排架結(jié)構(gòu)體系桁架

8.1概述排架結(jié)構(gòu)承重體系一般由多個(gè)排架組成，在排架之間通過支撐或連梁連接。嚴(yán)格講，空間受力體系。實(shí)際受力中，一種荷載的作用常對(duì)本身所在的排架起主要作用，而對(duì)鄰近排架的影響較小，可以忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化為平面排架體系。用途排架結(jié)構(gòu)一般可用于單層工業(yè)廠房、空曠建筑物如倉(cāng)庫(kù)、車庫(kù)、飛機(jī)庫(kù)、食堂、劇院等第1頁/共103頁12021/10/10星期日8.1概述分類按荷載傳遞分為：橫向排架結(jié)構(gòu)體系縱向排架結(jié)構(gòu)體系排架按材料分類（根據(jù)建筑功能、經(jīng)濟(jì)條件、施工條件及材料供應(yīng)等選用不同材料）：鋼筋混凝土排架鋼排架鋼與鋼筋混凝土組成的排架磚排架第2頁/共103頁22021/10/10星期日8.1.1排架結(jié)構(gòu)傳力途徑屋面荷載屋頂承重結(jié)構(gòu)→排架柱→基礎(chǔ)；作用于圍護(hù)墻的風(fēng)荷載一部分直接傳于柱子；另一部分則由墻體先傳至墻梁，再由墻梁傳至柱子；水平地震作用通過屋頂承重結(jié)構(gòu)傳至柱子；吊車制動(dòng)力經(jīng)由吊車梁等構(gòu)件直接傳至柱子；作用于排架平面內(nèi)的任何荷載均通過排架傳至地基，均使柱子產(chǎn)生彎矩、剪力、軸力等，使柱與基礎(chǔ)均為偏心受力構(gòu)件。第3頁/共103頁32021/10/10星期日8.1.2排架結(jié)構(gòu)類型鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)鋼排架結(jié)構(gòu)混合排架結(jié)構(gòu)磚排架結(jié)構(gòu)第4頁/共103頁42021/10/10星期日1鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)柱矩形、工字形、雙肢柱、管型預(yù)制柱。屋頂承重結(jié)構(gòu)薄腹大梁、桁架、帶拉桿拱形屋架特點(diǎn)：剛度較大，耐火等級(jí)高（300），材料來源方便、制作及施工較簡(jiǎn)單，跨度較大（36~60米），柱高可達(dá)20多米，吊車載重量可達(dá)一兩百噸，可單跨或多跨布置，各跨可以等高或不等高。第5頁/共103頁52021/10/10星期日鋼筋混凝土排架柱類型常用柱的選型（自重，剛度，施工，構(gòu)造，運(yùn)輸、吊裝）矩形：外形簡(jiǎn)單整齊，制作方便工字形柱：受力形態(tài)比矩形柱合理平腹桿雙肢柱斜腹桿雙肢柱管柱第6頁/共103頁62021/10/10星期日鋼筋混凝土排架柱選型原則應(yīng)力求合理、模板簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，要考慮有無吊車規(guī)格、柱高和柱距等因素；同時(shí)要因地制宜，考慮制作、運(yùn)輸、吊裝及材料供應(yīng)等條件；在同一工程中，柱型、規(guī)格不宜過多，為施工工廠化、機(jī)械化創(chuàng)造條件。預(yù)制柱根據(jù)截面高度確定截面形式：h≤600mm時(shí)，宜采用矩形截面；h=600~800mm時(shí)，采用工字型或矩形；h=900~1400mm時(shí)，宜采用工字型；h＞1400mm時(shí)，宜采用雙肢柱；管柱及其它柱型可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工程具體情況選用。第7頁/共103頁72021/10/10星期日鋼筋混凝土排架柱選型應(yīng)根據(jù)柱的總長(zhǎng)度和所受內(nèi)力選擇不同的形式。對(duì)于設(shè)有懸臂吊車的柱宜采用矩形；對(duì)于易受撞擊及設(shè)有壁行吊車的柱宜采用矩形或腹板厚度≥120mm、翼緣高度≥150mm的工字型柱，采用雙肢柱時(shí)，安裝壁行吊車的局部宜作成實(shí)腹形；高溫車間和有侵蝕性氣體的車間，不宜采用薄壁的工字型柱、管柱及雙肢柱等，以保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性。8度或9度區(qū)，宜采用矩形、斜腹桿雙肢柱或工字型柱。不宜采用薄壁開孔或預(yù)制腹板的工字型柱；柱底至室內(nèi)地坪以上500mm內(nèi)及上柱宜采用矩形截面。第8頁/共103頁82021/10/10星期日屋頂承重結(jié)構(gòu)跨度小于18米可用屋面大梁（薄腹梁）跨度大于18米可用裝配式鋼筋混凝土屋架屋架可以采用三角形屋架、梯形屋架或折線型屋架等多種形式。屋架形式的選用,應(yīng)考慮廠房的生產(chǎn)要求、跨度大小、有無吊車及吊車起吊質(zhì)量和吊車工作制、建筑構(gòu)造、現(xiàn)場(chǎng)條件及當(dāng)?shù)厥褂媒?jīng)驗(yàn)等因素。第9頁/共103頁92021/10/10星期日2鋼排架及混合排架鋼排架屋頂承重結(jié)構(gòu)采用鋼桁架，鉸接于鋼柱柱頂；混合排架屋頂承重結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)而柱子采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)鋼桁架自重輕，制作與吊裝均比鋼筋混凝土桁架有利（不產(chǎn)生裂縫），對(duì)具有較大振動(dòng)的建筑物具有韌性，在地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)具有很好的延性。在跨度＞30m時(shí)，優(yōu)點(diǎn)更突出。有防爆要求的建筑中，為減輕屋頂重量，減少災(zāi)害常采用鋼結(jié)構(gòu)屋頂。第10頁/共103頁102021/10/10星期日2鋼排架及混合排架缺點(diǎn)：高溫環(huán)境，鋼材的強(qiáng)度將受到影響，一般在300oC以下影響不大，而超過300oC以后，鋼材的屈服點(diǎn)及極限強(qiáng)度均開始下降，當(dāng)達(dá)到600oC時(shí)，強(qiáng)度幾近為零。防火等級(jí)不能滿足二級(jí)要求（屋頂承重結(jié)構(gòu)為非燃燒體，耐火極限0.5小時(shí))；不能耐受酸氣腐蝕，不宜用于濕度較大的環(huán)境；易失穩(wěn)，應(yīng)注意設(shè)置支撐系統(tǒng)。第11頁/共103頁112021/10/10星期日鋼、混合排架用途及構(gòu)件種類大跨度的食堂、影劇院、體育館、飛機(jī)庫(kù)和重型工業(yè)車間；鋼桁架作為屋面承重結(jié)構(gòu)，屋面板可以采用有檁體系和無檁體系；有檁體系檁條可以為型鋼檁條、薄壁型鋼檁條、輕型鋼桁架檁條等，屋面材料可以采用瓦楞鐵、壓軋型鋼板、石棉瓦、預(yù)制鋼筋混凝土槽型瓦，波形瓦或粘土瓦等。無檁體系一般屋面可以采用預(yù)應(yīng)力大型屋面板，或加筋加氣混凝土屋面板，采用加筋灌縫提高剛度和防潮。第12頁/共103頁122021/10/10星期日排架柱鋼排架柱一般可以選擇工字型或H型鋼柱；荷載較大時(shí)，可用型鋼及鋼板組合成大型實(shí)腹工字型柱；荷載更大時(shí)，則可以采用帶斜腹桿的雙肢柱為了滿足防火要求，鋼結(jié)構(gòu)外部應(yīng)另加防火保護(hù)層；混合排架柱與鋼筋混凝土排架相同第13頁/共103頁132021/10/10星期日8.2薄腹梁結(jié)構(gòu)薄腹梁實(shí)質(zhì)就是梁結(jié)構(gòu)，屬受彎構(gòu)件，用于屋蓋。由于跨度比較大，為了減輕結(jié)構(gòu)自重，截面常用工字型或T型，因而梁腹明顯地薄，故稱“薄腹梁”。第14頁/共103頁142021/10/10星期日8.2.1薄腹梁的優(yōu)缺點(diǎn)和運(yùn)用范圍制作、構(gòu)造、吊裝及設(shè)計(jì)等都較簡(jiǎn)單，同時(shí)由于梁的高度比桁架小，側(cè)向剛度較大，可以降低廠房的高度且不需設(shè)置屋面支撐。自重大。所以適用跨度僅是6~18m范圍。普通鋼筋混凝土薄腹梁跨度為6~12m，預(yù)應(yīng)力時(shí)，跨度為12~18m。薄腹梁可分為單坡式和雙坡式兩種，根據(jù)排水方式及跨度大小選用。單坡式的梁高不變；雙坡式的梁高由兩邊向中間逐漸增加，因梁高的變化與受力情況相符，故較省材料和更加經(jīng)濟(jì)。第15頁/共103頁152021/10/10星期日8.2.2薄腹梁的構(gòu)造尺寸由施工條件、鋼筋布置、構(gòu)造及剛度等因素決定。梁端部高度：一般不小于600。雙坡式的屋面坡度：1/8~1/12。梁高主要由剛度控制，以梁的造價(jià)最經(jīng)濟(jì)為原則單坡梁高h(yuǎn)=（1/18~1/12）l，普通鋼筋混凝土?xí)r；雙坡梁的中間高h(yuǎn)=（1/14~1/16）l，預(yù)應(yīng)力時(shí)；梁腹厚度：一般60~100。上翼緣寬度：取決于屋面板的支承穩(wěn)定，通常250~400。下翼緣寬度：取決于鋼筋布置的需要，通常200~300。第16頁/共103頁162021/10/10星期日薄腹梁尺寸圖第17頁/共103頁薄腹梁選用1、預(yù)應(yīng)力混凝土單坡屋面梁（G414）2、預(yù)應(yīng)力混凝土雙坡屋面梁（G414）高度小，重心低，側(cè)向剛度好，施工方便，但自重大，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差；適用與有較大震動(dòng)和腐蝕介質(zhì)的廠房。屋面坡度為1/8~1/12第18頁/共103頁182021/10/10星期日8.3桁架結(jié)構(gòu)桁架應(yīng)用廣，適用跨度范圍（6~60m）非常大。以受力特點(diǎn)可分為平面桁架、立體桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架，旨在強(qiáng)調(diào)其立體桁架或空腹桁架有所區(qū)別時(shí)，才稱之為平面桁架。文藝復(fù)興時(shí)期，改進(jìn)完善了木桁架，解決了空間屋頂結(jié)構(gòu)的問題；19世紀(jì)工業(yè)大發(fā)展，因工業(yè)、交通建設(shè)需要，進(jìn)一步加大跨度。出現(xiàn)了各種鋼屋架采用桁架房屋建筑中，桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu)，這時(shí)常稱為屋架。第19頁/共103頁192021/10/10星期日8.3桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)受力合理；計(jì)算簡(jiǎn)單；施工方便；適應(yīng)性強(qiáng)；對(duì)支座沒有橫向推力。擴(kuò)大了梁式結(jié)構(gòu)的適用跨度。第20頁/共103頁202021/10/10星期日8.3桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)高度大，側(cè)向剛度小。其中側(cè)向剛度小對(duì)于鋼屋架特別明顯，桁架結(jié)構(gòu)受壓的上弦平面外穩(wěn)定性差，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(zhǎng)細(xì)比）要求確定截面，故耗鋼量不少卻未能材盡其用。第21頁/共103頁212021/10/10星期日8.3.1桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1桁架的形成2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力第22頁/共103頁222021/10/10星期日1桁架的形成從梁結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力的分布情況來看，單跨簡(jiǎn)支梁受荷后的截面應(yīng)力分布為壓區(qū)三角形和拉區(qū)三角形，中和軸處應(yīng)力為零，離中和軸越近應(yīng)力越小利用這一特點(diǎn)，把橫截面上的中間部分削減形成工字型截面，即可以節(jié)省材料又可以減輕結(jié)構(gòu)自重。第23頁/共103頁232021/10/10星期日1桁架的形成把縱截面上的中間部分挖空形成空腹式，可收到節(jié)省材料和減輕自重的效果，挖空程度越大，材料越省，自重越輕；大幅度挖空，中間剩下幾根截面很小的連桿時(shí)，就發(fā)展成為所謂的“桁架”。第24頁/共103頁242021/10/10星期日1桁架的形成桁架的組成上弦，下弦，豎腹桿，斜腹桿，桁架的實(shí)質(zhì)利用梁的截面幾何特征的有利因素，即利用了構(gòu)件截面的慣性矩和抵抗矩增大的同時(shí)，截面面積反而可以減小?！凹匆宰钚〗孛婷娣e作最大限度的擴(kuò)展”。第25頁/共103頁252021/10/10星期日1桁架的形成桁架的受力特點(diǎn)各桿件單元均為軸向受壓（受拉）構(gòu)件。外荷載所產(chǎn)生的彎矩由上弦下弦形成的力偶來平衡；上弦受壓，下弦受拉；桁架的上下弦之間的距離拉開越遠(yuǎn)越有利，適用跨度越大。外荷載所產(chǎn)生的剪力由豎腹桿的軸力和斜腹桿軸力的豎向分量來平衡。截面正應(yīng)力分布均勻；材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮第26頁/共103頁262021/10/10星期日2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定基本假定1.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。第27頁/共103頁272021/10/10星期日2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定基本假定2.桁架的桿間與桿件相連接的節(jié)點(diǎn)均為鉸接節(jié)點(diǎn)。是桁架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化計(jì)算模型的關(guān)鍵。在實(shí)際房屋建筑工程中，真正采用鉸接節(jié)點(diǎn)的桁架是極少的。木材常采用榫接，與鉸接的力學(xué)要求較為接近；鋼材常用鉚接或焊接，節(jié)點(diǎn)可傳遞一定地彎矩；鋼筋混凝土的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造則往往采用剛性連接。嚴(yán)格說，鋼桁架和鋼筋混凝土桁架都應(yīng)按剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算，各桿件除承受軸力外，還承受彎矩的作用。但彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力很小，在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上采取適當(dāng)?shù)拇胧?，其?yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不會(huì)造成危害，故一般計(jì)算中均將衍架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)按鉸接處取。第28頁/共103頁282021/10/10星期日2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定基本假定3.所有外力（包括荷載及支座反力）都作用在桁架的中心平面內(nèi)，并集中作用于節(jié)點(diǎn)上。

第29頁/共103頁292021/10/10星期日2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定基本假定3.所有外力（包括荷載及支座反力）都作用在桁架的中心平面內(nèi)，并集中于節(jié)點(diǎn)上。非節(jié)點(diǎn)荷載的處理木桁架或鋼筋混凝土桁架——加大截面鋼桁架——再分式第30頁/共103頁302021/10/10星期日2桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定桁架的基本特點(diǎn)平面——外荷與支座反力都作用在全部桁架桿件軸線所在的平面內(nèi)；幾何不變——桁架的桿件按三角形法則構(gòu)成;鉸接——桿件相交的節(jié)點(diǎn)，按鉸接考慮;軸向受力——各桿件（弦桿、豎桿、斜桿）只受軸向力，這是材盡其用的有效途徑。第31頁/共103頁312021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力桁架的內(nèi)力的不均勻性整體上，桁架的受力比梁式結(jié)構(gòu)合理；各桿件單元，內(nèi)力分布是不均勻的；桿件的截面尺寸由同一類構(gòu)件中內(nèi)力最大者決定；其余桿件的材料強(qiáng)度仍未得到充分發(fā)揮。桁架的內(nèi)力與桁架外形有著密切的關(guān)系。第32頁/共103頁322021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力平行弦桁架桿件內(nèi)力是不均勻的，弦桿內(nèi)力是兩端小而向中間逐漸增大，腹桿內(nèi)力是兩端大而想中間逐漸減小。第33頁/共103頁332021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力三角形桁架桿件內(nèi)力是不均勻的弦桿內(nèi)力是兩端大而中間逐漸減小，腹桿內(nèi)力是兩端小而向中間逐漸增大。第34頁/共103頁342021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力弧形桁架桿件內(nèi)力大致均勻，從力學(xué)角度看，它的形狀與簡(jiǎn)支梁的彎矩圖形相似，其形狀符合受荷后的內(nèi)力變化規(guī)律，所以是結(jié)構(gòu)上較好的形式。第35頁/共103頁352021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力桁架的內(nèi)力與桁架外形的關(guān)系第36頁/共103頁362021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力桁架的內(nèi)力與桁架外形的關(guān)系第37頁/共103頁372021/10/10星期日3桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力由受力分析可以看出在其他條件相同的情況下，受力最合理，結(jié)點(diǎn)構(gòu)造最簡(jiǎn)單，用料最經(jīng)濟(jì)，自重最輕巧，施工也可行的是多邊形或弧形桁架，因其上弦非直線，制作較復(fù)雜，僅適用于較大跨度的情況。一般為便于構(gòu)造與制作，上下弦各采用等截面桿件，其截面按最大內(nèi)力決定，故內(nèi)力較小的節(jié)間，材料未盡其用；為充分發(fā)揮材力，應(yīng)盡量使弦桿各節(jié)點(diǎn)內(nèi)力值接近。為進(jìn)一步改進(jìn)多邊形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折線形上弦的桁架，其高度變化接近于拋物線，這樣適用于中、大跨（l>18m），但其制作仍比三角形或梯形桁架復(fù)雜，三角形桁架的最大特點(diǎn)是上弦為兩根直料，構(gòu)造與制作最簡(jiǎn)單，但受力極不均勻，僅適用于小、中跨(l≤18m)的桁架情況。第38頁/共103頁382021/10/10星期日8.3.2屋架結(jié)構(gòu)的型式按材料分類木屋架鋼-木組合屋架鋼屋架輕型鋼屋架鋼筋混凝土屋架預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架鋼筋混凝土-鋼組合屋架第39頁/共103頁392021/10/10星期日8.3.2屋架結(jié)構(gòu)的型式按屋架外形分類三角形屋架梯形屋架拋物線屋架折線型屋架平行弦屋架按結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)橋式屋架無斜腹桿屋架剛接桁架立體桁架第40頁/共103頁402021/10/10星期日1木屋架材料常用方木或原木齒連接的豪式木屋架。形式一般分為三角形和梯形兩種，工地制作。第41頁/共103頁412021/10/10星期日1木屋架豪式木屋架主要尺寸節(jié)間長(zhǎng)度以控制在2~3m的范圍內(nèi)為宜，一般為4~8節(jié)間；適用跨度為12~18m；當(dāng)屋架跨度不大時(shí)，上弦可用整根木料。當(dāng)屋架跨度較大上弦需做節(jié)頭時(shí)，四節(jié)間屋架的接頭以設(shè)在中間節(jié)點(diǎn)處為宜；六節(jié)間以上的屋架，接頭不應(yīng)設(shè)在脊節(jié)點(diǎn)的兩側(cè)。接頭位置應(yīng)盡量靠近節(jié)點(diǎn)，避免承受較大的彎矩。木屋架的高跨比宜在1／5—1／4之間。第42頁/共103頁422021/10/10星期日1木屋架三角形屋架內(nèi)力分布不均勻、支座處大而跨中小。一般適用于跨度在18m以內(nèi)坡度大，適用于屋面材料為粘土瓦、水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度較大的情況。第43頁/共103頁432021/10/10星期日1木屋架梯形屋架受力性能比三角形屋架合理。適用于房屋跨度較大時(shí)，適用跨度12~18m。當(dāng)采用波形石棉瓦、鐵皮或卷材作屋面防水材料時(shí)，屋面坡度需取i＝l/5。第44頁/共103頁442021/10/10星期日2鋼-木組合屋架屋架形式豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。由于不易取得符合下始材質(zhì)標(biāo)淮的上等木材，特別是原木和方木干燥較慢，干裂縫對(duì)采用所這接利螺檢連接的下弦十分不利，而采用鋼拉桿作為屋架的下弦，每平方米建筑而積的用鋼員儀增加2—4kg，但卻顯著地提高廣結(jié)構(gòu)的可靠性，同時(shí)內(nèi)于鋼材的彈性模量高于木材，且還消除／接頭的非彈性坐形，從而提高了屋架結(jié)構(gòu)的剛度。鋼—木組合屋架的適用跨度視屋架結(jié)構(gòu)的外形而定，對(duì)于三角形屋架，其跨度一般為l2一18m，對(duì)于梯形、折線形等多邊形屋架，其跨度可達(dá)18—24nl。第45頁/共103頁452021/10/10星期日2鋼-木組合屋架屋架形式豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。選型考慮因素由于不易取得符合下弦材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上等木材，原木和方木干燥較慢，干裂縫對(duì)采用齒連接和螺栓連接的下弦十分不利，采用鋼拉桿作為屋架的下弦，每m2建筑面積的用鋼量?jī)H增加2~4kg，但卻顯著地提高了結(jié)構(gòu)的可靠性，由于鋼材的彈性模量高于木材，且還消除了接頭的非彈性變形，從而提高了屋架結(jié)構(gòu)的剛度。適用跨度——視屋架結(jié)構(gòu)的外形而定三角形屋架，跨度一般為12~18m，梯形、折線形等多邊形屋架，其跨度可達(dá)18—24m。第46頁/共103頁462021/10/10星期日3鋼屋架屋架形式三角形屋架梯形屋架矩形（平行弦）屋架第47頁/共103頁472021/10/10星期日3鋼屋架三角形屋架一般用于屋面坡度較大的屋蓋結(jié)構(gòu)中。當(dāng)屋面材料為粘土瓦、機(jī)制平瓦時(shí)，要求屋架的高跨比為1/4~1/6。屋架弦桿內(nèi)力變化較大，弦桿內(nèi)力在支座處最大，在跨中最小，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮作用。一般宜用于中小跨度的輕屋蓋結(jié)構(gòu)。當(dāng)荷載和跨度較大時(shí)，三角形屋架不經(jīng)濟(jì)。常用形式是芬克式屋架，它的腹桿受力合理，長(zhǎng)桿受拉，短桿受壓，且可分為兩根小屋架制作，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝、施工方便。第48頁/共103頁482021/10/10星期日3鋼屋架梯型屋架一般用于屋面坡度較小的屋蓋中。受力性能比三角形屋架優(yōu)越、適用于較大跨度或較大荷載的工業(yè)廠房。當(dāng)上弦坡度為1/8~1/12時(shí)，梯形屋架的高度可取1/6~1/8l，多用于無檁體系屋蓋，屋面大多用大型屋面板。上弦節(jié)間長(zhǎng)度應(yīng)與大型屋面板尺寸相配合，使大型屋面板的主肋正好擱置在屋架上弦的節(jié)點(diǎn)上，上弦個(gè)不產(chǎn)生局部彎矩。當(dāng)節(jié)間過長(zhǎng)時(shí)，可采用再分式腹桿的形式。當(dāng)采用有檁體系屋蓋時(shí)，則上弦節(jié)間長(zhǎng)度可根據(jù)核條的間距而定，一般為0.8~3m。第49頁/共103頁492021/10/10星期日3鋼屋架矩形（平行弦）屋架上、下弦平行，腹桿長(zhǎng)度一致，桿件類型少，易于滿足標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)的要求。矩形屋架在均布荷載作用下，桿件內(nèi)力分布極不均勻，故材料強(qiáng)度得不到充分利用，不宜用于大跨度建筑中，一般常用于托架或支撐系統(tǒng)。當(dāng)跨度較大時(shí)為節(jié)約材料，也可采用不同的桿件截面尺寸。第50頁/共103頁502021/10/10星期日4輕型鋼屋架結(jié)構(gòu)型式三角形屋架三鉸拱屋架適用于斜坡屋面，坡度通常取1/2~1/3。梭形屋架梭形屋架的屋面坡度較平坦，通常取1/12~1/8。常用的是三角形屋架。構(gòu)件選用屋架的上弦一般用小角鋼，下弦和腹桿可用小角鋼或圓鋼。適用范圍跨度＜l8m、柱距4~6m、設(shè)有起重量＜50kN的中、輕級(jí)工作制橋式吊車的工業(yè)建筑?？缍让鹟8m的民用房屋的屋蓋結(jié)構(gòu)。第51頁/共103頁512021/10/10星期日4輕型鋼屋架三角形輕鋼屋架常用的有芬克式和豪式兩種。構(gòu)件布置和受力特點(diǎn)與普通鋼屋架相似。三鉸拱輕鋼屋架由兩根斜梁和一根拉桿組成，拉桿可用圓鋼或角鋼，斜梁有平面桁架式和空間桁架式兩種。桿件受力合理，斜梁腹桿短、取材方便，經(jīng)濟(jì)效果好。三鉸拱屋架出于拱拉桿比較細(xì)柔，不能承壓，并且無法設(shè)置垂直支撐和下弦水平文撐，整個(gè)屋盂結(jié)構(gòu)的剛度較差，故不宜用于有振動(dòng)荷載及屋架跨度超過18m的工業(yè)廠房。為滿足整體穩(wěn)定性要求，斜梁高跨比取1/12~1/18。料梁截面的寬度與高度之比取1/1.5~1/2。第52頁/共103頁522021/10/10星期日4輕型鋼屋架梭形屋架平面桁架式和空間桁架式。一般是上弦桿為角鋼、其余則采用圓鋼。取材方便、截面重心低、空間剛度好、可不設(shè)支撐適用范圍跨度為9~15m，間距為3~4.2m的屋蓋體系。截面形式正三角形和倒三角形。屋架高度H＝A+B，A=B較為合理A由屋面坡度確定，B愈大，則弦桿內(nèi)力愈小，但腹桿長(zhǎng)度增加。屋架的高跨比為1/8~1/12。第53頁/共103頁532021/10/10星期日5混凝土屋架屋架形式梯形屋架、折線形屋架、拱形屋架、無斜腹桿屋架等。鋼筋混凝土屋架和頂應(yīng)力混凝土屋架。適用跨度鋼筋混凝土屋架的適用跨度為15~24m，預(yù)應(yīng)力混凝土屋架的適用跨度為18~36m或更大。梯形屋架上弦為直線，屋面坡度為1/10~l/12，適用于卷材防水屋面。上弦節(jié)間為3m，下弦節(jié)間為6m，矢高與跨度之比為l/6~1/8，屋架端部高度為1.8~2.2m屋架自重較大，剛度好。適用于重型、高溫及采用井式或橫向天窗的廠房。第54頁/共103頁542021/10/10星期日5混凝土屋架折線形屋架A外形較合理，結(jié)構(gòu)自重較輕，屋面坡度為1/3~1/4，適用于非卷材防水屋面的中型或大中型廠房。折線形屋架B屋面坡度平緩，適用于卷材防水屋面的中型廠房。為改善屋架端部的屋面坡度，減少油氈下滑和油膏流淌，一般可在端部增加兩個(gè)桿件，以使整個(gè)屋面的坡度較為均勻。第55頁/共103頁552021/10/10星期日5混凝土屋架拱型屋架上弦為曲線形，一般采用拋物線形，也可采用折線形，但應(yīng)使折線的節(jié)點(diǎn)落在拋物線上外形合理，桿件內(nèi)力均勻，自重輕、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。屋架端部屋面坡度太陡，需加設(shè)短柱使之適合于卷材防水。拱形屋架矢高比一般為1/6~1/8。第56頁/共103頁562021/10/10星期日5混凝土屋架無斜腹桿屋架上弦一般為拋物線拱。無斜旗桿，結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制作。屋面板可以支承在上弦桿或下弦桿上，較適用于采用井式或橫向天窗的廠房。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，采用預(yù)應(yīng)力時(shí)，跨度可達(dá)36m。管道穿行和檢修方便，屋架高度的空間充分利用。無斜腹桿屋架力學(xué)特點(diǎn)屋架節(jié)點(diǎn)不能簡(jiǎn)化為鉸。按剛架或拱式結(jié)構(gòu)計(jì)算按剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，上弦桿為壓彎構(gòu)件，下弦桿和豎腹桿為拉彎構(gòu)件。按拱式結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，上弦為拱身承受壓力，下弦為拱的拉桿，當(dāng)荷載作用在下弦桿時(shí)，豎旗桿受拉，當(dāng)荷載作用于上弦桿時(shí)，則豎腹桿內(nèi)力為零。第57頁/共103頁572021/10/10星期日8.3.3屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置選擇桁架形式的出發(fā)點(diǎn)是受力合理，能充分發(fā)揮材力，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。桁架桿件雖然是軸向受力，但桁架總體仍擺脫不了彎曲的控制，在節(jié)點(diǎn)豎向荷載作用下，其上弦受壓、下弦受拉，主要抵抗彎矩，而腹桿則主要抵抗剪力。第58頁/共103頁582021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸1．矢高屋架的矢高直接影響結(jié)構(gòu)的剛度與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。矢高大，弦桿受力小，但腹桿長(zhǎng)，長(zhǎng)細(xì)比大，易壓曲，用料反而會(huì)增多。欠高小，弦桿受力大，截面大，屋架剛度小，變形大。根據(jù)屋架的結(jié)構(gòu)型式、一般矢高可取跨度的1/10~1/5。第59頁/共103頁592021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸2．坡度屋架上弦坡度應(yīng)與屋面防水構(gòu)造相適應(yīng)。當(dāng)采用瓦類屋面時(shí)，屋架上弦坡度應(yīng)大些，一般不小于l/3，以利于排水。當(dāng)采用大型屋面板并做卷材防水時(shí)，屋面坡度可平緩些，一般為1/8~1/12。第60頁/共103頁602021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸3．節(jié)間長(zhǎng)度屋架節(jié)間長(zhǎng)度的大小與屋架的結(jié)構(gòu)型式、材料及受荷條件有關(guān)。一般上弦受壓，節(jié)間長(zhǎng)度應(yīng)小些；下弦受拉，節(jié)間長(zhǎng)度可大些。屋面荷載應(yīng)直接作用在節(jié)點(diǎn)上，以優(yōu)化桿件的受力狀態(tài)。為減少屋架制作工作量，減少桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)目，節(jié)間長(zhǎng)度可取大些。但節(jié)間桿長(zhǎng)也不宜過大，一般為1.5~4m。第61頁/共103頁612021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的選型原則房屋的用途；建筑造型與美觀；屋面防水構(gòu)造；屋架的跨度；結(jié)構(gòu)材料的供應(yīng)；施工技術(shù)條件；受力合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用。第62頁/共103頁622021/10/10星期日屋架結(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。但拱式結(jié)構(gòu)上弦為曲線，施工復(fù)雜；折線型屋架，與拋物線彎矩圖最為接近，力學(xué)性能良好；梯形屋架，因其具有較好的力學(xué)性能，且上、下弦均為直線，施工方便，故在大中路建筑中被廣泛應(yīng)用；三角形屋架力學(xué)性能較差，一般僅適用于中小跨度；矩形屋架力學(xué)性能較差，常用作托架或荷載較特殊情況下使用。第63頁/共103頁632021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的選型2．屋面防水構(gòu)造屋面防水構(gòu)造決定了屋面排水坡度。3．材料的耐久性及使用環(huán)境木材及鋼材均易腐蝕，維修費(fèi)用較高。因此，對(duì)于相對(duì)濕度較大而又通風(fēng)不良的建筑，或有侵蝕性介質(zhì)的工業(yè)廠房，不宜選用木屋架和鋼屋架，宜選用預(yù)應(yīng)力混凝土屋架，可提高屋架下弦的抗裂性，防止鋼筋腐蝕。第64頁/共103頁642021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的選型4．屋架結(jié)構(gòu)的跨度跨度在18m以下時(shí)，可選用鋼筋混凝土—鋼組合屋架；這種屋架構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工吊裝方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好；跨度在36m以下時(shí)，宜選用預(yù)應(yīng)力混凝土屋架．既可節(jié)省鋼材，又可有效地控制裂縫寬度和撓度?？缍仍?6m以上的大跨度建筑以及受到較大振動(dòng)荷載作用的屋架、宜選用鋼屋架、以減輕結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)的耐久性與可靠性。第65頁/共103頁652021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的布置屋架結(jié)構(gòu)的跨度、間距、標(biāo)高主要考慮建筑外觀造型及建筑使用功能方面的要求來決定。對(duì)于矩形的建筑平面，一般采用等跨度、等間距、等標(biāo)高布置的同一種類的屋架，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造，方便結(jié)構(gòu)施工。第66頁/共103頁662021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的布置1．屋架的跨度屋架的跨度，一般以3m為模數(shù)。對(duì)于矩形平面的建筑，一般可選用同一種型號(hào)的屋架，僅端部或變形縫兩側(cè)屋架小的預(yù)埋件稍有不同。對(duì)于非矩形平而的建筑，各榀屋架或桁架的跨度就不可能一樣，這時(shí)應(yīng)盡量減少其類型以方便施工。第67頁/共103頁672021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的布置2．屋架的間距屋架一般宜等間距平行排列。間距的大小除考慮建筑平面柱網(wǎng)布置的要求外，還要考慮屋頂結(jié)構(gòu)及吊頂構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)合理性。屋架的間距即為屋面板或檁條、吊頂龍骨的跨度，最常見的為6m，7.5m、9m、l2m等。第68頁/共103頁682021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的布置3．屋架的支座屋架支座的標(biāo)高由建筑要求確定，一般為在同層中屋架的支座取同一標(biāo)高。當(dāng)一榀屋架兩端支座的標(biāo)高不一致時(shí)、要注意可能會(huì)對(duì)支座產(chǎn)生水平推力。屋架的支座形式，在力學(xué)計(jì)算上可簡(jiǎn)化為鉸支座。實(shí)際工程中，當(dāng)跨度較小時(shí)，一般把屋架直接擱置在墻、垛、柱或曲梁上；當(dāng)跨度較大時(shí)，則應(yīng)采取專門的構(gòu)造措施，以滿足屋架端部發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的要求。第69頁/共103頁692021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架支撐種類設(shè)置在屋架之間的垂直支撐；設(shè)置在屋架之間的水平系桿；設(shè)置在上、下弦平面內(nèi)的橫向支撐；設(shè)置在下弦平面內(nèi)的縱向水平支撐。第70頁/共103頁702021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架之間的垂直支撐和下弦水平系桿用以保證屋架在使用和安裝時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性（抗傾覆以及防止在吊車工作時(shí)屋架下弦的側(cè)向顫動(dòng)）。上弦水平系桿為了保證無支撐開間處屋架上弦或屋面梁受壓強(qiáng)緣的側(cè)向穩(wěn)定性、減少弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度并傳遞水平荷載。第71頁/共103頁712021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架上弦橫向支撐的作用以斜桿和檁條作為腹桿，以兩榀屋架的上弦作為弦桿構(gòu)成水平桁架。該水平桁架將兩榀豎向屋架在水平方向聯(lián)系起來，增強(qiáng)了屋蓋的整體剛度，保證了屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定性，減少了屋架上弦在平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。同時(shí)將抗風(fēng)柱傳來的風(fēng)力傳遞到縱向排架柱頂。屋架下弦橫向水平支撐將下弦受到的水平力傳至縱向排架柱頂。第72頁/共103頁722021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架下弦縱向水平支撐與屋架下弦橫向水平支撐一起形成封閉體系，以增強(qiáng)屋蓋的空間剛度，承受和傳遞吊車制動(dòng)所產(chǎn)生的橫向水平力，保證橫向水平力沿縱向較均勻地分布，增強(qiáng)排架的空間工作性能。第73頁/共103頁732021/10/10星期日屋架結(jié)構(gòu)的支撐支撐的位置設(shè)在山墻位置兩端的第二開間內(nèi)，對(duì)無山墻（包括伸縮縫處）房屋設(shè)在房屋兩端第一開間內(nèi)，房屋中間每隔一定距離（一般≤60m）亦需設(shè)置一道支撐，木屋架為20~30m。支撐作用保證屋蓋的空間剛度與整體穩(wěn)定；抵抗并傳遞屋蓋縱向側(cè)力，如山墻風(fēng)力、縱向地震力等；保證桁架上弦平面外的壓曲，減少平面外長(zhǎng)細(xì)比，并可以防止桁架下弦平面外的振動(dòng)。第74頁/共103頁742021/10/10星期日實(shí)例第75頁/共103頁752021/10/10星期日實(shí)例第76頁/共103頁762021/10/10星期日實(shí)例第77頁/共103頁772021/10/10星期日上海大劇院屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)的形式，整個(gè)屋蓋長(zhǎng)100米，寬90米，高11.4米，重6075噸，呈月牙形上反拱。第78頁/共103頁782021/10/10星期日上海大劇院采用LSD－200型千斤頂（共計(jì)44臺(tái)），四吊點(diǎn)提升，提升系統(tǒng)由液壓泵站提供動(dòng)力，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步控制。第79頁/共103頁792021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型鋼筋混凝土兩鉸拱屋架(G310、CG311）上弦為鋼筋混凝土，下弦為角鋼，自重較輕，適用于中、小型廠房，應(yīng)防止下弦受壓；屋面坡度：卷材防水1/5，非卷材防水1/4第80頁/共103頁802021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型鋼筋混凝土三鉸拱屋架(G312、CG313）頂節(jié)點(diǎn)為鉸接；上弦為鋼筋混凝土，下弦為角鋼，自重較輕，適用于中、小型廠房，應(yīng)防止下弦受壓，屋面坡度：卷材防水1/5，非卷材防水1/4，較兩鉸拱混凝土用量少，鋼材用量多第81頁/共103頁812021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型鋼筋混凝土組合式屋架（CG315）上弦及受壓腹桿為鋼筋混凝土，下弦及受拉腹桿為角鋼。自重較輕，適用于中、輕型廠房。屋面坡度1/4。第82頁/共103頁822021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型鋼筋混凝土三角形屋架（原G145）屋架上設(shè)檁條或掛瓦板。自重較大。適用于有檁體系中的中、小型廠房。屋面坡度1/2~1/3第83頁/共103頁832021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型鋼筋混凝土折線形屋架（G314）外形較合理，屋面坡度合適，適用于卷材屋面防水屋面的廠房。第84頁/共103頁842021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架（G415）（卷材防水）適用于卷材防水屋面的大、中型廠房；外形較合理，屋面坡度合適。第85頁/共103頁852021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架（G415）（非卷材防水）外形較合理，自重較輕，適用于非卷材防水的中型廠房。屋面坡度1/4第86頁/共103頁862021/10/10星期日鋼筋混凝土屋架選型預(yù)應(yīng)力混凝土梯形屋架（CG417）自重較大，剛度好。適用于卷材防水屋面的高溫及采用井式或橫向天窗的中、重型廠房。屋面坡度1/10~1/12第87頁/共103頁872021/10/10星期日8.3.4鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)屋架選型預(yù)應(yīng)力混凝土直腹桿屋架構(gòu)造較簡(jiǎn)單，但端部坡度較陡。適用于采用井式或橫向天窗的廠房第88頁/共103頁882021/10/10星期日8.3.5鋼筋砼屋架設(shè)計(jì)的一般要求根據(jù)工藝、建筑、材料及施工等因素選擇合理的屋架類型。柱距6m、跨度15~30m時(shí)，一般應(yīng)優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架；跨度9~15m時(shí)，可采用鋼筋混凝土屋架。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工困難的地區(qū)，跨度為15~18m時(shí)，可選用鋼筋混凝土折線形屋架；屋面積灰的廠房可采用梯形屋架；屋面材料為石棉瓦時(shí)，可選用三角形屋架。預(yù)應(yīng)力混凝土屋架中軸力較大的預(yù)制受拉腹桿，宜采用預(yù)應(yīng)力芯棒。設(shè)有1t以上鍛錘的鍛造車間的屋架，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力混凝土屋架。第89頁/共103頁892021/10/10星期日8.3.5鋼筋砼屋架設(shè)計(jì)的一般要求天窗架和擋風(fēng)板支架等構(gòu)件在屋架上弦的支承點(diǎn)，大型管道和懸臂吊車（或電葫蘆）在屋架上的吊點(diǎn)，應(yīng)盡量設(shè)在上弦節(jié)點(diǎn)處。對(duì)上述支承點(diǎn)和吊點(diǎn)，在構(gòu)造上應(yīng)力求使其合力作用點(diǎn)位于或盡可能接近于屋架的軸線，以避免或減少屋架受扭。電力母線掛于屋架下弦時(shí)，應(yīng)使其位于屋架的節(jié)點(diǎn)處，并通過支撐系統(tǒng)來解決拉緊母線所產(chǎn)生的水平力向兩端柱頂?shù)膫鬟f，避免屋架出平面彎曲。第90頁/共103頁902021/10/10星期日8.3.6鋼屋架形式三角形屋架（a）構(gòu)造簡(jiǎn)單，高跨比H/L=1/6~1/4，均布垂直荷載作用下，上弦及斜腹桿均為受壓桿件，斜腹桿截面較大，不經(jīng)濟(jì)。第91頁/共103頁912021/10/10星期日8.3.6鋼屋架形式三角形屋架（b，再分式屋架）構(gòu)造較復(fù)雜，但腹桿中的受壓桿