结构体系篇--桁架结构讲义.ppt

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1、第二篇结构体系篇第六章桁架结构第一节概述桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构。（桁架是由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元。）桁架一般由上弦杆、腹杆（竖杆和斜腹杆）组成。桁架结构受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向推力，因此在工程中得到广泛的应用。在房屋建筑中，桁架常用作为为屋盖承重结构，称为屋架。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁架。如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。结构高度大，增加了屋面及围护墙的用

2、料，同时也增加了采暖，通风，采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，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，需要设置支撑。一般房屋纵向的侧向力并不大，但支撑很多，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。它在历史上出现很早，公元前500年罗马人就在多瑙河上修建了桁架桥梁；后来迅速成为普遍的结构形式应用于土木工程大跨度的结构中，在房屋建筑中尤其得到广泛推广。（一）、桁架结构的组成桁架多应用于受弯构件，在外荷载的作用下，简支桁架所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁式的情况相似。但桁架结构具有与简支梁完全不同的受力性能。

3、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和截面内的正应力和剪应力的分布都极不均匀。桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成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。桁架各杆件单元（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆）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。第二节桁架的特点和形式（二）、桁架结构计算的假定1、组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线（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节点；3、所有外力（荷载和支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中作用

4、于节点上。（三）、桁架结构的内力分析矩形桁架、三角形桁架和折线形桁架内力1、矩形桁架1）弦杆：矩形桁架高度相等，下弦各节间的内力随外荷载产生的总弯矩而变化，跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较小或为零，下弦内力变化较大。2）腹杆：沿跨度方向各腹杆的轴力变化与剪力图一致，跨中小而支座处大，其值变化较大。2）三角形桁架上、下弦杆内力在跨中节间最小，在靠近支座处最大。因高度变化速度大于剪力变化速度，故斜腹杆和竖腹杆的受力都是跨中大，支座处小。3）折线形桁架高度呈抛物线型的桁架是最理想的桁架形式。上弦曲线做成圆形使屋架外形与抛物线弯矩图接近，为便于制作，常将桁架上弦各节点与弯矩图重合，

5、而在各节点之间取直线，成为折线形桁架。这时，上、下弦杆内各节间轴力基本相等。（斜）腹杆内力全部为零。二、屋架结构的型式按材料分：木屋架、钢-木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土—钢组合屋架等。按屋架外形分：三角形、梯形、抛物线、折线形、平行弦等。按结构受力特点及材料性能分：桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等。按几何组成方式可以分：简单桁架、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）和复杂桁架（不同于前两种的其他静定桁架）。按是否存在水平推力分：无推力的梁式桁架（与相应的实体梁结构比较，掏空率大，上下弦杆联

6、合抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济）和有推力的拱式桁架（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）。（一）木屋架常用的木屋架是方木或原木齿连接的豪式木屋架。分为三角形和梯形（如上图）。大都在工地手工制作。豪式木屋架的节间长度2~3m，一般为4~8节间，适用跨度为12~18m，高跨比宜在1/5~1/4之间。当屋架跨度不大时，上弦可用整根木料。三角形屋架适用于跨度在18m以内（取12m）的建筑。坡度大，适用于屋面材料为粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况。梯形屋架受力性能比三角形屋架合理，可用于跨度较大房屋适用跨度为12~18m。（二）钢

7、-木组合屋架形式：（1）豪式、（2）芬克式、（3）梯形、（4）下折式。由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材，特别是原木和方木干燥较慢，干裂缝对下弦不利，采用钢拉杆作为屋架的下弦，每平方米建筑面积的用钢量增加2~4kg，但显著提高了结构的可靠性和屋架刚度。（三）钢屋架三角形屋架：用于屋面坡度较大的屋盖结构中。内力变化较大，弦杆内力在支座处最大，在跨中最小，材料强度不能充分发挥作用。一般用于中小跨度的轻屋盖结构。芬克式屋架，腹杆受力合理，长杆受拉，短杆受压，可分为两榀小屋架制作，现场安装，施工方便。梯形屋架用于屋面坡