桁架结构简介课件

1、1桁架结构第一节 桁架结构的受力特点第二节 屋架结构的型式第三节 屋架结构的选型与布置教学要求了解桁架结构的受力特点及其型式，掌握屋架结构选型与布置第五节 张弦结构第六节 桁架结构的其他应用型式 第四节 立体桁架2 第二章 桁架结构 桁架（truss）: 由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在房屋建筑中,桁架常用来作为屋盖承重结构,又称为屋架。4 第二章 桁架结构 桁架（truss）: 由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在房屋建筑中,桁架常用来作为屋盖承重结构,又称为屋架。5 2.1 桁架结构的受力特点 组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线 (轴线)都在同一平

2、面内。桁架结构计算的假定6 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构计算的假定桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。8 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构计算的假定 所有外力 (包括荷载及支座反力)都作用在桁架的中心平面内,并集中作用于节点上。桁架的分类（1）按外形分折弦桁架三角形桁架平行弦桁架（2）按竖向荷载是否引起水平推力分梁式桁架（无推力）拱式桁架（有推力）桁架的分类（3）按几何组成方式分联合桁架简单桁架复杂桁架桁架的分类（4）按腹杆布置方式分桁架的分类单向斜杆式人字式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆上弦杆下弦杆跨度l桁高 H端杆腹杆竖杆斜杆节间d桁架结构的组成桁架结构的受力特点上弦受压、下弦受拉

3、形成力偶平衡弯矩斜腹杆受拉力或压力平衡剪力15 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力 矩形桁架为等高度,沿跨度方向各腹杆的轴力变化与剪力图一致,跨中小而支座处大,其值变化较大。弦杆跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较小或为零16 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力 三角形桁架的高度自跨中最大处向支座节点最小处呈线性变化,而弯矩的变化自跨中向支座呈抛物线变化,弯矩的减小速度比桁架高度的减小速度慢,故上、下弦杆内力在跨中节间最小,而在靠近支座处最大。-x17 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力 高度呈抛物线型的桁架是最理想的桁架形式。因桁架高度的变化与外荷载所产生的弯矩图完全一致,使上

4、、下弦杆各节间轴力也完全相等。18 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力 斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号 (拉或压)有直接的关系。对于矩形桁架,斜腹杆外倾受拉,内倾受压,竖腹杆受力方向与斜腹杆相反。19 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力 斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号 (拉或压)有直接的关系。 对于三角形桁架,斜腹杆外倾受压,内倾受拉,而竖腹杆则总是受拉。20三角形桁架 三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。 2.2 屋架结构的型式21梯形桁架 梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。其受力性能比三角形屋架优越,适用于较大跨度或荷载的工业厂房

5、。 2.2 屋架结构的型式22梯形桁架矩形桁架 矩形屋架也称为平行弦屋架。其上下弦平行,腹杆长度一致,杆件类型少,易于满足标准化、工业化生产的要求。常用于托架或支撑系统。 2.2 屋架结构的型式23木屋架 一般为三角形屋架，内力支座处大而跨中小。适用于跨度在18米以内的建筑中。 2.2 屋架结构的型式24钢-木组合屋架 采用钢拉杆作为屋架的下弦杆，消除接头的非弹性变形，从而提高屋架结构的刚度。 2.2 屋架结构的型式25钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。 2.2 屋架结构的型式26钢屋架 2.2 屋架结构的型式27钢屋架 2.2 屋架结构的型式28钢屋架 2.2 屋架结构的型式

6、29混凝土屋架 2.2 屋架结构的型式30钢筋混凝土-钢组合屋架 上弦杆采用钢筋混凝土，下弦杆采用型钢。充分利用两种材料的特性。 2.2 屋架结构的型式31梯形桁架屋架结构的主要尺寸 屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。矢高大、弦杆受力小,但腹杆长、长细比大、易压曲,用料反而会增多。矢高小,则弦杆受力大、截面大、且屋架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的 1/101/5。 2.3 屋架结构的选型及布置矢高 屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。当采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应大些,一般不小于1/3,以利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时,屋面坡度可平缓些,一般为1/8l/12。坡度3

7、2梯形桁架屋架结构的主要尺寸 屋架节间长度的大小与屋架的结构型式,材料及荷载有关。一般上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉,节间长度可大些。 屋架上弦节间长度常取 3m。 当屋盖采用有檩体系时,则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。 2.3 屋架结构的选型及布置节间距33梯形桁架屋架结构的选型 2.3 屋架结构的选型及布置 屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术条件等因素,做到受力合理、技术先进、经济适用。34梯形桁架屋架结构的选型 从结构受力来看,抛物线状的拱式结构受力最为合理。但拱式结构上弦为曲线,施工复杂。折线型屋架,与抛物线弯矩图最为接

8、近,故力学性能良好。梯形屋架,因其既具有较好的力学性能,上下弦均为直线施工方便,故在大中跨建筑中被广泛应用。三角形屋架与矩形屋架力学性能较差。三角形屋架一般仅适用于中小跨度,矩形屋架常用作托架或荷载较特殊情况下使用。 2.3 屋架结构的选型及布置受力35梯形桁架屋架结构的选型 屋面防水构造决定了屋面排水坡度,进而决定屋盖的建筑造型。 一般来说,当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦时,应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架。当屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时,应选用拱形屋架、折线形屋架和缓坡梯形屋架。 2.3 屋架结构的选型及布置防水36梯形桁架屋架结构的选型 木材及钢材均易腐蚀,维修费用较高

9、。因此,对于相对湿度较大而又通风不良的建筑,或有侵蚀性介质的工业厂房,不宜选用木屋架和钢屋架,宜选用预应力混凝土屋架, 2.3 屋架结构的选型及布置材料37梯形桁架屋架结构的选型 跨度在18m以下时,可选用钢筋混凝土-钢组合屋架;这种屋架构造简单、施工吊装方便,技术经济指标较好。 跨度在36m以下时,宜选用预应力混凝土屋架,既可节省钢材,又可有效地控制裂缝宽度和挠度。 跨度在36m以上的大跨度建筑或受到较大振动荷载作用的屋架,宜选用钢屋架,以减轻结构自重,提高结构的耐久性与可靠性。 2.3 屋架结构的选型及布置跨度38梯形桁架屋架结构的布置 屋架的跨度,一般以 3m为模数。 2.3 屋架结构的

10、选型及布置跨度 屋架一般宜等间距平行排列,与房屋纵向柱列的间距一致,屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度,最常见的为6m,有时也有7.5m、9m、间距 在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形式,在力学上可简化为铰接支座。支座从结构受力考虑拱形屋架折线形屋架梯形屋架三角形屋架从屋面防水考虑排水要求高三角形陡坡梯形排水要求一般，卷材防水拱形折线形缓坡梯形从屋架材料及使用环境湿度大、通风不良预应力钢筋混凝土屋架相对干燥、通风好木屋架钢屋架钢筋混凝土屋架从屋架结构的跨度18m以内钢筋混凝土-钢屋架18-36m预应力混凝土屋架36m以上钢屋架一般3m为模数，等跨度，常用

11、型式的常用跨度，有相关图集跨度间距一般6m为模数，等间距平行排列，常用的还有7.5m,9m,12m支座一般同一标高。跨度较小时，可直接搁置在墙、柱或圈梁上。44梯形桁架屋架结构的支撑 包括设置在屋架之间的垂直支撑、水平系杆以及设置在上下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦平面内的纵向水平支撑。 垂直支撑和水平系杆是为了保证侧向稳定性。 上弦横向支撑为了增强屋盖的整体性和屋架上弦的侧向稳定性。 下弦纵向水平支撑是为了增强屋盖的空间刚度，增强排架的空间工作性能。 2.3 屋架结构的选型及布置4.屋架结构的支撑屋架结构的选型与布置46 2.4 立体桁架 平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其在平

12、面外的刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置各类支撑。支撑结构的布置要消耗很多材料，且常常以长细比等构造要求控制，材料强度得不到充分发挥。采用立体桁架可以避免上述缺点。立体桁架的截面形式有矩形、正三角形、倒角形。 结构型式和特点48 2.4 立体桁架49 2.4 立体桁架50 2.4 立体桁架当跨度较大时，因上弦压力较大，截面大，可把上弦一分为二，构成倒三角形立体桁架。 立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用， 节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。 2.5 张弦结构张弦结构是由上弦

13、刚性压弯构件(或结构)与下弦柔性索组合,通过合理布置撑杆而形成的自平衡受力体系。张弦结构的上弦刚性构件可以是梁、拱、立体桁架、网壳等多种形式。柔性下弦是引入预应力的柔索，包括拉索、小直径圆钢拉杆、大直径钢棒等多种形式。北京北站拱形平面张弦结构上海世博会主题馆1.张弦结构的特点承载能力高结构刚度大结构稳定性强支座推力小建筑造型适应性强制作、运输、施工方便2.张弦结构的形式张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。（1）平面张弦梁结构是指其结构构件位于同一平面内，且以平面内受力为主的张弦梁结构。平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为三种基本形式：直线型张弦梁、拱形张弦梁、人字型

14、张弦梁结构。直梁型张弦梁结构主要用于楼板结构和小坡度屋面结构，拱形张弦梁结构充分发挥了上弦拱得受力优势适用于大跨度的屋盖结构，人字型张弦梁结构适用于跨度较小的双坡屋盖结构。 2.张弦结构的形式（2）空间张弦梁结构是以平面张弦梁结构为基本组成单元，通过不同形式的空间布置所形成的张弦梁结构。空间张弦梁结构主要有单向张弦梁结构、双向张弦梁结构、多向张弦梁结构、辐射式张弦梁结构。 单向张弦梁结构由于设置了纵向支撑索形成的空间受力体系，保证了平面外的稳定性，适用于矩形平面的屋盖结构。双向张弦梁结构由于交叉平面张弦梁相互提供弹性支撑，形成了纵横向的空间受力体系，该结构适用于矩形、圆形、椭圆形等多种平面屋盖

15、结构。多向张弦梁结构是平面张弦梁结构沿多个方向交叉布置而成的空间受力体系，该结构形式适用于圆形和多边形平面的屋盖结构。辐射式张弦梁结构是由中央按辐射状放置上弦梁，梁下设置撑杆用环向索而连接形成的空间受力体系，适用于圆形平面或椭圆形平面的屋盖结构。2.张弦结构的形式3.张弦结构的受力性能（1）张弦结构的形态定义（2）张弦结构的预应力特性（3）平面外稳定及纵向受力（4）张弦结构的抗风作用4.张弦结构的选型（1）上弦刚性受压构件（2）张弦结构上弦矢高和下弦垂度（3）撑杆数量5.张弦结构的实例（1）上海世博会主题馆（2）上海浦东国际机场（3）哈尔滨国际会议展览体育中心主馆62 2.6 桁架结构的其他应

16、用形式1.刚接桁架结构（无斜腹杆屋架）：无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单，便于制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对于无斜腹杆屋架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若再把桁架节点简化为铰节点，则整个结构就成为一个几何可变的机构，所以必须采用刚节点的桁架，可按多次超静定结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。 63无斜腹杆屋架2.主次桁架结构主次桁架结构体系是由平面桁架组成的一种特殊形式的空间桁架结构。武汉水利电力学院体育馆即为其中的一例。它是以建筑屋盖中部气楼提供的建筑空间，布置两榀跨度为42m的主桁架，辅以跨度为18m和12m的小型桁架即所谓的次桁架。次桁架支撑于主桁架上，形成主次桁架组成的屋架系统。1.刚接桁架结构上海大剧院 整个建筑的构思为“天地之间”，被设计师定位为“开放的宫殿”：大剧院透过一座水、土相溶的坚实台基，奠定在中国的土地上，它置身于上海政治、文化中心；向蓝天展开其屋顶，象征中华民族的聚宝盆，承接着来自宇宙、人类的恩泽与智慧，象征着对世界文化艺术的热情追求，也象征着上海有有始以来就与天地相通的博大胸怀。大剧院的外观由透明的水平墙面，有韵律的垂直线条，有乐感的弯曲面屋顶来体现，以水、玻璃、光线，通过透明、流畅的线条，朴实有力的造型，多功能形体和