屋蓋結構的布置——屋架形式和主要尺寸屋架是由各種直桿相互連接組成的一種平面桁架：在橫向節點荷載作用下，各桿件產生軸心壓力或軸心拉力，因而桿件截面應力分布均勻，材料利用充分，具有用鋼目小、自重輕、剛度大、便于加工成形和應用廣泛的特點。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸屋架按外形可分為三角形屋架、梯形屋架及平行弦屋架三種形式。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸屋架的造型應符合以下原則：第一，滿足使用要求，主要是滿足排水坡度、建筑凈空、天窗、天棚以及懸掛吊車的要求。第二，受力合理。應使屋架的外形與彎矩圖相近，桿件受力均勻；短桿受壓、長桿受拉；荷載布置在節點上，以減少弦桿局部彎矩，屋架中部有足夠高度，以滿足剛度要求。第三，便于施工。屋架的桿件和節點宜減少數量和品種、構造簡單、尺寸劃一、夾角在30°～60°之間。跨度和高度避免超寬、超高。設計時應全面分析、具體處理，從而確定具體的合理形式。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（1）三角形屋架三角形屋架適用于屋面坡度較陡的有檁屋蓋結構。坡度i=1/2～1/6；上、下弦交角小，端節點構造復雜；外形與彎矩圖差別大，受力不均勻，橫向剛度低，只適用于中、小跨度輕屋蓋結構。三角形屋架的腹桿布置可有芬克式、單斜式和人字式三種。芬克式屋架受力合理、便于運輸，多被采用；單斜式屋架只適用于下弦設置天棚的屋架，較少采用；人字式屋架只適用于跨度小于18m的屋架。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（2）梯形屋架。梯形屋架適用于屋面坡度平緩的無檁屋蓋結構。坡度i<1/3，且跨度較大時多采用梯形屋架。梯形屋架外形與彎矩圖接近，弦桿受力均勻；腹桿多采用人字式；當端斜桿與弦桿組成的支承點在下弦時稱為下承式，多用于剛接支承節點，反之為上承式。梯形屋架上弦節間長度應與屋面板的尺寸配合，使荷載作用于節點上，當上弦節間太長時，應采用再分式腹桿。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（3）平行弦屋架當屋架的上、下弦桿相平行時，稱為平行弦屋架。多用于單坡屋整合雙坡屋面，或用作托架、支撐體系。腹桿多為人字形或交叉式。平行弦屋架的同類桿件長度一致、節點類型少，符合工業化制造要求，有較好的效果。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是指屋架的跨度和高度，對梯形屋架尚有端部高度。（1）屋架的跨度。屋架的跨度應根據生產工藝和建筑使用要求確定，同時應考慮結構布置的經濟合理。通常為18m、21m、24m、27m、30m、36m等，以3m為模數。對簡支于柱頂的鋼屋架，屋架的計算跨度為屋架兩端支座反力的距離。屋架的標志跨度為柱網橫向軸線間的距離。標志跨度應與大型屋面板的寬度(1.5m～3.0m)相一致。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（1）屋架的跨度屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（2）屋架的高度屋架的高度取決于建筑要求、屋面坡度、運輸界限、剛度條件和經濟高度等因素。屋架的大高度不能超過運輸界限，小高度應滿足屋架容許撓度的要求。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（2）屋架的高度設計屋架尺寸時，首先根據屋架形式和工程經驗確定端部尺寸h0；然后，根據屋面材料和屋面坡度確定屋架跨中高度；后綜合考慮各種因素，確定屋架的高度。當屋架的外形和主要尺寸（跨度、高度）確定后，桁架各桿的幾何尺寸即可根據三角函數或投影關系求得。一般常用桁架的各桿件幾何長度可查閱有關設計手冊或圖集。屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸鋼結構專業課件?屋蓋結構的布置-屋架形式和主要尺寸

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較幾種平面桁架受力性能的比較平面桁架結構的計算假定：1、中心平面直桿假設

所有桿件均為直桿，所有桿件的中心線均在同一平面內。2、鉸結點假設

所有桿件與桿件相連的節點均為光滑無摩擦的理想鉸結點。3、節點荷載假設

假設荷載只作用在節點上。平面桁架結構在以上計算假定的基礎上，桿件截面內力只有軸心拉力或軸心壓力。

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較桁架的外形對桁架中各桿的受力情況會有很大的影響。從力學分析，桁架外形與簡支梁的彎矩圖相似時，上下弦桿的軸力分布均勻，腹桿軸力小，用料最省。幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較（b）（a）（c）（d）（e）（f）圖1-1（a）~（e）各種桁架受力性能比較

（f）

簡支梁彎矩圖桁架外形與彎矩圖相似度排名：d-拋物線桁架e-折線型桁架c-梯形桁架a-三角形桁架b-平行弦桁架幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較a-三角形桁架三角形桁架外形與對應簡支梁彎矩圖差別較大，其內力分布是不均勻的，弦桿內力中小端大，腹桿內力中大端小。

這種桁架的端結點處，上下弦桿之間夾角較小，構造復雜。但由于其兩面斜坡的外形符合屋頂構造的要求，所以跨度較小，坡度要求較大的屋蓋結構中多被采用。幾種平面桁架受力性能的比較（a）（f）

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較b-平行弦桁架平行弦桁架外形與對應簡支梁彎矩圖差別很大，其內力分布很不均勻，弦桿內力中大端小，腹桿內力中小端大。

如各桿選用相同截面，則浪費材料，如各桿截面不同，則增加了結點拼接的困難。但由于平行弦桁架中桿件長度規格少，采用相同截面時，結點構造劃一，腹桿標準化，便于下料制作，多用于輕型鋼屋架、吊車梁、鋼檁條及鋼托架中。幾種平面桁架受力性能的比較（b）（f）

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較c-梯形桁架在屋蓋結構中，將平行弦桁架的上弦桿略微傾斜，改進成梯形桁架，外形與對應簡支梁彎矩圖較接近。其弦桿受力較三角形桁架、平行弦桁架均勻，構造與施工也較方便。利于屋面排水。可以更容易滿足某些工業廠房的工藝要求。梯形桁架常被采用在中等跨度以上的鋼結構廠房的屋蓋中。幾種平面桁架受力性能的比較（f）（c）

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較d-拋物線桁架拋物線形桁架的上弦節點在一條拋物線上，外形與對應簡支梁彎矩圖相似，其內力分布均勻，材料能被充分利用。從受力角度來看是比較好的桁架形式，但由于上弦桿在每一節點均轉折，需裝接頭，構造復雜，制作與施工較麻煩，且兩端上弦桿坡度較大，不利于防水材料的鋪設。在大跨度的結構中，例如100~150m的橋梁和18~30m的屋架，節約材料的意義較大，常被采用。（d）（f）幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較e-折線形桁架折線形桁架是三角形桁架和拋物線桁架的一種中間形式。其端節間的上弦桿與其他節間的上弦桿不在一條直線上，形成一折線，且坡度較三角形桁架的大，同時整個上弦桿的轉折也比拋物線桁架少，施工制作上要方便得多。這種桁架的內力比三角形桁架均勻，受力性能接近拋物線桁架，且避免了三角形桁架和拋物線桁架的某些不足。是鋼筋混凝土屋架中常用的一種形式，在中等跨度18~24m的工業廠房中采用得較多。幾種平面桁架受力性能的比較（f）（e）

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式鋼屋蓋結構中的屋架是由各種直桿相互連接組成的一種平面桁架：在橫向節點荷載作用下，各桿件產生軸心壓力或軸心拉力，因而桿件截面應力分布均勻，材料利用充分，具有用鋼量小、自重輕、剛度大、便于加工成形和應用廣泛的特點。

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式1、三角形屋架三角形屋架適用于屋面坡度較陡的有檁屋蓋結構。坡度i=1/2～1/6；外形與彎矩圖差別大，弦桿受力不均勻（支座處內力較大，而跨中內力較小），當弦桿采用同一規格截面時，其承載力得不到充分利用；上、下弦交角小，端節點構造復雜；橫向剛度低，只適用于中、小跨度輕屋蓋結構。圖1-2三角形屋架

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式1、三角形屋架三角形屋架的腹桿布置可分為芬克式（a）、（b）和人字式（c）、（d）。芬克式屋架其腹桿數量較多，但受力合理、便于運輸，多被采用；人字式屋架，節點構造較合理，腹桿與弦桿的夾角較適宜，便于布置吊頂龍骨和下弦支撐，但受壓腹桿較長，適用于跨度小于18m的屋架。圖1-2三角形屋架

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式2、梯形屋架梯形屋架適用于屋面坡度平緩（i=1/12~1/8）的無檁屋蓋結構。當采用長壓型鋼板順坡鋪設屋面時，其坡度最緩可用到i=1/20甚至更小。梯形屋架的端部可以作成足夠的高度，因而既可鉸支于柱也可以通過兩個結點與柱相連形成剛接框架。梯形屋架外形與彎矩圖接近，弦桿受力均勻，用料經濟。圖1-3梯形屋架（a）（b）

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式2、梯形屋架梯形屋架的腹桿體系可采用人字式和再分式。多采用人字式，人字式腹桿體系的腹桿總長短，節點較少，其上弦節間距可達3m，如圖1-2(a）。梯形屋架上弦節間長度應與屋面板的尺寸配合，使荷載作用于節點上，當上弦節間太長時，應采用再分式腹桿。例如當大型屋面板寬度為I.5m時，為避免上弦承受局部彎矩，可采用再分式腹桿將節間距減少至1.5m，如圖1-2(b）圖1-3梯形屋架（a）（b）

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式3、平行弦屋架

平行弦屋架可以作成不同大小的坡度，其端部可以鉸接或剛接，并能用于單坡屋蓋和雙坡屋蓋。近年來許多國家在工業廠房中多采用平行弦雙坡屋架，或用作托架、支撐體系。圖1-4平行弦形屋架

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式4、多邊形鋼桁架一般只在大跨度且荷載較重的鋼桁架中采用。圖1-5多邊形鋼桁架

屋蓋結構的布置-鋼屋架的形式常用的屋架形式5、拱形屋架適用于有檁體系屋蓋。圖1-6拱形屋架6、三角拱屋架圖1-7三角拱屋架

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是指它的跨度L和高度H（包括梯形屋架的端部高度H0）圖1-8鋼屋架的外形

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸(1)屋架的跨度：主要是根據工藝、建筑要求和柱網的布置來確定。屋架的標志跨度：

指柱網縱向軸線的間距，一般以3m為模數，普通鋼屋架常見跨度為18m、21m、24m、27m、30m、36m等。

屋架的跨度：標志跨度和計算跨度。柱網縱向軸線圖1-9鋼屋架的組成

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的計算跨度：簡支于柱頂的鋼屋架，其計算跨度取決于屋架支反力間的距離。如圖1-3所示。圖1-10屋架的計算跨度

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸(2)屋架的高度：取決于經濟、剛度要求和運輸界限（鐵路運輸界限高度為3.85米）等三個方面，同時又和屋面坡度密切相關，有時還受到建筑要求的限制。

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸屋架高度確定的主要程序①根據屋架的形式和設計經驗確定出屋架的端部高度；②按屋面材料對屋面坡度的要求確定出屋架的跨中高度；

③綜合考慮其他各影響因素，最后確定屋架的高度。當屋架的外形和主要尺寸(跨度、高度)都確定之后，桁架各桿的幾何長度即可根據三角函數或投影關系求得。

屋蓋結構的布置-屋架的主要尺寸構造要求從經濟和剛度的要求：

三角形屋架的跨中高度一般取（1/4-1/6）L;梯形屋架的跨中高度一般取=（1/6—1/10）L,其中L為屋架的跨度。跨度越大，此比值越小。屋面荷載越大，則此比值越大。從運輸條件：屋架的高度一般不應超過3.8m。

梯形屋架端部高度一般不宜小于1/18L，陡坡梯形屋架的端部高度一般為500～1000mm，平坡梯形屋架端部高度一般為1800～2100mm，當屋架跨度較小時，取下限值。屋架跨度越大，其端部高度的取值應越大。鋼結構專業課件?屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較幾種平面桁架受力性能的比較平面桁架結構的計算假定：1、中心平面直桿假設

所有桿件均為直桿，所有桿件的中心線均在同一平面內。2、鉸結點假設

所有桿件與桿件相連的節點均為光滑無摩擦的理想鉸結點。3、節點荷載假設

假設荷載只作用在節點上。平面桁架結構在以上計算假定的基礎上，桿件截面內力只有軸心拉力或軸心壓力。

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較桁架的外形對桁架中各桿的受力情況會有很大的影響。從力學分析，桁架外形與簡支梁的彎矩圖相似時，上下弦桿的軸力分布均勻，腹桿軸力小，用料最省。幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較（b）（a）（c）（d）（e）（f）圖1-1（a）~（e）各種桁架受力性能比較

（f）

簡支梁彎矩圖桁架外形與彎矩圖相似度排名：d-拋物線桁架e-折線型桁架c-梯形桁架a-三角形桁架b-平行弦桁架幾種平面桁架受力性能的比較

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較a-三角形桁架三角形桁架外形與對應簡支梁彎矩圖差別較大，其內力分布是不均勻的，弦桿內力中小端大，腹桿內力中大端小。

這種桁架的端結點處，上下弦桿之間夾角較小，構造復雜。但由于其兩面斜坡的外形符合屋頂構造的要求，所以跨度較小，坡度要求較大的屋蓋結構中多被采用。幾種平面桁架受力性能的比較（a）（f）

屋蓋結構的布置-幾種平面桁架受力性能的比較b-平行弦桁架平行弦桁架外形與對應簡支梁彎矩圖差別很大，其內力分布很不均勻，弦桿內力中大端小，腹桿內力中小端大。

如各桿選用相同截面，則浪費材料，如各桿截面不同，則增加了結點拼接的困難。但由于平行弦桁架中桿件長度規格少，采用相同截面時，結點構造劃一，腹桿標準化，便于下料制作，多用于輕型