大跨建筑桁架结构形式与建筑造型实例分析

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1、大跨建筑桁架结构形式与建筑造型实例分析赵骏（山东建筑大学，建筑城规学院，2009051071）摘要：桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。钢木桁架为采用钢材作下弦的桁架，钢木桁架能消除木材缺陷(木节、裂缝及斜纹)对桁架受拉下弦及其连接的不利影响，提高桁架的安全可靠程度和刚度。关键词：大跨建筑，桁架结构，造型实例1引子在科技发达的社会对于建筑的要求越来越高，大跨度的建筑层

2、出不穷这就需要更好的技术，本文介绍建筑桁架结构中的几个类型，如；刚桁架结构的特点及内力分析，木桁架结构的内力分析，以及桁架的结构特点，桁架结构的优点；扩大了粱式结构的适用跨度，桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢材、木材均可。用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选择一般与建筑物的使用要求，跨度和荷载大小，以及材料供应和施工技术水平等因素有关。选择桁架型式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，由于每种材料的力学性能各不相同，所以不同材料制造的屋架，其型式也各不一样。这种屋架型式适用于木屋架。桁架是由杆件组成的格构体系，其节点一般假定为铰结点，

3、当荷载作用在结点上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系。平行弦桁架的杆件内力是不均匀的，弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小。桁架的外形及腹杆形式;三角形屋架，人字式腹杆，豪式腹杆，梯形屋架，再分式腹杆，平行弦屋架交叉式腹杆。本文还介绍了关于桁架选用及屋架结构的选型。2桁架结构的基本概念桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。2.1桁架的历史演变只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构。它是由一些杆轴交于一点的工

4、程结构抽象简化而成的。桁架在建造木桥和屋架上最先见诸实用。古罗马人用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构（发现于罗马的浮雕中），文艺复兴时期，意大利建筑师（拔拉雕）也开始采用木桁架建桥出现朗式、汤式、豪式桁架。英国最早的金属桁架是在1845年建成的，适合汤式木桁架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦式桁架。2.2桁架种类根据桁架的外形分为：平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）、折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材料使用经济，构造较复杂）、三角形桁架（杆力分布更不均匀，构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）

5、。以桁架几何组成方式分：简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）、联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）、复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）。按所受水平推力分：无推力的梁式桁架（与相应的实梁结构比较，掏空率大，上下弦杆抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济）、有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）。2.3桁架内力特征受力特点是结构内力只有轴力，而没有弯矩和剪力。这一受力特性反映了实）际结构的主要因素，轴力称桁架的主内力。实际结构（如钢筋混凝土屋架，铆（栓）接或焊接的钢桁架桥）中由于结点的非理想铰结等

6、原因，还同时存在微小的弯矩和剪力，对轴力也有很小的影响（因结点刚性和桁架杆横截面积与惯性矩比值的大小而异，一般减小5%～0.1%），称为次内力。考虑桁架各结点的平衡，结点承受汇交力系作用，逐次建立各结点的投影平衡方程，可求出所有的未知杆力，这种方法称结点法，最适用于简单桁架。求解时宜根据组成特点先判定零杆，并尽可能避免解联立方程。有时只需求少数杆件内力或者对于联合桁架和复杂桁架，结点法无法奏效时，需用截面法。有选择地截断杆件（一般不超过三杆）以桁架的局部为平衡对象，由平衡方程即可求得所需杆件轴力。对于某些桁架（如K式桁架），联合应用结点法和截面法更有效。对于杆件很多的复杂桁架或空间

7、桁架，最好的选择应是计算机方法。2.4主要结构特点各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是