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。
➢ 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)
➢
N M0 h
杆受拉)
7.1 桁架结构的特点 7.2 桁架外形与内力的关系 7.3 屋架结构的形式与屋架材料 7.4 屋架结构的选型 7.5 屋架结构的工程实例
桁架结构：桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰链 连接而成的抗压结构。
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
桁结构实例
7.1.1 桁架结构的产生
➢ 按屋架外形的不同，有三角形屋架、梯形屋架、 抛物线形屋架、折线形屋架、平行弦屋架等。
➢ 根据材料的不同，可分为木屋架、钢屋架、钢 一木组合屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、 预应力混凝土屋架、钢筋混凝土-钢组合屋架等。
➢ 木屋架的典型型式是豪式屋架。这种屋架型式适用于木 屋架的原因是：
➢ 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。
梯形屋架自重较大，刚度好，适用于重型、高温及采用 井式或横向天窗的厂房。
➢ 拱形屋架上弦为曲线形，一般采用抛物线形，为制作方 便，也可采用折线形，但应使折线的节点落在抛物线上。 拱形屋架外形合理，杆件内力均匀，自重轻，经济指标 较好。但屋架端部屋面坡度太陡，这时可在上弦上部加 设短柱而不改变屋面坡度，使之适合于卷材防水。拱形 屋架高跨比一般为1／6～1／8。
7.2.1 桁架结构计算的假定
➢ 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（荷载和支座反力）都作用在桁架的中心
平面内，并集中作用于节点上。
➢ 尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状
➢ 当房屋跨度较大时，选用梯形屋架较为适宜。梯形屋架 受力性能比三角形屋架合理，当采用波形石棉瓦、铁皮 或卷材作屋面防水材料时，屋面坡度可取I=1／5。梯形 屋架适用跨度为12～18m。
➢ 跨度在15m以上时，因考虑竖腹杆的拉力较大，常采用 竖杆为钢杆、其余杆件为木材的钢木组合豪式屋架。
➢ 钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋 架。有时为改善上弦杆的受力情况，可采用再分式腹杆 的形式。
➢ 1、立体桁架
➢ 平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其在平 面外的刚度很小。为保证结构的整体性，必须要设置各 类支撑。支撑结构的布置要消耗很多材料，且常常以长 细比等构造要求控制，材料强度得不到充分发挥。采用 立体桁架可以避免上述缺点。
➢ 立体桁架的截面形式有矩形、正三角形、倒角形。
➢ 当跨度较大时，因上弦压力较大，截面大，可把上弦一 分为二，构成倒三角形立体桁架。
➢ 最常用的型式有芬克式和三铰拱式。两者均适用于屋面 较陡时，与钢筋混凝土结构相比，用钢量指标接近，不 但节约了木材和水泥，还可减轻自重70％～80％，给运 输、安装及缩短工期等提供了有利条件。
➢ 它的缺点是：由于杆件截面小，组成的屋盖刚度较差， 因而使用范围有一定限制，只宜用于跨度≤18m、吊车起 重量不大于5t的轻中级工作制桥式吊车的房屋和仓库建 筑和跨度≤18m的民用房屋的屋盖结构中，并宜采用瓦楞 铁、压型钢板或波形石棉瓦等轻屋面材料。
如果节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应控
制节间长度在1.5～2.5m。
➢
设计上通常的规定是：跨度6～9m时，采用四节间；
跨度9～12m时，采用六节间；跨度12～15m时，采用八
节间。
➢ 三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。一 般适用于跨度在18m以内的建筑中。三角形屋架的上弦 坡度大，有利于屋面排水。当屋面材料为粘土瓦、水泥 瓦、小青瓦及石棉瓦等时，排水坡度一般为I=1／2～1／ 3，屋架的高跨比一般为1／4～1／6。
➢ 芬克式轻钢屋架的特点是长杆受拉，短杆受压，受力比 较合理，制作也方便。内力分析方法与普通钢屋架类似。
➢ 三铰拱式屋架由两根斜梁和一根水平拉杆组成，斜梁为 压弯杆件，一般采用刚度较好的桁架式，可以是平面桁 架式，也可以是空间桁架式。这种屋架的特点是杆件受 力合理、斜梁腹杆短、取材方便，不论选用小角钢或圆 钢都可获得好的经济效果。
➢ 斜梁为平面桁架的三铰拱屋架，杆件较少，构造较简单， 受力明确，用料较省，制作较方便。但其侧向刚度较差， 宜用于小跨度和小檩距的屋盖中。
➢ 斜梁为空间桁架的三铰拱屋架，杆件较多，构造较复杂， 制作不便。但其侧向刚度较好，宜用于跨度较大、檩距 较大的屋盖中。斜梁截面一般为倒三角形，为了保证整 体稳定性的要求，其截面高度与斜梁长度的比值一般取 为l／12～1／18，不得小于1／18；截面宽度与截面高度 的比值一般取为1／1.6～1／2.0，不得小于1／2.5。
➢ 立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使 用，节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但 三角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度 非整数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。
➢ 2、无斜腹杆屋架
➢ 无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单，便 于制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对于无 斜腹杆屋架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若再把桁 架节点简化为铰节点，则整个结构就成为一个几何可变 的机构，所以必须采用刚节点的桁架，可按多次超静定 结构计算，也可按拱结构计算，按拱结构计算时，上弦 为拱，下弦为拱的拉杆。
从梁结构截面应力的分布情况可以得到启示，一根单
跨简支梁受荷后的截面正应力分布为压区三角形和拉区 三角形，中和轴处应力为零，离中和轴越近的应力越小。 把截面上的中加部分削减成工字形截面，既可节省材料 又可减轻结构自重。把截面中间部分挖空形成空腹形式， 倘若大幅度挖空，中间剩下几根很小的连杆时，九发展 成为所谓的“桁架”。由此可见，桁架式从梁结构发展 产生出来的。
➢ 因此，当屋架简支于钢筋混凝土柱或砖柱上且柱网采用封
闭结合时l0， l考虑屋架支座处的构造尺寸，屋架的计算跨度
一般可取
-(300～400mm)；
➢ 当屋架支承在钢筋混l0凝 l 土柱上而柱网采用非封闭结合时， 计算跨度取标志跨度 。
➢ 2、高度
➢ 屋架的高度直接影响结构的刚度与经济指标。高度大、 弦杆受力小，但腹杆长，长细比大、压杆易压曲，用料 反而会增多。高度小，则弦杆受力大、截面大，且屋架 刚度小、变形大。因此，屋架的高度不宜过大也不宜过 小。
➢ 折线形屋架外形较合理，结构自重较轻，屋面坡度为1 ／3～1／4，适用于非卷材防水屋面的中型厂房或大中 型厂房。
➢ 折线形屋架屋面坡度平缓，适用于卷材防水屋面的中型 厂房。
➢ 梯形屋架上弦为直线，屋面坡度为1／10～1／12，适用 于卷材防水屋面。一般上弦节间为3m，下弦节间为6m， 高跨比一般为l／6～1／8，屋架端部高度为1.8～2.2m。
➢ 梯形屋架是由双梯形合并而成，它的外形和荷载引起的 弯矩图形比较接近，因而弦杆内力沿跨度分布比较均匀， 材料比较经济。这种屋架在支座处有一定的高度，既可 与钢筋混凝土柱铰接，也可与钢柱做成固接，因而是目 前采用无檩设计的工业厂房屋盖中应用最广泛的一种屋 架形式。
➢ 梯形屋架的上弦坡度较小，对炎热地区和高温车间可以 避免或减少油毡下滑和油膏的流淌现象，同时屋面的施 工、修理、清灰等均较方便。另外，屋架之间形成较大 的空间，便于管道和人穿行，因此影剧院的舞台和观众 厅的屋顶也常采用梯形屋架。
➢
V －简支梁相应于屋架节间的剪力。
➢ 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，腹杆内力由中 间向两端增大；
➢ ②三角形桁架的杆件内力分布也是不均匀的， 弦杆的内力是由中间向两端逐渐增大，腹杆内 力由两端向中间逐渐增大；
➢ 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。
7.1.2便、 适应性强，
对支座没有横向推力。
桁架结构比梁结构具有的优点： 1. 扩大了梁结构的适用跨度。 2. 桁架可以用各种材料制造。 3. 桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样化。 4. 施工方便。
按屋架外形的分类： ➢ 三角形屋架 ➢ 梯形屋架 ➢ 抛物线形屋架 ➢ 折线形屋架 ➢ 平行弦屋架
➢ 为了合理地发挥材料的作用，屋架的上弦和受压腹杆可 采用钢筋混凝土杆件，下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆， 这种屋架称为钢筋混凝土-钢组合屋架。
➢ 常用的组合屋架有折线形组合屋架、下撑式五角形组合 屋架以及三铰组合屋架、两铰组合屋架等。
➢ 板状屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。屋架 的上弦采用钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆可采用钢筋， 也可采用型钢制作。屋面板可选用普通混凝土，也可选 用加气或陶粒等轻质混凝土制作。屋面板与屋架共同工 作，屋盖结构传力简捷、整体性好，减少了屋盖构件， 节省钢材和水泥，结构自重轻，经济指标较好。
➢ 平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造也统一， 因而便于制造，在均布荷载作用下，弦杆内力分布不均 匀。倾斜式平行弦屋架常用于单坡屋面的屋盖中，而水 平式平行弦屋架多用做托架。平行弦屋架不宜用于杆件
内力相差悬殊的大跨度建筑中。
➢ 钢-木组合屋架的型式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋 架和下折式屋架。木屋架的跨度一般为6～15m，大于 15m时下弦通常采用钢拉杆，就形成了钢-木组合屋架。 每平方米建筑面积的用钢量仅增加2～4kg，但却显著地
➢ 混凝土屋架的常见型式有梯形屋架、折线形屋架、拱形 屋架、无斜腹杆屋架等。
➢ 混凝土屋架的常见型式有梯形屋架、折线形屋架、拱形 屋架、无斜腹杆屋架等。根据是否对屋架下弦施加预应 力，可分为钢筋混凝土屋架和预应力混凝土屋架。钢筋 混凝土屋架的适用跨度为15～24m，预应力混凝土屋架 的适用跨度为18～36m或更大。