《桁架结构》PPT课件

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1、建筑结构选型第三章桁架结构第一节概述第二节桁架结构的特点第二节屋架结构的形式和适用范围第三节桁架的构造第一节概述梁是典型的实服杆件，通过一侧受拉一侧受压来承受弯矩，通过截面的相互错动来传递剪力。桁架与梁相比，则有了很大变化。首先桁架由杆件组成，属于空腹杆件，减轻了自重。其次桁架所有杆件只承受拉力和压力，不再出现弯矩和剪力。梁、拱和桁架的内力传递状态，如图所示。桁架结构的特点是受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向力。因此在结构工程中，桁架常用来作为屋盖承重结构，常称为屋架。屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。由于结构高度大，不但增

2、加了屋面及维护墙的用料，而且增加了采暖、通风、采光等设备的负荷；对音质控制也带来困难。桁架侧向刚度小，对于钢桁架特别明显，因为受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。一般房屋纵向的侧向力并不大，但钢屋架的支撑很多，都按构造（长细比）要求确定截面，故耗钢量不少，但未能材尽其用。图为桁架结构第一节桁架结构的特点一、桁架结构的组成桁架结构主要由上弦杆、下弦杆和腹杆三部分组成，如图所示。简支梁在竖向均布荷载作用下，沿梁轴线的弯矩和剪力的分布及截面内的正应力和剪应力的分布都不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分别为受压区呈三角形分布

3、，在中性轴处应力为零，在上、下边缘处分别是拉应力和压应力为最大，因此，若以上、下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。同时，在剪力作用下，剪应力在中性轴处为最大，在上、下边缘处剪应力为零，分布在上、下边缘处的材料不能发挥其抗剪作用，尽管通过改变梁的截面形式（例如，把梁截面由矩形改变为工字形）、改变梁的截面尺寸（例如，在梁的跨中和支座附近变高度、变梁宽）等，可改善梁的受力性能，但这些都只是量的改变，而难以达到质的飞跃。如图所示的桁架结构则具有与简支梁不同的受力性能，尽管从整体结构来说，外荷载所产生的弯矩图与剪力图与作用在简支梁上

4、完全一致，但桁架结构内部则是桁架的上弦受压、下弦受拉，因此，形成了力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。因此，在桁架结构中，各杆件单元（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆）均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。二、桁架结构计算的基本假定实际桁架结构的构造和受力情况一般是比较复杂的，为了简化计算，通常采用以下几个基本假定：1．组成桁架的所有杆件都是直杆，所有杆件的中心线（轴线）都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面；2．桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接点；3．所有外力（包括荷载及支

5、座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。上述假定2是桁架结构简化计算模型的关键，在实际房屋建筑工程中，真正采用铰接节点的桁架是极小的。例如，木材常常采用榫接，与铰接的力学要求较为接近；钢材常用铆接或焊接，节点可以传递一定的弯矩；钢筋混凝土的节点构造则往往采用刚性连接，如图所示。因此，严格地说，钢桁架和钢筋混凝土桁架都应该按钢架结构计算，各杆件除承受轴力外，还承受弯矩的作用。但进一步的理论分析和工程实践经验表明，上述杆件内的弯矩所产生的盈利很小，只要在节点构造上采取适当的措施，其应力对结构或构件都会造成危害，故一般计算中均将桁架结构节点按

6、铰接处理。图为桁架结构的节点a）木桁架节点；b）钢桁架节点；c）钢筋混凝土桁架节点将节点间化成铰接点后，为保证各杆仅承受轴力，还必须满足假定3的要求，即桁架结构仅受到节点荷载的作用。对于桁架上直接搁置的屋面板的结构，当屋面板的宽度和桁架上弦的节间长度不等时，上弦将受到节间荷载的作用并产生弯矩；或对下弦承受吊顶荷载的结构，当吊顶梁间距与下弦节间长度不等时，也会在下弦产生节间荷载及弯矩。这将使上、下弦杆件由轴向受压或轴向受拉变为压弯或拉弯构件（图a），是极为不利的。对于木桁架或钢筋混凝土桁架，因其上、下弦杆截面尺寸较大，节间荷载所产生的弯矩对构件受力的影

7、响可通过适当增大截面或采取一些构造措施予以解决。而对于钢桁架，因其上、下弦杆截面尺寸很小，节间荷载所产生的弯矩对构件受力有较大影响，将会引起材料用量的大幅度上涨。这时候，桁架节间的划分应考虑屋面板、檩条、吊顶梁的布置要求，使荷载尽量作用在节点上。当节间长度较大时，在钢结构中，常采用再分式屋架，如图b所示。使屋面荷载直接作用在上弦节点上，避免了上弦受弯。三、桁架结构的内力尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状态比梁的结构合理，但在桁架结构各杆件单元中，内力的分布是不均匀的。若同一类杆件截面的大小一致，则杆件的截面尺寸应由同一类构件中内力最大者所决定，

8、其余杆件的材料强度仍不能得到充分的发挥。下面我们以工程中最常见的平行桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架为