第七章 格构式受弯构件—桁架.
工学钢结构基础桁架及屋盖PPT教案
第9章 桁架及屋盖
第23页/共83页
第9章 桁架及屋盖
天窗架支撑布置
第24页/共83页
柱间支撑布置
柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。
构成：由交叉钢杆件 组成，交叉倾角宜取 45°，支撑钢构件的 截面尺寸需经承载力 和稳定计算确定 。
作用：提高厂房的纵 向刚度和稳定性；将 吊车纵向水平制动力 、山墙及天窗端壁的 风荷载、纵向水平地 震作用等传至基础。
柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。
第9章 桁架及屋盖
第22页/共83页
（6）天窗架支撑
构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。
作用：保证天窗架上弦的侧向稳定 ；将天窗端壁上的风荷载传给屋架 。 布置：
纵向位置（柱间） ：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设 置在天窗端部第一柱间内。 横向位置（道） ：一般垂直支撑设置在天窗两侧。 水平系杆 ：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦 节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。
受压构件的容许长细比
项次 1
构件名称 柱、桁架和天窗架杆件 柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
容许长细比 150
2
支撑（吊车梁梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）
200
用以减少受压构件长细比的杆件
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第9章 桁架及屋盖
二、截面形式 1. 单壁式屋架杆件的截面形式
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第9章 桁架及屋盖
第15页/共83页
第9章 桁架及屋盖
上弦横向水平支撑布置
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（2）下弦横向水平支撑
构成：沿厂房跨度方向用交叉角 钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的 水平桁架 。
第七章格构式受弯构件—桁架
1 受力特点 2 使用与工艺要求
《集中运输机金属结构》
2019/4/3
二 腹杆体系
1 腹杆的作用—主要承受桁架的剪力 2 腹杆体系的种类：
1）三角行腹杆系：
《集中运输机金属结构》
2019/4/3
2）再分双向受载的桁架 如水平桁架。
4）斜腹杆系：用于悬臂桁架，宜使长（斜）杆 受拉，短杆受压
节 点 法 截面法 固定载荷作用下→ 数解法 混 合 法
截面法，矩阵分析+电算
移动载荷作用下→利用影响分线确定各杆最大内力 ·
2 弦杆的局部弯矩 起重机桁架上常直接作用移动的集中
柱压，弦杆除受有整体弯曲产生的轴 向力外，还受有较大的局部弯矩，因 此，弦杆截面较大，杆件较粗，此时， 弦杆节点应视为杆外铰（半铰）
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3 腹杆体系选择原则： A.满足受力和 使用要求下，应使结构简单，便
于制造，节点数尽量少，腹杆总长短，节点 尽量一致。 B.对称结构的节间数一般采用偶数。
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7-3 桁架的主要参数选择
一 高度 h ：
二 跨度L：由使用要求在总体设计中确 定，尽量靠标准跨度系列
第七章 格构式受弯构件—桁架
7-1桁架的构造特点及应用
7-2 桁架外形和腹杆体系
7-3 桁架的主要参数选择
7-4 桁架杆件的内力计算
7-5 桁架杆件的计算长度与许用长细对比
7-6 桁架杆件的截面设计
7-7 桁架节点的设计
2019/4/3
《金属结构》
7-1桁架的构造特点及应用
一 构造特点：
国开电大钢结构(本)阶段性学习测验3参考答案
国开电大钢结构(本)阶段性学习测验3参考答案D.提高构件的整体稳定性和抗弯刚度答案】：提高构件的整体稳定性和抗弯刚度轴心受力构件主要包括轴心受压构件和轴心受拉构件。
设计轴心压杆时需要计算强度、整体稳定性、局部稳定性和刚度（长细比）。
一般情况下，轴心受力构件满足刚度要求采取的措施是限制构件的长细比。
理想轴心受压构件可能的三种失稳形式分别是弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳。
双轴对称截面的构件最常见的屈曲形式是弯曲失稳。
单轴对称T形截面构件，当绕非对称轴屈曲时，其屈曲形式为弯曲屈曲。
轴心受压杆件一般是由若干个板件组成，且板件的厚度与宽度相比都比较小，当杆件受压时，由于沿外力作用方向受压应力作用，板件本身也有可能发生翘曲变形而退出工作，这种现象称为轴心受压杆件的局部失稳。
选择实腹式轴心受压构件截面时，第一步应根据轴心压力的设计值和计算长度选定合适的截面形式。
格构式轴心受压构件缀条设计时，由于剪力的方向不定，斜缀条选择截面时应按轴心受压杆。
确定轴心受压实腹柱的截面形式时，应使两个主轴方向的长细比尽可能接近，其目的是提高构件的整体稳定性和抗弯刚度。
D.达到经济效益，便于运输、安装和减少节点类型。
11.当轴压构件的局部稳定不满足时，增加板件厚度是相对有效的措施。
12.格构式柱穿过分肢的轴称为实轴，一般记作z轴。
13.格构式柱绕实轴的计算与实腹杆件完全相同，其承载力为两个分肢压杆承载力之和。
14.柱子与梁的连接节点称为柱头。
15.刚接柱脚与铰接柱脚的区别在于能否传递弯矩。
16.轴心受压构件柱脚底板的面积主要取决于基础材料的抗压能力。
17.底板应满足t≥14mm，底板不能太薄，否则刚度不够，将使基础反力分布不均匀。
其它条件相同时，四边支承板应比三边支承板更厚些。
18.轴心受压构件的靴梁的高度主要取决于其与柱边连接所需的焊缝长度。
19.梁的主要内力为弯矩。
20.受弯构件中，格构式受弯构件称为桁架。
21.轴心受力构件是钢结构中经常使用的构件，广泛应用于桁架、网架、塔架、悬索结构、平台结构、支撑等结构体系中。
桁架式柱的计算常被忽视的问题
桁架式柱的计算常被忽视的问题————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：桁架式柱的计算常被忽视的问题2011年02月24日15:43作者：左权胜1次阅读共有评论0条一、桁架式柱钢管桁架作为梁结构的使用是我们所熟悉的，空间体系常用的有倒三角型，即三根钢管作为弦杆，以及有四根钢管的矩形或者梯形的结构形式。
钢管桁架作为柱结构来使用也越来越普遍了，实际上它也是一种格构式柱，弦杆就是柱的分肢，腹杆就是柱的缀材。
在具体设计过程中，也就是在利用分析设计软件进行计算时，通常意义上的格构柱，在计算模型中我们往往作为一个整体构件，而对桁架式柱，则所有的弦杆腹杆作为模型中的独立的单元，因为现在的计算机的容量处理它们早就不再是问题了。
为什么会这样做呢？因为有些结构工程师这样觉得计算会更加精确，每个小构件，软件都给出了它们的应力值。
但是有个问题值得讨论一下，我们知道，对受压构件，在设计中要进行强度计算和稳定计算，对强度计算没什么问题，对稳定呢？软件给出的一般是所谓的单杆稳定，弦杆的计算长度系数一般默认取为节间距离，而单杆稳定应力也是基于这个计算长度的，对应单杆稳定，还有一个名词叫整体稳定分析，一般的结构分析软件是不包含这个内容的（当然，如果你有这方面的意识，是完全可以找到计算它的途径）。
也就是说，我们有可能忽视了一项计算内容，那会有什么后果呢？下面我们通过一个具体的工程实例进行分析。
二、工程实例有某篮球场，长39m，宽44.4m，单跨22.2m共两跨，柱距7.8m，屋面排水坡度按圆弧的坡度内排水，最高处为11.5m，最低处为8.348m。
屋面采用单层彩钢板，四周墙面敞开。
恒载为0.25KN/ m2，活载为0.50 KN/ m2，基本风压为0.35 KN/ m2。
屋面梁采用焊接H形钢梁；中柱采用焊接H形钢柱；边柱采用四弦杆桁架柱；中柱与钢梁刚接连接，边柱与钢梁铰接连接。
桁架及组合结构
刚架轴力 -34.966 -59.973 -74.977 -79.977
0.032 35.005 59.997 74.991
桁架结构的分类：
一、根据维数分类 1. 平面（二维）桁架（plane truss） ——所有组成桁架的杆件以及荷载的作 用线都在同一平面内
当坡度（即 f1）加大，上弦杆正弯矩增大。当 f2 0 时，为带拉杆的三铰拱式屋架，上弦梁类似与简支梁。
适当调节 f1 与 f2 关系，可使上弦结点的负弯矩和两 结点间最大正弯矩大致相等。
静定结构总论
(Statically determinate structures general introduction)
实际结构中由于结点并非是理想铰，同时还将 产生弯矩、剪力，但这两种内力相对于轴力的 影响是很小的，故称为次内力（secondary internal forces）。
次内力的影响举例
杆号 起点号 终点号
12
4
24
6
36
8
48
10
51
3
63
5
75
7
87
9
桁架轴力 -35.000 -60.000 -75.000 -80.000
2. 结点单杆 以结点为平衡对象能仅用一个方程求 出内力的杆件，称为结点单杆（nodal single bar）。
利用这个概念，根据荷载状况可判断此杆内力是 否为零。
3. 零杆 零内力杆简称零杆（zero bar）。
FN2=0 FN1=0
FN=0
FN=0
判断结构中的零杆
FP
FP
FP/ 2
FP/2
按与“组成顺序相反”的原则，逐次建 立各结点的平衡方程，则桁架各结点未 知内力数目一定不超过独立平衡方程数。
桁架
（2）以AFCDEB
为研究对象（图2）： （3）以DEB 为研究对象（图3）：
M 0 Y 0 X 0
A
H
B
5
M
D
0
H H
B A
3 . 75 KN ( ) 5 H
B
1 . 25 KN ( )
第3章 （4）以整体为研究对象，对所求支座反力进行校核：
M 20 8 17 . 5 4 20 6 10 4 2 15 2 0 Y 22 . 5 17 . 5 20 20 10 4 0 X 15 1 . 25 3 . 75 10 0
（ 3 ） 将 轴 力 N 34 移 至 结 点 4 处 沿 x 、 y 方 向 分 解 后 ：
M
N
34
5
0
：
N 34 22 . 36 KN ( 压力）
cos 2 ( 30 10 ) 4 20 2 0
第3章
例题2：试求图示桁架
杆67、56之轴力。
解： （1）求出支座反力后，作 1-1 截面，研究其 左半部 (图 2)：
A
（5）根据各截面内力值绘出结构弯矩于如下：
2、实质：作用在结点上的各力组成一平面汇交力系。
3、注意点： （1）一般结点上的未知力不能多余两个。 （2）可利用比例关系求解各轴力的铅直、水平分量。
第3章
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、结点法举例：
解：求支座反力
X 0 M M
B
0 0
HA 0 V A 30 KN ( ) V B 10 KN ( )
A
校核： Y
桁架(truss)
•
•
•
屋架结构的选型
屋架的受力性能 抛物线形屋架最好，适用与大中跨建筑； 三角形屋架最差，适用与中小跨建筑； 梯形屋架居中。 屋面防水的要求 采用能弯曲的屋面材料，适用弧形或缓坡梯形 式屋架； 采用瓦类屋面材料，适用于三角形、陡坡梯形 等屋架。
屋架结构的选型
屋架结构的跨度 跨度≤18m时，选用钢筋混凝土-钢组 合屋架或钢-木屋架； 跨度≤36m时，选用预应力混凝土屋 架或钢屋架； 跨度≥ 36m时，选用钢屋架。
空腹 桁架 （刚接 桁架）
空腹屋架的工程实例
常用屋架的实例
常用屋架的实例
材料的耐久性 钢、木材料易腐蚀，预应力混凝土耐腐性能最佳。
屋架结构的布置
屋架的跨度 以3m为模数 屋架的间距 常为等间距平行排列，最常见的间距有 6m，也有用7.5m、9m和12m。 屋架的支座 屋架两端的支座一般为同一标高； 支座的形式应保持为铰支。
桁架结构的其他型式
立体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ架
立体 桁架 （节 点大 样）
桁架结构（truss)
桁架结构的受力特点 桁架结构的组成
桁架结构的计算假定
各杆均为直杆，各杆的中心线都在 同一平面内； 各杆相连接的节点均为铰接节点；
所有外力均作用于桁架平面内，且 集中作用于节点上。
桁架结构的内力
弦杆内力
腹杆内力
由平衡条件可得斜腹杆内力:
竖向腹杆的内力：
矩形钢屋架
特殊形式钢屋架
钢筋 混凝土 屋架
钢筋混凝土-钢组合屋架
屋架结构的选型与布置
屋架结构的主要尺寸
矢高：直接影响桁架刚度和杆件内 力，一般为1/10~1/5 坡度：满足排水要求，瓦屋面≥1/3, 其它屋面1/8~1/12 节间长度：上弦稍短，下弦稍长， 与受荷载条件与屋架材 料有关，一般为1.5~4.0m。
桁架式檩条整体受力性能分析及设计建议
桁架式權条整体受力性能分析及设计建议摘要：桁架式擦条由于白身刚度大、承载力高、施工方便成为大柱距空间结构的首选形式之一，已被国内外广泛应用，但我国现行规范尚无成熟而统一的关于桁架式橈条结构体系的设计方法和标准，在某些情况下可能偏于不安全，尤其是对跨度较大的桁架式擦条更共。
针对跨度为6, 12, 18m的桁架式標条，通过对影响其整体受力性能的关键参数进行分析，并结合算例验证提出满足工程设计使用的桁架式橈条设计方法和构造要求，可为相关技术标准的完善和修订提供依据。
关键词：桁架式標条；抗弯承载力；挠曲变形；设计方法；构造要求1概述屋面橈条作为轻型钢结构建筑中的主要受力构件之一，主要承受屋面竖向荷载，有时也兼作主结构的平面外约束系杆，保证结构的整体稳定性。
通常情况下，轻钢结构建筑的柱葩在6〜9 in之间，橡条常采用冷弯薄壁Z型、C型橡条，经济性良好。
当建筑柱距大于12 m时，冷弯薄壁型钢C型、Z型標条大多无法满足要求，此时需要承载能力更髙、结构形式更合理的標条形式。
传统上，焊接H型钢、高频焊H型钢［1］或托梁、托架等由于其设计成熟和制作工艺简单是首选形式，但却显得笨重而不经济，施工不方便，特别是当柱距较大时（大于20 m）,可见实腹式標条已不能满足大跨度结构设计的需要。
桁架式標条由于自身刚度大、承载力高、施工方便、整体用钢量经济，目前已逐渐成为大跨度结构屋面擦条的首选形式，因此在大柱距空间下有必要采用经济而高效的桁架式擦条结构体系来替代目前常用的实腹式擦条。
所谓“桁架式標条”，是一种用于大跨度屋面系统的空腹次结构，主要由上弦、下弦和腹杆组成，上、下弦均采用M型(或称“儿”型)冷弯薄壁型钢，腹杆采用焊接钢管，结构形式如图1所示，其主要经济性 表现在“空腹”上。
图1桁架式標条示意桁架式擦条在国外已有一定的研究和应用基础，通常以150 mm 为模 数，长度可达到4. 5〜18 m,常用高度和节间长度为750 mm 。
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3）计算内力的方法
《集中运输机金属结构》
2018/9/18
节 点 法 截面法 固定载荷作用下→ 数解法 混 合 法
截面法，矩阵分析+电算
移动载荷作用下→利用影响分线确定各杆最大内力 ·
2 弦杆的局部弯矩 起重机桁架上常直接作用移动的集中
柱压，弦杆除受有整体弯曲产生的轴 向力外，还受有较大的局部弯矩，因 此，弦杆截面较大，杆件较粗，此时， 弦杆节点应视为杆外铰（半铰）
《集中运输机金属结构》 2018/9/18
7-5 桁架杆件的计算长度与许用长细对比
一 杆件的计算长度
lc 1l
—与支承方式有关的长度系数（不同方向 可能不同）
1 1
二 桁架杆件的计算长度
杆件的布置尺寸，布造型式 节点的刚性大小（焊接，节点极） 与 汇交于节点上的各杆受力性质（拉或压），大小 杆件（弦杆与腹杆）间的相对刚性
《集中运输机金属结构》
2018/9/18
1）固定节间载荷作用下的局部弯矩，按连续梁求解 （电算）也可以从P195图7-11中近似查得。 2）移动集中载荷引起的局部弯矩：采用连续梁弯矩影响线求出 弦杆，节间和节点的最大弯矩值。见书上式（7-1）～式（7-2） 以及近似公式（7-3）～（7-6）。
说明：计算内力 时，宜采用力的 独立作用原理， 注意：公共杆件—弦杆的内力应考 求出各种载荷单 虑两个平面内力的叠加，承受局部 独作用下的内力， 弯矩的杆件考虑应力的叠加。 然后按各种组合 进行必要的内力 叠加，如P198 表7-4一样列表 进行。
等因素有关
（详见：P199～P201）
《集中运输机金属结构》 2018/9/18
三 桁架杆件的许用长细比
见P57 表2-16
《集中运输机金属结构》
2018/9/18
7-6 桁架杆件的截面设计
一 杆件截面的型式的选择：
要求：弦杆应具有较大的刚性，杆件之间连接方便，压 杆应尽量使两主轴方向等稳定性（使 x y ）
一 外形选择的根据：
1 受力特点 2 使用与工艺要求
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2018/9/18
二 腹杆体系
1 腹杆的作用—主要承受桁架的剪力 2 腹杆体系的种类：
1）三角行腹杆系：
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2）再分式腹杆系：
3）交叉，菱形，K型腹杆系：用于双向受载的桁架 如水平桁架。
第七章 格构式受弯构件—桁架
7-1桁架的构造特点及应用
7-2 桁架外形和腹杆体系
7-3 桁架的主要参数选择
7-4 桁架杆件的内力计算
7-5 桁架杆件的计算长度与许用长细对比
7-6 桁架杆件的截面设计
7-7 桁架节点的设计
2018/9/18
《金属结构》
7-1桁架的构造特点及应用
4）斜腹杆系：用于悬臂桁架，宜使长（斜）杆 受拉，短杆受压
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3 腹杆体系选择原则： A.满足受力和 使用要求下，应使结构简单，便
于制造，节点数尽量少，腹杆总长短，节点 尽量一致。 B.对称结构的节间数一般采用偶数。
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2018/9/18
7-3 桁架的主要参数选择
三 优缺点：
优点： 受力合理，省料，重量轻，容易满足刚 度条件—适用于大跨度小起重结构； 缺点： 杆件多，制造费工，抗疲劳 能力差。
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2018/9/18
四 应用： 大跨度，小起重量的
桥式起重机——装卸桥 塔式起重机
龙门起重机
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2018/9/18
7-2 桁架外形和腹杆体系
压杆： 拉杆：
l l
z z
40r 80r
（详见P204 图7-24）
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2018/9/18
三 截面尺寸确定与验算
轴心拉杆 见第四章 压杆 拉弯杆 见第六章 压弯杆 截面验算： 拉 杆 强度，刚度
压 杆 强度，刚度，稳定性 抗弯杆 强度，刚度 压 弯 强度，刚度，稳定性
一 构造特点：
1 由三角行单元组成几何不 变体系； 2 由矩形单元组成的几何不 变体系称为元斜杆空腹桁 架； 3 工程桁架一般均为空间结 构。
《集中运输机金属结构》
2018/9/18
二 受力特点：
1 三角形单元桁架：在节点载荷作用下整体受 弯，单杆只桁架受轴力；
2 矩形单元桁架：整体受弯，各杆均受有 轴力，剪力和弯矩。
在相同的 lc 下， rx ry 较好 。
如：
图a)当 lcy 2lcx 时采用。 图b）当
lcy lcx 时采用（或用两等边角钢）
图c)用于腹杆最好
2018/9/18
《集中运输机金属结构》
二 截面设计的一般要求：
1 同一桁架中所用型钢不要超过5种以上以便 备料； 2 尽量选肢宽壁首的型钢，以垮大杆件刚度， 减轻自重； 3 所用角钢不得小于 L 50 50 5 钢板 5mm；钢管： 4mm 4 用两根型钢（L ，I）组成的杆件，需在杆长 的相当位置用垫板连缀，以保证共同工作。 垫板间距为：
二 主内力与局部弯矩
1 主内力： 在各横向载荷作用下桁架整体 弯曲产生的各杆轴向力。
1）计算主内力的假定条件：——理想桁架
(1) 各杆为直杆且在同一平面内； (2)各节点的理想铰，各杆轴线交于铰中心； (3)所有外力都作用于节点，即各杆不受横向力。
2）载荷处理
固定的均布载（自重）分成节点载； 固定节间载按杠杆比例分到相邻节点上。
《集中运输机金属结构》
2018/9/18
对于受有局部弯曲的桁架上弦杆
强度：节间：
节点：
max
M中 N A W1
max
N A
I
M W
2
节点 2
W
1
y
,W
1
I
y
2
刚度：弦杆节间刚度 max
lc r
稳定性：整体：
=
N
A
My MX WX Wy
一 高度 h ：
二 跨度L：由使用要求在总体设计中确 定，尽量靠标准跨度系列
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7-4 桁架杆件的内力计算
一 桁架的外载荷：
固定载：自重 PG — 分到各节点上； 固定设备PG1 —按杠杆比例分到相邻节点上 移动载：小车轮压P
《集中运输机金属结构》 2018/9/18