桁架结构学习教案.pptx
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1、会计学1桁架桁架(hngji)结构结构第一页,共50页。n n桁架一般由上弦杆、腹杆(竖杆和斜腹杆)组成。桁架一般由上弦杆、腹杆(竖杆和斜腹杆)组成。n n桁架结构受力合理桁架结构受力合理(hl(hl),计算简单,施工方便,适应性,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。强,对支座没有横向推力,因此在工程中得到广泛的应用。n n在房屋建筑中,桁架常用作为为屋盖承重结构,称为屋架。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。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁架。n n如今,桁架结构已经有多种多样的
2、形式,不局限于屋架,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在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。用。第1页/共49页第二页,共50页。第2页/共49页第三页,共50页。n n屋架的主要缺点是结构高度大,侧向刚度小。结构高度大,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料,同时也增加了采暖,通风,采增加了屋面及围护墙的用料,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。光等设备的负荷,并给音响控制带来困难。n n侧向刚度小,对于钢屋架特别侧向刚度小,对于钢屋架特别(tb
3、i)(tbi)明显,受压的上弦平明显,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。(长细比)要求确定截面,故耗钢量不少但未能材尽其用。n n它在历史上出现很早,公元前它在历史上出现很早,公元前500500年罗马人就在多瑙河上修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
4、房屋建筑中尤其得到广泛推广。程大跨度的结构中,在房屋建筑中尤其得到广泛推广。第3页/共49页第四页,共50页。(一)、桁架(hngji)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。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(xngchng)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
5、度可以得到充分的发挥。第二节 桁架(hngji)的特点和形式第4页/共49页第五页,共50页。(二)、桁架(hngji)结构计算的假定n n1、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(pngmin)内,这一平面(pngmin)称为桁架的中心平面(pngmin);n n2、桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点;n n3、所有外力(荷载和支座反力)都作用在桁架的中心平面(pngmin)内,并集中作用于节点上。第5页/共49页第六页,共50页。(三)、桁架结构(jigu)的内力第6页/共49页第七页,共50页。分析矩形桁架分析矩形桁架(hngji)、三角形桁架、三角形桁
6、架(hngji)和折线形桁架和折线形桁架(hngji)内力内力1 1、矩形桁架、矩形桁架1 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)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,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。下弦内力变化较大。2 2)腹杆:沿跨度)腹杆:沿跨度(kud)(kud)方向各腹杆的轴力变化与剪力图一致,跨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。中小而支座处大,其值变化较大。第7页/共49页第八页,共50页。2 2)三角形桁架)三角形
7、桁架上、下弦杆内力在跨中节间最小,在靠近上、下弦杆内力在跨中节间最小,在靠近(kojn)(kojn)支座处最大。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。都是跨中大,支座处小。第8页/共49页第九页,共50页。3 3)折线形桁架)折线形桁架高度呈抛物线型的桁架是最理想的桁架形式。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,而在各节点之制作,常将桁架上弦各节点与
8、弯矩图重合,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轴力基本(jbn)(jbn)相等。相等。(斜)腹杆内力全部为零。(斜)腹杆内力全部为零。第9页/共49页第十页,共50页。二、屋架结构(jigu)的型式n n按材料分:木屋架、钢按材料分:木屋架、钢-木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土钢组合屋架等。钢组合屋架等。n n按屋架外形分:三角形、梯形、抛物线、折线形、平行弦等。按屋架外形分:三角形、梯形、
9、抛物线、折线形、平行弦等。n n按结构受力特点及材料性能按结构受力特点及材料性能(xngnng)(xngnng)分:桥式屋架、无斜腹杆分:桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等。屋架或刚接桁架、立体桁架等。第10页/共49页第十一页,共50页。n n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(guz)联合组成)和复杂桁架(不同于前两种的其他静定桁架)。第11页/共49页第十二页,共50页。n n按是否存在水平推力分:无推力的梁式桁架按是否存在水平推力分:无推力的梁式桁架(hngji)(hngji)(与相应的实体梁结构比较,掏空率大,上下弦杆联合抗
10、(与相应的实体梁结构比较,掏空率大,上下弦杆联合抗弯,腹杆主要抗剪,受力合理,用材经济)和有推力的拱弯,腹杆主要抗剪,受力合理,用材经济)和有推力的拱式桁架式桁架(hngji)(hngji)(拱圈与拱上结构联为一体,整体性好,(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)。便于施工,跨越能力强,节省钢材)。第12页/共49页第十三页,共50页。(一)木屋(m w)架 常用(chn yn)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23m,一般为48节间,适用跨度为1218m,高跨比宜在1/51/4之间。当屋架
11、跨度不大时,上弦可用整根木料。第13页/共49页第十四页,共50页。n n三角形屋架适用于跨度三角形屋架适用于跨度(kud)(kud)在在18m18m以内(取以内(取12m12m)的建筑。)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。排水坡度较大的情况。n n梯形屋架受力性能比三角形屋架合理,可用于跨度梯形屋架受力性能比三角形屋架合理,可用于跨度(kud)(kud)较大房屋适用跨度较大房屋适用跨度(kud)(kud)为为1218m1218m。第14页/共49页第十五页,共50页。(二)钢-木组合(zh)屋架
12、 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(biozhn)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24kg,但显著提高了结构的可靠性和屋架刚度。第15页/共49页第十六页,共50页。(三)钢屋架(wji)三角形屋架:用于屋面坡度较大的屋盖结构中。内力变化(binhu)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。第16页/共49页第十七页,共5
13、0页。梯形屋架梯形屋架用于屋面坡度用于屋面坡度(pd)(pd)较小的屋盖较小的屋盖中,受力性能比三角形屋架优中,受力性能比三角形屋架优越,适用于较大跨度或荷载的越,适用于较大跨度或荷载的工业厂房。工业厂房。用于无檩体系屋盖,屋面材料大用于无檩体系屋盖,屋面材料大多用大型屋面板。多用大型屋面板。第17页/共49页第十八页,共50页。(四)轻型(qn xn)钢屋架 屋架的上弦一般用小角钢、下弦和腹杆用小角钢或圆钢。适用于:跨度=18m,柱距46m,设置有起重量=50KN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度=18m的民用房屋的屋盖结构。结构型式(xn sh):三角形、三铰拱和梭形屋架。常用:三角
14、形屋架。三角形、三铰拱屋架适用于斜坡屋面,屋面坡度通常取1/21/3,梭形屋架的屋面坡度较平坦,通常取1/121/8。第18页/共49页第十九页,共50页。(五)混凝土屋架(wji)1、梯形(txng)屋架 常见形式有:梯形、折线形、拱形、无斜腹杆屋架等。根据是否对屋架下弦施加(shji)预应力,分为:钢筋混凝土屋架和预应力混凝土屋架,前者适用跨度为1524m,后者适用跨度为1836m或更大。上弦为直线,屋面坡度为1/101/12,适用于卷材防水屋面。上弦节间为3m,下弦节间为6m,矢高与跨度之比为1/61/8,屋架端部高度为1.82.2m。梯形屋架自重较大,刚度好。适用于重型、高温及采用井式
15、或横向天窗的厂房。第19页/共49页第二十页,共50页。2、折线形(xin xn)屋架 外形较合理(hl),结构自重较轻,屋面坡度为1/31/4,适用于非卷材防水屋面的中型厂房或大中型厂房。屋面坡度平缓,适用于卷材防水屋面的中型厂房,为改善屋架端部的屋面坡度,减少油毡下滑,一般可在端部增加两个杆件,使整个屋面的坡度较为均匀。第20页/共49页第二十一页,共50页。3、拱形(n xn)屋架 上弦为曲线形,采用抛物线形,为制作方便(fngbin),可采用折线形,但折线的节点应落在抛物线上。屋架外形合理,杆件内力均匀,自重轻,经济指标良好,但屋架端部屋面坡度太陡,可在上弦上不加设短柱,矢高比为1/6
16、1/8。第21页/共49页第二十二页,共50页。(六)钢筋(gngjn)混凝土-钢组合屋架1、折线形屋架 折线形屋架上弦及受压腹杆为钢筋混凝土,下弦及受拉腹杆为角钢,充分发挥了两种不同材料的力学性能,自重(zzhng)轻、材料省、技术经济指标较好,适用于跨度为1218m的中小型厂房。2、两铰或三铰组合(zh)屋架 上弦为钢筋混凝土或预应力混凝土构件,下弦为型钢或钢筋,顶接点为刚接或铰接(三铰组合屋架)。屋架杆件少,自重轻,受力明确,构造简单,施工方便,适用于农村地区的中小型建筑。第22页/共49页第二十三页,共50页。三、屋架结构(jigu)的选型与布置(一)屋架结构的主要尺寸1、矢高 矢高大
17、,弦杆受力小,但腹杆长、长细比大、易压曲,用料反而(fn r)会增多。矢高小,弦杆受力大,截面大、且屋架刚度小,变形大。因此,矢高不宜过大和过小,一般取1/101/5。2、坡度当采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应大些,一般不小于1/3;当采用大型屋面板并做卷材防水时,屋面坡度可平缓些,一般为1/81/12。第23页/共49页第二十四页,共50页。3 3、节间长度、节间长度上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉,节间长度可大些。上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉,节间长度可大些。屋面荷载应直接作用在节点上,以优化杆件的受力状态。屋面荷载应直接作用在节点上,以优化杆件的受力状态。为减少屋架制作工作量,减少
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