桁架結(jié)構(gòu)課件

1、桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述桁架結(jié)構(gòu)是由直桿在端部相互連接而成的以抗彎為主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。（桁架是由直線形桿件組成三角形區(qū)格集合形成的一種平面結(jié)構(gòu)單元。）l桁架一般由上弦桿、腹桿（豎桿和斜腹桿）組成。l在房屋建筑中，桁架常用作為為屋蓋承重結(jié)構(gòu)，稱為屋架。用于屋蓋的桁架結(jié)構(gòu)體系有兩類：1.平面桁架2.空間桁架。作為桁架的整體來說，它們受彎受剪，但作為桁架中的構(gòu)件來說，只承受軸力。l桁架結(jié)構(gòu)的最大特點是：把整體受彎轉(zhuǎn)化為局部構(gòu)件的受壓和手拉。l屋架的主要缺點是結(jié)構(gòu)高度大，側(cè)向剛度小。結(jié)構(gòu)高度大，增加了屋面及圍護墻的用料，同時也增加了采暖，通風，采光等設(shè)備的負荷，并給音響控制帶來困難。l側(cè)向

2、剛度小，對于鋼屋架特別明顯，受壓的上弦平面外穩(wěn)定性差，也難以抵抗房屋縱向的側(cè)向力，需要設(shè)置支撐。一般房屋縱向的側(cè)向力并不大，但支撐很多，都按構(gòu)造（長細比）要求確定截面，故耗鋼量不少但未能材盡其用。（一）、桁架結(jié)構(gòu)的組成 桁架多應(yīng)用于受彎構(gòu)件，在外荷載的作用下，簡支桁架所產(chǎn)生的彎矩圖和剪力圖都與簡支梁式的情況相似。但桁架結(jié)構(gòu)具有與簡支梁完全不同的受力性能。 簡支梁在豎向均布荷載作用下，沿梁軸線的彎矩和剪力的分布和截面內(nèi)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布都極不均勻。 桁架的上弦受壓、下弦受拉，由此形成力偶來平衡外荷載所產(chǎn)生的彎矩。外荷載所產(chǎn)生的剪力則是由斜腹桿軸力中的豎向分量來平衡。 桁架各桿件單元（上弦桿、

3、下弦桿、斜腹桿、豎桿）均為軸向受拉或軸向受壓構(gòu)件，使材料的強度可以得到充分的發(fā)揮。第二節(jié) 桁架的特點和形式（二）、桁架結(jié)構(gòu)計算的假定l1、 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(nèi)，這一平面稱為桁架的中心平面；l2、 桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點；l3、 所有外力（荷載和支座反力）都作用在桁架的中心平面內(nèi)，并集中作用于節(jié)點上。桿件受力計算桿件受力計算l（三）、桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析矩形桁架、三角形桁架和折線形桁架內(nèi)力分析矩形桁架、三角形桁架和折線形桁架內(nèi)力1、矩形桁架1）弦桿：矩形桁架高度相等，下弦各節(jié)間的內(nèi)力隨外荷載產(chǎn)生的總彎矩而變化，跨中節(jié)間軸力大、靠近支

4、座處軸力較小或為零，下弦內(nèi)力變化較大。2）腹桿：沿跨度方向各腹桿的軸力變化與剪力圖一致，跨中小而支座處大，其值變化較大。2）三角形桁架l上、下弦桿內(nèi)力在跨中節(jié)間最小，在靠近支座處最大。l因高度變化速度大于剪力變化速度，故斜腹桿和豎腹桿的受力都是跨中大，支座處小。3）折線形桁架l高度呈拋物線型的桁架是最理想的桁架形式。l上弦曲線做成圓形使屋架外形與拋物線彎矩圖接近，為便于制作，常將桁架上弦各節(jié)點與彎矩圖重合，而在各節(jié)點之間取直線，成為折線形桁架。這時，上、下弦桿內(nèi)各節(jié)間軸力基本相等。l（斜）腹桿內(nèi)力全部為零。三、屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置（一）屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸1、矢高 矢高大，弦桿受力小，但腹桿長、

5、長細比大、易壓曲，用料反而會增多。 矢高小，弦桿受力大，截面大、且屋架剛度小，變形大。 因此，矢高不宜過大和過小，一般取1/101/5。2、坡度當采用瓦類屋面時，屋架上弦坡度應(yīng)大些，一般不小于1/3；當采用大型屋面板并做卷材防水時，屋面坡度可平緩些，一般為1/81/12。3、節(jié)間長度l上弦受壓，節(jié)間長度應(yīng)小些，下弦受拉，節(jié)間長度可大些。屋面荷載應(yīng)直接作用在節(jié)點上，以優(yōu)化桿件的受力狀態(tài)。l為減少屋架制作工作量，減少桿件與節(jié)點數(shù)目，節(jié)間長度可取大些，一般為1.54m。（二）屋架結(jié)構(gòu)的選型1、屋架結(jié)構(gòu)的受力拋物線狀的拱式結(jié)構(gòu)：受力最為合理，但施工復雜。折線形屋架：與彎矩圖最接近，力學性能良好。梯形屋

6、架：力學性能較好，上下弦均為直線施工方便，在大中跨建筑中被廣泛應(yīng)用。三角形屋架：力學性能較差，適用于中小跨度。矩形屋架：力學性能較差，用作托架或荷載較特殊情況下使用。2、屋面防水構(gòu)造三角形、陡坡梯形屋架：屋面材料采用粘土瓦、機制平瓦或水泥瓦。拱形、折線形屋架：采用卷材防水、金屬薄板材料。3、材料耐久性木材、鋼材：易腐蝕，維修費用高，不宜用于有侵蝕性的工業(yè)廠房和通風不良的建筑。預應(yīng)力混凝土屋架：提高屋架下弦的抗裂性，防止鋼筋腐蝕。4、跨度18m以下：鋼筋混凝土鋼組合屋架，構(gòu)造簡單、施工方便、技術(shù)經(jīng)濟指標較好。36m以下：預應(yīng)力混凝土屋架，節(jié)省鋼材，有效控制裂縫寬度和撓度。36m以上（大跨度或振動

7、荷載較大）：鋼屋架，結(jié)構(gòu)自重輕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性。（三）屋架結(jié)構(gòu)的布置屋架結(jié)構(gòu)的布置，包括層架結(jié)構(gòu)的跨度，間距，標高等，主要有建筑外觀造型及建筑使用功能方面的要求來決定。節(jié)點構(gòu)造要簡單合理，桿件的交角不宜太小，25度到75度之間。1、屋架的跨度一般以3m為模數(shù)。我國制訂了相應(yīng)的標準圖集可拱查用。2、屋架的間距等間距平行排列，與房屋縱向柱列的間距一致，屋架直接擱置在柱頂。常見的有：6m、7.5m、9m、12m等。3、屋架的支座l支座標高由建筑外形的要求確定，在同層中屋架的支座取同一標高。l在力學上可簡化為鉸接支座。l當跨度較小時，把屋架直接擱置在墻、柱或圈梁上；跨度較大時，應(yīng)采取專門的構(gòu)造措施。（四）屋架結(jié)構(gòu)的支撐l 包括：屋架之間的垂直支撐、水平系桿、設(shè)置在上、下弦平面內(nèi)的橫向支撐、下弦平面內(nèi)的縱向水平支撐。l 作用：保證屋架在使用和安裝時的側(cè)向穩(wěn)定性，增強屋蓋的整體剛度，增強排架的空間工作性能。防止桁架上弦平面外的壓曲，減少平面外長細比，并防止桁架下弦平面外的振動。2、屋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計實例上海大劇院l位于上海市中心人民廣場西北側(cè)。工程用地面積21644m2，占地面積11530 m2，總建筑面積62800 m2，地下兩層，地上6層，高度為40m。法國建筑師中標。l方案中最引人注目的是呈反拱的月牙形屋蓋，縱向長100.4m，橫向?qū)?4