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桁架（屋架）结构

国家大剧院，壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为212.20m，短轴长度为

143.64m，高度为46.285m。其内部主要布置有一个容纳2416人的戏剧厅、一个

容纳2017人的音乐厅、一个容纳1040人的剧场。

国家大剧院壳体钢结构主要由148榀沿椭球面均匀垂直布置的平面桁架、11840

根水平布置的环向系杆、对称布置的四块平面斜撑及顶部结构组成，也就是说国

家大剧院是以众多桁架组成的壳体结构。壳体总用钢量约6760t，主要钢材材质

为Q345D钢。

九江长江大桥，为钢桁架桥，铁路桥长7675m，公路桥长4460m，江中有桥墩

10个，共架设11孔钢梁，最大跨度216m，居全国桥梁之首。整个大桥设计新

颖，造型优美，工艺独特，雄伟壮观。

我国第一次试验的15锰钡氮新钢种在这座桥上首先使用。大桥墩顶到基础最低

底面，相距64米，相当于一座22层高的楼房。从钢梁拱顶到基础最低底面，高

达132m，相当于一座45层的高楼。

芜湖长江大桥，钢桁架梁斜拉桥

各种材料屋架示例

第一节桁架结构的特点与优点

一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构（格构）。

二、桁架结构的由来。

三、桁架结构的计算假定与特点：

（1）桁架的节点都是光滑的铰节点；

（2）各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；

（3）荷载和支座反力都作用在节点上。

四、桁架结构的优点：

（1）扩大了粱式结构的适用跨度。

（2）桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢材、木材均可。

（3）桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样的，如平行弦桁架、三角形桁架、

梯形桁架、弧形桁架等型式。

（4）施工方便，桁架可以整体制造吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。

五、桁架结构的外形与内力的关系：

桁架是由杆件组成的格构体系，其节点一般假定为铰结点，当荷载作用在结点

上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系。

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

杆内力是两端大而向中间逐渐减小。

三角形桁架的杆件内力也是不均匀的，弦杆内力是两端大而向中间逐渐减小，腹

杆内力是两端小而向中间逐渐增大。

折线形桁架的杆件内力大致均匀，从力学角度看，它的形状与同跨度、同荷载的

简支梁的弯矩图形相似，其形状符合受荷后的内力变化规律，所以它是结构上的

较好形式。

第二节

屋架结构的型式及适用范围

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使用要求，跨度和荷载大小，材料供应和施

工技术水平等因素有关。

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，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。

一、木屋架

这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：

(1)屋架的节间大小均匀，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提供有利条件。

(2)木屋架的结点采用齿联结。这种屋架结点上相交的杆件不多，为齿联结提供

可能性。

豪式木屋架的适用跨度为9～2l米，最经济跨度为9～l5米。

豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适中，如节间长度太长，则杆件

长度太长，受力不利；如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应控制节

间长度在1.5～2.5米之间。

所以设计上常常是：

跨度6～9米时，采用四节间

跨度9～12米时，采用六节间

跨度12～15米时，采用八节间

在15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。

二、钢屋架

钢屋架的典型型式是芬克式屋架。

这种屋架型式适用于钢屋架。其特点是：

(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，芬允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，由此来能适应钢材柔性的特点。

(2)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，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，故主要用于大跨度情况，一般适用跨度

为36米以上。

三、钢筋混凝土屋架

钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理想材料。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。

钢筋混凝土屋架