桁架结构体系

桁架结构体系在本小节中我们要给大家介绍桁架结构体系的组成、优缺点及适用范围；桁架结构体系的合理布置原则及及受力特点。桁架结构组成:一般由竖杆，水平杆和斜杆组成（图1-23）。图1－23桁架结构在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。用于屋盖的桁架体系有两类：（1）平面桁架，用于平面屋架；（2）空间桁架，用于空间网架。这两类桁架的共同特点是它们都由一系列只受同向拉力或压力的杆件连接而成。作为桁架结构的整体来说，它们在荷载作用下受弯、受剪；但作为桁架结构中的杆件来说，只承受轴向力，不承受弯矩、剪力和扭矩。桁架结构的最大特点是，把整体受弯转化为局部构件的受压或受拉，从而有效地发挥出材料的潜力并增大结构的跨度。桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，对支座没有横向推力，因而在结构工程中得到了广泛的应用。屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大，增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖、通风、采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。桁架是较大跨度建筑的屋盖中常用的结构型式之一。在一般情况下，当房屋的跨度大于18m时，屋盖结构采用桁架比梁经济。屋架按其所采用的材料区分，有钢屋架、木屋架、钢木屋架和钢筋混凝土屋架等。钢筋混凝土屋架当其下弦采用预应力钢筋时，称为预应力钢筋混凝土屋架。目前，我国预应力钢筋混凝土屋架的跨度已做到60多米，钢屋架的跨度已做到70多米。一、桁架结构的型式与受力特点屋架结构的型式很多:（1）按屋架外形的不同，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。烘（米2脑）根据结构受莲力的特点及材震料性能的不同昼，也可采用桥架式屋架、无斜刮腹杆屋架或刚哗接桁架、立体越桁架等。尤我国常用的屋啦架有三角形、笔矩形、梯形、转拱形和无斜腹谷杆屋架等多种挠型式，见豆图莫1-2滑4币。倒图浅1-2谨4打常用的屋架型茂式周（企a铜）三角形屋遗架敌财（刚b房）平行弦屋架赠（矩形残）授瞎（沟c蛛）梯形屋架（忙再分式磁）略耻辆（叮d是）拱形屋批架丈谅（茶e内）下撑式屋鱼架笨翅（届f瞧）无斜腹杆屋静架嫩尽管桁架结构蒙中以轴力为主蹲，其构件的受牌力状态比梁的商结构合理，但之在桁架结构各忧杆件单元中，惩内力的分布是贼不均匀的。屋物架的几何形状忠有矩形的（即械平行弦屋架）煤、三角形、梯港形、折线形的忽和抛物线形的少等等。它们的裙内力分布随形漫状的不同而变膝化。怀在一般情况下损，屋架的主要符荷载类型是均痰匀分布的结点蹲荷载。我们首省先分析在结点横荷载作用下平倡行弦屋架的内转力分布特点，肉见炸图警1-2历5壁。然后，引伸酿至其它形式的乓屋架。及从垒图敬1-2验5踪中可以得出如娱下结论：坊（示1究）弦杆轴力：宇上弦受压，下遮弦受拉，其轴型力由力矩平衡婆方程式得出（捎矩心取在屋架记结点）。N=±M0h（1-1）碧式壁中家:冠（负值表示上迈弦受压，正值租表示下弦受拉抛）遥渐M况0哪一简支梁相应来于屋架各结点剑处的截面弯矩编；第汁银h侦一屋架高度。垦图廊1-25平恼桁架内力计算危从上式可以看礼出，搭上下弦的轴鸡力蔽N危与密M采0吧成正比，绳与据h摧成反比。泄由于屋架的高嘱度筹h锐值不变，酸而拿M曲0贪愈接近屋架两电端愈小，所以规中间弦杆轴力蒙大，愈向两端书弦杆轴力愈小领。剂（登2争）腹杆内力废屋架内部的杆弹件称为腹杆，剃包括竖杆与斜誉杆。腹杆的内其力可以根据隔督离体的平衡法铜则，由力的竖车向投影方程求背得：Y=±V0（1-2）础式中捐，滑Y诵一斜杆的竖向熟分力和竖杆的市轴刊力少;赌敲V稻0覆一简支梁相应疾于屋架节间的缴剪力。嚼从搏图斩1-2终6焦可以看出奸，佩V矩0钢值在跨中小两稿端大，所以相渠应的腹杆内力旧也是中间杆件治小而两端杆件纳大，其内力图窃见早图宿1-2词6视。蒜以上的分析可津以看出：从整素体来看，屋架劣相当于一个受侵弯构件，弦杆野承受弯矩，腹般杆承受剪力，尖而从局部来看读，屋架的每个里杆件只承受轴罩力（拉力或压欺力）。踪用同样的方法霞可以分析三角按形和抛物线形繁屋架的内力分婶布情况，见恐图捆1-36证b芬、浓c型所示。轨由于这两种屋快架上弦结点的陡高度中间大，握愈向两端愈小侧，所以，虽然柱上弦仍受压下尺弦仍受拉，但虹是内力大小的此分布是各不相拐同的。愧从疫图牺1-2饿6名可以看出，屋锹架杆件内力与伟其形式有着密躺切的关系。辟（吃1题）平行弦屋架欠内力是不均匀汇的，弦杆内力寿由两端向跨度贸中间增大，腹岔杆内力由中间锐向两端增大；袜（阁2锹）三角形屋架赚内力分布也是暂不均匀的，弦费杆的内力由中碑间向两端增大翅，腹杆内力由摊两端向中间增旷大；悠图邮1弓－和26芝邮不同形式的桁捞架及内力图汇（姓3牛）抛物线屋架皮的内力分布比指较均匀，从受第力角度看，它离是比较好的屋帆架形式，因为连它的形状与同糊跨度同荷载简寨支梁的弯矩图刑形相似，也就阻是说，其形状舍符合内力变化昨的规律。梅（炸1点）屋架结构的纷选型于屋架型式的选知择一般与下列怖因素有删关虚:醉（趣1司）建筑物的使吧用要求顺（滔2描）跨度和荷载础大小捡（肢3稻）材料供应妖（厨4谦）施工技术水捐平石选择屋架型式摧的一般原则是第适用、经济、非美观和制造简腰单。辰a贴.稍屋架结构的受蚁力怠从结构受力来些看，抛物线状销的拱式结构受扭力最为合理。堆但拱式结构上皆弦为曲线，施洒工复杂。折线塌型屋架，与抛涉物线弯矩图最舌为接近，故力聪学性能良好。集梯形屋架，因稻其既具有较好绒的力学性能，沟上下弦均为直井线施工方便，粪故在大中跨建雾筑中被广泛应陈用。三角形屋义架与矩形屋架书力学性能较差指。三角形屋架祝一般仅适用于拍中小跨度，矩遍形屋架常用作宽托架或荷载较熔特殊情况下使砍用。闻b良.侵屋面防水构造润屋面防水构造卸决定了屋面排蛇水坡度，进而舱决定屋盖的建政筑造型。私一般来说，当醋屋面防水材料乓采用粘土瓦、书机制平瓦或水雾泥瓦时，应选趴用三角形屋架酿、陡坡梯形屋举架。当屋面防绒水采用卷材防急水、金属薄板谱防水时，应选怕用拱形屋架、壮折线形屋架和丑缓坡梯形屋架王。念c滑.浪材料的耐久性洪及使用环境漏木材及钢材均福易腐蚀，维修蛙费用较高。因玩此，对于相对纪湿度较大而又姑通风不良的建森筑，或有侵蚀假性介质的工业给厂房，不宜选躲用木屋架和钢尽屋架，宜选用哀预应力混凝土倒屋架，可提高衡屋架下弦的抗点裂性，防止钢腐筋腐蚀。崭d兽.裁屋架结构的跨婚度巩跨度暮在颈18促m广以下时，可选财用钢筋混凝土伴一钢组合屋架怒；这种屋架构龟造简单、施工牲吊装方便，技隐术经济指标较愉好。跨度醉在方36孝m宵以下时，宜选挠用预应力混凝爪土屋架，既可污节省钢材，又贺可有效地控制势裂缝宽度和挠悲度。对于跨度逼在覆36见m陡以上的大跨度闸建筑或受到较怀大振动荷载作漆用的屋架，宜渗选用钢屋架，款以减轻结构自貌重，提高结构醒的耐久性与可卧靠性。扰（宫2稿）屋架结构的爪基本尺寸勺屋架结构的基钥本尺寸包括屋障架的矢高、坡莫度、节间长度睛。a.矢高卵屋架矢高主要爷由结构刚度条页件确定，屋架服的矢高直接影悟响结构的刚度阀与经济指标。辽矢高大、弦杆拔受力小，但腹粮杆长、长细比偿大、易压曲，助用料反而会增臂多。矢高小，学则弦杆受力大剖、截面大、且辈屋架刚度小、教变形大。起因此，矢高不湖宜过大也不宜拳过小。屋架的柴矢高也要根据应屋架的结构型谁式。一般矢高睬可取跨度村的恰1/1恢0同～五1/斧5胃。b.坡度熊屋架上弦坡度素的确定应与屋纽面防水构造相甲适应。刺当采用瓦类屋锡面时，屋架上阶弦坡度应大些享，一般不小漏于侍1/装3涨，以利于排水殃。当采用大型狗屋面板并做卷烘材防水时，屋产面坡度可平缓丝些，一般济为乡1/班8蒜～缘1/1潜2先。c.节间长度梁屋架节间长度插的大小与屋架绑的结构型式，曲材料及受荷条眨件有关。揪一般上弦受压徐，节间长度应戏小些，下弦受咽拉，节间长度校可大些。屋面昂荷载应直接作询用在节点上，秤以优化杆件的万受力状态。为堡减少屋架制作候工作量，减少承杆件与节点数观目，节间长度激可取大些。但拼节间杆长也不白宜过大，一般扶为牙1.情5幻～右4烤m崖。侄屋架的宽度主搞要由上弦宽度永决定。钢筋混目凝土屋架当采注用大型屋面板山时，上弦宽度竖主考虑屋面板把的搭接要求，终一般不小辞于色20c新m卵。企跨度较大的屋蛛架将产生较大遣的挠度。因此叨，制作时要采神取起拱的办法怀抵消荷载作用蹄下产生的挠度雁。跨度大文于猫18照m命的三角形屋架期和跨度大饼于兆24强m运的梯形屋架，侨起拱度一般为妄跨借度驻1/50订0砖。碗（董3因）屋架结构的捉布置彼屋架结构的布宁置，包括屋架箩结构的跨度、怜间距、标高等就，主要考虑建即筑外观造型及额建筑使用功能算方面的要求来凯决定。对于矩帆形的建筑平面皱，一般采用等箱跨度、等间距狮、等标高布置奇的同一种类的暑屋架，以简化蹄结构构造、方邀便结构施工。建为了构造简单佛，制作方便，爷屋架的弦杆通佩常设计成等截睬面的。所以确李定屋架的形式胞时应尽量使弦炉杆沿全长的内点力分布基本相禁同。如果各节鼠间的内力相差请太大，容易造俩成材料的浪费揭。屋架的腹杆艳布置要合理，悲尽量避免非结春点荷载。并尽投量使长腹杆受衬拉，短腹杆受段压，腹杆数目绑宜少，使结点鬼汇集的杆件少券，构造简单。雅结点构造要简梢单合理。杆件醋的交角不宜太陵小，一般偷在骤25与0楼～著75获0时之间。抛a兼.肌屋架的跨度为屋架的跨度应产根据工艺使用坦和建筑要求确粮定，一般信以末3虾m钞为模数。对于灰常用屋架型式农的常用跨度，播我国都制订了姨相应的标准图典集可供查用，谋从而可加快设结计及施工的进供度。句对于矩形平面慰的建筑，一般袄可选用同一种句型号的屋架，强仅端部或变形喝缝两侧屋架中练的预埋件稍有畅不同。对于非猪矩形平面的建模筑，各根屋架表的跨度就不可申能一样，这时达应尽量减少其违类型以方便施猛工。米b禽.萌屋架的间距凭屋架一般宜等斧间距平行排列迹，与房屋纵向原柱列的间距一印致，屋架直接市搁置在柱顶。谋间距的大小除貌考虑建筑平面郊柱网布置的要道求外，还要考栋虑屋面结构及谨吊顶构造的经素济合理性。屋日架的间距同时恶即为屋面板或膛檩条、吊顶龙煌骨的跨度，最秒常见的闹为印6叙m蛙，有时也坛有乎7.5它m芳、担9借m也、幼12通m灰等。问c崭.球屋架的支座有屋架支座的标抓高由建筑外形楼的要求确定，仗一般为在同层偏中屋架的支座屡取同一标高。堵当一根屋架两辛端支座的标高秀不一致时，要浸注意可能会对将支座产生水平大推力。屋架的烦支座形式，在峰力学上可简化指为铰接支座。眼实际工程中，箩当跨度较小时垒，一般把屋架迹直接搁置在墙番、垛、柱或圈扶梁上。当跨度搏较大时，则应储采取专门的构烈造措施，以满银足屋架端部发漆生转动的要求逃。承（粪4热）屋架结构的饼支撑窄屋架支撑的位盾置在有山墙时参设在房屋两端隶的第二开间内偷，对无山墙（碰包括伸缩缝处饶）的房屋设在慧房屋两端的第选一开间内；在烫房屋中间每隔氏一定距离（一工般寒≤纽60高m械）亦需设置一甜道支撑，对于攻木屋架，距离糟为别2稼0螺～扮30肺m痛。窑支撑体系包括掘上弦水平支撑倒、下弦水平支芹撑与垂直支撑押，它们把上述处开间相邻的两存桁架连结成稳著定的整体。在围下弦平面通过梯纵向系杆，与售上述开间空间晕体系相连，以猛保证整个房屋徒的空间刚度和贡稳定性。垮支撑的作用有前三个：键（浊1反）保证屋盖的逗空间刚度与整客体稳定；浅（啦2僻）抵抗并传递玉由屋盖沿房屋捎纵向传来的侧竞向水平力，如给山墙承受的风答力、纵向地震四作用等；嚷（警3笋）防止桁架上何弦平面外的压脂曲，减少平面淘外长细比，并拉防止桁架下弦笼平面外的振动踩。1.贝宁体育馆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1-27所示。体育馆可容纳观众5000名，总建筑面积14015m2，屋盖结构考虑到当地的施工条件及实际情况，采用梭形立体桁架，跨度为65.3m，高跨比为1/13，中间起拱1/330。上弦及腹杆采用Q235无缝钢管，下弦用Q345无缝钢管。图1-27贝宁科托努市，贝宁体育馆2.上海大剧院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。工程用地面积21644m2，占地面积11530m2，总建筑面积62800m2，地下两层，地上6层，高度为40m。该工程