建筑结构选型.pptx

2.2 2.2 2.2 2.2 屋架结构的型式屋架结构的型式屋架结构的型式屋架结构的型式 用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选择用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选择一般与建筑物的一般与建筑物的使用要求使用要求，跨度跨度和和荷载大小荷载大小，以及，以及材料供应材料供应和和施工技术水平施工技术水平等因素有关。选择桁架型等因素有关。选择桁架型式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，由于每种用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，由于每种材料的力学性能各不相同，所以不同材料制造的屋材料的力学性能各不相同，所以不同材料制造的屋架，其型式也各不一样。架，其型式也各不一样。按使用材料：木屋架、钢木组合屋架、钢屋架、轻型按使用材料：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钢组合屋架等 按屋架外形：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折按屋架外形：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等线型屋架、平行弦屋架等 按受力特点：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁架、空按受力特点：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁架、空腹桁架）、立体桁架等腹桁架）、立体桁架等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。跨的轻屋盖结构。跨度一般在度一般在18m18m以内。以内。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。屋面坡度需取房。屋面坡度需取i=1/5,i=1/5,跨度为跨度为12-12-18m18m。矩形桁架矩形桁架 矩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。2.2.1 2.2.1 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。节间长度控制节间长度控制2-3m2-3m内，高跨比不宜小内，高跨比不宜小于于1/5-1/41/5-1/4。木屋架木屋架 这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：(1)(1)屋架的屋架的节间大小均匀节间大小均匀，屋架的杆件内力不致突，屋架的杆件内力不致突变太大。因为木材强度较低，这对采用木材作杆件变太大。因为木材强度较低，这对采用木材作杆件提供有利条件。提供有利条件。(2)(2)木屋架的结点采用木屋架的结点采用齿联结齿联结。这种屋架结点上。这种屋架结点上相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。豪式木屋架的适用跨度为豪式木屋架的适用跨度为9 92l2l米米，最经济跨度，最经济跨度为为9 9l5l5米米。豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适中，如中，如节间长度太长节间长度太长，则杆件长度太长，则杆件长度太长，受力不利受力不利；如如节间长度太短节间长度太短，则，则节点太多节点太多，制造麻烦。一般应，制造麻烦。一般应控制节间长度在控制节间长度在1.51.52.52.5米之间。所以设计上常常米之间。所以设计上常常是：是：跨度跨度6 69 9米米时，采用四节间时，采用四节间 跨度跨度9 91212米米时，采用六节间时，采用六节间 跨度跨度12121515米米时，采用八节间时，采用八节间 跨度在跨度在1515米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太大而米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太大而采用钢木组合豪式屋架。采用钢木组合豪式屋架。钢钢-木组合屋架木组合屋架的型式有的型式有豪式屋豪式屋架架、芬克式屋架芬克式屋架、梯形屋架和下折梯形屋架和下折式屋架。式屋架。2.2.2 2.2.2 钢钢-木组合屋架木组合屋架钢钢-木组合屋架木组合屋架 采用钢拉采用钢拉杆作为屋架杆作为屋架的下弦杆，的下弦杆，消除接头的消除接头的非弹性变形，非弹性变形，从而提高屋从而提高屋架结构的刚架结构的刚度。度。2.2.3 2.2.3 钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆再分式腹杆的形式。的形式。三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是钢屋架的典型三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是钢屋架的典型型式，其特点是：型式，其特点是：(1)(1)因钢材是一种因钢材是一种柔性材料柔性材料，虽然，虽然强度高强度高，但，但抗弯性能抗弯性能差，差，而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬允而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬允式屋架式屋架把上弦分成左右两个小桁架把上弦分成左右两个小桁架，小桁架内的杆件长，小桁架内的杆件长度就变得度就变得较短较短，由此来能适应钢材柔性的特点。，由此来能适应钢材柔性的特点。(2)(2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦内力是受这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段杆件虽长但无害处这段杆件虽长但无害处。芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，故主要用故主要用于大跨度情况，一般适用跨度为于大跨度情况，一般适用跨度为3636米以上米以上。梯形屋架是由梯形屋架是由双梯双梯形形合并而成，外形和荷合并而成，外形和荷载引起的弯矩图形接近，载引起的弯矩图形接近，弦杆内力沿跨度分布较弦杆内力沿跨度分布较均匀，材料较经济。均匀，材料较经济。梯形屋架在支座处有一梯形屋架在支座处有一定的高度，既可与钢筋混凝定的高度，既可与钢筋混凝土柱接，也可与钢柱做成固土柱接，也可与钢柱做成固接。屋架中的腹杆体系，可接。屋架中的腹杆体系，可采用采用人宇式、再分式和单斜人宇式、再分式和单斜杆式杆式。平行弦屋架的特点是平行弦屋架的特点是杆件规格化杆件规格化，节点的构造统一，便于制，节点的构造统一，便于制造，但弦杆造，但弦杆内力分布不均匀内力分布不均匀。倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖屋盖；水平式平行弦屋；水平式平行弦屋架多用做架多用做托架托架。钢屋架钢屋架 改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。2.2.4 2.2.4 轻型钢屋架轻型钢屋架轻型钢屋架轻型钢屋架轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型钢屋架轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型钢屋架和薄壁型钢屋架。和薄壁型钢屋架。轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架等轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架等三种，其中最常用的是三角形屋架。上弦一般用三种，其中最常用的是三角形屋架。上弦一般用小角钢小角钢。三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常取三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常取1/21/21/31/3。轻型钢屋架适用于轻型钢屋架适用于跨度跨度18m18m，柱距，柱距4 46m6m，设置有起重量，设置有起重量5t5t的中、轻级工作制桥式吊车的的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑工业建筑和跨度和跨度18m18m的的民用房屋的屋盖结构。民用房屋的屋盖结构。常用的三角形轻型钢屋架为芬克式常用的三角形轻型钢屋架为芬克式(图图)，其特点为，其特点为长杆长杆受拉，短杆受压受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制作亦方便，可，结构受力比较合理，制作亦方便，可以分为两个运输单元。以分为两个运输单元。三铰拱屋架由三铰拱屋架由两根斜梁两根斜梁和和一根拉杆一根拉杆组成，斜梁有平面桁组成，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种架式和空间桁架式两种(图图)，拉杆可用圆钢或角钢，这，拉杆可用圆钢或角钢，这种屋架的特点是杆件受力合理，种屋架的特点是杆件受力合理，斜梁腹杆短斜梁腹杆短，取材方便，取材方便，经济效果好。经济效果好。梭形屋架有梭形屋架有平面桁架式平面桁架式和和空间桁架式空间桁架式两种，适用于跨度两种，适用于跨度为为9 915m15m，间距为，间距为3 34.2m4.2m的屋盖体系。屋架的高跨比为的屋盖体系。屋架的高跨比为1/91/91/12(1/12(图图)。受力特点：受力特点：2.2.5 2.2.5 混凝土屋架混凝土屋架2.2.5 2.2.5 2.2.5 2.2.5 钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架 钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架无固定型式。想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架无固定型式。只要受力合理，节省材料，构造简单，施工方便就可以。只要受力合理，节省材料，构造简单，施工方便就可以。钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，要求钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，要求每每个结点上相交的杆件数目不多于五根个结点上相交的杆件数目不多于五根，而且，而且腹杆与弦杆的腹杆与弦杆的交角不小于交角不小于3030。常用钢筋混凝土屋架的适用跨度常用钢筋混凝土屋架的适用跨度121218m18m181836m36m121218m18m2.2.5 2.2.5 钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架混凝土屋架混凝土屋架 常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架 跨度：跨度：151524m24m预应力混凝土屋架预应力混凝土屋架 跨度：跨度：181836m36m或更大或更大1.1.梯形屋架：梯形屋架：上弦节间：上弦节间：3m3m下弦节间：下弦节间：6m6m矢跨比：矢跨比：1/61/61/8 1/8 端部高度：端部高度：1.81.82.2m2.2m适用：重型、高温、采用井式适用：重型、高温、采用井式或横向天窗的厂房或横向天窗的厂房2.2.折线形屋架折线形屋架1 1：外形较合理，自重轻，屋面坡度大。外形较合理，自重轻，屋面坡度大。3.3.折线形屋架折线形屋架2 2：适用：非卷材防水屋面的中型厂房适用：非卷材防水屋面的中型厂房或大中型厂房。或大中型厂房。屋面坡度平缓，适用于卷材防水屋面坡度平缓，适用于卷材防水屋面的中型厂房。屋面的中型厂房。4.4.拱形屋架：拱形屋架：上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。外形合理、内力均匀、自重轻。外形合理、内力均匀、自重轻。矢跨比：矢跨比：1/61/61/8 1/8 5.5.无腹杆屋架：无腹杆屋架：上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。节点刚接，可按刚架计算：节点刚接，可按刚架计算：上弦杆：压弯构件上弦杆：压弯构件 下弦杆：拉弯构件下弦杆：拉弯构件 竖腹杆：拉弯构件竖腹杆：拉弯构件若按拱计算：上弦杆：受压的拱身若按拱计算：上弦杆：受压的拱身 下弦杆：拉杆下弦杆：拉杆 竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦）竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦）零杆（荷载作用于上弦）零杆（荷载作用于上弦）232.2.6 2.2.6 钢筋混凝土钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架 上弦杆采用刚上弦杆采用刚劲混凝土，下弦杆劲混凝土，下弦杆采用型钢。充分利采用型钢。充分利用两种材料的特性。用两种材料的特性。组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地小、自重组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地小、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适于轻，不需要重型起重设备，因此特别适于山区山区中、中、小型建筑小型建筑。折线形组合屋架折线形组合屋架下撑式五角形组合屋架下撑式五角形组合屋架三铰组合屋架三铰组合屋架两铰组合屋架两铰组合屋架2.2.7 2.2.7 2.2.7 2.2.7 板状屋架板状屋架板状屋架板状屋架 板状屋架是将屋板状屋架是将屋面板与屋架合二为一面板与屋架合二为一的结构体系。屋架的的结构体系。屋架的上弦采用上弦采用钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆可采用钢筋，也可采用，下弦和腹杆可采用钢筋，也可采用型钠制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选用加气或陶粒等轻型钠制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选用加气或陶粒等轻质混凝土制作。屋面板与屋架共同工作，屋盖结构传力简捷、整质混凝土制作。屋面板与屋架共同工作，屋盖结构传力简捷、整体性好，减少了屋盖构件，节省钢材和水泥，结构自重轻，经济体性好，减少了屋盖构件，节省钢材和水泥，结构自重轻，经济指标较好。指标较好。屋架选型的一般原则（以材料而言）屋架选型的一般原则（以材料而言）屋架选型的一般原则（以材料而言）屋架选型的一般原则（以材料而言）屋架的选型必须综合考虑建筑的屋架的选型必须综合考虑建筑的使用要求使用要求、跨度跨度和和荷荷载的大小载的大小、以及、以及材料供应材料供应，施工条件等出素，并进行全面，施工条件等出素，并进行全面的技术经济分析。的技术经济分析。1.1.建筑跨度在建筑跨度在3636米米以上时宜选用钢屋架，但在以上时宜选用钢屋架，但在有侵蚀有侵蚀介质介质(如酸、碱性物质如酸、碱性物质)的厂房中则不宜采用钢结构。的厂房中则不宜采用钢结构。2.2.为节约钢材，跨度在为节约钢材，跨度在3636米以下时宜选用预应力钢米以下时宜选用预应力钢筋混凝土屋架。跨度在筋混凝土屋架。跨度在1818至至2424米之间，又无预应力条件时，米之间，又无预应力条件时，亦可选用普通钢筋混凝土屋架，但在有亦可选用普通钢筋混凝土屋架，但在有振动振动、侵蚀性介质侵蚀性介质或或高温车间高温车间，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下弦，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下弦施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防止钢筋受腐蚀。施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防止钢筋受腐蚀。3.3.建筑跨度在建筑跨度在1818米以下米以下时，可选用钢筋混凝土钢组时，可选用钢筋混凝土钢组合层架。这种屋架技术经济指标较好，也不需要较大的起合层架。这种屋架技术经济指标较好，也不需要较大的起重设备。由于它的下弦刚度较差，不宜用于重设备。由于它的下弦刚度较差，不宜用于振动较大振动较大(如如吊车起重量超过吊车起重量超过1010吨吨)的厂房。的厂房。4 4房屋内部以及所在地区的房屋内部以及所在地区的相对湿度大于相对湿度大于7575，通风通风不良者，或具有侵蚀性质介质的建筑，则不宜选用木屋架不良者，或具有侵蚀性质介质的建筑，则不宜选用木屋架和钢屋架。和钢屋架。2.3.1 2.3.1 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。矢高大、弦杆受力小高大、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,用用料反而会增多。矢高小料反而会增多。矢高小,则弦杆受力大、截面大、且屋则弦杆受力大、截面大、且屋架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的1/101/5。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。构造相适应。当采用瓦类屋面时当采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应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2.3 2.3 屋架结构的选型与布置屋架结构的选型与布置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。当屋盖采用有檩体系当屋盖采用有檩体系时时,则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。节间距节间距屋架结构的选型屋架结构的选型 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、建筑造型、用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术条件工技术条件等因素等因素,做到受力合理、技术先进、经做到受力合理、技术先进、经济适用。济适用。跨度跨度 L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度：三角形屋架：三角形屋架：中部高度中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架梯形屋架：中部高度中部高度H(1/101/6)L 端部高度端部高度H0(1.82.1m)桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定:一、桁架的外形及腹杆形式一、桁架的外形及腹杆形式一、桁架的外形及腹杆形式一、桁架的外形及腹杆形式 芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆三角形屋架三角形屋架2.3 2.3 桁架结构的选型与布置桁架结构的选型与布置梯梯形形屋屋架架人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆平平行行弦弦屋屋架架二、确定桁架形式的原则二、确定桁架形式的原则二、确定桁架形式的原则二、确定桁架形式的原则 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1.1.满足使用要求：满足使用要求：屋面防水构造：屋面防水构造：防水构造防水构造防水构造防水构造 排水坡度排水坡度排水坡度排水坡度 屋盖造型屋盖造型屋盖造型屋盖造型水泥瓦、平瓦水泥瓦、平瓦坡度大坡度大三角形屋架、陡坡梯形屋架三角形屋架、陡坡梯形屋架卷材、金属薄板卷材、金属薄板坡度小坡度小拱形、折线形、缓坡梯形屋架拱形、折线形、缓坡梯形屋架2.2.受力合理：受力合理：抛物线型：受力最为合理，但施工复杂抛物线型：受力最为合理，但施工复杂折折 线线 型：力学性能好，外形与抛物线弯矩土接近型：力学性能好，外形与抛物线弯矩土接近梯梯 形：力学性能好，上下弦均为直线，施工方便形：力学性能好，上下弦均为直线，施工方便三三 角角 形：力学性能较差，适用于中小跨度形：力学性能较差，适用于中小跨度矩矩 形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架屋架结构的受力：屋架结构的受力：2.2.受力合理：受力合理：1 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。简支屋架简支屋架外形外形与均布荷载下的抛物线与均布荷载下的抛物线 形弯矩图形弯矩图接近时接近时，各处弦杆内力才比，各处弦杆内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：应使）腹杆：应使长杆受拉长杆受拉短杆受压短杆受压，且腹杆数，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。量宜少，腹杆总长度也应较小。q 单向斜杆式：单向斜杆式：斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 3.3.材料耐久性和使用环境：材料耐久性和使用环境：木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房。湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房。4.4.屋架结构的跨度：屋架结构的跨度：18m18m以下时：可选用钢筋混凝土钢组合屋架以下时：可选用钢筋混凝土钢组合屋架36m36m以下时：宜选用预应力混凝土屋架以下时：宜选用预应力混凝土屋架36m36m以上时：宜选用钢屋架以上时：宜选用钢屋架5.5.制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 杆件数量少杆件数量少，节点少节点少，杆件尺寸划一及节，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。上述要求。6.6.综合技术经济效果好综合技术经济效果好 q 三角形屋架三角形屋架下下弦下沉弦下沉，弦杆，弦杆交交角增大角增大，方便制，方便制造，屋架重心降造，屋架重心降低，提高了稳定低，提高了稳定性。性。q 可有效降低屋可有效降低屋架架对支撑结构的对支撑结构的推力推力。注：根据不同的条件桁架形式可以有很多变化注：根据不同的条件桁架形式可以有很多变化2.3.3 2.3.3 屋架结构的布置屋架结构的布置 屋架的跨度屋架的跨度,一般以一般以 3m3m为模数。为模数。跨度跨度 屋架一般宜等间距平行排列屋架一般宜等间距平行排列,与房屋纵向柱列的间与房屋纵向柱列的间距一致距一致,屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度面板或檩条、吊顶龙骨的跨度,最常见的为最常见的为6m6m,有时也有时也有有7.5m7.5m、9m9m、间距间距 在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形式在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形式,在力学上可简化为在力学上可简化为铰接铰接支座。支座。支座支座常见屋架的基本尺寸和适应范围常见屋架的基本尺寸和适应范围常见屋架的基本尺寸和适应范围常见屋架的基本尺寸和适应范围 屋架的跨度，一般以屋架的跨度，一般以3 3米为模数。无论哪一种型式或哪一米为模数。无论哪一种型式或哪一种材料的屋架，弦件通常都设计成种材料的屋架，弦件通常都设计成等截面等截面，以便于设计和施工，以便于设计和施工，所以确定屋架的形式时，应尽量使弦杆沿全长的内力分布基本所以确定屋架的形式时，应尽量使弦杆沿全长的内力分布基本均匀。如果各节间的内力相差太大，容易造成材料的浪费。均匀。如果各节间的内力相差太大，容易造成材料的浪费。例如：采用木材三角屋架时，因圆木的头径与尾径大小不例如：采用木材三角屋架时，因圆木的头径与尾径大小不相同，为使弦杆的截面大小与内力大小相适应，设计时应将圆相同，为使弦杆的截面大小与内力大小相适应，设计时应将圆木头径放在屋架的端部，尾径放在屋架的中部。木头径放在屋架的端部，尾径放在屋架的中部。1 1 1 1、三角形屋架、三角形屋架、三角形屋架、三角形屋架 三角形屋架使建筑物屋盖形成坡屋顶，造型美观，而且，三三角形屋架使建筑物屋盖形成坡屋顶，造型美观，而且，三角形屋架的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。角形屋架的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。当屋面采用瓦类材料，如粘土瓦、石棉瓦、水泥平瓦、预应当屋面采用瓦类材料，如粘土瓦、石棉瓦、水泥平瓦、预应力瓦等时，排水坡度一般为力瓦等时，排水坡度一般为i i1/21/2l l3 3，屋架的高跨比，屋架的高跨比般为般为h/Lh/L1/41/41 16 6。2 2、梯形屋架、梯形屋架 梯形屋架形成的屋盖具有较大的空间，便于管道的通过和梯形屋架形成的屋盖具有较大的空间，便于管道的通过和人的通行，故剧院屋盖常采用它，人的通行，故剧院屋盖常采用它，梯形屋架的端部高度一般为梯形屋架的端部高度一般为1.81.82.12.1米，随屋架的跨度而米，随屋架的跨度而定。屋架节间长度上弦为定。屋架节间长度上弦为3 3米，下弦为米，下弦为6 6米。屋架上弦坡度一般米。屋架上弦坡度一般为为i i1/121/12，屋架的高跨比一般为，屋架的高跨比一般为l l6 6 l l8 8。梯形屋架可采用钢筋混换土或钢材制造。梯形屋架可采用钢筋混换土或钢材制造。钢筋混凝土梯形屋架的杆件一般采用矩形截面，宽度一般为钢筋混凝土梯形屋架的杆件一般采用矩形截面，宽度一般为20202424厘米。非预应力屋架的适用跨度为厘米。非预应力屋架的适用跨度为l8l82424米；预应力屋架米；预应力屋架的适用跨度为的适用跨度为18183636米或更大。米或更大。梯形钢屋架用钢量比钢筋混凝土用钢量多，但它的杆件截面梯形钢屋架用钢量比钢筋混凝土用钢量多，但它的杆件截面小，重量轻，一般用于跨度小，重量轻，一般用于跨度3636米以上。目前我国的梯形钢屋架跨米以上。目前我国的梯形钢屋架跨度已达度已达7272米，可采用再分式腹杆以减少上弦的节间距离来避免上米，可采用再分式腹杆以减少上弦的节间距离来避免上弦过度受弯。弦过度受弯。3 3 3 3、折线形屋架、折线形屋架、折线形屋架、折线形屋架 弧形屋架上弦呈曲线弧形，但为了制作方便，常为折线形。弧形屋架上弦呈曲线弧形，但为了制作方便，常为折线形。折线形屋架的上弦坡度曲折较多，为了便于铺设大型屋面折线形屋架的上弦坡度曲折较多，为了便于铺设大型屋面板，常在弦杆端部上加短立柱撑高来改变屋面的坡度板，常在弦杆端部上加短立柱撑高来改变屋面的坡度 折线形屋架多用钢筋混凝土制造。适用跨度为折线形屋架多用钢筋混凝土制造。适用跨度为18182424米；米；下弦为预应力时为下弦为预应力时为18183636米。米。折线形屋架的高跨比一般为折线形屋架的高跨比一般为1 16 61 18 8。4 4 4 4、平行弦屋架、平行弦屋架、平行弦屋架、平行弦屋架 此屋架的优点是腹杆长短和节点构造统一，制作方便。此屋架的优点是腹杆长短和节点构造统一，制作方便。平行弦屋架在荷载作用下，杆件内力平行弦屋架在荷载作用下，杆件内力分布很不均匀分布很不均匀，所以，所以杆件断面尺寸应相应地变化。但是为了制作方便又不致造成很杆件断面尺寸应相应地变化。但是为了制作方便又不致造成很大的浪费，杆件的截面尺寸力求统一；平行弦屋架大的浪费，杆件的截面尺寸力求统一；平行弦屋架不宜用于杆不宜用于杆件内力相差悬殊的大跨度建筑中件内力相差悬殊的大跨度建筑中。2.3.4 2.3.4 屋架结构的支撑屋架结构的支撑 包括设置在屋架之间的包括设置在屋架之间的垂直支撑垂直支撑、水平系杆水平系杆以及设以及设置在上下弦平面内的置在上下弦平面内的横向支撑横向支撑和通常设置在下弦平面和通常设置在下弦平面内的内的纵向水平支撑纵向水平支撑。垂直支撑和水平系杆是为了保证垂直支撑和水平系杆是为了保证侧向稳定性侧向稳定性。上弦横向支撑为了增强屋盖的整体性和屋架上弦的上弦横向支撑为了增强屋盖的整体性和屋架上弦的侧向稳定性。侧向稳定性。下弦纵向水平支撑是为了增强屋盖的空间刚度，下弦纵向水平支撑是为了增强屋盖的空间刚度，增强排架的空间工作性能。增强排架的空间工作性能。内容内容屋架支撑包括：屋架支撑包括：屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑 无支撑的单层厂房排架结构无支撑的单层厂房排架结构屋架支撑包括：屋架支撑包括：屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑屋架之间的垂直支撑和下弦水平杆系：保证侧向稳定性屋架之间的垂直支撑和下弦水平杆系：保证侧向稳定性上弦水平杆系：保证无支撑开间处上弦或屋面梁受压翼缘侧向上弦水平杆系：保证无支撑开间处上弦或屋面梁受压翼缘侧向稳定性稳定性屋架上弦横向支撑：增加屋盖整体刚度屋架上弦横向支撑：增加屋盖整体刚度屋架下弦纵向水平支撑：增强屋盖空间刚度屋架下弦纵向水平支撑：增强屋盖空间刚度屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1.1.作用作用（1 1）保证屋盖结构的几何稳定性。）保证屋盖结构的几何稳定性。几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定（2 2）保证屋盖的刚度和空间整体性）保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑：横向水平支撑：是一个水平放置是一个水平放置(或接近水平或接近水平放置放置)的桁架的桁架,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。（3 3）为弦杆提供适当的侧向支承点）为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦减小弦杆在屋架平面外的计算长度杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。（4 4）承担并传递水平荷载）承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。载。（5 5）保证结构安装时的稳定与方便）保证结构安装时的稳定与方便（1 1）上弦横向水平支撑布置原则）上弦横向水平支撑布置原则:在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。天窗架上弦也应设置横向水平支撑。设置在房屋的两端设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间一般设在第一个柱间或设在第二个柱间或设在第二个柱间,间距间距L L0 060m60m。2.2.屋架支撑的布置屋架支撑的布置上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图（2 2）下弦横向水平支撑布置原则）下弦横向水平支撑布置原则 ：当跨度当跨度L18mL18m；设有悬挂式吊车起重量设有悬挂式吊车起重量大于大于5 5吨吨；厂房内设有较大的振动设备。厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。（3 3）纵向水平支撑布置原则）纵向水平支撑布置原则 ：厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。下弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图（4 4）垂直支撑布置原则）垂直支撑布置原则 ：q所有房屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L30mL30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱外设置两道外设置两道 。q梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置 一道，当有托架时则由托架代替一道，当有托架时则由托架代替 。q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间。一柱间。屋盖支撑布置图屋盖支撑布置图（5 5）系杆）系杆 刚性系杆：刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：柔性系杆：只能承受拉力的系杆。只能承受拉力的系杆。作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。上下弦的侧向支承点。布置原则：布置原则：q在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；q屋脊节点及屋脊节点及主要支承节点主要支承节点处需设置刚性系杆，处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；q当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。所有系杆均应为刚性系杆。工程中的桁架结构工程中的桁架结构埃菲尔铁塔塔身总重量埃菲尔铁塔塔身总重量70007000吨。从塔座到塔顶共有吨。从塔座到塔顶共有17111711级阶级阶梯。每逢晴空万里，这里可以看到远达梯。每逢晴空万里，这里可以看到远达7070公里之内的景色。公里之内的景色。巴巴黎黎埃埃菲菲尔尔铁铁塔塔卫卫星星发发射射塔塔屋架结构的实例屋架结构的实例钢屋架：27000钢筋混凝土屋架：70 2.4 2.4 立体桁架立体桁架v 平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其在平平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其在平面外的刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置各类面外的刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置各类支撑。支撑结构的布置要消耗很多材料，且常常以长细比支撑。支撑结构的布置要消耗很多材料，且常常以长细比等构造要求控制，材料强度得不到充分发挥。采用立体桁等构造要求控制，材料强度得不到充分发挥。采用立体桁架可以避免上述缺点。立体桁架的截面形式有架可以避免上述缺点。立体桁架的截面形式有矩形矩形、正三正三角形角形、倒角形倒角形。v当跨度较大时，因当跨度较大时，因上弦压力上弦压力较大，截面大，可把上弦较大，截面大，可把上弦一分为二，构成一分为二，构成倒三角形立体桁架倒三角形立体桁架。v立体桁架由于具有较大的立体桁架由于具有较大的平面外刚度平面外刚度，有利于吊装和使用，有利于吊装和使用，节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三角形节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整数，截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。73v无斜腹杆屋架的特点是无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆没有斜腹杆，结构造型简单，便于制，结构造型简单，便于制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对于无斜腹杆屋作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对于无斜腹杆屋架，没有斜腹杆，架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆仅有竖腹杆。这时若再把桁架节点简化为。这时若再把桁架节点简化为铰节点，则整个结构就成为一个铰节点，则整个结构就成为一个几何可变的机构几何可变的机构，所以必须，所以必须采用刚节点的桁架，可按多次超静定结构计算，也可按拱结采用刚节点的桁架，可按多次超静定结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。构计算，按拱结构计算时，上弦为拱，下弦为拱的拉杆。743 3 单层刚架结构单层刚架结构3.1 3.1 单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3.3 3.3 单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置教学要求教学要求掌握三种刚架的掌握三种刚架的受力特性受力特性及适用范围，了解刚架节及适用范围，了解刚架节点的连接构造，通过受力分析，熟悉梁、柱节点的点的连接构造，通过受力分析，熟悉梁、柱节点的加强措施，熟悉刚架按材料分类及刚架结构选型时加强措施，熟悉刚架按材料分类及刚架结构选型时应考虑的影响因素应考虑的影响因素3.4 3.4 单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例第三章第三章 单层刚架结构单层刚架结构刚架结构刚架结构?梁和柱之间的连接为刚性连接的结构梁和柱之间的连接为刚性连接的结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构排架结构排架结构?梁和柱之间的连接为铰接的结构梁和柱之间的连接为铰接的结构框架结构框架结构?单层刚架也能称为门式刚架单层刚架也能称为门式刚架 排架排架刚结点处的变形特点刚结点处的变形特点刚架示意图刚架示意图刚架计算简图刚架计算简图l外形相同的外形相同的排架结构与门式刚架在垂直排架结构与门式刚架在垂直均布荷载作均布荷载作用受力比较。用受力比较。l外形相同的门式刚架与排架结构在水平荷载作用受力比较外形相同的门式刚架与排架结构在水平荷载作用受力比较&刚架由于横梁与立柱整体刚性连接，刚架由于横梁与立柱整体刚性连接，减少了横梁中减少了横梁中的弯矩值。的弯矩值。&排架由于横