桁架結(jié)構(gòu)簡介課件

1、1桁架結(jié)構(gòu)第一節(jié) 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)第二節(jié) 屋架結(jié)構(gòu)的型式第三節(jié) 屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置教學(xué)要求了解桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及其型式，掌握屋架結(jié)構(gòu)選型與布置第五節(jié) 張弦結(jié)構(gòu)第六節(jié) 桁架結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用型式 第四節(jié) 立體桁架2 第二章 桁架結(jié)構(gòu) 桁架（truss）: 由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。4 第二章 桁架結(jié)構(gòu) 桁架（truss）: 由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結(jié)構(gòu),又稱為屋架。5 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn) 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

2、面內(nèi)。桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定6 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點(diǎn)均為鉸接節(jié)點(diǎn)。8 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定 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。桁架的分類（1）按外形分折弦桁架三角形桁架平行弦桁架（2）按豎向荷載是否引起水平推力分梁式桁架（無推力）拱式桁架（有推力）桁架的分類（3）按幾何組成方式分聯(lián)合桁架簡單桁架復(fù)雜桁架桁架的分類（4）按腹桿布置方式分桁架的分類單向斜桿式人字式腹桿再分式腹桿交叉式腹桿上弦桿下弦桿跨度l桁高 H端桿腹桿豎桿斜桿節(jié)間d桁架結(jié)構(gòu)的組成桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)上弦受壓、下弦受拉

3、形成力偶平衡彎矩斜腹桿受拉力或壓力平衡剪力15 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 矩形桁架為等高度,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。弦桿跨中節(jié)間軸力大、靠近支座處軸力較小或?yàn)榱?6 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 三角形桁架的高度自跨中最大處向支座節(jié)點(diǎn)最小處呈線性變化,而彎矩的變化自跨中向支座呈拋物線變化,彎矩的減小速度比桁架高度的減小速度慢,故上、下弦桿內(nèi)力在跨中節(jié)間最小,而在靠近支座處最大。-x17 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 高度呈拋物線型的桁架是最理想的桁架形式。因桁架高度的變化與外荷載所產(chǎn)生的彎矩圖完全一致,使上

4、、下弦桿各節(jié)間軸力也完全相等。18 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 斜腹桿的布置方向?qū)Ω箺U受力的符號 (拉或壓)有直接的關(guān)系。對于矩形桁架,斜腹桿外傾受拉,內(nèi)傾受壓,豎腹桿受力方向與斜腹桿相反。19 2.1 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 斜腹桿的布置方向?qū)Ω箺U受力的符號 (拉或壓)有直接的關(guān)系。 對于三角形桁架,斜腹桿外傾受壓,內(nèi)傾受拉,而豎腹桿則總是受拉。20三角形桁架 三角形屋架一般用于屋面坡度較大的屋蓋結(jié)構(gòu)中。一般宜用于中小跨度的輕屋蓋結(jié)構(gòu)。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式21梯形桁架 梯型屋架一般用于屋面坡度較小的屋蓋中。其受力性能比三角形屋架優(yōu)越,適用于較大跨度或荷載的工業(yè)廠房

5、。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式22梯形桁架矩形桁架 矩形屋架也稱為平行弦屋架。其上下弦平行,腹桿長度一致,桿件類型少,易于滿足標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)的要求。常用于托架或支撐系統(tǒng)。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式23木屋架 一般為三角形屋架，內(nèi)力支座處大而跨中小。適用于跨度在18米以內(nèi)的建筑中。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式24鋼-木組合屋架 采用鋼拉桿作為屋架的下弦桿，消除接頭的非彈性變形，從而提高屋架結(jié)構(gòu)的剛度。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式25鋼屋架 改善上弦桿受力情況，采用再分式腹桿的形式。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式26鋼屋架 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式27鋼屋架 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式28鋼屋架 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式

6、29混凝土屋架 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式30鋼筋混凝土-鋼組合屋架 上弦桿采用鋼筋混凝土，下弦桿采用型鋼。充分利用兩種材料的特性。 2.2 屋架結(jié)構(gòu)的型式31梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸 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、長細(xì)比大、易壓曲,用料反而會(huì)增多。矢高小,則弦桿受力大、截面大、且屋架剛度小、變形大。一般矢高可取跨度的 1/101/5。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置矢高 屋架上弦坡度的確定應(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1/3,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1/8l/12。坡度3

7、2梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的主要尺寸 屋架節(jié)間長度的大小與屋架的結(jié)構(gòu)型式,材料及荷載有關(guān)。一般上弦受壓,節(jié)間長度應(yīng)小些,下弦受拉,節(jié)間長度可大些。 屋架上弦節(jié)間長度常取 3m。 當(dāng)屋蓋采用有檁體系時(shí),則屋架上弦節(jié)間長度應(yīng)與檁條間距一致。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置節(jié)間距33梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的選型 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置 屋架結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)考慮房屋的用途、建筑造型、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)條件等因素,做到受力合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用。34梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的選型 從結(jié)構(gòu)受力來看,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

8、近,故力學(xué)性能良好。梯形屋架,因其既具有較好的力學(xué)性能,上下弦均為直線施工方便,故在大中跨建筑中被廣泛應(yīng)用。三角形屋架與矩形屋架力學(xué)性能較差。三角形屋架一般僅適用于中小跨度,矩形屋架常用作托架或荷載較特殊情況下使用。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置受力35梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的選型 屋面防水構(gòu)造決定了屋面排水坡度,進(jìn)而決定屋蓋的建筑造型。 一般來說,當(dāng)屋面防水材料采用粘土瓦、機(jī)制平瓦或水泥瓦時(shí),應(yīng)選用三角形屋架、陡坡梯形屋架。當(dāng)屋面防水采用卷材防水、金屬薄板防水時(shí),應(yīng)選用拱形屋架、折線形屋架和緩坡梯形屋架。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置防水36梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的選型 木材及鋼材均易腐蝕,維修費(fèi)用較高

9、。因此,對于相對濕度較大而又通風(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, 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置材料37梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的選型 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。 跨度在36m以上的大跨度建筑或受到較大振動(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。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置跨度38梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的布置 屋架的跨度,一般以 3m為模數(shù)。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的

10、選型及布置跨度 屋架一般宜等間距平行排列,與房屋縱向柱列的間距一致,屋架直接擱置在柱頂。屋架的間距同時(shí)即為屋面板或檁條、吊頂龍骨的跨度,最常見的為6m,有時(shí)也有7.5m、9m、間距 在同層中屋架的支座取同一標(biāo)高。屋架的支座形式,在力學(xué)上可簡化為鉸接支座。支座從結(jié)構(gòu)受力考慮拱形屋架折線形屋架梯形屋架三角形屋架從屋面防水考慮排水要求高三角形陡坡梯形排水要求一般，卷材防水拱形折線形緩坡梯形從屋架材料及使用環(huán)境濕度大、通風(fēng)不良預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架相對干燥、通風(fēng)好木屋架鋼屋架鋼筋混凝土屋架從屋架結(jié)構(gòu)的跨度18m以內(nèi)鋼筋混凝土-鋼屋架18-36m預(yù)應(yīng)力混凝土屋架36m以上鋼屋架一般3m為模數(shù)，等跨度，常用

11、型式的常用跨度，有相關(guān)圖集跨度間距一般6m為模數(shù)，等間距平行排列，常用的還有7.5m,9m,12m支座一般同一標(biāo)高?？缍容^小時(shí)，可直接擱置在墻、柱或圈梁上。44梯形桁架屋架結(jié)構(gòu)的支撐 包括設(shè)置在屋架之間的垂直支撐、水平系桿以及設(shè)置在上下弦平面內(nèi)的橫向支撐和通常設(shè)置在下弦平面內(nèi)的縱向水平支撐。 垂直支撐和水平系桿是為了保證側(cè)向穩(wěn)定性。 上弦橫向支撐為了增強(qiáng)屋蓋的整體性和屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定性。 下弦縱向水平支撐是為了增強(qiáng)屋蓋的空間剛度，增強(qiáng)排架的空間工作性能。 2.3 屋架結(jié)構(gòu)的選型及布置4.屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架結(jié)構(gòu)的選型與布置46 2.4 立體桁架 平面屋架結(jié)構(gòu)雖然有很好的平面內(nèi)受力性能，但其在平

12、面外的剛度很小。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，必須要設(shè)置各類支撐。支撐結(jié)構(gòu)的布置要消耗很多材料，且常常以長細(xì)比等構(gòu)造要求控制，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。采用立體桁架可以避免上述缺點(diǎn)。立體桁架的截面形式有矩形、正三角形、倒角形。 結(jié)構(gòu)型式和特點(diǎn)48 2.4 立體桁架49 2.4 立體桁架50 2.4 立體桁架當(dāng)跨度較大時(shí)，因上弦壓力較大，截面大，可把上弦一分為二，構(gòu)成倒三角形立體桁架。 立體桁架由于具有較大的平面外剛度，有利于吊裝和使用， 節(jié)省用于支撐的鋼材，因而具有較大的優(yōu)越性。但三角形截面的立體桁架桿長計(jì)算繁瑣，桿件的空間角度非整數(shù)，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，焊縫要求高，制作復(fù)雜。 2.5 張弦結(jié)構(gòu)張弦結(jié)構(gòu)是由上弦

13、剛性壓彎構(gòu)件(或結(jié)構(gòu))與下弦柔性索組合,通過合理布置撐桿而形成的自平衡受力體系。張弦結(jié)構(gòu)的上弦剛性構(gòu)件可以是梁、拱、立體桁架、網(wǎng)殼等多種形式。柔性下弦是引入預(yù)應(yīng)力的柔索，包括拉索、小直徑圓鋼拉桿、大直徑鋼棒等多種形式。北京北站拱形平面張弦結(jié)構(gòu)上海世博會(huì)主題館1.張弦結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)承載能力高結(jié)構(gòu)剛度大結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)支座推力小建筑造型適應(yīng)性強(qiáng)制作、運(yùn)輸、施工方便2.張弦結(jié)構(gòu)的形式張弦梁結(jié)構(gòu)按受力特點(diǎn)可以分為平面張弦梁結(jié)構(gòu)和空間張弦梁結(jié)構(gòu)。（1）平面張弦梁結(jié)構(gòu)是指其結(jié)構(gòu)構(gòu)件位于同一平面內(nèi)，且以平面內(nèi)受力為主的張弦梁結(jié)構(gòu)。平面張弦梁結(jié)構(gòu)根據(jù)上弦構(gòu)件的形狀可以分為三種基本形式：直線型張弦梁、拱形張弦梁、人字型

14、張弦梁結(jié)構(gòu)。直梁型張弦梁結(jié)構(gòu)主要用于樓板結(jié)構(gòu)和小坡度屋面結(jié)構(gòu)，拱形張弦梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了上弦拱得受力優(yōu)勢適用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，人字型張弦梁結(jié)構(gòu)適用于跨度較小的雙坡屋蓋結(jié)構(gòu)。 2.張弦結(jié)構(gòu)的形式（2）空間張弦梁結(jié)構(gòu)是以平面張弦梁結(jié)構(gòu)為基本組成單元，通過不同形式的空間布置所形成的張弦梁結(jié)構(gòu)?？臻g張弦梁結(jié)構(gòu)主要有單向張弦梁結(jié)構(gòu)、雙向張弦梁結(jié)構(gòu)、多向張弦梁結(jié)構(gòu)、輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)。 單向張弦梁結(jié)構(gòu)由于設(shè)置了縱向支撐索形成的空間受力體系，保證了平面外的穩(wěn)定性，適用于矩形平面的屋蓋結(jié)構(gòu)。雙向張弦梁結(jié)構(gòu)由于交叉平面張弦梁相互提供彈性支撐，形成了縱橫向的空間受力體系，該結(jié)構(gòu)適用于矩形、圓形、橢圓形等多種平面屋蓋

15、結(jié)構(gòu)。多向張弦梁結(jié)構(gòu)是平面張弦梁結(jié)構(gòu)沿多個(gè)方向交叉布置而成的空間受力體系，該結(jié)構(gòu)形式適用于圓形和多邊形平面的屋蓋結(jié)構(gòu)。輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)是由中央按輻射狀放置上弦梁，梁下設(shè)置撐桿用環(huán)向索而連接形成的空間受力體系，適用于圓形平面或橢圓形平面的屋蓋結(jié)構(gòu)。2.張弦結(jié)構(gòu)的形式3.張弦結(jié)構(gòu)的受力性能（1）張弦結(jié)構(gòu)的形態(tài)定義（2）張弦結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力特性（3）平面外穩(wěn)定及縱向受力（4）張弦結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)作用4.張弦結(jié)構(gòu)的選型（1）上弦剛性受壓構(gòu)件（2）張弦結(jié)構(gòu)上弦矢高和下弦垂度（3）撐桿數(shù)量5.張弦結(jié)構(gòu)的實(shí)例（1）上海世博會(huì)主題館（2）上海浦東國際機(jī)場（3）哈爾濱國際會(huì)議展覽體育中心主館62 2.6 桁架結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)

16、用形式1.剛接桁架結(jié)構(gòu)（無斜腹桿屋架）：無斜腹桿屋架的特點(diǎn)是沒有斜腹桿，結(jié)構(gòu)造型簡單，便于制作。這種屋架的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。但對于無斜腹桿屋架，沒有斜腹桿，僅有豎腹桿。這時(shí)若再把桁架節(jié)點(diǎn)簡化為鉸節(jié)點(diǎn)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)就成為一個(gè)幾何可變的機(jī)構(gòu)，所以必須采用剛節(jié)點(diǎn)的桁架，可按多次超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算，也可按拱結(jié)構(gòu)計(jì)算，按拱結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，上弦為拱，下弦為拱的拉桿。 63無斜腹桿屋架2.主次桁架結(jié)構(gòu)主次桁架結(jié)構(gòu)體系是由平面桁架組成的一種特殊形式的空間桁架結(jié)構(gòu)。武漢水利電力學(xué)院體育館即為其中的一例。它是以建筑屋蓋中部氣樓提供的建筑空間，布置兩榀跨度為42m的主桁架，輔以跨度為18m和12m的小型桁架即所謂的次桁架。次桁架支撐于主桁架上，形成主次桁架組成的屋架系統(tǒng)。1.剛接桁架結(jié)構(gòu)上海大劇院 整個(gè)建筑的構(gòu)思為“天地之間”，被設(shè)計(jì)師定位為“開放的宮殿”：大劇院透過一座水、土相溶的堅(jiān)實(shí)臺基，奠定在中國的土地上，它置身于上海政治、文化中心；向藍(lán)天展開其屋頂，象征中華民族的聚寶盆，承接著來自宇宙、人類的恩澤與智慧，象征著對世界文化藝術(shù)的熱情追求，也象征著上海有有始以來就與天地相通的博大胸懷。大劇院的外觀由透明的水平墻面，有韻律的垂直線條，有樂感的彎曲面屋頂來體現(xiàn)，以水、玻璃、光線，通過透明、流暢的線條，樸實(shí)有力的造型，多功能形體和