桁架结构分析与实例

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1、1 23概述概述桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构。上弦杆下弦杆斜腹杆桁架示意图竖杆4概述概述在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时称为屋架。现今，桁架结构已经发展起多种多样的形式，不仅局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。桁架结构包括了平面桁架结构和空间桁架结构。5概述概述桁架结构的应用范围： 工业与民用建筑的屋盖 吊车梁 桥梁 起重机 水工闸门 海洋平台 大跨度公共建筑结构6桁架的演变历史桁架的演变历史古罗马人曾用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构（发现于罗马的浮雕中）。文艺复兴时期，意大利建筑师（拔拉雕 Palladio）开

2、始采用木桁架建桥，出现了朗式、汤式（斜交格栅）、豪式桁架。英国最早的金属桁架建于1845年，是和汤式木桁架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦式桁架 。现代桁架多由此衍生而来，如钢桁梁标准设计中的带竖杆华伦式桁架和带竖杆的菱形（双三角形）桁架 7桁架的演变历史桁架的演变历史图13.1.1朗式行架梁桥朗式桁架桥 8桁架的演变历史桁架的演变历史图13.1.2 豪式行架拱桥豪式桁架拱桥 9桁架的演变历史桁架的演变历史 带竖杆华伦式桁架华伦式桁架带竖杆菱形桁架 10桁架的演变历史桁架的演变历史 E.Brandt 1876年出版的著作钢结构设计教程中的桁架梁11桁架的演变历史桁架的演变历史 巴黎的

3、万国博览会大厅，1867年建成。建筑师 为Leopold Hardy，JeanBaptiste Krantz成功使用了由Camille Polonceau发明的Polonceau桁架。它证实了建筑技术的飞跃源于新材料的运用：铁、玻璃、波纹金属薄片材料。12桁架的演变历史桁架的演变历史 巴黎的Galer des Machines采用了当时非常先进的铰接支座采用了由FifeLille发明的预制桁架构件的连接装配方法13桁架结构的特点桁架结构的特点受力特点 从结构整体来说，桁架多应用于受弯构件，在外荷载的作用下所产生的弯矩图和剪力图都与在简支梁的情况相似。但桁架结构具有与简支梁完全不同的受力性能。1

4、4桁架结构的特点桁架结构的特点受力性能比较 简支梁在弯矩的作用下，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极不均匀。中间部分材料不能充分发挥作用，一般以上下边缘处材料的强度作为控制。15桁架结构的特点桁架结构的特点受力性能比较 桁架的上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩，外荷载所产生的剪力则由腹杆承受。材料得到充分的发挥。16桁架结构的特点桁架结构的特点17桁架结构的特点桁架结构的特点18桁架结构的特点桁架结构的特点桁架结构的优缺点缺点：结构高度大平面桁架的侧向刚度小（需要设置支撑）受压构件需要满足稳定性要求，故不能材尽其用(结构选型时尽量考虑）优点：受力合

5、理计算简单施工方便适应性强 19桁架结构计算假设桁架结构计算假设组成桁架的所有杆件均为直杆，所有杆件的中心线（轴线）都在同一平面内（中心平面）。桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。20屋架的形式屋架的形式按外形不同分类 三角形屋架 梯形屋架 抛物线屋架 折线形屋架 平行弦屋架21屋架的形式屋架的形式-2.5-2.5-2.5+4.0+2.50-2.5-1.5-0.50+3.54+2.12+0.7111111+4.5-5.15+4.5+4.5-4.75-4.53+1+1+10011111+7.5+7.5+6.0+3.011111+1.5+

6、1-7.91-6.32-4.74-1.58-1.80(a)三角形行架平行弦桁架（柏式） 抛物线形桁架 三角形桁架 22屋架的形式屋架的形式按腹杆布置不同分类 三角形腹杆系（即华伦式桁架） 带竖杆的三角形腹杆系 半斜杆腹系（如K式桁架） 组合腹系（亦称再分式桁架） 23屋架的形式屋架的形式 K式桁架 再分式桁架 24屋架的形式屋架的形式按桁架几何组成方式分类 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联合组成） 复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）25屋架的形式屋架的形式 联合桁架 复杂桁架 26屋架的形式屋架的形式27屋架的形式屋架的形式按所受水平推力分类l 无推力的梁式

7、桁架（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）l 有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体，整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）28屋架的形式屋架的形式 伸臂梁式桁架 悬臂梁式桁架 拱式桁架 29屋架的形式屋架的形式按结构受力特点分类 桥式屋架 无斜腹杆屋架 刚接桁架 立体桁架30屋架的形式屋架的形式按材料使用不同分类 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-混凝土组合屋架31木屋架木屋架常用的木屋架是方木或原木齿接的豪式木屋架32木屋架木屋架33木屋架木屋架34钢钢- -木组合屋架木组合屋架钢-木

8、组合屋架的形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架采用钢拉杆作为屋架的下弦，提高屋架结构的刚度，消除了接头的非弹性变形35钢屋架钢屋架由于钢屋架承载力高，自重轻，适用于跨度大的屋架。安装、施工方便。36钢屋架钢屋架37钢屋架拼装钢屋架拼装38钢屋架拼装钢屋架拼装39钢屋架拼装钢屋架拼装40钢屋架拼装钢屋架拼装41钢屋架拼装钢屋架拼装42钢屋架吊装钢屋架吊装43钢屋架吊装钢屋架吊装44轻型钢屋架轻型钢屋架采用薄壁型钢、小型热轧型钢等轻型钢材的屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架、棱形屋架轻型屋架适用于小跨度、设置有起重量小于50t的中轻级工作制桥式吊车的工业厂房和小跨度的民用房屋的屋盖结构4

9、5轻型钢屋架轻型钢屋架三铰拱轻钢屋架 杆件受力合理 斜梁腹杆短 经济效果好 拱拉杆比较细柔、不能承压 整个屋盖结构的刚度较差三铰拱轻钢屋架46轻型钢屋架轻型钢屋架棱形屋架 棱形屋架有平面桁架式和空间桁架式 截面中心低 空间刚度好棱形屋架47轻钢屋架轻钢屋架48混凝土屋架混凝土屋架混凝土屋架常见形式有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架、桥式屋架 钢筋混凝土-钢组合桥式屋架49混凝土屋架混凝土屋架50钢钢- -钢筋混凝土组合屋架钢筋混凝土组合屋架屋架上弦和压腹杆采用钢筋混凝土，下弦及受拉杆采用钢拉杆，充分发挥两种不同材料的力学性能。自重轻省材料技术经济指标较好51空间桁架（立体桁架）空间

10、桁架（立体桁架）平面桁架结构虽然有很好的平面力学性能，但其平面外刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置各类支撑。支撑结构布置需要消耗很多材料，且常常以长细比等构造要求控制，材料强度得不到充分的发挥。空间桁架结构能很好地避免上述缺点。52空间桁架结构空间桁架结构倒三角空间桁架曲线梁武昌火车站月台53刚接桁架刚接桁架刚接桁架没有斜腹杆，仅有竖腹杆，为了使结构构成几何不变体系，必须采用刚节点。54刚接桁架刚接桁架刚接月牙形屋架上海大剧院55刚接桁架刚接桁架上海大剧院56桁架结构的选型桁架结构的选型桁架结构的选型应考虑建筑的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术各种桁架有

11、其适用范围做到受力合理、技术先进、经济适用57排架结构排架结构排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系常用于单层工业厂房比起刚架结构，更适合于有大跨度要求的工业建筑单跨排架、多跨排架等高排架、不等高排架、锯齿形排架58工程实例工程实例 香港中国银行大厦由贝聿铭设计，为巨型桁架体系，主体结构为八榀巨型桁架，其中四榀沿正方形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。平面为52m52m，四角为型钢配筋的大型钢筋混凝土 立柱，底部最大截面为4800mm4100mm，直接落地深入基础，向上逐渐减小截面。正方形平面中心外的立柱由顶层向下通到第25层结束，支承在金字塔形的空间桁架中心。在巨型桁架平面内还设置若干

12、吊杆，将楼层荷载通过巨型桁架斜杆传给角柱。使角柱承担几乎全部全力荷载，增强了巨型桁架的抗倾覆能力。 59工程实例工程实例埃菲尔铁塔是1887年1月26日动工，1889年5月15日开放的，距今已有100多年的历史了。建筑师为Gustave Eiffel。埃菲尔铁塔占地一公顷，耸立在巴黎市区赛纳河畔的战神广场上。除了四个脚是用钢筋水泥之外，全身都用钢铁构成，塔身总重量7000吨。塔分三层，第一层高57米，第二层115米，第三层274米。除了第三层平台没有缝隙外，其他部分全是透空的。从塔座到塔顶共有1711级阶梯，现已安装电梯。60工程实例工程实例吊装过程 Eiffel铁塔的草图61工程实例工程实例Eiffel铁塔6263