桁架结构分析与实例
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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
竖杆
桁架示意图
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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。
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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。
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） 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）
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屋架的形式
伸臂梁式桁架 悬臂梁式桁架
拱式桁架
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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
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屋架的形式
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桁架的演变历史
朗式桁架桥
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桁架的演变历史
豪式桁架拱桥
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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
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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
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桁架的演变历史
巴黎的万国博览会大厅，1867年 建成。建筑师 为Leopold Hardy ，Jean－Baptiste Krantz
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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
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混凝土屋架
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钢-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
武昌火车站月台
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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。
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刚接桁架
刚接月牙形屋架
上海大剧院
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刚接桁架
上海大剧院
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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
➢ 各种桁架有其适用范围 ➢ 做到受力合理、技术先进、经济适用
➢ 桁架结构包括了平面桁架结构和空间桁架结构。
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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
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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
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空间桁架（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。
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空间桁架结构
倒三角空间桁架 曲线梁
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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
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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52m×52m，四角为型钢配筋的 大型钢筋混凝土 立柱，底部最大截 面为4800mm×4100mm，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。
•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）
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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
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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。
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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。
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钢屋架
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架拼装
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钢屋架吊装
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钢屋架吊装
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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
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。
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桁架的演变历史
采用了由Fife－Lille发明的 预制桁架构件的连接装配 方法
采用了当时非常先进的铰接支座
巴黎的Galer des Machines
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➢ 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
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木屋架
➢ 常用的木屋架是方木或原木齿接的豪式木屋架
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木屋架
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木屋架
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钢-木组合屋架
➢ 钢-木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
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
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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
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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
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轻钢屋架
于节点上。
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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
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屋架的形式
三角形桁架
平行弦桁架（柏式）
抛物线形桁架
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Байду номын сангаас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）
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工程实例
吊装过程
Eiffel铁塔的草图
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工程实例
Eiffel铁61 塔
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屋架的形式
K式桁架
再分式桁架
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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）
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屋架的形式
联合桁架
复杂桁架
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屋架的形式
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屋架的形式
➢ 按所受水平推力分类 无推力的梁式桁架（与相应的实体梁结构比较，
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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。 15
桁架结构的特点
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桁架结构的特点
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桁架结构的特点
➢ 桁架结构的优缺点
优点：
•受力合理 •计算简单 •施工方便 •适应性强
缺点：