建筑结构与结构选型.ppt

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1、建筑结构与结构选型 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1.建筑结构的建筑结构的 总概念总概念1.建筑结构的定义建筑结构的定义建筑物用来形成一定建筑物用来形成一定空间及造型空间及造型、并具有、并具有抵御人为和自然界抵御人为和自然界施施加与建筑物的加与建筑物的各种作用力各种作用力，使建筑物得以，使建筑物得以安全使用安全使用的骨架，即的骨架，即称为结构。称为结构。2.建筑结构的组成建筑结构的组成水平构件：水平构件：板（平板、曲面板、斜板）；梁（直梁、曲梁斜板

2、（平板、曲面板、斜板）；梁（直梁、曲梁斜梁）；桁架、网架等。梁）；桁架、网架等。竖向构件：竖向构件：柱、墙体、框架。柱、墙体、框架。基础基础3.建筑结构的类型建筑结构的类型按结构的主要建筑材料划分按结构的主要建筑材料划分钢筋混凝土结构；钢筋混凝土结构；砌体结构；砌体结构；钢结构；钢结构；木结构；木结构；塑塑料结构；料结构；薄膜充气结构。薄膜充气结构。按结构的主体结构形式划分按结构的主体结构形式划分墙体结构；墙体结构；框架结构；框架结构；框架剪力墙（抗震墙）结框架剪力墙（抗震墙）结构；构；筒体结构；筒体结构；桁架结构；桁架结构；拱形结构；拱形结构；网架结构；网架结构；空间薄壁结构；空间薄壁结构；

3、钢索结构；钢索结构；薄膜结构。薄膜结构。按结构的体形划分按结构的体形划分单层结构；单层结构；多层结构（多层结构（26层层）；）；高层结构（一般为高层结构（一般为7层层以上）；以上）；大跨度结构（跨度大跨度结构（跨度4050m以上以上）。）。按结构的受力特点划分按结构的受力特点划分平面结构体系；平面结构体系；空间结构体系。空间结构体系。2.建筑结构基本构件建筑结构基本构件 与结构设计与结构设计按构件的受力特征划分按构件的受力特征划分轴心受力构件；轴心受力构件；偏心受力构件；偏心受力构件；受弯构件；受弯构件；弯剪扭弯剪扭构件；构件；双向偏心受力构件。双向偏心受力构件。几种基本构件的比较几种基本构件

4、的比较1.多层砌体结构多层砌体结构1.概述概述混合结构；砖砌体结构；砌体结构；砖木结构。混合结构；砖砌体结构；砌体结构；砖木结构。2.砌体结构的优点褐应用范围砌体结构的优点褐应用范围 就地取材就地取材；墙体既是承重结构又是围护结构；墙体既是承重结构又是围护结构；易达到刚性方案的构造要求，砌体结构刚度较大易达到刚性方案的构造要求，砌体结构刚度较大；施工较施工较简单，技术要求低，施工设备简单。简单，技术要求低，施工设备简单。优点优点 强度较混凝土低，故层数不超过强度较混凝土低，故层数不超过7层层；墙体墙体为脆性材料，抗压较高而抗拉、抗剪、抗弯强度较低，故为脆性材料，抗压较高而抗拉、抗剪、抗弯强度较

5、低，故抗震性能较差；抗震性能较差；按刚性方案设计，横墙的间距受限，因按刚性方案设计，横墙的间距受限，因此建筑空间受限。此建筑空间受限。缺点缺点3.砖砌体房屋的墙体布置方案砖砌体房屋的墙体布置方案横墙承重方案横墙承重方案优点优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好，抗震：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好，抗震性能较好。外纵墙为自承重墙，可开设较大洞口。性能较好。外纵墙为自承重墙，可开设较大洞口。缺点缺点：横墙间距较密，故房间布置灵活性差。：横墙间距较密，故房间布置灵活性差。纵墙承重方案纵墙承重方案优点优点：房间的空间可以较大，平面布置较灵活。：房间的空间可以较大，平面布置较灵活。缺点缺

6、点：横墙较少，房屋的刚度较差，纵墙受力集中，纵墙：横墙较少，房屋的刚度较差，纵墙受力集中，纵墙较厚或加壁柱。较厚或加壁柱。纵横墙承重方案纵横墙承重方案优点优点：横墙间距较纵墙承重方案小，故房屋的刚度较纵墙：横墙间距较纵墙承重方案小，故房屋的刚度较纵墙承重方案大。承重方案大。内框架承重方案内框架承重方案特点特点：A.横墙较少，空间刚度较差；横墙较少，空间刚度较差；B.采用两种基础，沉采用两种基础，沉降不易一致；降不易一致；C.混凝土和砌体的压缩性能不同，易造成不均混凝土和砌体的压缩性能不同，易造成不均匀变形而产生次应力，特别层数较多时，设计时应予以考虑；匀变形而产生次应力，特别层数较多时，设计时

7、应予以考虑；D.可获得较大使用空间；可获得较大使用空间；E.该结构承重方案不利于抗震。该结构承重方案不利于抗震。4.砌体房屋的构造要求砌体房屋的构造要求5.多层砖砌体房屋的楼盖多层砖砌体房屋的楼盖装配式楼盖；装配式楼盖；装配整体式楼盖；装配整体式楼盖；现浇楼盖现浇楼盖。现浇楼盖梁、板的经济跨度现浇楼盖梁、板的经济跨度：单向板：单向板：23m；双向板：双向板：36m；次次 梁：梁：35m；主；主 梁：梁：58m。2.框架结构体系框架结构体系框架结构的特点与优点框架结构的特点与优点框架是由梁和拄刚性连接的骨架结构。框架是由梁和拄刚性连接的骨架结构。框架结构采用的材料框架结构采用的材料:型钢；钢筋混

8、凝土；钢骨混凝土。型钢；钢筋混凝土；钢骨混凝土。1.基本概念基本概念2.框架结构的特点框架结构的特点梁和拄连接节点为刚节点；梁和拄连接节点为刚节点；在竖向荷载作用下，梁、柱在竖向荷载作用下，梁、柱相互约束，柱产生弯矩，梁的跨中弯矩和挠度减小；相互约束，柱产生弯矩，梁的跨中弯矩和挠度减小；在水在水平荷载作用下，由于梁的约束作用提高柱的抗侧移刚度，梁平荷载作用下，由于梁的约束作用提高柱的抗侧移刚度，梁的线刚度愈大，柱的抗侧移刚度愈大，结构的侧移愈小。的线刚度愈大，柱的抗侧移刚度愈大，结构的侧移愈小。3.框架结构的优点框架结构的优点有较大使用空间；有较大使用空间；建筑物自重较轻；建筑物自重较轻；具有

9、较好的抗具有较好的抗震性能；震性能；有较好的延性；有较好的延性；有较好的整体性。有较好的整体性。3.框架结构的缺点框架结构的缺点由于构件截面尺寸受限（轴压比要求），结构的抗侧移刚度由于构件截面尺寸受限（轴压比要求），结构的抗侧移刚度相对剪力墙较小，故建筑物的高度受限。相对剪力墙较小，故建筑物的高度受限。框架结构的类型框架结构的类型1.按构件组成划分按构件组成划分梁板式结构（由梁、板、柱组成的结构）；梁板式结构（由梁、板、柱组成的结构）；无梁式结构。无梁式结构。2.按施工方法划分按施工方法划分 现浇整体式：整体性和抗震性能好，构件尺寸不受标准构件现浇整体式：整体性和抗震性能好，构件尺寸不受标准构

10、件限制；限制；装配式：可加快施工进度，工业化程度高。节点刚性装配式：可加快施工进度，工业化程度高。节点刚性差，抗震性能较差；差，抗震性能较差；半装配式（梁、柱现浇，板预制或梁板半装配式（梁、柱现浇，板预制或梁板预制，柱现浇）：梁柱整体性较好，适用于抗震建筑。板预制预制，柱现浇）：梁柱整体性较好，适用于抗震建筑。板预制可节约模板可节约模板20；装配整体式：保证节点的刚接，结构整体装配整体式：保证节点的刚接，结构整体性好。省去连接件，增加后浇混凝土工序，省模板，施工进度性好。省去连接件，增加后浇混凝土工序，省模板，施工进度快。快。框架结构的平面布置方式框架结构的平面布置方式1.横向为主要承重框架，

11、纵向为连系梁；横向为主要承重框架，纵向为连系梁；2.纵向为主要承重框架，横向为连系梁；纵向为主要承重框架，横向为连系梁；3.主要承重框架纵横两个方向布置。主要承重框架纵横两个方向布置。框架结构的受力特性框架结构的受力特性1.在竖向荷载作用下；在竖向荷载作用下；2.在水平荷载作用下。在水平荷载作用下。3.剪力墙结构剪力墙结构剪力墙的概念和结构功能剪力墙的概念和结构功能1.剪力墙承受竖向和水平作用；剪力墙承受竖向和水平作用；2.剪力墙的布置要同时满足建筑和结构的要求；剪力墙的布置要同时满足建筑和结构的要求；3.剪力墙结构体系具有很好的承载力、整体性和空间作用，剪力墙结构体系具有很好的承载力、整体性

12、和空间作用，适于建造较高的建筑物；适于建造较高的建筑物；4.剪力墙的间距受限，故布置灵活性差，仅适用小空间的剪力墙的间距受限，故布置灵活性差，仅适用小空间的建筑；建筑；5.剪力墙结构的楼盖采用不设梁，故层高较小，建筑物总剪力墙结构的楼盖采用不设梁，故层高较小，建筑物总高度较小。高度较小。剪力墙结构体系的类型及适用范围剪力墙结构体系的类型及适用范围1.框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系:适用于局部大空间的建筑，框架主要适用于局部大空间的建筑，框架主要承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平作用；承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平作用；2.普通剪力墙结构体系普通剪力墙结构体系:全部由剪力墙组成的结构体系

13、；全部由剪力墙组成的结构体系；3.3.框支剪力墙结构体系框支剪力墙结构体系:底层大空间，剪力墙无法全部落地。底层大空间，剪力墙无法全部落地。普通剪力墙结构的结构布置普通剪力墙结构的结构布置1.平面布置平面布置v沿平面主要轴线方向布置沿平面主要轴线方向布置:对矩形、对矩形、L形、形、T形平面，剪力形平面，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；墙沿两个正交的主轴方向布置；对三角形及对三角形及Y形平面可沿三形平面可沿三个方向布置；个方向布置；对正多边形、圆形和弧形平面，可沿径向及环对正多边形、圆形和弧形平面，可沿径向及环向布置。向布置。v单片剪力墙的长度不宜过大：单片剪力墙的长度不宜过大：长度大则刚度大，

14、结构的周长度大则刚度大，结构的周期短，则结构地震反应大；期短，则结构地震反应大；剪力墙处于受弯工作状态时，剪力墙处于受弯工作状态时，其延性好，有利于抗震；其延性好，有利于抗震；每个墙段的高宽比应不小于每个墙段的高宽比应不小于2，每，每个墙肢的宽度不宜大于个墙肢的宽度不宜大于8.0m。v剪力墙以对称、均匀、数量适当为好：剪力墙以对称、均匀、数量适当为好：剪力墙结构的基本剪力墙结构的基本周期控制在：周期控制在：T=(0.040.05)Ns(Ns为层数为层数）；）；底部剪力控制底部剪力控制在：在：FEK=(0.020.03)G(7(7度，度，类场地），类场地），FEK=(0.040.06)G(8(8

15、度，度，类场地）；类场地）；若周期过短，地震若周期过短，地震力过大时，宜减少墙的数量。力过大时，宜减少墙的数量。v调整剪力墙结构刚度的方法：调整剪力墙结构刚度的方法：适当减小剪力墙的厚度；适当减小剪力墙的厚度；降低连梁的高度；降低连梁的高度；增大门窗洞口宽度；增大门窗洞口宽度；对较长墙肢对较长墙肢（超过（超过8.0m ）设置施工洞。）设置施工洞。2.竖向布置竖向布置竖向连续；竖向连续；顶层取消部分剪力墙时，其余剪力墙在构造上顶层取消部分剪力墙时，其余剪力墙在构造上予以加强；予以加强；底层取消部分剪力墙时，应设置转换层；底层取消部分剪力墙时，应设置转换层；避免避免刚度突变，每次厚度减小宜为刚度突

16、变，每次厚度减小宜为50100mm；厚度变化时宜两厚度变化时宜两侧同时内收外墙及电梯间墙可单面内收；侧同时内收外墙及电梯间墙可单面内收；剪力墙上的洞口宜剪力墙上的洞口宜上下对齐；上下对齐；相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢，相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢，墙肢宽厚比不宜小于墙肢宽厚比不宜小于3，且墙肢宽度不应小于，且墙肢宽度不应小于500mm；采用采用刀把剪力墙，宜十分慎重。刀把剪力墙，宜十分慎重。剪力墙的构造要求剪力墙的构造要求1.剪力墙的数量剪力墙的数量目前设计的目前设计的1628层住宅，底层部分剪力墙截面总面积与楼面层住宅，底层部分剪力墙截面总面积与楼面面积之比约为：

17、小开间面积之比约为：小开间（34m):Aw/Af=6%8%大开间大开间（78m):Aw/Af=4%6%2.剪力墙的数量剪力墙的数量底层厚度可按每层底层厚度可按每层10mm初估；最小厚度初估；最小厚度160mm（见表）见表）。框支剪力墙结构的设计要点框支剪力墙结构的设计要点1.框支剪力墙结构的特点框支剪力墙结构的特点:底层大空间；底层大空间；抗侧移刚度相对抗侧移刚度相对较小；较小；底部和上部结构的刚度突变；底部和上部结构的刚度突变；抗震性能差。抗震性能差。2.设计中要考虑的两个关键问题设计中要考虑的两个关键问题:保证大空间有足够的刚度，保证大空间有足够的刚度，防止竖向刚度变化过于悬殊；防止竖向刚

18、度变化过于悬殊；加强转换层的刚度和承载力，加强转换层的刚度和承载力，确保转换层将上层剪力可靠的传递到落地剪力墙。确保转换层将上层剪力可靠的传递到落地剪力墙。3.落地剪力墙的布置和数量：底层大开间应有落地剪力墙或落落地剪力墙的布置和数量：底层大开间应有落地剪力墙或落地筒；建筑平面为长矩形，落地横向剪力墙的数目与横向剪力地筒；建筑平面为长矩形，落地横向剪力墙的数目与横向剪力墙数目之比，非抗震设计时不宜少于墙数目之比，非抗震设计时不宜少于30；抗震设计时不宜少；抗震设计时不宜少于于50；对一般建筑平面，令上下层刚度比为；对一般建筑平面，令上下层刚度比为g g:混凝土剪变模量混凝土剪变模量混凝土弹性模

19、量混凝土弹性模量剪力墙剪力墙柱柱v在非地震区在非地震区g g应尽量接近应尽量接近1，不应大于，不应大于3；v按抗震设计时，按抗震设计时，g g应尽量接近应尽量接近1，不应大于，不应大于2。为了满足上述要求，可采取下列措施为了满足上述要求，可采取下列措施：布置尽可能多地布置尽可能多地落地剪力墙，必要时设置补偿剪力墙；落地剪力墙，必要时设置补偿剪力墙；增大落地剪力墙增大落地剪力墙的厚度，尽可能增大落地剪力墙截面面积；的厚度，尽可能增大落地剪力墙截面面积；提高大空间提高大空间层混凝土强度等级；层混凝土强度等级；落地剪力墙尽量不开洞或开小洞，落地剪力墙尽量不开洞或开小洞，洞口宜布置在剪力墙的中部。洞口

20、宜布置在剪力墙的中部。4.转换层的设置转换层的设置转换层的结构形式转换层的结构形式:框架结构。不落地剪力墙用柱和梁形成框架结构。不落地剪力墙用柱和梁形成框支梁来支承上面的剪力墙；框支梁来支承上面的剪力墙；板柱结构。用厚板及柱来支承板柱结构。用厚板及柱来支承上面的剪力墙；上面的剪力墙；空腹桁架结构。用空腹桁架及柱来支承上面空腹桁架结构。用空腹桁架及柱来支承上面的剪力墙；的剪力墙；箱形刚性结构。箱形刚性结构。框支梁、框支柱的基本要求框支梁、框支柱的基本要求：框支梁的宽度不小于上部剪力框支梁的宽度不小于上部剪力墙厚度的墙厚度的2倍；倍；框支梁上部相邻层的墙体不宜设边洞，不得框支梁上部相邻层的墙体不宜

21、设边洞，不得在中柱上方开门洞。在中柱上方开门洞。框支柱轴压比要求：框支柱轴压比要求：柱与梁同宽或比梁宽每边大柱与梁同宽或比梁宽每边大50mm，且不小于，且不小于450mm；梁；梁截面高不小于柱宽，不小于梁跨的截面高不小于柱宽，不小于梁跨的1/12，柱净高与柱截面高，柱净高与柱截面高度之比要大于或等于度之比要大于或等于4。转换层楼板的要求转换层楼板的要求：板厚不得小于板厚不得小于180mm；楼板应楼板应双层双向配筋，并加强与剪力墙的锚固。双层双向配筋，并加强与剪力墙的锚固。4.框架剪力墙结构框架剪力墙结构框架剪力墙结构的受力特点及适用范围框架剪力墙结构的受力特点及适用范围1.框架剪力墙结构特点框

22、架剪力墙结构特点:取框架和剪力墙结构的优点，避其两取框架和剪力墙结构的优点，避其两者的不足。者的不足。2.2.框架剪力墙结构的受力特点：框架剪力墙结构的受力特点：框架剪力墙结构中剪力墙的数量框架剪力墙结构中剪力墙的数量1.震害表明震害表明:剪力墙较少时，震害重。剪力墙较多时，震害轻，剪力墙较少时，震害重。剪力墙较多时，震害轻，甚至无震害。但剪力墙多，结构刚度大，周期短，地震作用甚至无震害。但剪力墙多，结构刚度大，周期短，地震作用增大，其结果不经济。增大，其结果不经济。2.剪力墙的合理数量剪力墙的合理数量:按允许位移值确定。高规要求：按允许位移值确定。高规要求：一般装修标准顶点位移一般装修标准顶

23、点位移m/Hm/H不宜大于不宜大于1/7001/700；较高装修时；较高装修时m/Hm/H不不宜大于宜大于1/8001/800，或由层间位移，或由层间位移 m mmaxmax/h h的限制条件控制；的限制条件控制；用用结构自振周期和地震作用来校核。一般较合理的基本自振周结构自振周期和地震作用来校核。一般较合理的基本自振周期为：期为：T T1 1=(0.09=(0.09 0.12)n0.12)n(实际周期实际周期j jT T=1.0=1.0)；T T1 1=(0.06=(0.06 0.08)n0.08)n(实实际周期际周期j jT T=0.7=0.7 0.80.8)。3.3.剪力墙的布置：剪力墙

24、的布置：剪力墙沿各主轴方向布置；剪力墙沿各主轴方向布置；应使应使纵横两个方向的自振周期比较接近；纵横两个方向的自振周期比较接近；均匀、分散、对称、均匀、分散、对称、周边；周边；竖向荷载较大处、平面形状变化处、楼电梯间处；竖向荷载较大处、平面形状变化处、楼电梯间处；不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，宜布置在中部；置在端部，宜布置在中部；剪力墙不宜过长，高长比宜剪力墙不宜过长，高长比宜大于大于2 2，单肢长度不宜大于，单肢长度不宜大于8m 8m。剪力墙的最大间距剪力墙的最大间距剪力墙之间的楼板有较大开洞时剪力墙的间距应小一

25、些；实剪力墙之间的楼板有较大开洞时剪力墙的间距应小一些；实际工程剪力墙的间距一般在际工程剪力墙的间距一般在2.5B及及30m以内。以内。保留框架柱在剪力墙中；保留框架柱在剪力墙中；保留框架梁在剪力墙中；剪力保留框架梁在剪力墙中；剪力墙宜与框架柱同轴，墙宜与框架柱同轴，不宜设在柱边。不宜设在柱边。5.筒体结构筒体结构筒体结构的类型筒体结构的类型筒中筒结构；筒中筒结构；筒体框架结构；筒体框架结构；框筒结构；框筒结构；多重筒多重筒结构；结构；成束筒结构；成束筒结构；多筒结构。多筒结构。筒体结构的受力性能和工作特点筒体结构的受力性能和工作特点1.空间空间工作；工作；2.翼缘框架翼缘框架柱的轴力分布不均

26、匀柱的轴力分布不均匀，靠近角柱的柱轴，靠近角柱的柱轴力大，远离角柱的柱轴力小，平截面假定不适用；力大，远离角柱的柱轴力小，平截面假定不适用；3.剪力墙筒承剪力墙筒承受绝大部分剪力受绝大部分剪力，柱承受较小剪力。，柱承受较小剪力。倾覆力矩绝大部分由框筒倾覆力矩绝大部分由框筒柱的轴力形成的抗倾覆力矩与其平衡柱的轴力形成的抗倾覆力矩与其平衡，剪力墙和柱承受的局部，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。弯矩很小。4.当外围柱间距较大时，中央剪力墙内筒承受大部分当外围柱间距较大时，中央剪力墙内筒承受大部分剪力和弯矩；剪力和弯矩；5.成束筒可看成框筒中加了框架隔板，其截面应力成束筒可看成框筒中加了框架隔板，其截面

27、应力分布与整截面筒体大体相似。分布与整截面筒体大体相似。筒体结构的布置筒体结构的布置1.方形、圆形平面为好；方形、圆形平面为好；2.对称的三角形或人字形；对称的三角形或人字形；3.外框筒外框筒柱间距不大于柱间距不大于3.0m为好；为好；4.矩形平面的长宽比不宜大于矩形平面的长宽比不宜大于1.5。5.四角柱宜适当加大截面，一般加大四角柱宜适当加大截面，一般加大23倍。倍。6.筒体结构一般情筒体结构一般情况下况下H/B宜大于宜大于4。7.框筒宜采用扁宽矩形柱，一般不宜采用圆框筒宜采用扁宽矩形柱，一般不宜采用圆形和方形柱；形和方形柱；8.裙梁截面宜采用窄而高的梁梁高一般为裙梁截面宜采用窄而高的梁梁高

28、一般为0.61.5m，宽同墙厚，一般不小于宽同墙厚，一般不小于250mm。梁高。梁高hb(1/31/4)l(l为柱距）或为柱距）或hb(0.20.25)h(h为层高）；为层高）；9.内内筒尺寸一般应取内筒边长为外筒边长的筒尺寸一般应取内筒边长为外筒边长的1/3为好；为好；10.可在框筒可在框筒顶部设置顶部设置1 2层的刚性环梁提高整个框筒的空间整体性。层的刚性环梁提高整个框筒的空间整体性。1.桁桁 架架桁架的基本特点桁架的基本特点1.平面平面；2.基本构成为几何不变基本构成为几何不变；3.节点铰接节点铰接；4.节点受荷节点受荷；5.杆件为二力杆杆件为二力杆。桁架的合理形式桁架的合理形式桁架的选

29、型桁架的选型1.建筑体型与美观建筑体型与美观；2.屋面材料及坡度屋面材料及坡度；3.制作与吊装制作与吊装。桁架的空间支撑桁架的空间支撑1.保证屋盖的空间刚度与整体稳定；保证屋盖的空间刚度与整体稳定；2.抵抗并传递屋盖的纵向抵抗并传递屋盖的纵向侧力；侧力；3.防止上弦屈曲、下弦平面外振动。防止上弦屈曲、下弦平面外振动。桁架的优缺点桁架的优缺点优点优点1.设计、制作、安装简便；设计、制作、安装简便；2.受力明确、较能充分利受力明确、较能充分利用材料；用材料；3.自重较轻，适用单跨结构的范围较大。自重较轻，适用单跨结构的范围较大。缺点缺点1.结构跨度大，其跨中高度较大，一般结构跨度大，其跨中高度较大，一般H=(1/101/5)l；2.侧向刚度小；侧向刚度小；3.抗腐蚀和耐火性抗腐蚀和耐火性能差。能差。立体桁架立体桁架空腹桁架空腹桁架