、桁架结构.PPTVIP

第七章 桁架结构 水建学院土木系 第一节 桁架结构的特点与优点 桁架结构是指由若干直杆件在其两端用铰连接而成的结构。 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，因而在结构工程中得到了广泛的应用。 在房屋建筑中，桁架结构常用来作为屋盖的承重结构，通常称为屋架。 一、桁架结构的演化 由简支梁发展成为桁架。 桁架实质是利用梁的截面几何特征的有利因素，即利用了构件截面的惯性矩I和抵抗矩W增大的同时，截面面积反而可以减少。这样的结构形式的发展，可以概括为“以最小截面积作最大限度的扩展”。 二、桁架结构比梁结构具有更多更大的优点 (1)扩大了梁式结构的适用跨度； (2)桁架可用各种材料制造； (3)桁架是由杆件组成的，体型可以多样化； (4)施工分便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场 高空进行杆件拼装。 三、桁架结构计算的假定 实际桁架结构的构造和受力情况一般是比较复杂的。为了简化计算，通常采用以下几个基本假定： (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(包括荷载及支座反力)都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。 第二节、桁架的外形与内力的关系 尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状态比梁的结构合理，但在桁架结构各杆件单元中，内力的分布是不均匀的。屋架的几何形状有：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架等等，它们的内力分布随形状的不同而变化。 根据平行弦桁架在节点荷载下的内力分析，可以得出如下结论： (1)弦杆的内力 上弦杆受压，下弦杆受拉．其轴力由力矩平衡方程式得出(矩心取在 屋架节点) （2）腹杆的内力 桁架杆件内力与桁架形式的关系如下： ①平行弦桁架的杆件内力是不均匀的，弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而中间逐渐减小； ②三角形桁架的杆件内力分布也是不均匀的，弦杆的内力是两端大而向中间逐渐减小，腹杆内力由两端小而向中间逐渐增大； ③折线形桁架的杆件内力分布大致均匀，从力学角度看，它是比较好的屋架形式，因为它的形状与同跨度同荷载的简支梁的弯矩图形相似，其形状符合内力变化的规律，比较经济。 第三节 屋架形式与屋架材料的关系 屋架结构的形式很多，按所使用材料的不同，分为：木屋架、 钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋 架、组合屋架（钢-木，混凝土-钢）等。 按屋架外形的不同，有：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。 根据结构受力的特点及材料性能：桥式屋架、无斜腹杆屋架、 刚接屋架、立体桁架。 屋架型式的选择一般与建筑物的使用要求、跨度和荷载大小以及材料供应和施工技术水平等因素有关。选择屋架型式的一般原则是适用、经济、美观和制造简单。 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。一般分三角形和梯形两种。特点如下： (1)屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力突变不大，比较均匀。 (2)这种屋架型式的腹杆长度与杆件内力的变化相一致，两者协调 而不矛盾。 (3)木屋架的节点采用齿联结。这种屋架节点上相交的杆件不多，为齿联结提供了可能性 豪式木屋架的适用跨度为 9～21m，最经济跨度为9～15 m。 跨度 6～9 m时，采用四节间 跨度9～ 12m时，采用六节间 跨度12～ 15 m时，采用八节间 二、钢—木组合屋架 跨度在15米以上的，因考虑竖腹杆的拉力较大，常采用竖杆为钢杆、其余杆件为木的和钢、木组合豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架、下折式屋架。 三、钢屋架 钢屋架的形式主要有三角形屋架、梯形屋架、矩形(平行弦)屋架；钢屋架的典型形式是芬克式屋架。 （1）因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但抗弯性能差。而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬克式屋架把上弦分成左右两个小桁架，小桁架内的杆件长度就变得较短，这样就能适应钢材柔性的特点。 （2）这种屋架型式的下弦中段虽较长，但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜。所以，这段杆件虽长而无害处。 芬克式屋架为钢屋架，钢材是贵重材料，故主要用于大跨度情况，一般适用跨度为36m以上。 四、轻型钢屋架 近年来，在屋盖结构中出现了轻型钢屋架和薄