桁架結(jié)構(gòu)知識講解T28

三、桁架（屋架）結(jié)構(gòu)3.1.引言3.1.1.桁架的定義和構(gòu)成3.1.2.桁架的受力特征3.1.3.桁（屋）架的分類3.2.桁（屋）架結(jié)構(gòu)的選型和布置3.2.1.屋架結(jié)構(gòu)3.2.2.立體桁架結(jié)構(gòu)3.2.3.張弦桁架結(jié)構(gòu)3.3.工程應(yīng)用案例3.1.引言3.1.1.桁架的定義和構(gòu)成

由直桿兩端相互連接形成的以抗彎為主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，就叫桁架結(jié)構(gòu)。因為同為受彎構(gòu)件，桁架結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是經(jīng)格構(gòu)處理的梁，是梁形式的深化。

一般說來，桁架結(jié)構(gòu)由上弦桿、下弦桿以及腹桿構(gòu)成。桁架結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用十分廣泛。

3.1.2.桁架的受力特征

1、桁架的受力特征3.1.2.桁架的受力特征

2、桁架結(jié)構(gòu)的計算假定（1）、組成桁架的所有桿件均為直桿，所有桿件的中心線（軸線）都在同一平面內(nèi)（中心平面）；（2）、桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點；（3）、所有外力均作用在桁架的中心平面內(nèi)，并集中作用在節(jié)點上。3.1.2.桁架的受力特征

3、桁架的內(nèi)力3.1.3.桁（屋）架的分類

1、按外形進(jìn)行分類分為三角形屋架、梯形屋架、拋物線屋架、折線形屋架、平行弦桿屋架等。3.1.3.桁（屋）架的分類

2、按腹桿布置進(jìn)行分類分為三角形腹桿系（即華倫式桁架），帶豎桿的三角形腹桿系、半腹桿系（如K式桁架）、組合腹系（亦稱再分式桁架）。3.1.3.桁（屋）架的分類

3、按幾何組成分類分為簡單桁架、聯(lián)合桁架（由幾個簡單桁架按幾何不變體系的簡單構(gòu)成規(guī)則聯(lián)合組成）和復(fù)雜桁架。3.1.3.桁（屋）架的分類

4、按是否存在推力分為無推力的梁式桁架和有推力的拱式桁架。3.1.3.桁（屋）架的分類

5、按材料分類分為木屋架、鋼-木組合屋架、鋼屋架、輕型鋼屋架、鋼筋混凝土屋架和鋼-混凝土組合屋架等。3.1.3.桁（（屋屋））架架的的分分類類6、空空間間桁桁架架（（立立體體桁桁架架））1、屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的主主要要尺尺寸寸矢高高：：矢矢跨跨比比=1/10~1/5坡度度：：瓦瓦屋屋面面<=1/3，其其他他=1/12~1/8節(jié)間間距距：：1.5~4米2、屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型考慮慮屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受力力、、屋屋面面防防水水構(gòu)構(gòu)造造、、材材料料的的耐耐久久性性及及使使用用環(huán)環(huán)境境以以及及屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的跨跨度度。。3.2.桁（（屋屋））架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型和和布布置置3.2.1.屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)3、屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的布布置置屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的布布置置，，包包括括結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的跨跨度度（（以以3米為為模模數(shù)數(shù)））、、間間距距（（6米，，或或7.5、9和12米））和和標(biāo)標(biāo)高高等等，，主主要要考考慮慮建建筑筑外外觀觀造造型型及及建建筑筑使使用用功功能能的的要要求求。。4、屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的支支撐撐為了了保保證證屋屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，設(shè)設(shè)屋屋架架之之間間的的垂垂直直支支撐撐、、水水平平系系桿桿以以及及設(shè)設(shè)置置在在上上下下弦弦平平面面內(nèi)內(nèi)的的橫橫向向支支撐撐和和下下弦弦平平面面內(nèi)內(nèi)的的縱縱向向水水平平支支撐撐。。3.2.桁（（屋屋））架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的選選型型和和布布置置3.2.1.屋架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)立體體桁桁架架的的截截面面形形式式可可為為矩矩形形、、正正三三角角形形和和倒倒三三角角形形。。矩形形截截面面由由兩兩榀榀平平面面桁桁架架相相隔隔一一段段距距離離組組合合而而成成。。需需要要較較多多的的連連接接桿桿件件，，鋼鋼材材用用量量大大。。為了了減減少少連連接接桿桿件件，，采采用用（（倒倒））三三角角形形截截面面。。如如果果跨跨度度較較大大，，上上弦弦壓壓力力隨隨之之增增加加，，可可將將上上弦弦一一分分為為二二，，成成為為倒倒三三角角截截面面。。跨跨度度較較小小，，采采用用正正三三角角截截面面。。如果果將將正正三三角角截截面面桁桁架架在在端端支支座座處處將將兩兩根根下下弦弦桿桿匯匯于于一一點點，，形形成成的的桁桁架架叫叫梭梭子子形形桁桁架架。。3.2.2.立體體桁桁架架1、張張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的構(gòu)構(gòu)成成及及特特點點（1）、、張張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的構(gòu)構(gòu)成成將平平面面桁桁架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受拉拉下下弦弦用用高高強強度度拉拉索索代代替替，，并并通通過過張張拉拉拉拉索索在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)內(nèi)施施加加預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力，，這這就就是是張張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。它它能能有有效效地地改改善善結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受力力性性能能。。上弦弦梁梁、、拱拱或或桁桁架架，，下下弦弦拉拉索索和和中中間間的的豎豎向向支支撐撐3.2.3.張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的構(gòu)構(gòu)成成（2）、、張張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的特特點點張弦弦結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的整整體體剛剛度度來來之之抗抗彎彎構(gòu)構(gòu)件件的的截截面面和和與與拉拉索索構(gòu)構(gòu)成成的的幾幾何何形形體體兩兩個個方方面面，，屬屬于于介介于于剛剛性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和柔柔性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)之之間間的的半半剛剛性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。a、承載能能力大；；b、結(jié)構(gòu)剛剛度大；；c、結(jié)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定性強強；d、支座推推力??；；e、建筑造造型表現(xiàn)現(xiàn)力、適適應(yīng)性強強；f、制作、、運輸、、施工方方便。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)2、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的形形式張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)按照荷荷載傳遞遞方向分分為平面面和空間間張弦結(jié)結(jié)構(gòu)兩類類。平面張弦弦結(jié)構(gòu)根根據(jù)上弦弦構(gòu)件的的形式分分為直梁梁型張弦弦結(jié)構(gòu)、、拱形張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)和人字字形張弦弦結(jié)構(gòu)。。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)2、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的形形式空間張弦弦結(jié)構(gòu)是是以平面面張弦結(jié)結(jié)構(gòu)為基基本組成成單元，，通過不不同形式式的空間間布置所所形成的的張弦結(jié)結(jié)構(gòu)。主主要有：：單向張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)、雙向向張弦結(jié)結(jié)構(gòu)、多多、輻射射式張弦弦結(jié)構(gòu)等等。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)3、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的受受力性能能（1）、張弦弦結(jié)構(gòu)的的形態(tài)定定義張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)是高柔柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)，根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)的的加工、、施工和和受力特特點，將將結(jié)構(gòu)形形態(tài)定義義為：零狀態(tài)（（放樣態(tài)態(tài)）：拉拉索前狀狀態(tài)，對對應(yīng)構(gòu)件件的加工工和放樣樣；初狀態(tài)（（預(yù)應(yīng)力力態(tài)）：：拉索張張拉完畢畢、結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝就就位的形形態(tài)；荷載態(tài)：：外荷載載作用在在初始結(jié)結(jié)構(gòu)上發(fā)發(fā)生變形形后的平平衡狀態(tài)態(tài)。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)3、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的受受力性能能（2）、張弦弦結(jié)構(gòu)的的預(yù)應(yīng)力力特性預(yù)應(yīng)力的的概念：：在沒有有外荷載載作用下下結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)部維持持的自平平衡內(nèi)力力分布。。拉索的張張拉力包包括兩部部分：外外荷載和和結(jié)構(gòu)自自重產(chǎn)生生的張力力，預(yù)應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)生生的張力力。拉索設(shè)置置預(yù)應(yīng)力力的考慮慮：一是是改善上上弦受力力性能，，減小上上弦的彎彎矩；另另外預(yù)防防結(jié)構(gòu)服服役期某某些可變變荷載會會抵消恒恒荷載的的作用使使拉索受受壓退出出工作。。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)3、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的受受力性能能（3）、張弦弦結(jié)構(gòu)的的平面外外穩(wěn)定及及縱向受受力平面外穩(wěn)穩(wěn)定：張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)屬于大大跨度結(jié)結(jié)構(gòu)體系系，上弦弦要承受受較大的的壓力，，需要保保證其平平面外穩(wěn)穩(wěn)定。平面外穩(wěn)穩(wěn)定的技技術(shù)措施施：采用用平面外外剛度較較大的上上弦構(gòu)件件；設(shè)置置屋面水水平支撐撐體系。。張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)的縱向向承力體體系：屋屋面水平平支撐體體系不僅僅起保證證平面外外穩(wěn)定的的作用，，還要承承受屋蓋蓋的縱向向荷載。。設(shè)計屋屋面水平平支撐體體系時必必須考慮慮這一點點。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)3、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的受受力性能能（4）、張弦弦結(jié)構(gòu)的的抗風(fēng)作作用張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)的風(fēng)致致作用有有二：風(fēng)風(fēng)作用和和風(fēng)振作作用。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)風(fēng)：張弦弦結(jié)構(gòu)采采用輕質(zhì)質(zhì)屋面，，風(fēng)經(jīng)過過時產(chǎn)生生吸力，，有可能能導(dǎo)致張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)受力反反向。需需要對拉拉索施加加多余的的預(yù)應(yīng)力力或者增增加屋面面體系配配重。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)風(fēng)振：張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)體系屬屬于高柔柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)的自振振周期很很低。在在脈動風(fēng)風(fēng)壓作用用下，會會引起張張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生較較大的振振動。應(yīng)應(yīng)通過針針對性的的風(fēng)振動動力分析析，采用用合適的的結(jié)構(gòu)形形式加以以規(guī)避。。3.2.3.張弦結(jié)構(gòu)構(gòu)4、張弦結(jié)結(jié)構(gòu)的選選型（1）、上弦弦結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件選型型：上弦受壓壓和彎，，其構(gòu)件件形式取取決于結(jié)結(jié)構(gòu)跨度度和撐桿桿間距。?？缍仍鲈黾樱瑥潖澗卦龃蟠?，截面面相應(yīng)增增大；撐撐桿間距距增大，，其整體體剪力效效應(yīng)使上上弦構(gòu)件件的局部部受彎效效應(yīng)增加加，此亦亦需要上上弦構(gòu)件件提供較較大的抗抗彎剛度度。一般般采用立立體桁架架。（2）、張弦弦結(jié)構(gòu)的的上弦矢矢高和下下弦垂度度：將平面桁桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)的受