第二章-结构的基本构件桁架课件

形成跨度的构件之二——桁架

第2单元第2章

形成跨度的构件之二——桁架

第2单元第2章第1章教学内容复习1.梁的属性：受力与梁轴线垂直，受弯构件，弯曲变形。2.梁的受力特点：梁的受力是最差的，首先是各个横截面上受力很不均匀，其次是上、下表面分别受到最大压应力和拉应力，而中心受力为零。3.梁的类型和特征：（1）钢筋混凝土梁：利用混凝土受压，纵向钢筋受拉，箍筋受剪。充分发挥两种材料优良的力学特性，截面受力明确，构造简单，施工方便，造价低廉等，唯独自重大。

跨度一般不超12米。梁高是梁跨度的1/14-1/8，梁宽是梁高的1/2-1/3。

（2）钢梁：工字型截面，跨度一般可超过18米。4.梁的截面特点：钢筋混凝土梁多为矩形截面，且截面高度大于宽度；钢结构梁断面多为工字形。也是截面高度大于宽度第1章教学内容复习我们先来认识认识桁架。思路：屋盖体系桁架檩条支撑椽条屋面板瓦材

图2.1屋盖结构的构件组成图2.2屋架的常见形式桁架檩条椽条我们先来认识认识桁架。图2.1屋盖结构的构件组成图2.2图2.3三角形屋架的杆件名称腹杆桁架是由若干直杆组成的具有三角形单元的空格式平面或空间结构。

腹杆图2.3三角形屋架的杆件名称腹杆桁架是由若干直杆组成的具有图2.4不同坡屋面的屋架布置一间边坡屋顶歇山边坡屋顶等高等宽坡面屋顶横低纵高坡面屋顶横高纵低坡面屋顶两间边坡屋顶图2.4不同坡屋面的屋架布置一间边坡屋顶歇山边坡屋顶等高等图2.5三角形屋架的常见形式种类图2.5三角形屋架的常见形式种类桁架的发明是在克服了梁的受力缺陷后实现的，准确地讲，一是将截面不均匀受力变为均匀受力，二是将复杂应力分步变为简单应力分布，三是将等高截面变为变高度截面。因此，桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，不会对支座产生横向水平推力，因而在结构工程中应用广泛。桁架常用来作为屋盖承重结构，也常称为屋架。桁架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大不仅增加了屋盖处的外墙的材料用料，而且增加了采暖通风负荷。对于钢桁架，由于杆件截面小，上弦平面外（侧向）稳定性差，难以抵抗侧向力，这就需要设置很多支撑。都按构造(长细比)要求确定截面，故耗钢量不少，却未能材尽其用。桁架的发明是在克服了梁的受力缺陷后实现的，准确地讲，一是将截图3.3三角形屋架的杆件名称腹杆2.1桁架结构的受力特点2.1.1桁架结构的组成1.桁架组成为：上弦、下弦、腹杆图3.3三角形屋架的杆件名称腹杆2.1桁架结构的受力特2.桁架的特殊要求：在理想的桁架中，要求各个杆件都必须是直杆，杆件之间的相交点都必须是铰接的，并且桁架只承受节点集中荷载，即集中力都只能作用在节点上。这样一来，桁架受力才能最为合理，保证桁架中任何杆件的受力都只能是轴向力，要么受压，要么受拉，而没有弯矩存在。这就是桁架的绝妙所在。计算结果表明，桁架的上弦全部都受压，下弦全部受拉，腹杆有的受压，有的受拉（有的、甚至全部是零杆）。杆件的力学作用分配方案是：上弦下弦抗弯，腹杆抗剪。2.桁架的特殊要求：

梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀，梁截面内的正应力和剪应力的分布也极不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大，因此，若以上下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。

在剪力作用下，剪应力在中和轴处最大，在上下边缘处为零，分布在上下边缘处的材料不能充分发挥其抗剪作用。尽管通过改变梁的截面形式(例如把梁截面由矩形改为工字形)、改变梁的截面尺寸(例如在梁的跨中和支座附近变高度、变梁宽)等做法可改善梁的受力性能，但这些都只是量变而非质变。梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀

桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构整体来说，外荷载所产生的弯矩图与剪力图与作用在简支梁上时完全一致，但在桁架结构内部，则是桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。

因此，在桁架结构中，各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构3.桁架的理论模型：b实际节点a整体构成模型图2.6桁架理论模型示意直杆+铰接+集中力3.桁架的理论模型：b实际节点a整体构成模型图2.62.1.2桁架结构计算的假定

请看，桁架结构通常需要具备的基本条件的详细描述：

1．组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。

2．桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。

3．所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。直杆+铰接+集中力2.1.2桁架结构计算的假定

请看，桁架结构通常桁架节间的划分应保证屋面板、檩条、上托柱的协调布置，使荷载作用在节点上。当节间长度较大时，在钢结构中，常采用再分式屋架，如图所示，使屋面荷载直接作用在上弦节点上，避免了上弦受弯。2.7图桁架节间划分要求荷载作用在节点荷载作用在节间桁架节间的划分应保证屋面板、檩条、上托柱的协调布置，使荷载作2.1.3桁架结构的内力尽管桁架结构中的杆件只承受轴力，受力状态比梁更合理，实现了单个杆件内力相等、应力相同的双均衡原则。但需要说明的是：桁架中各杆件之间的内力大小并不完全相同。也就是说，上弦各个杆件的压力大小不同，下弦各个构件的拉力大小不同，腹杆中的拉杆和压杆的大小也不尽相同。

可是上弦杆、上弦杆、腹杆中的拉杆和压杆分别选取同一截面规格，即同一类杆件截面大小一致，并按照受力最大者选定截面。对于受力较小的杆件，其材料强度就不能得到充分发挥。下面我们以工程中最常见的平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架为例，来分析桁架结构的内力分布特点。2.1.3桁架结构的内力（1）弦杆的内力1.矩形桁架：上、下弦各节间的内力变化规律为——跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较小或为零。可见其上、下弦内力变化较大。2.8图矩形桁架弦杆受力变化跨中大，支座小（1）弦杆的内力2.8图矩形桁架弦杆受力变化跨中大，支座2.三角形桁架：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。3.折线型桁架：是最理想的桁架形式。因桁架高度变化与外荷载产生的弯矩图完全一致，因此使上、下弦杆各节间轴力也完全相等或者非常接近。2.9图三角形和折线形桁架弦杆受力变化跨中小，支座大跨中支座全相等2.三角形桁架：2.9图三角形和折线形桁架弦杆受力变化跨腹杆的内力分布与弦杆完全相反，具体如下：1.矩形桁架腹杆的轴力与剪力，都是跨中小而支座大，其值变化剧烈。2.三角形桁架腹杆的受力都是跨中大，支座小，其值变化平缓。3.梯形桁架腹杆受力应介于矩形桁架和三角形桁架之间。（2）腹杆的内力腹杆的内力分布与弦杆完全相反，具体如下：（2）腹杆的内力（3）斜腹杆的布置方向与受力

计算表明：斜腹杆的布置方向影响腹杆受力方向性质。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。而抛物线形桁架或折线形桁架的腹杆内力全部为零。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。

（3）斜腹杆的布置方向与受力图2.10腹杆的布置方向与受力图2.10腹杆的布置方向与受力2.2屋架结构的型式选择型式选择内容包括材料、外形、支座性质等。下面作简要介绍：桁架结构的使用材料类型有：可分为木屋架、钢木组合屋架、钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架等。

桁架的外形类型有：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。桁架的结构受力类型有：桥式桁架、无斜腹杆桁架、刚接桁架、立体桁架等。2.2屋架结构的型式选择型式选择内容包括材料、外形、支座图2.11桁架结构的外形型式图2.11桁架结构的外形型式图2.12桁架结构的繁简型式图2.12桁架结构的繁简型式图2.13桁架结构的受力型式图2.13桁架结构的受力型式图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型桁架结构的造型还有：桁架结构的造型还有：第二章--结构的基本构件桁架课件2.2.1木屋架常用的木屋架是方木或原木齿连接的豪式木屋架。一般分为三角形和梯形两种。图2.14木屋架2.2.1木屋架图2.14木屋架豪式木屋架的节间长度在2～3m内为宜，一般为4～8个节间，适用跨度为12～18m。木屋架的高跨比宜在1／5～1／4之间。当屋架跨度不大时，上弦可用整根木料。当屋架跨度较大上弦需做节头时，四节间屋架的接头以设在中间节点处为宜，六节间以上的屋架，接头不应设在脊节点的两侧。接头位置应尽量靠近节点，避免承受较大的弯矩。三角形木屋架一般适用于跨度在18m以内的建筑中。三角形屋架的坡度大，因此，适用于屋面材料为粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况。梯形屋架适用于跨度较大时。当采用波形石棉瓦、铁皮或卷材作屋面防水材料时，屋面坡度需取i=1／5。梯形屋架适用18m左右。豪式木屋架的节间长度在2～3m内为宜，一般为4～8个节间，适2.2.2钢一木组合屋架钢一木组合屋架的形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。如图2-2-2所示。由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材，特别是原木和方木干燥较慢，干裂缝对采用齿连接和螺栓连接的下弦十分不利，而采用钢拉杆作为屋架的下弦，每平方米建筑面积的用钢量仅增加2～4kg，但却显著地提高了结构的可靠性。同时由于钢材的弹性模量高于木材，且还消除了接头的非弹性变形，从而提高了屋架结构的刚度。钢一木组合屋架的适用跨度视屋架结构的外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般为12～18m，对于梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达18～24m。

2.2.2钢一木组合屋架图2.15钢一木组合屋架的形式图2.15钢一木组合屋架的形式2.2.3钢屋架钢屋架的形式主要有三角形屋架、梯形屋架、矩形(平行弦)屋架(图2-2-3、图2-2-4、图2-2-5)等，为改善上弦杆的受力情况，常采用再分式腹杆的形式。图2.16梯形屋架2.2.3钢屋架图2.16梯形屋架图2.18三角形屋架图2.18三角形屋架三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。当屋面材料为粘土瓦、机制平瓦时，要求屋架的高跨比为1／4～1／6。三角形屋架弦杆内力变化较大，弦杆内力在支座处最大，在跨中最小，材料强度不能充分发挥作用。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。当荷载和跨度较大时，采用三角形屋架就不够经济。三角形钢屋架的常用形式是芬克式屋架，它的腹杆受力合理，长杆受拉，短杆受压，且可分为两榀小屋架制作，运至现场进行安装，施工方便。必要时可将下弦中段抬高，使房屋净空增加。三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。当屋面材料为粘土梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。如图2-2-5，矩形钢屋架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。当上弦坡度为1／8～1／12时，梯形屋架的高度可取(1／6～1／10l当跨度大或屋面荷载小时取小值，跨度小或屋面荷载大时取大值。梯形屋架一般都用于无檩体系屋盖，屋面材料大多用大型屋面板。这时上弦节间长度应与大型屋面板尺寸相配合，使大型屋面板的主肋正好搁置在屋架上弦的节点上，在上弦中不产生局部弯矩。当节间过长时，可采用再分式腹杆的形式。当采用有檩体系屋盖时，则上弦节间长度可根据檩条的间距而定，一般为0.8~0.3m梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。如图2-2-5，矩形钢图2.19矩形屋架图2.19矩形屋架矩形屋架也成为平行弦屋架。因其上下弦平行，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。矩形屋架在均布荷载作用下，一般杆件内力分布极不均匀，故材料强度得不到充分利用，不易用在大跨度建筑中，一般常用于托架或支撑系统。当跨度较大时为节约材料，也可采用不同的杆件截面尺寸。

矩形屋架也成为平行弦屋架。因其上下弦平行，腹杆长度一致，杆件2.2.4轻型钢屋架（简单介绍）轻型钢屋架按结构型式主要有三角形屋架、三角拱屋架和梭形屋架等三种，其中，最常用的是三角形屋架。屋架的上弦一般用小角钢、下弦和腹杆可用小角钢或圆钢。屋面有斜坡屋面和平坡屋面两种。三角形屋架和三铰拱屋架适用于斜坡屋面，屋面坡度通常取1／2～1／3。梭形屋架的屋面坡度较平坦，通常取1／12～1／8。轻型钢屋架适用于跨度≤18m，柱距4～6m，设置有起重量≤50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度≤18m的民用房屋的屋盖结构。也有一些实际工程的跨度已超过了上述范围。2.2.4轻型钢屋架（简单介绍）三角形轻钢屋架常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点与普通钢屋架相似。三铰拱轻钢屋架由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种，如图2-2-6所示，拉杆可用圆钢或角钢。这种屋架的特点是杆件受力合理，斜梁腹杆短，取材方便，经济效果好。三铰拱屋架由于拱拉杆比较细柔，不能承压，并且无法设置垂直支撑和下弦水平支撑，整个屋盖结构的刚度较差，故不宜用于有振动荷载及屋架跨度超过18m的工业厂房。为满足整体稳定性要求，斜梁的高跨比宜取1／12～1／18。斜梁截面的宽度与高度之比宜取1／1．5～1／2．0。三角形轻钢屋架常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点与第2章上半部分教学内容复习1.桁架结构的组成：桁架一般由上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆等组成，各个杆件之间的连接为铰接。2.桁架结构的受力特点：桁架的上弦受压、下弦受拉，腹杆受拉或受压。就是说所有杆件均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。受力施加在节点上，避免使杆件受弯。

3.桁架的种类：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架等

第2章上半部分教学内容复习三角形桁架矩形桁架折线型桁架三角形桁架矩形桁架折线型桁架梯型桁架梯型桁架——桁架结构的类型

按构成

●三角形

结构高度最低

1/5-1/2≤18m

●拱形

受力最好

1/6-1/818-36m60m

（无斜腹杆）

15-30m

●梯形

受力较好

，制作方便

1/6-1/818-36m72m按材料

●钢

适宜36m以上跨度，自重轻

●钢筋混凝土

适宜36m以下跨度

●木

——特殊环境（相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时）不宜钢、木材料，只宜预应力钢筋混凝土材料。——桁架结构的类型按构成4.桁架结构的问题：结构高度大，侧向刚度小，因此需要设置必要的支撑系统。支撑系统4.桁架结构的问题：结构高度大，侧向刚度小，因此需要设置必要第二章--结构的基本构件桁架课件——桁架结构实例实例1

实例

2——桁架结构实例实例1实例22.1.5桁架结构的其他型式1.立体桁架平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其平面外的刚度很小。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许多材料，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。2.1.5桁架结构的其他型式1.立体桁架立体桁架的结构型式及特点立体桁架的截面形式可为矩形、正三角形、倒三角形。它是由两榀平面桁架相隔一定的距离以连接杆件将两榀平面桁架成90度或45度夹角，构造与施工简单易行，但耗钢较多。图2-5-1a所示为矩形截面的立体桁架。为减少连接杆件，可采用三角形截面的立体桁架。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，如图2-5-1b所示。当跨度较小时，上弦截面不大，如再一分为二，势必对受压不利，故宜把下弦一分为二，构成正三角形立体桁架，如图2-5-1c所示。立体桁架的结构型式及特点两根下弦在支座节点汇交于一点，形成两端尖的梭子状，故亦称为梭形架。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。两根下弦在支座节点汇交于一点，形成两端尖的梭子状，故亦称为梭第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件立体桁架的工程实例位于贝宁科托努市的贝宁友谊体育场的多功能综合体育馆，如图2-5-2所示。体育馆可容纳观众5000名，总建筑面积14015m。屋盖结构考虑到当地的施工条件及实际情况，采用钢管球节点梭形立体桁架，跨度为65．3m，高跨比为1／13，中间起拱1／330。桁架正立面及上弦平面如图2-5-3所示。上弦及腹杆采用20号无缝钢管，下弦用16无缝钢管，钢球及加劲板用16锰低合金钢，钢管支撑用20号无缝钢管。用钢量为0.41kN／m2。立体桁架采用钢球节点，使各杆件的中心汇交于球节点的中心，如图2-5-4所示。其特点是受力明确、均匀，施工方便。立体桁架的弦杆及斜杆与球节点的连接均加设衬管。为了减少椽条的跨度，桁架加设了再分杆。

立体桁架的工程实例钢球节点使各杆件的中心汇交于球节点的中心为了减少椽条的跨度，桁架加设了再分杆钢球节点使各杆件的中心汇交于球节点的中心为了减少椽条的跨度，2.刚接桁架（1）刚接桁架的型式及特点一般情况下，桁架结构杆件与杆件的连接节点均简化为铰节点，一方面可简化计算，另一方面也比较符合结构的实际受力情况。但有时，由于桁架结构使用功能上的要求，或由于建筑造型上的要求，桁架结构没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若再把桁架节点简化为铰接节点，则整个结构就成为一个几何可变的机构，必须采用刚结桁架。前面提到的无斜腹杆屋架即为一例，如图2-5-5所示。2.刚接桁架（1）刚接桁架的型式及特点（2）刚接桁架的工程实例。上海大剧院是由上海市人民政府投资的大型歌舞剧院，位于上海市中心人民广场西北侧。总建筑面积62800㎡

，地下两层，地上6层，高度为40m。该工程通过国际招标，法国建筑师以其“天地呼应，中西合璧”的构思，独特的立面造型而中标，见图2-5-6。图2-5-7为上海大剧院剖面。方案中最引人注目的是呈反拱的月牙形屋盖，纵向长lOO．4m，横向宽94m，纵向悬挑26m，横向悬挑30.9m，反拱圆弧半径R=93m，拱高11．5m。由于其独特的建筑造型和特殊的功能及工艺要求，大剧院的屋盖体系采用交叉刚接钢桁架结构。（2）刚接桁架的工程实例。屋盖结构平面布置如图2-5-8所示。纵向为两榀主桁架及两榀次桁架，在每榀主桁架下各设三个由电梯井筒壁形成的薄壁柱，作为整个屋架结构的支座，次桁架仅起到保证屋盖整体性的作用。横向为12榀半月牙形无斜腹杆屋架，但其中位于主舞台上方的三榀月牙形桁架由于工艺布置的要求被主舞台周围的薄壁筒体截断。此外，屋盖结构内还布置有一定的联系梁和支撑。屋盖结构平面布置如图2-5-8所示。纵向为两榀主桁架及两榀次第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件月牙形屋盖内有两层，局部为三层，作为设备层及观光餐厅等。因此，它既是覆盖整个大剧院下部结构的屋顶，又是上部屋顶结构的承重结构，独具一格地发挥着双重功能。由于建筑造型的制约和使用功能上的要求，加上屋盖四周悬挑较大，屋盖结构受力复杂，内力较大，采用刚接桁架结构较为合理，以保证屋盖结构的整体刚度和承载能力。月牙形屋盖内有两层，局部为三层，作为设备层及观光餐厅等。因此荷载通过纵向的两榀主桁架传递至六个由电梯井筒壁形成的钢筋混凝土筒体。主桁架结构简图如图2-5-9所示，主桁架高度10．0m，上、下均采用箱形截面，上弦截面为1000mm×700mm，下弦截面为2500mm×700mm，腹杆截面为800mm×700mm，钢板厚度为40～70mm，为了加强主桁架的刚度，减小悬臂端的挠度，以及抵抗竖向荷载在支座处的剪力，每榀主桁架在支座处的桁架节间设两块6．6m×10．Om×50mm、相距50mm的抗剪钢板，主桁架杆件节点都设计成刚性节点。荷载通过纵向的两榀主桁架传递至六个由电梯井筒壁形成的钢筋混凝月牙形屋架采用箱形截面空腹刚架结构，即前面提到的无斜腹杆屋架，见图2-5-10。这样既可满足建筑对钢屋盖内部纵向交通的要求，又使杆件总数减少，节点构造简便。同时，采用箱形截面，使得杆件内力能够通过节点板传到与桁架面平行的杆件腹板，再扩展到整个杆件截面，受力性能好，具有很大的抗扭刚度和双向抗弯刚度，整体稳定性强，可省去大量支撑。

月牙形屋架采用箱形截面空腹刚架结构，即前面提到的无斜腹杆屋架月牙形屋架上弦截面为1000mm×800mm，下弦截面根据建筑楼层标高及内力大小从1000mm×800mm变化至2500mm×800mm，钢板厚度为30～70mm。由于位于主舞台上方的三榀月牙形桁架被主舞台周围的薄壁筒体截断，为了保证钢屋盖的整体刚度，采用加强钢屋盖纵向联系、加强主桁架抗扭刚度以及提高三榀被截断的月牙形桁架的自身刚度等措施，使各榀月牙形桁架的悬臂端挠度趋于均匀。

月牙形屋架上弦截面为1000mm×800mm，下弦截面根据建第二章--结构的基本构件桁架课件

2.3主次桁架结构体系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。如图2-5-11所示。

2.3主次桁架结构体系主桁架次桁架主桁架次桁架桁架结构在多层与高层建筑结构中的应用桁架结构在多层与高层建筑中也常有应用。多层建筑的楼盖采用空腹桁架，适用于体育馆、展览厅、大型停车库及轻工业厂房，具有显著的综合经济效益。桁架可隔层布置，也可隔两层布置，如图2-5-12所示。图中桁架所在层为小开间，可作为辅助空间，没有桁架的层则为大开间。图2-5-13为杭州某厂房的结构剖面图，它利用拱架作为楼盖的承重结构，拱架所在的偶数层为小开间，可作为技术层，奇数层则为大开间，可灵活布置设备，效果很好。桁架结构在多层与高层建筑结构中的应用第二章--结构的基本构件桁架课件在高层建筑中的某些层布置一些桁架结构作为刚性层，对竖向承重结构可以起到加强作用。当高层建筑上下部分采用不同的结构体系时，桁架结构可以作为不同竖向承重结构之间的转换层结构，并提供较大的建筑使用空间。在高层建筑中的某些层布置一些桁架结构作为刚性层，对竖向承重结新型桁架的应用实例：新型桁架的应用实例：安徽某汽车客运站候车大厅钢桁架示意安徽某汽车客运站候车大厅钢桁架示意安徽某汽车客运站候车大厅钢桁架示意安徽某汽车客运站候车大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架节点示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架节点示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架节点示意西安咸阳国际机场二号航站楼大厅钢桁架节点示意第二章--结构的基本构件桁架课件上海某厂房主车间钢桁架节点示意上海某厂房主车间钢桁架节点示意上海某厂房主车间钢桁架节点示意上海某厂房主车间钢桁架节点示意理论练习作业：1.桁架与普通梁相比，其力学优势主要表现在哪里地方？请认真总结并高度概括。2.与普通梁比较，平面桁架的外形特征（比如高度、外形等）有何突出变化，这些变化有何工程意义？3.桁架结构为什么必须要设置很多支撑？目的是为了满足何种技术要求？4.外形不同的屋架的力学特点和工程特性有何区别？理论练习作业：绘图作业：请绘制下面所示桁架外形图，并指出桁架中各个杆件的名称。绘图作业：三角形屋架的杆件名称腹杆备注：桁架组成为：上弦、下弦、腹杆三角形屋架的杆件名称腹杆备注：桁架组成为：上弦、下弦、腹杆图2.12桁架结构的繁简型式图2.12桁架结构的繁简型式第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件5.2.4桁架结构举例排架结构屋面体系上弦横向水平支撑的作用：增强屋架上弦的稳定性；传递山墙抗风柱传来的纵向水平荷载；增强屋面结构的纵向刚度。5.2.4桁架结构举例排架结构屋面体系上弦横向水平支撑排架结构屋面体系下弦水平支撑的作用：防止下弦振颤；并提高建筑物整体刚度；传递并分布水平荷载；排架结构屋面体系下弦水平支撑的作用：传递并分布水平荷载；排架结构屋面体系纵向垂直支撑与系杆的作用：保证屋架安装与使用的整体稳定性；减小下弦的振颤；排架结构屋面体系纵向垂直支撑与系杆减小下弦的振颤；排架结构屋面体系屋面大型屋面板重型屋面，保证屋面整体刚度。排架结构屋面体系屋面大型屋面板排架结构的其他构件山墙与抗风柱排架的山墙与其他山墙相比，不体现其横向刚度作用；抗风柱是保证山墙纵向稳定的重要构件；抗风柱基础为独立基础，刚节点，其上部与屋架上或下弦铰接。联系梁、圈梁、吊车梁联系梁承担其上部墙体重量并对于柱进行纵向联系，提高纵向刚度；圈梁保证墙体的稳定性，承担风荷载；吊车梁承担吊车荷载。排架结构的其他构件山墙与抗风柱联系梁、圈梁、吊车梁排架结构的其他构件天窗架与托架当厂房需要天窗时，屋面设置天窗架；当特殊的原因使柱距加大时，由于纵向屋面板不能加长，因此屋架也不能移位，就必须设置托架保证屋架的支撑。排架结构的其他构件天窗架与托架

形成跨度的构件之二——桁架

第2单元第2章

形成跨度的构件之二——桁架

第2单元第2章第1章教学内容复习1.梁的属性：受力与梁轴线垂直，受弯构件，弯曲变形。2.梁的受力特点：梁的受力是最差的，首先是各个横截面上受力很不均匀，其次是上、下表面分别受到最大压应力和拉应力，而中心受力为零。3.梁的类型和特征：（1）钢筋混凝土梁：利用混凝土受压，纵向钢筋受拉，箍筋受剪。充分发挥两种材料优良的力学特性，截面受力明确，构造简单，施工方便，造价低廉等，唯独自重大。

跨度一般不超12米。梁高是梁跨度的1/14-1/8，梁宽是梁高的1/2-1/3。

（2）钢梁：工字型截面，跨度一般可超过18米。4.梁的截面特点：钢筋混凝土梁多为矩形截面，且截面高度大于宽度；钢结构梁断面多为工字形。也是截面高度大于宽度第1章教学内容复习我们先来认识认识桁架。思路：屋盖体系桁架檩条支撑椽条屋面板瓦材

图2.1屋盖结构的构件组成图2.2屋架的常见形式桁架檩条椽条我们先来认识认识桁架。图2.1屋盖结构的构件组成图2.2图2.3三角形屋架的杆件名称腹杆桁架是由若干直杆组成的具有三角形单元的空格式平面或空间结构。

腹杆图2.3三角形屋架的杆件名称腹杆桁架是由若干直杆组成的具有图2.4不同坡屋面的屋架布置一间边坡屋顶歇山边坡屋顶等高等宽坡面屋顶横低纵高坡面屋顶横高纵低坡面屋顶两间边坡屋顶图2.4不同坡屋面的屋架布置一间边坡屋顶歇山边坡屋顶等高等图2.5三角形屋架的常见形式种类图2.5三角形屋架的常见形式种类桁架的发明是在克服了梁的受力缺陷后实现的，准确地讲，一是将截面不均匀受力变为均匀受力，二是将复杂应力分步变为简单应力分布，三是将等高截面变为变高度截面。因此，桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，不会对支座产生横向水平推力，因而在结构工程中应用广泛。桁架常用来作为屋盖承重结构，也常称为屋架。桁架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大不仅增加了屋盖处的外墙的材料用料，而且增加了采暖通风负荷。对于钢桁架，由于杆件截面小，上弦平面外（侧向）稳定性差，难以抵抗侧向力，这就需要设置很多支撑。都按构造(长细比)要求确定截面，故耗钢量不少，却未能材尽其用。桁架的发明是在克服了梁的受力缺陷后实现的，准确地讲，一是将截图3.3三角形屋架的杆件名称腹杆2.1桁架结构的受力特点2.1.1桁架结构的组成1.桁架组成为：上弦、下弦、腹杆图3.3三角形屋架的杆件名称腹杆2.1桁架结构的受力特2.桁架的特殊要求：在理想的桁架中，要求各个杆件都必须是直杆，杆件之间的相交点都必须是铰接的，并且桁架只承受节点集中荷载，即集中力都只能作用在节点上。这样一来，桁架受力才能最为合理，保证桁架中任何杆件的受力都只能是轴向力，要么受压，要么受拉，而没有弯矩存在。这就是桁架的绝妙所在。计算结果表明，桁架的上弦全部都受压，下弦全部受拉，腹杆有的受压，有的受拉（有的、甚至全部是零杆）。杆件的力学作用分配方案是：上弦下弦抗弯，腹杆抗剪。2.桁架的特殊要求：

梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀，梁截面内的正应力和剪应力的分布也极不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大，因此，若以上下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。

在剪力作用下，剪应力在中和轴处最大，在上下边缘处为零，分布在上下边缘处的材料不能充分发挥其抗剪作用。尽管通过改变梁的截面形式(例如把梁截面由矩形改为工字形)、改变梁的截面尺寸(例如在梁的跨中和支座附近变高度、变梁宽)等做法可改善梁的受力性能，但这些都只是量变而非质变。梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀

桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构整体来说，外荷载所产生的弯矩图与剪力图与作用在简支梁上时完全一致，但在桁架结构内部，则是桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。

因此，在桁架结构中，各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构3.桁架的理论模型：b实际节点a整体构成模型图2.6桁架理论模型示意直杆+铰接+集中力3.桁架的理论模型：b实际节点a整体构成模型图2.62.1.2桁架结构计算的假定

请看，桁架结构通常需要具备的基本条件的详细描述：

1．组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。

2．桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。

3．所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。直杆+铰接+集中力2.1.2桁架结构计算的假定

请看，桁架结构通常桁架节间的划分应保证屋面板、檩条、上托柱的协调布置，使荷载作用在节点上。当节间长度较大时，在钢结构中，常采用再分式屋架，如图所示，使屋面荷载直接作用在上弦节点上，避免了上弦受弯。2.7图桁架节间划分要求荷载作用在节点荷载作用在节间桁架节间的划分应保证屋面板、檩条、上托柱的协调布置，使荷载作2.1.3桁架结构的内力尽管桁架结构中的杆件只承受轴力，受力状态比梁更合理，实现了单个杆件内力相等、应力相同的双均衡原则。但需要说明的是：桁架中各杆件之间的内力大小并不完全相同。也就是说，上弦各个杆件的压力大小不同，下弦各个构件的拉力大小不同，腹杆中的拉杆和压杆的大小也不尽相同。

可是上弦杆、上弦杆、腹杆中的拉杆和压杆分别选取同一截面规格，即同一类杆件截面大小一致，并按照受力最大者选定截面。对于受力较小的杆件，其材料强度就不能得到充分发挥。下面我们以工程中最常见的平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架为例，来分析桁架结构的内力分布特点。2.1.3桁架结构的内力（1）弦杆的内力1.矩形桁架：上、下弦各节间的内力变化规律为——跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较小或为零。可见其上、下弦内力变化较大。2.8图矩形桁架弦杆受力变化跨中大，支座小（1）弦杆的内力2.8图矩形桁架弦杆受力变化跨中大，支座2.三角形桁架：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。3.折线型桁架：是最理想的桁架形式。因桁架高度变化与外荷载产生的弯矩图完全一致，因此使上、下弦杆各节间轴力也完全相等或者非常接近。2.9图三角形和折线形桁架弦杆受力变化跨中小，支座大跨中支座全相等2.三角形桁架：2.9图三角形和折线形桁架弦杆受力变化跨腹杆的内力分布与弦杆完全相反，具体如下：1.矩形桁架腹杆的轴力与剪力，都是跨中小而支座大，其值变化剧烈。2.三角形桁架腹杆的受力都是跨中大，支座小，其值变化平缓。3.梯形桁架腹杆受力应介于矩形桁架和三角形桁架之间。（2）腹杆的内力腹杆的内力分布与弦杆完全相反，具体如下：（2）腹杆的内力（3）斜腹杆的布置方向与受力

计算表明：斜腹杆的布置方向影响腹杆受力方向性质。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。而抛物线形桁架或折线形桁架的腹杆内力全部为零。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。

（3）斜腹杆的布置方向与受力图2.10腹杆的布置方向与受力图2.10腹杆的布置方向与受力2.2屋架结构的型式选择型式选择内容包括材料、外形、支座性质等。下面作简要介绍：桁架结构的使用材料类型有：可分为木屋架、钢木组合屋架、钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架等。

桁架的外形类型有：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。桁架的结构受力类型有：桥式桁架、无斜腹杆桁架、刚接桁架、立体桁架等。2.2屋架结构的型式选择型式选择内容包括材料、外形、支座图2.11桁架结构的外形型式图2.11桁架结构的外形型式图2.12桁架结构的繁简型式图2.12桁架结构的繁简型式图2.13桁架结构的受力型式图2.13桁架结构的受力型式图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型图2.13桁架结构的其他类型桁架结构的造型还有：桁架结构的造型还有：第二章--结构的基本构件桁架课件2.2.1木屋架常用的木屋架是方木或原木齿连接的豪式木屋架。一般分为三角形和梯形两种。图2.14木屋架2.2.1木屋架图2.14木屋架豪式木屋架的节间长度在2～3m内为宜，一般为4～8个节间，适用跨度为12～18m。木屋架的高跨比宜在1／5～1／4之间。当屋架跨度不大时，上弦可用整根木料。当屋架跨度较大上弦需做节头时，四节间屋架的接头以设在中间节点处为宜，六节间以上的屋架，接头不应设在脊节点的两侧。接头位置应尽量靠近节点，避免承受较大的弯矩。三角形木屋架一般适用于跨度在18m以内的建筑中。三角形屋架的坡度大，因此，适用于屋面材料为粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况。梯形屋架适用于跨度较大时。当采用波形石棉瓦、铁皮或卷材作屋面防水材料时，屋面坡度需取i=1／5。梯形屋架适用18m左右。豪式木屋架的节间长度在2～3m内为宜，一般为4～8个节间，适2.2.2钢一木组合屋架钢一木组合屋架的形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。如图2-2-2所示。由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材，特别是原木和方木干燥较慢，干裂缝对采用齿连接和螺栓连接的下弦十分不利，而采用钢拉杆作为屋架的下弦，每平方米建筑面积的用钢量仅增加2～4kg，但却显著地提高了结构的可靠性。同时由于钢材的弹性模量高于木材，且还消除了接头的非弹性变形，从而提高了屋架结构的刚度。钢一木组合屋架的适用跨度视屋架结构的外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般为12～18m，对于梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达18～24m。

2.2.2钢一木组合屋架图2.15钢一木组合屋架的形式图2.15钢一木组合屋架的形式2.2.3钢屋架钢屋架的形式主要有三角形屋架、梯形屋架、矩形(平行弦)屋架(图2-2-3、图2-2-4、图2-2-5)等，为改善上弦杆的受力情况，常采用再分式腹杆的形式。图2.16梯形屋架2.2.3钢屋架图2.16梯形屋架图2.18三角形屋架图2.18三角形屋架三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。当屋面材料为粘土瓦、机制平瓦时，要求屋架的高跨比为1／4～1／6。三角形屋架弦杆内力变化较大，弦杆内力在支座处最大，在跨中最小，材料强度不能充分发挥作用。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。当荷载和跨度较大时，采用三角形屋架就不够经济。三角形钢屋架的常用形式是芬克式屋架，它的腹杆受力合理，长杆受拉，短杆受压，且可分为两榀小屋架制作，运至现场进行安装，施工方便。必要时可将下弦中段抬高，使房屋净空增加。三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。当屋面材料为粘土梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。如图2-2-5，矩形钢屋架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。当上弦坡度为1／8～1／12时，梯形屋架的高度可取(1／6～1／10l当跨度大或屋面荷载小时取小值，跨度小或屋面荷载大时取大值。梯形屋架一般都用于无檩体系屋盖，屋面材料大多用大型屋面板。这时上弦节间长度应与大型屋面板尺寸相配合，使大型屋面板的主肋正好搁置在屋架上弦的节点上，在上弦中不产生局部弯矩。当节间过长时，可采用再分式腹杆的形式。当采用有檩体系屋盖时，则上弦节间长度可根据檩条的间距而定，一般为0.8~0.3m梯型屋架一般用于屋面坡度较小的屋盖中。如图2-2-5，矩形钢图2.19矩形屋架图2.19矩形屋架矩形屋架也成为平行弦屋架。因其上下弦平行，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。矩形屋架在均布荷载作用下，一般杆件内力分布极不均匀，故材料强度得不到充分利用，不易用在大跨度建筑中，一般常用于托架或支撑系统。当跨度较大时为节约材料，也可采用不同的杆件截面尺寸。

矩形屋架也成为平行弦屋架。因其上下弦平行，腹杆长度一致，杆件2.2.4轻型钢屋架（简单介绍）轻型钢屋架按结构型式主要有三角形屋架、三角拱屋架和梭形屋架等三种，其中，最常用的是三角形屋架。屋架的上弦一般用小角钢、下弦和腹杆可用小角钢或圆钢。屋面有斜坡屋面和平坡屋面两种。三角形屋架和三铰拱屋架适用于斜坡屋面，屋面坡度通常取1／2～1／3。梭形屋架的屋面坡度较平坦，通常取1／12～1／8。轻型钢屋架适用于跨度≤18m，柱距4～6m，设置有起重量≤50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度≤18m的民用房屋的屋盖结构。也有一些实际工程的跨度已超过了上述范围。2.2.4轻型钢屋架（简单介绍）三角形轻钢屋架常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点与普通钢屋架相似。三铰拱轻钢屋架由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种，如图2-2-6所示，拉杆可用圆钢或角钢。这种屋架的特点是杆件受力合理，斜梁腹杆短，取材方便，经济效果好。三铰拱屋架由于拱拉杆比较细柔，不能承压，并且无法设置垂直支撑和下弦水平支撑，整个屋盖结构的刚度较差，故不宜用于有振动荷载及屋架跨度超过18m的工业厂房。为满足整体稳定性要求，斜梁的高跨比宜取1／12～1／18。斜梁截面的宽度与高度之比宜取1／1．5～1／2．0。三角形轻钢屋架常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点与第2章上半部分教学内容复习1.桁架结构的组成：桁架一般由上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆等组成，各个杆件之间的连接为铰接。2.桁架结构的受力特点：桁架的上弦受压、下弦受拉，腹杆受拉或受压。就是说所有杆件均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。受力施加在节点上，避免使杆件受弯。

3.桁架的种类：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架等

第2章上半部分教学内容复习三角形桁架矩形桁架折线型桁架三角形桁架矩形桁架折线型桁架梯型桁架梯型桁架——桁架结构的类型

按构成

●三角形

结构高度最低

1/5-1/2≤18m

●拱形

受力最好

1/6-1/818-36m60m

（无斜腹杆）

15-30m

●梯形

受力较好

，制作方便

1/6-1/818-36m72m按材料

●钢

适宜36m以上跨度，自重轻

●钢筋混凝土

适宜36m以下跨度

●木

——特殊环境（相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时）不宜钢、木材料，只宜预应力钢筋混凝土材料。——桁架结构的类型按构成4.桁架结构的问题：结构高度大，侧向刚度小，因此需要设置必要的支撑系统。支撑系统4.桁架结构的问题：结构高度大，侧向刚度小，因此需要设置必要第二章--结构的基本构件桁架课件——桁架结构实例实例1

实例

2——桁架结构实例实例1实例22.1.5桁架结构的其他型式1.立体桁架平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其平面外的刚度很小。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许多材料，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。2.1.5桁架结构的其他型式1.立体桁架立体桁架的结构型式及特点立体桁架的截面形式可为矩形、正三角形、倒三角形。它是由两榀平面桁架相隔一定的距离以连接杆件将两榀平面桁架成90度或45度夹角，构造与施工简单易行，但耗钢较多。图2-5-1a所示为矩形截面的立体桁架。为减少连接杆件，可采用三角形截面的立体桁架。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，如图2-5-1b所示。当跨度较小时，上弦截面不大，如再一分为二，势必对受压不利，故宜把下弦一分为二，构成正三角形立体桁架，如图2-5-1c所示。立体桁架的结构型式及特点两根下弦在支座节点汇交于一点，形成两端尖的梭子状，故亦称为梭形架。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。两根下弦在支座节点汇交于一点，形成两端尖的梭子状，故亦称为梭第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件立体桁架的工程实例位于贝宁科托努市的贝宁友谊体育场的多功能综合体育馆，如图2-5-2所示。体育馆可容纳观众5000名，总建筑面积14015m。屋盖结构考虑到当地的施工条件及实际情况，采用钢管球节点梭形立体桁架，跨度为65．3m，高跨比为1／13，中间起拱1／330。桁架正立面及上弦平面如图2-5-3所示。上弦及腹杆采用20号无缝钢管，下弦用16无缝钢管，钢球及加劲板用16锰低合金钢，钢管支撑用20号无缝钢管。用钢量为0.41kN／m2。立体桁架采用钢球节点，使各杆件的中心汇交于球节点的中心，如图2-5-4所示。其特点是受力明确、均匀，施工方便。立体桁架的弦杆及斜杆与球节点的连接均加设衬管。为了减少椽条的跨度，桁架加设了再分杆。

立体桁架的工程实例钢球节点使各杆件的中心汇交于球节点的中心为了减少椽条的跨度，桁架加设了再分杆钢球节点使各杆件的中心汇交于球节点的中心为了减少椽条的跨度，2.刚接桁架（1）刚接桁架的型式及特点一般情况下，桁架结构杆件与杆件的连接节点均简化为铰节点，一方面可简化计算，另一方面也比较符合结构的实际受力情况。但有时，由于桁架结构使用功能上的要求，或由于建筑造型上的要求，桁架结构没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若再把桁架节点简化为铰接节点，则整个结构就成为一个几何可变的机构，必须采用刚结桁架。前面提到的无斜腹杆屋架即为一例，如图2-5-5所示。2.刚接桁架（1）刚接桁架的型式及特点（2）刚接桁架的工程实例。上海大剧院是由上海市人民政府投资的大型歌舞剧院，位于上海市中心人民广场西北侧。总建筑面积62800㎡

，地下两层，地上6层，高度为40m。该工程通过国际招标，法国建筑师以其“天地呼应，中西合璧”的构思，独特的立面造型而中标，见图2-5-6。图2-5-7为上海大剧院剖面。方案中最引人注目的是呈反拱的月牙形屋盖，纵向长lOO．4m，横向宽94m，纵向悬挑26m，横向悬挑30.9m，反拱圆弧半径R=93m，拱高11．5m。由于其独特的建筑造型和特殊的功能及工艺要求，大剧院的屋盖体系采用交叉刚接钢桁架结构。（2）刚接桁架的工程实例。屋盖结构平面布置如图2-5-8所示。纵向为两榀主桁架及两榀次桁架，在每榀主桁架下各设三个由电梯井筒壁形成的薄壁柱，作为整个屋架结构的支座，次桁架仅起到保证屋盖整体性的作用。横向为12榀半月牙形无斜腹杆屋架，但其中位于主舞台上方的三榀月牙形桁架由于工艺布置的要求被主舞台周围的薄壁筒体截断。此外，屋盖结构内还布置有一定的联系梁和支撑。屋盖结构平面布置如图2-5-8所示。纵向为两榀主桁架及两榀次第二章--结构的基本构件桁架课件第二章--结构的基本构件桁架课件月牙形屋盖内有两层，局部为三层，作为设备层及观光餐厅等。因此，它既是覆盖整个大剧院下部结构的屋顶，又是上部屋顶结构的承重结构，独具一格地发挥着双重功能。由于建筑造型的制约和使用功能上的要求，加上屋盖四周悬挑较大，屋盖结构受力复杂，内力较大，采用刚接桁架结构较为合理，以保证屋盖结构的整体刚度和承载能力。月牙形屋盖内有两层，局部为三层，作为设备层及观光餐厅等。因此荷载通过纵向的两榀主桁架传递至六个由电梯井筒壁形成的钢筋混凝土筒体。主桁架结构简图如图2-5-9所示，主桁架高度10．0m，上、下均采用箱形截面，上弦截面为1000mm×700mm，下弦截面为2500mm×700mm，腹杆截面为800mm×700mm，钢板厚度为40～70mm，为了加强主桁架的刚度，减小悬臂端的挠度，以及抵抗竖向荷载在支座处的剪力，每榀主桁架在支座处的桁架节间设两块6．6m×10．Om×50mm、相距50mm的抗剪钢板，主桁架杆件节点都设计成刚性节点。荷载通过纵向的两榀主桁架传递至六个由电梯井筒壁形成