建筑结构选型-第二章-桁架(屋架)结构教学教材.ppt
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1、建筑结构选型-第二章-桁架(屋架)结构2 第二章 桁架结构 桁架桁架(truss):由直杆组成的一般具有三角形由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在房屋建筑中单元的平面或空间结构。在房屋建筑中,桁架常用桁架常用来作为屋盖承重结构来作为屋盖承重结构,又称为屋架。又称为屋架。3 2.1 桁架结构的受力特点 组成桁架的所有各杆都是直杆,所有各杆组成桁架的所有各杆都是直杆,所有各杆的中心线的中心线(轴线轴线)都在同一平面内。都在同一平面内。桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定4 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。桁架的杆
2、件与杆件相连接的节点均为铰接节点。5 2.1 桁架结构的受力特点鲁班锁6 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定 所有外力所有外力(包括荷载及支座反力包括荷载及支座反力)都作用在桁都作用在桁架的中心平面内架的中心平面内,并集中作用于节点上。并集中作用于节点上。7 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力桁架结构的内力 矩形桁架矩形桁架为等高为等高度度,沿跨度方向各沿跨度方向各腹杆腹杆的轴力变化与的轴力变化与剪力图一致剪力图一致,跨中跨中小而支座处大小而支座处大,其其值变化较大。值变化较大。弦杆弦杆跨中节间轴力大、跨中节间轴力大、靠近支座处轴力较靠近支座处轴力较小或为零小
3、或为零8 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力桁架结构的内力 三角形桁架三角形桁架的高的高度自跨中最大处向度自跨中最大处向支座节点最小处呈支座节点最小处呈线性线性变化变化,而弯矩而弯矩的变化自跨中向支的变化自跨中向支座呈座呈抛物线抛物线变化变化,弯矩的减小速度比弯矩的减小速度比桁架高度的减小速桁架高度的减小速度慢度慢,故上、下弦故上、下弦杆内力在跨中节间杆内力在跨中节间最小最小,而在靠近支而在靠近支座处最大。座处最大。-x9 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力桁架结构的内力 高度呈高度呈抛物线型抛物线型的桁架是最理想的的桁架是最理想的桁架形式。因桁架桁架形式。因桁架高度的变化与外荷高
4、度的变化与外荷载所产生的弯矩图载所产生的弯矩图完全一致完全一致,使上、使上、下弦杆各节间轴力下弦杆各节间轴力也完全相等。也完全相等。-10 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力桁架结构的内力 斜腹杆的斜腹杆的布置方布置方向向对腹杆受力的符对腹杆受力的符号号(拉或压拉或压)有直有直接的关系。对于矩接的关系。对于矩形桁架形桁架,斜腹杆外斜腹杆外倾受拉倾受拉,内倾受压内倾受压,竖腹杆受力方向与竖腹杆受力方向与斜腹杆相反。斜腹杆相反。11 2.1 桁架结构的受力特点桁架结构的内力桁架结构的内力 斜腹杆的斜腹杆的布置方布置方向向对腹杆受力的符对腹杆受力的符号号(拉或压拉或压)有直有直接的关系。接的关
5、系。对于对于三角形桁架三角形桁架,斜腹斜腹杆外倾受压杆外倾受压,内倾内倾受拉受拉,而竖腹杆则而竖腹杆则总是受拉。总是受拉。12三角形桁架三角形桁架 三角形屋架一般三角形屋架一般用于屋面用于屋面坡度较大坡度较大的屋盖结构中。一的屋盖结构中。一般宜用于般宜用于中小跨度中小跨度的轻屋盖结构。的轻屋盖结构。2.2 屋架结构的型式13梯形桁架梯形桁架 梯型屋架一般用梯型屋架一般用于屋面于屋面坡度较小坡度较小的的屋盖中。其受力性屋盖中。其受力性能比三角形屋架优能比三角形屋架优越越,适用于适用于较大跨较大跨度度或荷载的工业厂或荷载的工业厂房。房。2.2 屋架结构的型式14梯形桁架梯形桁架矩形桁架矩形桁架 矩
6、形屋架也称为矩形屋架也称为平行弦屋架平行弦屋架。其上。其上下弦平行下弦平行,腹杆长腹杆长度一致度一致,杆件类型杆件类型少少,易于满足标准易于满足标准化、工业化生产的化、工业化生产的要求。常用于要求。常用于托架托架或或支撑系统支撑系统。2.2 屋架结构的型式15木屋架木屋架 一般为三角形屋一般为三角形屋架,内力支座处大架,内力支座处大而跨中小。适用于而跨中小。适用于跨度在跨度在1818米以内的米以内的建筑中。建筑中。2.2 屋架结构的型式16钢钢-木组合屋架木组合屋架 采用钢拉杆作为采用钢拉杆作为屋架的下弦杆,消屋架的下弦杆,消除接头的非弹性变除接头的非弹性变形,从而提高屋架形,从而提高屋架结构
7、的刚度。结构的刚度。2.2 屋架结构的型式17钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况,采用再分式腹杆改善上弦杆受力情况,采用再分式腹杆的形式。的形式。2.2 屋架结构的型式18钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况,采用再分式腹杆改善上弦杆受力情况,采用再分式腹杆的形式。的形式。2.2 屋架结构的型式19钢屋架钢屋架 2.2 屋架结构的型式20钢屋架钢屋架 2.2 屋架结构的型式21混凝土屋架混凝土屋架 2.2 屋架结构的型式22钢筋混凝土钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架 上弦杆采用钢筋上弦杆采用钢筋混凝土,下弦杆采混凝土,下弦杆采用型钢。充分利用用型钢。充分利用两种材料的特性。两种材料的特性。2.2 屋
8、架结构的型式23梯形桁架梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸 屋架的矢高直接影响结构的屋架的矢高直接影响结构的刚度刚度与与经济指标经济指标。矢高。矢高大、弦杆受力小大、弦杆受力小,但腹杆长、长细比大、易压曲但腹杆长、长细比大、易压曲,用料用料反而会增多。矢高小反而会增多。矢高小,则弦杆受力大、截面大、且屋架则弦杆受力大、截面大、且屋架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的 1/101/5。2.3 屋架结构的选型及布置矢高矢高 屋架上弦坡度的确定应与屋面屋架上弦坡度的确定应与屋面防水防水构造相适应。当构造相适应。当采用瓦类屋面时采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应
9、大些屋架上弦坡度应大些,一般不小于一般不小于1/3,以利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时以利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时,屋面坡度可平缓些屋面坡度可平缓些,一般为一般为1/8l/12。坡度坡度24梯形桁架梯形桁架屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸 屋架节间长度的大小与屋架的屋架节间长度的大小与屋架的结构型式结构型式,材料材料及荷及荷载有关。一般上弦受压载有关。一般上弦受压,节间长度应小些节间长度应小些,下弦受拉下弦受拉,节节间长度可大些。间长度可大些。屋架上弦节间长度常取屋架上弦节间长度常取 3m。当屋盖采用有檩体当屋盖采用有檩体系时系时,则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。
10、则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。2.3 屋架结构的选型及布置节间距节间距25梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 2.3 屋架结构的选型及布置 屋架结构的选型应考虑房屋的屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术条件料的供应、施工技术条件等因素等因素,做到受力做到受力合理、技术先进、经济适用。合理、技术先进、经济适用。26梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 从结构受力来看从结构受力来看,抛物线状抛物线状的拱式结构受力最为的拱式结构受力最为合合理理。但拱式结构上弦为曲线。但拱式
11、结构上弦为曲线,施工复杂。施工复杂。折线型折线型屋架屋架,与抛物线弯矩图最为接近与抛物线弯矩图最为接近,故力学性能良好。梯形屋架故力学性能良好。梯形屋架,因其既具有较好的力学性能因其既具有较好的力学性能,上下弦均为直线施工方便上下弦均为直线施工方便,故在故在大中跨建筑大中跨建筑中被中被广泛应用广泛应用。三角形屋架与矩形屋三角形屋架与矩形屋架力学性能较差架力学性能较差。三角形三角形屋架一般仅适用于屋架一般仅适用于中小跨度中小跨度,矩形矩形屋架常用作屋架常用作托架托架或或荷载较特殊情况荷载较特殊情况下使用。下使用。2.3 屋架结构的选型及布置受力受力27梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型
12、 屋面防水构造决定了屋面排水坡度屋面防水构造决定了屋面排水坡度,进而决定屋盖进而决定屋盖的建筑造型。的建筑造型。一般来说一般来说,当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦时或水泥瓦时,应选用应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架三角形屋架、陡坡梯形屋架。当屋。当屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时面防水采用卷材防水、金属薄板防水时,应选用应选用拱形屋拱形屋架、折线形屋架和缓坡梯形屋架架、折线形屋架和缓坡梯形屋架。2.3 屋架结构的选型及布置防水防水28梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 木材及钢材木材及钢材均易腐蚀均易腐蚀,维修费用较高。因此维修费用较高。
13、因此,对于相对于相对湿度较大而又通风不良的建筑对湿度较大而又通风不良的建筑,或有侵蚀性介质的工或有侵蚀性介质的工业厂房业厂房,不宜选用木屋架和钢屋架不宜选用木屋架和钢屋架,宜选用预应力混凝宜选用预应力混凝土屋架土屋架,2.3 屋架结构的选型及布置材料材料29梯形桁架梯形桁架屋架结构的选型屋架结构的选型 跨度在跨度在18m以下时以下时,可选用钢筋混凝土可选用钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架;这种屋架构造简单、施工吊装方便这种屋架构造简单、施工吊装方便,技术经济指标较技术经济指标较好。好。跨度在跨度在36m以下时以下时,宜选用预应力混凝土屋架宜选用预应力混凝土屋架,既可既可节省钢材节省钢材,又可有
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