利用用兩種種材料料的特特性。。2.2屋架結結構的的型式式屋架在在荷或或作用用下上上弦主主要承承受壓壓力，，有時時還承承受彎彎矩，，下弦弦承受受拉力力。為為了合合理地地發揮揮材料料的作作用，，屋架架的上上弦和和受壓壓腹桿桿可采采用鋼鋼筋混混凝土土桿件件，下下弦及及受拉拉腹桿桿可采采用鋼鋼拉桿桿，這這種屋屋架稱稱為鋼鋼筋混混凝－－鋼組組合屋屋架。。組合屋屋架的的自重重輕，，節省省材料料，常常用跨跨度為為9～18米。常常用的的組合合屋架架有折線形形屋架架，下撐式式五角角形屋屋架以以及三三鉸、兩鉸屋屋架等。三鉸屋屋架受受力明明確，，桿件件短，，施工工用地地小。兩鉸屋屋架桿桿件少少，構構造簡簡單。。下撐式式五角角形屋屋架的的特點點是重重心低低，因因下撐撐而改改善了了屋架架的受受力性性能，，使內內力分分布比比較均均勻，，但影影響了了房屋屋的凈凈空，，增加加了柱柱子的的高度度。組合屋屋架已已大量量采用用，由由于制制造簡簡單、、施工工占地地小、、自重重輕，，不需需要重重型起起重設設備，，因此此特別別適于于山區區中、、小型型建筑筑。折線形形組合合屋架架下撐式式五角角形組組合屋屋架三鉸組組合屋屋架兩鉸組組合屋屋架屋架選選型的的一般般原則則（以以材料料而言言）屋架的的選型型必須須綜合合考慮慮建筑筑的使使用要要求、、跨度度和荷荷載的的大小小、以以及材材料供供應，，施工工條件件等出出素，，并進進行全全面的的技術術經濟濟分析析。1.建筑跨跨度在在36米以上上時宜宜選用用鋼屋屋架，，但在在有侵侵蝕介介質(如酸、、堿性性物質質)的廠房房中則則不宜宜采用用鋼結結構。。2.為節約約鋼材材，跨跨度在在36米以下下時宜宜選用用預應應力鋼鋼筋混混凝土土屋架架。跨跨度在在18至24米之間間，又又無預預應力力條件件時，，亦可可選用用普通通鋼筋筋混凝凝土屋屋架，，但在在有振振動、、侵蝕蝕性介介質或或高溫溫車間間，最最好選選用預預應力力鋼筋筋混凝凝土屋屋架，，因為為下弦弦施加加預應應力后后，可可以提提高結結構的的抗裂裂性，，防止止鋼筋筋受腐腐蝕。。3.建筑跨跨度在在18米以下下時，，可選選用鋼鋼筋混混凝土土－鋼鋼組合合層架架。這這種屋屋架技技術經經濟指指標較較好，，也不不需要要較大大的起起重設設備。。由于于它的的下弦弦剛度度較差差，不不宜用用于振振動較較大(如吊車車起重重量超超過10噸)的廠房房。4．房屋屋內部部以及及所在在地區區的相相對濕濕度大大于75％，通通風不不良者者，或或具有有侵蝕蝕性質質介質質的建建筑，，則不不宜選選用木木屋架架和鋼鋼屋架架。53梯形桁桁架屋架結結構的的主要要尺寸寸屋架的的矢高高直接接影響響結構構的剛度與經濟指指標。矢高高大、、弦桿桿受力力小,但腹桿桿長、、長細細比大大、易易壓曲曲,用料反反而會會增多多。矢矢高小小,則弦桿桿受力力大、、截面面大、、且屋屋架剛剛度小小、變變形大大。一一般矢矢高可可取跨跨度的的1/10~1/5。2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置矢高屋架上上弦坡坡度的的確定定應與與屋面面防水構造相相適應應。當當采用用瓦類類屋面面時,屋架上上弦坡坡度應應大些些,一般不不小于于1/3,以利利于排排水。。當采采用大大型屋屋面板板并做做卷材材防水水時,屋面坡坡度可可平緩緩些,一般為為1/8~l/12。坡度54梯形桁桁架屋架結結構的的主要要尺寸寸屋架節節間長長度的的大小小與屋屋架的的結構型型式,材料及荷載載有關關。一一般上上弦受受壓,節間長長度應應小些些,下弦受受拉,節間長長度可可大些些。屋架上上弦節節間長長度常常取3m。當當屋蓋蓋采用用有檁檁體系系時,則屋架架上弦弦節間間長度度應與與檁條條間距距一致致。2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置節間距距55梯形桁桁架屋架結結構的的選型型2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置屋架結結構的的選型型應考考慮房房屋的的用途、、建筑筑造型型、屋屋面防防水構構造、、屋架架的跨跨度、、結構構材料的供供應、、施工工技術術條件件等因素素,做到受受力合合理、、技術術先進進、經經濟適適用。。56梯形桁桁架屋架結結構的的選型型從結構構受力力來看看,拋物線線狀的拱式式結構構受力力最為為合理。但拱拱式結結構上上弦為為曲線線,施工復復雜。。折線型型屋架,與拋物物線彎彎矩圖圖最為為接近近,故力學學性能能良好好。梯梯形屋屋架,因其既既具有有較好好的力力學性性能,上下弦弦均為為直線線施工工方便便,故在大中跨跨建筑筑中被廣泛應應用。三角形形屋架架與矩矩形屋屋架力力學性性能較較差。三角形形屋架一一般僅僅適用用于中小跨跨度,矩形屋架常常用作作托架或荷載較較特殊殊情況況下使用用。2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置受力57梯形桁桁架屋架結結構的的選型型屋面防防水構構造決決定了了屋面面排水水坡度度,進而決決定屋屋蓋的的建筑筑造型型。一般來來說,當屋面面防水水材料料采用用粘土土瓦、、機制制平瓦瓦或水水泥瓦瓦時,應選用用三角形形屋架架、陡陡坡梯梯形屋屋架。當屋屋面防防水采采用卷卷材防防水、、金屬屬薄板板防水水時,應選用用拱形屋屋架、、折線線形屋屋架和和緩坡坡梯形形屋架架。2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置防水58梯形桁桁架屋架結結構的的選型型木材及及鋼材材均易腐腐蝕,維修費費用較較高。。因此此,對于相對濕濕度較大而而又通風不不良的建筑筑,或有侵蝕性性介質的工工業廠房,不宜選用木木屋架和鋼鋼屋架,宜選用預應應力混凝土土屋架,2.3屋架結結構的選型型及布置材料59梯形桁架屋架結構的的選型跨度在18m以下時,可選用鋼筋筋混凝土-鋼組合屋架架;這種屋架構構造簡單、、施工吊裝裝方便,技術經濟指指標較好。。跨度在36m以下時,宜選用預應應力混凝土土屋架,既可節省鋼鋼材,又可有效地地控制裂縫縫寬度和撓撓度。跨度在36m以上的大跨跨度建筑或或受到較大大振動荷載載作用的屋屋架,宜選用鋼屋屋架,以減輕結構構自重,提高結構的的耐久性與與可靠性。。2.3屋架結結構的選型型及布置跨度60梯形桁架屋架結構的的布置屋架的跨度度,一般以3m為模數。2.3屋架結結構的選型型及布置跨度屋架一般宜宜等間距平平行排列,與房屋縱向向柱列的間間距一致,屋架直接擱擱置在柱頂頂。屋架的的間距同時時即為屋面面板或檁條條、吊頂龍龍骨的跨度度,最常見的為為6m,有時也有7.5m、9m、間距在同層中屋屋架的支座座取同一標標高。屋架架的支座形形式,在力學上可可簡化為鉸接支座。支座61梯形桁架屋架結構的的支撐包括設置在在屋架之間間的垂直支支撐、水平平系桿以及及設置在上上下弦平面面內的橫向向支撐和通通常設置在在下弦平面面內的縱向向水平支撐撐。垂直支撐和和水平系桿桿是為了保保證側向穩穩定性。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向穩穩定性。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屋架結結構的選型型及布置內容圖10.11有檁屋蓋體體系廠房支支撐作用示示意圖652.4立體桁桁架平面屋架結結構雖然有有很好的平平面內受力力性能，但但其在平面面外的剛度度很小。為為保證結構構的整體性性，必須要要設置各類類支撐。支支撐結構的的布置要消消耗很多材材料，且常常常以長細細比等構造造要求控制制，材料強強度得不到到充分發揮揮。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。662.4立體桁桁架672.4立體桁桁架682.4立體桁桁架當跨度較大大時，因上上弦壓力較較大，截面面大，可把把上弦一分分為二，構構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，節省省用于支撐撐的鋼材，，因而具有有較大的優優越性。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，，節點構造造復雜，焊焊縫要求高高，制作復復雜。張弦結構是是將上弦剛剛性受壓構構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應力空空間結構體體系，也是是混合結構構體系發展展中一個成成功的創造造。2.5張弦結結構剛性受壓構構件或立體體桁架撐桿1根（或若干干根）預應力拉索索2.5.1張弦結構的的特點張弦結構作作為一種新新型的結構構形式，近近年來在實實際工程中中得到越來來越廣泛的的應用。（1）承載力高高預應力與撐撐桿聯合作作用相當于于對剛性受受壓構件的的彈性支座座，并對此此處產生負負彎矩，降降低其它地地方的正彎彎矩，使整