建筑結構選型桁架結構

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第二章桁架結構第一節(jié)桁架結構的受力特點第二節(jié)屋架結構的型式第三節(jié)屋架結構的選型與布置教學要求了解桁架結構的受力特點及其型式，掌握屋架結構選型與布置第五節(jié)

張弦結構第六節(jié)桁架結構的其他應用型式第四節(jié)立體桁架2

第二章桁架結構桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。3

第二章桁架結構桁架（truss）:由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在房屋建筑中,桁架常用來作為屋蓋承重結構,又稱為屋架。4

2.1桁架結構的受力特點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。桁架結構計算的假定5

2.1桁架結構的受力特點桁架結構計算的假定桁架的桿件與桿件相連接的節(jié)點均為鉸接節(jié)點。6

2.1桁架結構的受力特點魯班鎖7

2.1桁架結構的受力特點桁架結構計算的假定所有外力(包括荷載及支座反力)都作用在桁架的中心平面內,并集中作用于節(jié)點上。8

2.1桁架結構的受力特點桁架結構的內力

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為零9

2.1桁架結構的受力特點桁架結構的內力三角形桁架的高度自跨中最大處向支座節(jié)點最小處呈線性變化,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、下弦桿內力在跨中節(jié)間最小,而在靠近支座處最大。--x102.1桁架結構的受力特點桁架結構的內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生的彎矩圖完全一致,使上、下弦桿各節(jié)間軸力也完全相等。-112.1桁架結結構的的受力力特點點桁架結結構的的內力力斜腹桿桿的布置方方向對腹桿桿受力力的符符號(拉或壓壓)有直接接的關關系。。對于于矩形形桁架架,斜腹桿桿外傾傾受拉拉,內傾受受壓,豎腹桿桿受力力方向向與斜斜腹桿桿相反反。122.1桁架結結構的的受力力特點點桁架結結構的的內力力斜腹桿桿的布置方方向對腹桿桿受力力的符符號(拉或壓壓)有直接接的關關系。。對于三三角形形桁架架,斜腹桿桿外傾傾受壓壓,內傾受受拉,而豎腹腹桿則則總是是受拉拉。13三角形形桁架架三角形形屋架架一般般用于于屋面面坡度較較大的屋蓋蓋結構構中。。一般般宜用用于中小跨跨度的輕屋屋蓋結結構。。2.2屋架結結構的的型式式14梯形桁桁架梯型屋屋架一一般用用于屋屋面坡度較較小的屋蓋蓋中。。其受受力性性能比比三角角形屋屋架優(yōu)優(yōu)越,適用于于較大跨跨度或荷載載的工工業(yè)廠廠房。。2.2屋架結結構的的型式式15梯形桁桁架矩形桁桁架矩形屋屋架也也稱為為平行弦屋架。其上下弦平行,腹桿長度一致,桿件類型少,易于滿足標準化、、工業(yè)化生產的要要求。常用于托架或支撐系統(tǒng)。2.2屋架結構的型式16木屋架一般為三角形屋架架，內力支座處大大而跨中小。適用用于跨度在18米米以內的建筑中。。2.2屋架結構的型式17鋼-木組合屋架采用鋼拉桿作為屋屋架的下弦桿，消消除接頭的非彈性性變形，從而提高高屋架結構的剛度度。2.2屋架結構的型式18鋼屋架改善上弦桿受力情情況，采用再分式式腹桿的形式。2.2屋架結構的型式19鋼屋架改善上弦桿受力情情況，采用再分式式腹桿的形式。2.2屋架結構的型式20鋼屋架2.2屋架結構的型式21鋼屋架2.2屋架結構的型式22混凝土屋架2.2屋架結構的型式23鋼筋混凝土-鋼組組合屋架上弦桿采用鋼筋混混凝土，下弦桿采采用型鋼。充分利利用兩種材料的特特性。2.2屋架結構構的型式式24梯形桁架架屋架結構構的主要要尺寸屋架的矢矢高直接接影響結結構的剛度與經濟指標標。矢高大大、弦桿桿受力小小,但腹桿長長、長細細比大、、易壓曲曲,用料反而而會增多多。矢高高小,則弦桿受受力大、、截面大大、且屋屋架剛度度小、變變形大。。一般矢矢高可取取跨度的的1/10~1/5。2.3屋架架結構的的選型及及布置矢高屋架上弦弦坡度的的確定應應與屋面面防水構造相適適應。當當采用瓦瓦類屋面面時,屋架上弦弦坡度應應大些,一般不小小于1/3,以利于排排水。當當采用大大型屋面面板并做做卷材防防水時,屋面坡度度可平緩緩些,一般為1/8~l/12。坡度25梯形桁架架屋架結構構的主要要尺寸屋架節(jié)間間長度的的大小與與屋架的的結構型式式,材料及荷載有有關。一一般上弦弦受壓,節(jié)間長度度應小些些,下弦受拉拉,節(jié)間長度度可大些些。屋架上弦弦節(jié)間長長度常取取3m。當屋屋蓋采用用有檁體體系時,則屋架上上弦節(jié)間間長度應應與檁條條間距一一致。2.3屋架架結構的的選型及及布置節(jié)間距26梯形桁架架屋架結構構的選型型2.3屋架架結構的的選型及及布置屋架結構構的選型型應考慮慮房屋的的用途、建建筑造型型、屋面面防水構構造、屋屋架的跨跨度、結結構材料的供應應、施工工技術條條件等因素,做到受力力合理、、技術先先進、經經濟適用用。27梯形桁架架屋架結構構的選型型從結構受受力來看看,拋物線狀狀的拱式結結構受力力最為合理。但拱式式結構上上弦為曲曲線,施工復雜雜。折線型屋架,與拋物線線彎矩圖圖最為接接近,故力學性性能良好好。梯形形屋架,因其既具具有較好好的力學學性能,上下弦均均為直線線施工方方便,故在大中跨建建筑中被廣泛應用用。三角形屋屋架與矩矩形屋架架力學性性能較差差。三角形屋架一般般僅適用用于中小跨度度,矩形屋架常用用作托架或荷載較特特殊情況況下使用。。2.3屋架架結構的的選型及及布置受力28梯形桁架架屋架結構構的選型型屋面防水水構造決決定了屋屋面排水水坡度,進而決定屋蓋蓋的建筑造型型。一般來說,當屋面防水水材料采用用粘土瓦、、機制平瓦瓦或水泥瓦瓦時,應選用三角形屋架架、陡坡梯梯形屋架。當屋面防防水采用卷卷材防水、、金屬薄板板防水時,應選用拱形屋架、、折線形屋屋架和緩坡坡梯形屋架架。2.3屋架結結構的選型型及布置防水29梯形桁架屋架結構的的選型木材及鋼材材均易腐蝕,維修費用較較高。因此此,對于相對濕濕度較大而而又通風不不良的建筑筑,或有侵蝕性性介質的工工業(yè)廠房,不宜選用木木屋架和鋼鋼屋架,宜選用預應應力混凝土土屋架,2.3屋架結結構的選型型及布置材料30梯形桁架屋架結構的的選型跨度在18m以下時,可選用鋼筋筋混凝土-鋼組合屋架架;這種屋架構構造簡單、、施工吊裝裝方便,技術經濟指指標較好。?？缍仍?6m以下時,宜選用預應應力混凝土土屋架,既可節(jié)省鋼鋼材,又可有效地地控制裂縫縫寬度和撓撓度?？缍仍?6m以上的大跨跨度建筑或或受到較大大振動荷載載作用的屋屋架,宜選用鋼屋屋架,以減輕結構構自重,提高結構的的耐久性與與可靠性。。2.3屋架結結構的選型型及布置跨度31梯形桁架屋架結構的布置屋架的跨度,一般以3m為模數。2.3屋架結構的選選型及布置跨度屋架一般宜等間距距平行排列,與房屋縱向柱列的的間距一致,屋架直接擱置在柱柱頂。屋架的間距距同時即為屋面板板或檁條、吊頂龍龍骨的跨度,最常見的為6m,有時也有7.5m、9m、間距在同層中屋架的的支座取同一標標高。屋架的支支座形式,在力學上可簡化化為鉸接支座。支座32梯形桁架屋架結構的支撐撐包括設置在屋架架之間的垂直支支撐、水平系桿桿以及設置在上上下弦平面內的的橫向支撐和通通常設置在下弦弦平面內的縱向向水平支撐。垂直支支撐和和水平平系桿桿是為為了保保證側側向穩(wěn)穩(wěn)定性性。上弦橫橫向支支撐為為了增增強屋屋蓋的的整體體性和和屋架架上弦弦的側側向穩(wěn)穩(wěn)定性性。下弦縱縱向水水平支支撐是是為了了增強強屋蓋蓋的空空間剛剛度，，增強強排架架的空空間工工作性性能。。2.3屋屋架結結構的的選型型及布布置內容332.4立立體桁桁架平面屋屋架結結構雖雖然有有很好好的平平面內內受力力性能能，但但其在在平面面外的的剛度度很小小。為為保證證結構構的整整體性性，必必須要要設置置各類類支撐撐。支支撐結結構的的布置置要消消耗很很多材材料，，且常常常以以長細細比等等構造造要求求控制制，材材料強強度得得不到到充分分發(fā)揮揮。采采用立立體桁桁架可可以避避免上上述缺缺點。。立體體桁架架的截截面形形式有有矩形形、正正三角角形、、倒角角形。。342.4立體桁桁架352.4立體桁桁架362.4立體桁桁架當跨度較大大時，因上上弦壓力較較大，截面面大，可把把上弦一分分為二，構構成倒三角角形立體桁桁架。立體桁架由由于具有較較大的平面面外剛度，，有利于吊吊裝和使用用，節(jié)省省用于支撐撐的鋼材，，因而具有有較大的優(yōu)優(yōu)越性。但但三角形截截面的立體體桁架桿長長計算繁瑣瑣，桿件的的空間角度度非整數，，節(jié)點構造造復雜，焊焊縫要求高高，制作復復雜。張弦結構構是將上上弦剛性性受壓構構件通過過撐桿與與下弦拉拉索組合合在一起起形成自自平衡的的受力體體系，是是一種大大跨度預預應力空空間結構構體系，，也是混混合結構構體系發(fā)發(fā)展中一一個成功功的創(chuàng)造造。2.5張弦弦結構剛性受壓壓構件或或立體桁桁架撐桿1根（或若若干根））預應力拉拉索2.5張弦結構構張弦結構構的上弦弦剛性構構件可以以是梁、、拱、立立體桁架架、網殼殼等多種種形式。。柔性下下弦是引引入預應應力的柔柔索，包包括拉索索、小直直徑圓鋼鋼拉桿、、大直徑徑鋼棒等等多種形形式。2.5.1張弦結構構的特點點張弦結構構作為一一種新型型的結構構形式，，近年來來在實際際工程中中得到越越來越廣廣泛的應應用。（1）承載力力高預應力與與撐桿聯(lián)聯(lián)合作用用相當于于對剛性性受壓構構件的彈彈性支座座，并對對此處產產生負彎彎矩，降降低其它它地方的的正彎矩矩，使整整個構件件受力均均勻，承承載力提提高。（2）結構剛度大大由于剛性受壓壓構件與預應應力索的原因因，使整個構構件剛度增大大。（3）結構穩(wěn)定性性強由于剛性受壓壓構件的原因因，其穩(wěn)定性性比桁架要穩(wěn)穩(wěn)定得多。（4）支座推力小小其屬于自平衡衡受力體系，，所以支座沒沒有水平推力力。（5）建筑造型適適應力強（6）制作、運輸輸、施工方便便平面張弦結構構2.5.2張弦結構的形形式空間張弦結構構2.5.2張弦結構的形形式（1）平面張弦梁梁結構是指其其結構構件位位于同一平面面內，且以平平面內受力為為主的張弦梁梁結構。平面面張弦梁結構構根據上弦構構件的形狀可可以分為三種種基本形式：：直線型張弦弦梁、拱形張張弦梁、人字字型張弦梁結結構。p34直梁型張弦梁梁結構主要用用于樓板結構構和小坡度屋屋面結構，拱拱形張弦梁結結構充分發(fā)揮揮了上弦拱得得受力優(yōu)勢適適用于大跨度度的屋蓋結構構，人字型張張弦梁結構適適用于跨度較較小的雙坡屋屋蓋結構。2.5.2張弦結構的形形式（2）空間張弦梁梁結構是以平平面張弦梁結結構為基本組組成單元，通通過不同形式式的空間布置置所形成的張張弦梁結構。?？臻g張弦梁梁結構主要有有單向張弦梁梁結構、雙向向張弦梁結構構、多向張弦弦梁結構、輻輻射式張弦梁梁結構。p34單向張弦梁結結構由于設置置了縱向支撐撐索形成的空空間受力體系系，保證了平平面外的穩(wěn)定定性，適用于于矩形平面的的屋蓋結構。。雙向張弦梁結結構由于交叉叉平面張弦梁梁相互提供彈彈性支撐，形形成了縱橫向向的空間受力力體系，該結結構適用于矩矩形、圓形、、橢圓形等多多種平面屋蓋蓋結構。多向張弦梁結結構是平面張張弦梁結構沿沿多個方向交交叉布置而成成的空間受力力體系，該結結構形式適用用于圓形和多多邊形平面的的屋蓋結構。。輻射式張弦梁梁結構是由中中央按輻射狀狀放置上弦梁梁，梁下設置置撐桿用環(huán)向向索而連接形形成的空間受受力體系，適適用于圓形平平面或橢圓形形平面的屋蓋蓋結構。2.5.2張弦結構的形形式1）形態(tài)定義2.5.3張弦結構的受受力性能零狀態(tài)初始態(tài)荷載態(tài)拉索張拉前，，結構放樣拉索張拉完畢畢、結構安裝裝就位外荷載作用在在初始態(tài)，變變形穩(wěn)定2）預應力特性性張弦結構的受受力性能是否需要對張張拉拉索產生生預應力？1）改善上弦構構件受力，減減小彎矩2）防止結構受受力(風吸力)使得拉索受壓壓退出工作3）平面外穩(wěn)定定張弦結構的受受力性能采用平面外剛剛度較大的上上弦桿（如立立體桁架）設置屋面水平平支撐系統(tǒng)（（設在上弦弦桿處）4）抗風作用張弦結構的受受力性能抗風吸力（負負壓）作用抗風震作用缺點1）上弦剛性受受壓構件2.5.4張弦結構的選選型上弦構件形式式結構跨度撐桿間距跨中彎矩上弦構件截面面積上弦局部彎矩上弦抗彎剛度梁采用工形或箱型型截面鋼構件，或或立體桁架2）上弦失高和下弦弦垂度張弦結構的選型垂跨比高跨比梁彎矩、軸力、索的應力結構的變形3）撐桿數目張弦結構的選型撐桿數量上弦內力均勻、彎彎矩小施工復雜、撐桿材材料用量增加2.5.5工程實例北京北站拱形平面面張弦結構北京農展館上海世博會主題館館張弦結構的實例上海世博會主題館館p37-38主題館建設和設計計的三大亮點(一)雙向大跨度亞洲最最大、大跨度雙弦弦張拉桁架國內最最大西展廳南北跨180米，東西跨126米，為矩形超大跨跨度無柱空間，相相當于3個標準足球場大小小。2.5萬平方米、14米凈高的無柱空間間，既符合了世博博會的布展要求，，也有利于世博會會后舉辦各類展覽覽和活動。西展廳屋面采用了了張拉弦桁架結構構，共9榀，跨度為126米，間距18米，上弦為三角管管桁架，下弦索采采用兩根高強鋼絲絲束索。如此大跨跨度的雙弦張拉桁桁架，目前在國內內最大。(二)單體太陽能屋面面國內最大主題館屋面大面面積鋪設太陽能能板,采用并網發(fā)電運運行方式，將太太陽能發(fā)電傳回回城市電網中。。太陽能