1、08 排架结构体系排架结构体系q排架结构排架结构v屋顶承重结构，屋顶承重结构，屋面大梁或屋面桁架屋面大梁或屋面桁架v排架柱，排架柱，v基础。基础。q排架结构基本特点排架结构基本特点v屋面承重结构在柱顶与排架柱铰接，而柱与屋面承重结构在柱顶与排架柱铰接，而柱与基础则为刚接，即在柱底形成一固定端，形基础则为刚接，即在柱底形成一固定端，形成一个平面结构体系。成一个平面结构体系。v计算简图计算简图8.1概述概述q排架结构承重体系一般由多个排架组成，排架结构承重体系一般由多个排架组成，在排架之间通过支撑或连梁连接。在排架之间通过支撑或连梁连接。v严格讲，空间受力体系。严格讲，空间受力体系。v实际受力中，
2、一种荷载的作用常对本身所在实际受力中，一种荷载的作用常对本身所在的排架起主要作用，而对邻近排架的影响较的排架起主要作用，而对邻近排架的影响较小，可以忽略不计，简化为平面排架体系。小，可以忽略不计，简化为平面排架体系。q用途用途v排架结构一般可用于单层工业厂房、空旷建排架结构一般可用于单层工业厂房、空旷建筑物如仓库、车库、飞机库、食堂、剧院等筑物如仓库、车库、飞机库、食堂、剧院等8.1概述概述q分类分类v按荷载传递分为：按荷载传递分为：横向排架结构体系横向排架结构体系纵向排架结构体系纵向排架结构体系v排架按材料分类（根据建筑功能、经济条件、排架按材料分类（根据建筑功能、经济条件、施工条件及材料供
3、应等选用不同材料）：施工条件及材料供应等选用不同材料）：钢筋混凝土排架钢筋混凝土排架钢排架钢排架钢与钢筋混凝土组成的排架钢与钢筋混凝土组成的排架砖排架砖排架8.1.1排架结构传力途径排架结构传力途径q屋面荷载屋面荷载v屋顶承重结构屋顶承重结构排架柱排架柱基础；基础；q作用于围护墙的风荷载作用于围护墙的风荷载v一部分直接传于柱子；另一部分则由墙体先传至墙一部分直接传于柱子；另一部分则由墙体先传至墙梁，再由墙梁传至柱子；梁，再由墙梁传至柱子；q水平地震作用水平地震作用v通过屋顶承重结构传至柱子；通过屋顶承重结构传至柱子；q吊车制动力吊车制动力v经由吊车梁等构件直接传至柱子；经由吊车梁等构件直接传至
4、柱子；q作用于排架平面内的任何荷载均通过排架传至作用于排架平面内的任何荷载均通过排架传至地基，均使柱子产生弯矩、剪力、轴力等，使地基，均使柱子产生弯矩、剪力、轴力等，使柱与基础均为偏心受力构件。柱与基础均为偏心受力构件。8.1.2 排架结构类型排架结构类型q钢筋混凝土排架结构钢筋混凝土排架结构q钢排架结构钢排架结构q混合排架结构混合排架结构q砖排架结构砖排架结构1 钢筋混凝土排架结构钢筋混凝土排架结构q柱柱v矩形、工字形、双肢柱、管型预制柱。矩形、工字形、双肢柱、管型预制柱。q屋顶承重结构屋顶承重结构v薄腹大梁、桁架、带拉杆拱形屋架薄腹大梁、桁架、带拉杆拱形屋架q特点：特点：v刚度较大，耐火等
5、级高（刚度较大，耐火等级高（300），），v材料来源方便、制作及施工较简单，材料来源方便、制作及施工较简单，v跨度较大（跨度较大（36 60米），柱高可达米），柱高可达20多米，多米，v吊车载重量可达一两百吨，吊车载重量可达一两百吨，v可单跨或多跨布置，可单跨或多跨布置，v各跨可以等高或不等高。各跨可以等高或不等高。钢筋混凝土排架柱类型钢筋混凝土排架柱类型q常用柱的选型（常用柱的选型（自重，刚度，施工，构造，自重，刚度，施工，构造，运输、吊装）运输、吊装）q矩形：外形简单整齐，制作方便矩形：外形简单整齐，制作方便q工字形柱：受力形态比矩形柱合理工字形柱：受力形态比矩形柱合理q平腹杆双肢柱平腹杆
6、双肢柱q斜腹杆双肢柱斜腹杆双肢柱q管柱管柱钢筋混凝土排架柱选型钢筋混凝土排架柱选型q原则原则q应力求合理、模板简单、维护方便，要考虑有应力求合理、模板简单、维护方便，要考虑有无吊车规格、柱高和柱距等因素；同时要因地无吊车规格、柱高和柱距等因素；同时要因地制宜，考虑制作、运输、吊装及材料供应等条制宜，考虑制作、运输、吊装及材料供应等条件；在同一工程中，柱型、规格不宜过多，为件；在同一工程中，柱型、规格不宜过多，为施工工厂化、机械化创造条件。施工工厂化、机械化创造条件。q预制柱根据截面高度确定截面形式：预制柱根据截面高度确定截面形式：vh600mm时，宜采用矩形截面；时，宜采用矩形截面；vh=60
7、0800mm时，采用工字型或矩形；时，采用工字型或矩形；vh=9001400mm时，宜采用工字型；时，宜采用工字型；vh1400mm时，宜采用双肢柱；时，宜采用双肢柱；v管柱及其它柱型可根据经验和工程具体情况选用。管柱及其它柱型可根据经验和工程具体情况选用。钢筋混凝土排架柱选型钢筋混凝土排架柱选型q 应根据柱的总长度和所受内力选择不同的形式。应根据柱的总长度和所受内力选择不同的形式。q 对于设有悬臂吊车的柱宜采用矩形；对于设有悬臂吊车的柱宜采用矩形；q 对于易受撞击及设有壁行吊车的柱宜采用矩形或腹板厚对于易受撞击及设有壁行吊车的柱宜采用矩形或腹板厚度度 120 mm、翼缘高度、翼缘高度 150
8、mm 的工字型柱，采用双的工字型柱，采用双肢柱时，安装壁行吊车的局部宜作成实腹形；肢柱时，安装壁行吊车的局部宜作成实腹形；q 高温车间和有侵蚀性气体的车间，不宜采用薄壁的工字高温车间和有侵蚀性气体的车间，不宜采用薄壁的工字型柱、管柱及双肢柱等，以保证结构安全和耐久性。型柱、管柱及双肢柱等，以保证结构安全和耐久性。q 8度或度或9度区，宜采用矩形、斜腹杆双肢柱或工字型柱。度区，宜采用矩形、斜腹杆双肢柱或工字型柱。不宜采用薄壁开孔或预制腹板的工字型柱；不宜采用薄壁开孔或预制腹板的工字型柱；q 柱底至室内地坪以上柱底至室内地坪以上500mm内及上柱宜采用矩形截面。内及上柱宜采用矩形截面。屋顶承重结构
9、屋顶承重结构q跨度小于跨度小于18米米v可用屋面大梁（薄腹梁）可用屋面大梁（薄腹梁）q跨度大于跨度大于18米米v可用装配式钢筋混凝土屋架可用装配式钢筋混凝土屋架v屋架可以采用三角形屋架、梯形屋架或折线屋架可以采用三角形屋架、梯形屋架或折线型屋架等多种形式。型屋架等多种形式。v屋架形式的选用屋架形式的选用,应考虑厂房的生产要求、跨应考虑厂房的生产要求、跨度大小、有无吊车及吊车起吊质量和吊车工度大小、有无吊车及吊车起吊质量和吊车工作制、建筑构造、现场条件及当地使用经验作制、建筑构造、现场条件及当地使用经验等因素。等因素。2 钢排架及混合排架钢排架及混合排架q钢排架钢排架v屋顶承重结构采用钢桁架，铰
10、接于钢柱柱顶；屋顶承重结构采用钢桁架，铰接于钢柱柱顶；q混合排架混合排架v屋顶承重结构采用钢结构而柱子采用钢筋混凝土结屋顶承重结构采用钢结构而柱子采用钢筋混凝土结构。构。q优点优点v钢桁架自重轻，制作与吊装均比钢筋混凝土桁架有钢桁架自重轻，制作与吊装均比钢筋混凝土桁架有利（不产生裂缝），对具有较大振动的建筑物具有利（不产生裂缝），对具有较大振动的建筑物具有韧性，在地震作用下，钢结构具有很好的延性。韧性，在地震作用下，钢结构具有很好的延性。v在跨度在跨度30m时，优点更突出。时，优点更突出。v有防爆要求的建筑中，为减轻屋顶重量，减少灾害有防爆要求的建筑中，为减轻屋顶重量，减少灾害常采用钢结构屋顶
11、。常采用钢结构屋顶。2 钢排架及混合排架钢排架及混合排架q缺点：缺点：v高温环境，钢材的强度将受到影响，高温环境，钢材的强度将受到影响，一般在一般在300oC以下影响不大，而超过以下影响不大，而超过300oC以后，以后，钢材的屈服点及极限强度均开始下降，当达到钢材的屈服点及极限强度均开始下降，当达到600oC时，强度几近为零。时，强度几近为零。v防火等级不能满足二级要求（屋顶承重结构防火等级不能满足二级要求（屋顶承重结构为非燃烧体，耐火极限为非燃烧体，耐火极限0.5小时小时)；v不能耐受酸气腐蚀，不能耐受酸气腐蚀，v不宜用于湿度较大的环境；不宜用于湿度较大的环境；v易失稳，应注意设置支撑系统。
12、易失稳，应注意设置支撑系统。钢、混合排架用途及构件种类钢、混合排架用途及构件种类q大跨度的食堂、影剧院、体育馆、飞机库和重大跨度的食堂、影剧院、体育馆、飞机库和重型工业车间；型工业车间；q钢桁架作为屋面承重结构，屋面板可以采用有钢桁架作为屋面承重结构，屋面板可以采用有檩体系和无檩体系；檩体系和无檩体系；q有檩体系有檩体系v檩条可以为型钢檩条、薄壁型钢檩条、轻型钢桁架檩条可以为型钢檩条、薄壁型钢檩条、轻型钢桁架檩条等，屋面材料可以采用瓦楞铁、压轧型钢板、檩条等，屋面材料可以采用瓦楞铁、压轧型钢板、石棉瓦、预制钢筋混凝土槽型瓦，波形瓦或粘土瓦石棉瓦、预制钢筋混凝土槽型瓦，波形瓦或粘土瓦等。等。q无
13、檩体系无檩体系v一般屋面可以采用预应力大型屋面板，或加筋加气一般屋面可以采用预应力大型屋面板，或加筋加气混凝土屋面板，采用加筋灌缝提高刚度和防潮。混凝土屋面板，采用加筋灌缝提高刚度和防潮。排架柱排架柱q钢排架柱钢排架柱v一般可以选择工字型或一般可以选择工字型或H型钢柱；型钢柱；v荷载较大时，可用型钢及钢板组合成大型实荷载较大时，可用型钢及钢板组合成大型实腹工字型柱；腹工字型柱；v荷载更大时，则可以采用带斜腹杆的双肢柱荷载更大时，则可以采用带斜腹杆的双肢柱v为了满足防火要求，钢结构外部应另加防火为了满足防火要求，钢结构外部应另加防火保护层；保护层；q混合排架柱混合排架柱v与钢筋混凝土排架相同与钢
14、筋混凝土排架相同8.2 薄腹梁结构薄腹梁结构q薄腹梁实质就是梁结构，属受弯构件，用薄腹梁实质就是梁结构，属受弯构件，用于屋盖。于屋盖。q由于跨度比较大，为了减轻结构自重，截由于跨度比较大，为了减轻结构自重，截面常用工字型或面常用工字型或T型，因而梁腹明显地薄，型，因而梁腹明显地薄，故称故称“薄腹梁薄腹梁”。8.2.1 薄腹梁的优缺点和运用范围薄腹梁的优缺点和运用范围q制作、构造、吊装及设计等都较简单，同时由制作、构造、吊装及设计等都较简单，同时由于梁的高度比桁架小，侧向刚度较大，可以降于梁的高度比桁架小，侧向刚度较大，可以降低厂房的高度且不需设置屋面支撑。低厂房的高度且不需设置屋面支撑。q自重
15、大。所以适用跨度仅是自重大。所以适用跨度仅是618m范围。普通范围。普通钢筋混凝土薄腹梁跨度为钢筋混凝土薄腹梁跨度为612m，预应力时，预应力时，跨度为跨度为1218m。q薄腹梁可分为单坡式和双坡式两种，根据排水薄腹梁可分为单坡式和双坡式两种，根据排水方式及跨度大小选用。方式及跨度大小选用。v单坡式的梁高不变；单坡式的梁高不变；v双坡式的梁高由两边向中间逐渐增加，因梁高的变双坡式的梁高由两边向中间逐渐增加，因梁高的变化与受力情况相符，故较省材料和更加经济。化与受力情况相符，故较省材料和更加经济。8.2.2 薄腹梁的构造尺寸薄腹梁的构造尺寸q由施工条件、钢筋布置、构造及刚度等因素决由施工条件、钢
16、筋布置、构造及刚度等因素决定。定。v梁端部高度：一般不小于梁端部高度：一般不小于600。v双坡式的屋面坡度：双坡式的屋面坡度：1/81/12。v梁高主要由刚度控制，以梁的造价最经济为原则梁高主要由刚度控制，以梁的造价最经济为原则v单坡梁高单坡梁高h=（1/181/12）l，普通钢筋混凝土时；，普通钢筋混凝土时；v双坡梁的中间高双坡梁的中间高h=（1/141/16）l，预应力时；，预应力时；v梁腹厚度：一般梁腹厚度：一般60100。v上翼缘宽度：取决于屋面板的支承稳定，通常上翼缘宽度：取决于屋面板的支承稳定，通常250400。v下翼缘宽度：取决于钢筋布置的需要，通常下翼缘宽度：取决于钢筋布置的需
17、要，通常200300。薄腹梁尺寸图薄腹梁尺寸图薄腹梁选用薄腹梁选用q1、预应力混凝土单坡屋面梁（、预应力混凝土单坡屋面梁（G414）q2、预应力混凝土双坡屋面梁（、预应力混凝土双坡屋面梁（G414）v高度小，重心低，侧向刚度好，施工方便，高度小，重心低，侧向刚度好，施工方便，但自重大，经济指标较差；适用与有较大震但自重大，经济指标较差；适用与有较大震动和腐蚀介质的厂房。动和腐蚀介质的厂房。v屋面坡度为屋面坡度为1/81/128.3 桁架结构桁架结构q桁架应用广，适用跨度范围（桁架应用广，适用跨度范围（660m）非常大。）非常大。q以受力特点可分为以受力特点可分为v平面桁架、立体桁架、空腹桁架。
18、平面桁架、立体桁架、空腹桁架。v通常所指的桁架全是平面桁架，旨在强调其立体桁通常所指的桁架全是平面桁架，旨在强调其立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。q文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；间屋顶结构的问题；q19世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架q房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。这时常称为屋架。8
19、.3 桁架结构桁架结构q桁架结构的优点桁架结构的优点v受力合理；受力合理；v计算简单；计算简单；v施工方便；施工方便；v适应性强；适应性强；v对支座没有横向推力。对支座没有横向推力。v扩大了梁式结构的适用跨度。扩大了梁式结构的适用跨度。8.3 桁架结构桁架结构q桁架结构的缺点桁架结构的缺点v结构高度大，侧向刚度小。其中侧向刚度小结构高度大，侧向刚度小。其中侧向刚度小对于钢屋架特别明显，对于钢屋架特别明显，v桁架结构受压的上弦平面外稳定性差，难以桁架结构受压的上弦平面外稳定性差，难以抵抗房屋纵向的侧向力，需要设置支撑。抵抗房屋纵向的侧向力，需要设置支撑。v一般房屋纵向的侧向力并不大，但支撑很多，
20、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，故耗钢都按构造（长细比）要求确定截面，故耗钢量不少却未能材尽其用。量不少却未能材尽其用。8.3.1 桁架结构的受力特点桁架结构的受力特点q1 桁架的形成桁架的形成q2 桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q3 桁架结构的内力桁架结构的内力1桁架的形成桁架的形成q从梁结构截面应力的分布情况来看，单跨简支从梁结构截面应力的分布情况来看，单跨简支梁受荷后的截面应力分布为压区三角形和拉区梁受荷后的截面应力分布为压区三角形和拉区三角形，中和轴处应力为零，离中和轴越近应三角形，中和轴处应力为零，离中和轴越近应力越小力越小q利用这一特点
21、，把横截面上的中间部分削减形利用这一特点，把横截面上的中间部分削减形成工字型截面，即可以节省材料又可以减轻结成工字型截面，即可以节省材料又可以减轻结构自重。构自重。1桁架的形成桁架的形成q把纵截面上的中间部分挖空形成空腹式，可收把纵截面上的中间部分挖空形成空腹式，可收到节省材料和减轻自重的效果，挖空程度越大，到节省材料和减轻自重的效果，挖空程度越大，材料越省，自重越轻；材料越省，自重越轻；q大幅度挖空，中间剩下几根截面很小的连杆时，大幅度挖空，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为所谓的就发展成为所谓的“桁架桁架”。1桁架的形成桁架的形成q桁架的组成桁架的组成v上弦，上弦，v下弦，下弦，v竖
22、腹杆，竖腹杆，v斜腹杆，斜腹杆，q桁架的实质桁架的实质v利用梁的截面几何特征的有利因素，即利用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和抵抗矩增大的同时，了构件截面的惯性矩和抵抗矩增大的同时，截面面积反而可以减小。截面面积反而可以减小。v“即以最小截面面积作最大限度的扩展即以最小截面面积作最大限度的扩展”。1桁架的形成桁架的形成q桁架的受力特点桁架的受力特点v各杆件单元均为轴向受压（受拉）构件。各杆件单元均为轴向受压（受拉）构件。v外荷载所产生的弯矩由上弦下弦形成的力偶外荷载所产生的弯矩由上弦下弦形成的力偶来平衡；上弦受压，下弦受拉；来平衡；上弦受压，下弦受拉；桁架的上下弦之间
23、的距离拉开越远越有利，适用桁架的上下弦之间的距离拉开越远越有利，适用跨度越大。跨度越大。v外荷载所产生的剪力由竖腹杆的轴力和斜腹外荷载所产生的剪力由竖腹杆的轴力和斜腹杆轴力的竖向分量来平衡。杆轴力的竖向分量来平衡。v截面正应力分布均匀；材料强度可以得到充截面正应力分布均匀；材料强度可以得到充分发挥分发挥2桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q基本假定基本假定2桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q基本假定基本假定。v是桁架结构简化计算模型的关键。是桁架结构简化计算模型的关键。v在实际房屋建筑工程中，真正采用铰接节点的桁架在实际房屋建筑工程中，真正采用铰接节点的桁架是极少的。是极少的。木材常采用
24、榫接，与铰接的力学要求较为接近；木材常采用榫接，与铰接的力学要求较为接近；钢材常用铆接或焊接，节点可传递一定地弯矩；钢材常用铆接或焊接，节点可传递一定地弯矩；钢筋混凝土的节点构造则往往采用刚性连接。钢筋混凝土的节点构造则往往采用刚性连接。v严格说，钢桁架和钢筋混凝土桁架都应按刚架结构严格说，钢桁架和钢筋混凝土桁架都应按刚架结构计算，各杆件除承受轴力外，还承受弯矩的作用。计算，各杆件除承受轴力外，还承受弯矩的作用。v但弯矩产生的应力很小，在节点构造上采取适当的但弯矩产生的应力很小，在节点构造上采取适当的措施，其应力对结构或构件不会造成危害，措施，其应力对结构或构件不会造成危害，v故一般计算中均将
25、衍架结构节点按铰接处取。故一般计算中均将衍架结构节点按铰接处取。2桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q基本假定基本假定 2桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q基本假定基本假定v3. 所有外力（包括荷载及支座反力）都作用所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中于节点上。在桁架的中心平面内，并集中于节点上。 v非节点荷载的处理非节点荷载的处理木桁架或钢筋混凝土桁架木桁架或钢筋混凝土桁架加大截面加大截面钢桁架钢桁架再分式再分式2桁架结构计算的假定桁架结构计算的假定q桁架的基本特点桁架的基本特点v平面平面外荷与支座反力都作用在全部桁架外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在
26、的平面内；杆件轴线所在的平面内；v几何不变几何不变桁架的杆件按三角形法则构成桁架的杆件按三角形法则构成;v铰接铰接杆件相交的节点，按铰接考虑杆件相交的节点，按铰接考虑;v轴向受力轴向受力各杆件（弦杆、竖杆、斜杆）各杆件（弦杆、竖杆、斜杆）只受轴向力，这是材尽其用的有效途径。只受轴向力，这是材尽其用的有效途径。3桁架结构的内力桁架结构的内力q桁架的内力的不均匀性桁架的内力的不均匀性v整体上，桁架的受力比梁式结构合理；整体上，桁架的受力比梁式结构合理；v各杆件单元，内力分布是不均匀的；各杆件单元，内力分布是不均匀的；v杆件的截面尺寸由同一类构件中内力最大者杆件的截面尺寸由同一类构件中内力最大者决定
27、；其余杆件的材料强度仍未得到充分发决定；其余杆件的材料强度仍未得到充分发挥。挥。v桁架的内力与桁架外形有着密切的关系。桁架的内力与桁架外形有着密切的关系。3桁架结构的内力桁架结构的内力q平行弦桁架平行弦桁架v杆件内力是不均匀的，杆件内力是不均匀的，v弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，v腹杆内力是两端大而想中间逐渐减小。腹杆内力是两端大而想中间逐渐减小。3桁架结构的内力桁架结构的内力q三角形桁架三角形桁架v杆件内力是不均匀的杆件内力是不均匀的v弦杆内力是两端大而中间逐渐减小，弦杆内力是两端大而中间逐渐减小，v腹杆内力是两端小而向中间逐渐增大。腹杆内力是两端小而向
28、中间逐渐增大。3桁架结构的内力桁架结构的内力q弧形桁架弧形桁架v杆件内力大致均匀，杆件内力大致均匀，v从力学角度看，它的形状与简支梁的弯矩图从力学角度看，它的形状与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，形相似，其形状符合受荷后的内力变化规律，所以是结构上较好的形式。所以是结构上较好的形式。3桁架结构的内力桁架结构的内力q桁架的内力与桁架外形的关系桁架的内力与桁架外形的关系3桁架结构的内力桁架结构的内力q桁架的内力与桁架外形的关系桁架的内力与桁架外形的关系3桁架结构的内力桁架结构的内力q由受力分析可以看出由受力分析可以看出v在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造在其他条件相
29、同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节间，材料未尽其用；为充力决定，故内力较小的节间，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。v为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些
30、，为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨（线，这样适用于中、大跨（l18m），但其制作仍比），但其制作仍比三角形或梯形桁架复杂，三角形或梯形桁架复杂，v三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料，构造与三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料，构造与制作最简单，但受力极不均匀，仅适用于小、中跨制作最简单，但受力极不均匀，仅适用于小、中跨( l18m )的桁架情况。的桁架情况。q按材料分类按材料分类v木屋架木屋架v钢钢-木组合屋架木组合屋架v钢屋架钢屋架v轻型钢屋架轻型钢屋架v钢筋混凝土屋架
31、钢筋混凝土屋架v预应力钢筋混凝土屋架预应力钢筋混凝土屋架v钢筋混凝土钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架q按屋架外形分类按屋架外形分类v三角形屋架三角形屋架v梯形屋架梯形屋架v抛物线屋架抛物线屋架v折线型屋架折线型屋架v平行弦屋架平行弦屋架q按结构受力特点按结构受力特点v桥式屋架桥式屋架v无斜腹杆屋架无斜腹杆屋架v刚接桁架刚接桁架v立体桁架立体桁架1木屋架木屋架q材料材料v常用方木或原木齿连接的豪式木屋架。常用方木或原木齿连接的豪式木屋架。q形式形式v一般分为三角形和梯形两种，工地制作。一般分为三角形和梯形两种，工地制作。1木屋架木屋架q豪式木屋架主要尺寸豪式木屋架主要尺寸v节间长度以控制在节间长
32、度以控制在23m的范围内为宜，一的范围内为宜，一般为般为48节间；节间；v适用跨度为适用跨度为1218m；v当屋架跨度不大时，上弦可用整根木料。当屋架跨度不大时，上弦可用整根木料。v当屋架跨度较大上弦需做节头时，四节间屋当屋架跨度较大上弦需做节头时，四节间屋架的接头以设在中间节点处为宜；六节间以架的接头以设在中间节点处为宜；六节间以上的屋架，接头不应设在脊节点的两侧。上的屋架，接头不应设在脊节点的两侧。v接头位置应尽量靠近节点，避免承受较大的接头位置应尽量靠近节点，避免承受较大的弯矩。弯矩。v木屋架的高跨比宜在木屋架的高跨比宜在1514之间。之间。1木屋架木屋架q三角形屋架三角形屋架v内力分布
33、不均匀、支座处大而跨中小。内力分布不均匀、支座处大而跨中小。v一般适用于跨度在一般适用于跨度在18m以内以内v坡度大，适用于屋面材料为粘土瓦、水泥瓦坡度大，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。及小青瓦等要求排水坡度较大的情况。1木屋架木屋架q梯形屋架梯形屋架v受力性能比三角形屋架合理。受力性能比三角形屋架合理。v适用于房屋跨度较大时，适用跨度适用于房屋跨度较大时，适用跨度1218m。v当采用波形石棉瓦、铁皮或卷材作屋面防水当采用波形石棉瓦、铁皮或卷材作屋面防水材料时，屋面坡度需取材料时，屋面坡度需取il/5。2钢钢-木组合屋架木组合屋架q 屋架形式屋架形式v 豪式屋
34、架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。q 由于不易取由于不易取q 得符合下始材质标淮的上等木材，特别是原木和方木干得符合下始材质标淮的上等木材，特别是原木和方木干燥较慢，干裂缝对采用所这接利螺检燥较慢，干裂缝对采用所这接利螺检q 连接的下弦十分不利，而采用钢拉杆作为屋架的下弦，连接的下弦十分不利，而采用钢拉杆作为屋架的下弦，每平方米建筑而积的用钢员仪增加每平方米建筑而积的用钢员仪增加2q 4kg，但却显著地提高广结构的可靠性，同时内于钢，但却显著地提高广结构的可靠性，同时内于钢材的弹性模量高于木材，且还消除材的弹性模量高于木材，且还消除q 接头的非弹
35、性坐形，从而提高了屋架结构的刚度。接头的非弹性坐形，从而提高了屋架结构的刚度。q 钢钢木组合屋架的适用跨度视屋架结构的外形而定，木组合屋架的适用跨度视屋架结构的外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般为对于三角形屋架，其跨度一般为l 2q 一一18m，对于梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达，对于梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达1824nl。2钢钢-木组合屋架木组合屋架q屋架形式屋架形式v豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。q选型考虑因素选型考虑因素v由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材，由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材，v原木和方木
36、干燥较慢，干裂缝对采用齿连接和螺栓原木和方木干燥较慢，干裂缝对采用齿连接和螺栓连接的下弦十分不利，连接的下弦十分不利，v采用钢拉杆作为屋架的下弦，每采用钢拉杆作为屋架的下弦，每m2建筑面积的用钢建筑面积的用钢量仅增加量仅增加24kg，但却显著地提高了结构的可靠性，但却显著地提高了结构的可靠性，v由于钢材的弹性模量高于木材，且还消除了接头的由于钢材的弹性模量高于木材，且还消除了接头的非弹性变形，从而提高了屋架结构的刚度。非弹性变形，从而提高了屋架结构的刚度。q适用跨度适用跨度视屋架结构的外形而定视屋架结构的外形而定v三角形屋架，跨度一般为三角形屋架，跨度一般为1218m，v梯形、折线形等多边形屋
37、架，其跨度可达梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达1824m。3钢屋架钢屋架q 屋架形式屋架形式三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架矩形（平行弦）屋架矩形（平行弦）屋架3钢屋架钢屋架q三角形屋架三角形屋架v一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。v当屋面材料为粘土瓦、机制平瓦时，要求屋当屋面材料为粘土瓦、机制平瓦时，要求屋架的高跨比为架的高跨比为1/41/6。v屋架弦杆内力变化较大，弦杆内力在支座处屋架弦杆内力变化较大，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最大，在跨中最小，材料强度不能充分发挥作用。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。作用。一般宜用于中
38、小跨度的轻屋盖结构。v当荷载和跨度较大时，三角形屋架不经济。当荷载和跨度较大时，三角形屋架不经济。v常用形式是芬克式屋架，它的腹杆受力合理，常用形式是芬克式屋架，它的腹杆受力合理，长杆受拉，短杆受压，且可分为两根小屋架长杆受拉，短杆受压，且可分为两根小屋架制作，运至现场进行安装、施工方便。制作，运至现场进行安装、施工方便。3钢屋架钢屋架q梯型屋架梯型屋架v一般用于屋面坡度较小的屋盖中。一般用于屋面坡度较小的屋盖中。v受力性能比三角形屋架优越、适用于较大跨度或较受力性能比三角形屋架优越、适用于较大跨度或较大荷载的工业厂房。大荷载的工业厂房。v当上弦坡度为当上弦坡度为1/81/12时，梯形屋架的高
39、度可取时，梯形屋架的高度可取1/61/8l，v多用于无檩体系屋盖，屋面大多用大型屋面板。多用于无檩体系屋盖，屋面大多用大型屋面板。上弦节间长度应与大型屋面板尺寸相配合，使大型屋面板上弦节间长度应与大型屋面板尺寸相配合，使大型屋面板的主肋正好搁置在屋架上弦的节点上，上弦个不产生局部的主肋正好搁置在屋架上弦的节点上，上弦个不产生局部弯矩。弯矩。当节间过长时，可采用再分式腹杆的形式。当节间过长时，可采用再分式腹杆的形式。v当采用有檩体系屋盖时，则上弦节间长度可根据核当采用有檩体系屋盖时，则上弦节间长度可根据核条的间距而定，一般为条的间距而定，一般为0.83m。3钢屋架钢屋架q矩形（平行弦）屋架矩形（
40、平行弦）屋架v上、下弦平行，腹杆长度一致，杆件类型少，上、下弦平行，腹杆长度一致，杆件类型少，易于满足标准化、工业化生产的要求。易于满足标准化、工业化生产的要求。v矩形屋架在均布荷载作用下，杆件内力分布矩形屋架在均布荷载作用下，杆件内力分布极不均匀，故材料强度得不到充分利用，极不均匀，故材料强度得不到充分利用，v不宜用于大跨度建筑中，一般常用于托架或不宜用于大跨度建筑中，一般常用于托架或支撑系统。支撑系统。v当跨度较大时为节约材料，也可采用不同的当跨度较大时为节约材料，也可采用不同的杆件截面尺寸。杆件截面尺寸。4轻型钢屋架轻型钢屋架q结构型式结构型式v三角形屋架三角形屋架v三铰拱屋架三铰拱屋架
41、适用于斜坡屋面，坡度通常取适用于斜坡屋面，坡度通常取1/21/3。v梭形屋架梭形屋架梭形屋架的屋面坡度较平坦，通常取梭形屋架的屋面坡度较平坦，通常取1/121/8。v常用的是三角形屋架。常用的是三角形屋架。q构件选用构件选用v屋架的上弦一般用小角钢，屋架的上弦一般用小角钢，v下弦和腹杆可用小角钢或圆钢。下弦和腹杆可用小角钢或圆钢。q适用范围适用范围v跨度跨度l 8m、柱距、柱距46m、设有起重量、设有起重量50kN的中、的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑。轻级工作制桥式吊车的工业建筑。v跨度名跨度名l 8m的民用房屋的屋盖结构。的民用房屋的屋盖结构。4轻型钢屋架轻型钢屋架q三角形轻钢屋架三角形
42、轻钢屋架v常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点常用的有芬克式和豪式两种。构件布置和受力特点与普通钢屋架相似。与普通钢屋架相似。q三铰拱轻钢屋架三铰拱轻钢屋架v由两根斜梁和一根拉杆组成，拉杆可用圆钢或角钢，由两根斜梁和一根拉杆组成，拉杆可用圆钢或角钢，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种。斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种。v杆件受力合理，斜梁腹杆短、取材方便，经济效果杆件受力合理，斜梁腹杆短、取材方便，经济效果好。好。v三铰拱屋架出于拱拉杆比较细柔，不能承压，并且三铰拱屋架出于拱拉杆比较细柔，不能承压，并且无法设置垂直支撑和下弦水平文撑，整个屋盂结构无法设置垂直支撑和下弦水平文撑，整个屋盂结
43、构的刚度较差，故不宜用于有振动荷载及屋架跨度超的刚度较差，故不宜用于有振动荷载及屋架跨度超过过18m的工业厂房。的工业厂房。v为满足整体稳定性要求，斜梁高跨比取为满足整体稳定性要求，斜梁高跨比取1/121/18。料梁截面的宽度与高度之比取料梁截面的宽度与高度之比取1/1.51/2。4轻型钢屋架轻型钢屋架q 梭形屋架梭形屋架v平面桁架式和空间桁架式。平面桁架式和空间桁架式。v一般是上弦杆为角钢、其余则采用圆钢。一般是上弦杆为角钢、其余则采用圆钢。v取材方便、截面重心低、空间刚度好、可不设支撑取材方便、截面重心低、空间刚度好、可不设支撑q适用范围适用范围v跨度为跨度为915m，间距为，间距为34.
44、2m的屋盖体系。的屋盖体系。q截面形式截面形式v正三角形和倒三角形。正三角形和倒三角形。q屋架高度屋架高度vHA+B，A=B较为合理较为合理vA由屋面坡度确定，由屋面坡度确定，B愈大，则弦杆内力愈小，但腹愈大，则弦杆内力愈小，但腹杆长度增加。杆长度增加。v屋架的高跨比为屋架的高跨比为1/81/12。5混凝土屋架混凝土屋架q屋架形式屋架形式v梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架等。等。v钢筋混凝土屋架和顶应力混凝土屋架。钢筋混凝土屋架和顶应力混凝土屋架。q适用跨度适用跨度v钢筋混凝土屋架的适用跨度为钢筋混凝土屋架的适用跨度为1524m，v预应力
45、混凝土屋架的适用跨度为预应力混凝土屋架的适用跨度为1836m或更大。或更大。q梯形屋架梯形屋架v上弦为直线，屋面坡度为上弦为直线，屋面坡度为1/10l/12，适用于卷材防水，适用于卷材防水屋面。屋面。v上弦节间为上弦节间为3m，下弦节间为，下弦节间为6m，矢高与跨度之比为，矢高与跨度之比为l/61/8，屋架端部高度为，屋架端部高度为1.82.2mv屋架自重较大，刚度好。屋架自重较大，刚度好。v适用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房。适用于重型、高温及采用井式或横向天窗的厂房。5混凝土屋架混凝土屋架q折线形屋架折线形屋架Av外形较合理，结构自重较轻，屋面坡度为外形较合理，结构自重较轻，屋面坡
46、度为1/31/4，适用于非卷材防水屋面的中型或大，适用于非卷材防水屋面的中型或大中型厂房。中型厂房。q折线形屋架折线形屋架Bv屋面坡度平缓，适用于卷材防水屋面的中型屋面坡度平缓，适用于卷材防水屋面的中型厂房。厂房。v为改善屋架端部的屋面坡度，减少油毡下滑为改善屋架端部的屋面坡度，减少油毡下滑和油膏流淌，一般可在端部增加两个杆件，和油膏流淌，一般可在端部增加两个杆件，以使整个屋面的坡度较为均匀。以使整个屋面的坡度较为均匀。5混凝土屋架混凝土屋架q拱型屋架拱型屋架v上弦为曲线形，一般采用抛物线形，也可采上弦为曲线形，一般采用抛物线形，也可采用折线形，但应使折线的节点落在抛物线上用折线形，但应使折线
47、的节点落在抛物线上v外形合理，杆件内力均匀，自重轻、经济指外形合理，杆件内力均匀，自重轻、经济指标良好。标良好。v屋架端部屋面坡度太陡，需加设短柱使之适屋架端部屋面坡度太陡，需加设短柱使之适合于卷材防水。合于卷材防水。v拱形屋架矢高比一般为拱形屋架矢高比一般为1/61/8。5混凝土屋架混凝土屋架q 无斜腹杆屋架无斜腹杆屋架v上弦一般为抛物线拱。无斜旗杆，结构构造简单，上弦一般为抛物线拱。无斜旗杆，结构构造简单，便于制作。便于制作。v屋面板可以支承在上弦杆或下弦杆上，较适用于采屋面板可以支承在上弦杆或下弦杆上，较适用于采用井式或横向天窗的厂房。用井式或横向天窗的厂房。v技术经济指标较好，采用预应
48、力时，跨度可达技术经济指标较好，采用预应力时，跨度可达36m。v管道穿行和检修方便，屋架高度的空间充分利用。管道穿行和检修方便，屋架高度的空间充分利用。q 无斜腹杆屋架力学特点无斜腹杆屋架力学特点v屋架节点不能简化为铰。按刚架或拱式结构计算屋架节点不能简化为铰。按刚架或拱式结构计算v按刚架结构计算时，上弦杆为压弯构件，下弦杆和按刚架结构计算时，上弦杆为压弯构件，下弦杆和竖腹杆为拉弯构件。竖腹杆为拉弯构件。v按拱式结构计算时，上弦为拱身承受压力，下弦为按拱式结构计算时，上弦为拱身承受压力，下弦为拱的拉杆，当荷载作用在下弦杆时，竖旗杆受拉，拱的拉杆，当荷载作用在下弦杆时，竖旗杆受拉，当荷载作用于上
49、弦杆时，则竖腹杆内力为零。当荷载作用于上弦杆时，则竖腹杆内力为零。8.3.3 屋架结构的选型与布置屋架结构的选型与布置q选择桁架形式的出发点是受力合理，能充选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。分发挥材力，以取得良好的经济效益。q桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸q1矢高矢高v屋架的矢高直接影
50、响结构的刚度与经济指标。屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。v矢高大，弦杆受力小，但腹杆长，长细比大，矢高大，弦杆受力小，但腹杆长，长细比大，易压曲，用料反而会增多。易压曲，用料反而会增多。v欠高小，弦杆受力大，截面大，屋架刚度小，欠高小，弦杆受力大，截面大，屋架刚度小，变形大。变形大。v根据屋架的结构型式、一般矢高可取跨度的根据屋架的结构型式、一般矢高可取跨度的1/101/5。屋架结构的主要尺寸屋架结构的主要尺寸q2坡度坡度v屋架上弦坡度应与屋面防水构造相适应。屋架上弦坡度应与屋面防水构造相适应。v当采用瓦类屋面时，屋架上弦坡度应大些，当采用瓦类屋面时，屋架上弦坡度应大些，一般不小于一般
