9桁架及屋盖
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桁架结构
2.三角形桁架的高度自跨中最大处向支座节点最小处呈线 性变化,而弯矩的变化自跨中向支座呈抛物线变化,弯矩的减 小速度比桁架高度 的减小速度慢,故上、 下弦杆内力在跨中节 间最小,而在靠近支 座处最大。可见，三 角形桁架的杆件内力 也是不均匀的。
3.拱形屋架是最理想的桁架形式。因桁架高度的变化与外 荷载所产生的弯矩图完全一致,使上、下弦杆各节间轴力也 完全相等。可见，它的杆件内力大致均匀，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。
钢筋混凝土-钢组合屋架
上弦杆采用刚劲混凝土，下弦杆采用型钢。充分利用两种 材料的特性。屋架在荷载作用下，上弦主要承受压力，有时 还承受弯矩，下弦承受拉力。组合屋架的自重轻，节省材料， 常用跨度为9～18m。
常用组合屋架：折线形屋架，下撑式五角星屋架以及三铰，两铰屋架等。
木屋架
一般为三角形屋架， 内力支座处大而跨中小。 适用于跨度在18米以内 的建筑中。
二，桁架结构外形与内力的关系
桁架是有杆件组成的格构体系，其结点一般假定为铰结点， 当荷载作用在结点上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着 密切的关系。下面介绍几种不同外形桁架的杆件内力情况： 1.平行弦屋架为等高度, 沿跨度方向各腹杆的轴力变 化与剪力图一致,跨中小而 支座处大,其值变化较大。 弦杆跨中节间轴力大、靠 近支座处轴力较小或为零。 可见，内力是不均匀的。
五，建筑实例-国家大剧院：源自国家大剧院壳体钢结构主要由148榀沿椭球面均匀垂直布置 的平面桁架、11840根水平 布置的环向系杆、对称布置 的四块平面斜撑及顶部结构 组成，也就是说国家大剧院 是以众多桁架组成的壳体结 构。
平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁 架区域的屋面采用玻璃形式，为外露构件；长轴桁架区域的 屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件；水平布置的为环向系 杆，通过两端的半球与平面桁架连接。
桁架结构工程实例解析
上海大剧院——空间要求（中剧场）
中剧场座落 在大剧院一楼， 观众厅分为三层， 装饰华丽，座椅 舒适豪华，可容 纳600多名观众， 适合召开各种会 议及小型文艺演 出。
上海大剧院——空间要求（小剧场）
小剧场位于大剧 院五楼，面积约400平 方米，场内座椅可收 缩贮存，可根据需要 单面，二面，三面， 四面多方位灵活安排， 最多可容纳300人，舞 台亦可随意组合。除 小型演出、时装表演 外，使用其所配备的 投影，幻灯设备还可 召开各种会议及产品 展示。
上海大剧院——空间要求（舞台） 上海大剧院拥有目前国际上 容纳面积最大、动作变换最 多的舞台设备。舞台占地面 积为1700平方米，可分为主 舞台、后舞台、左右两个侧 舞台等四大部分。主舞台有 728平方米，后舞台面积为 360平方米，左右两侧舞台 面积各为270平方米，整体 尺寸是亚洲最大的。主舞台 提升机分成6块，可上升至 +3.6米（第一块可上升至1 米），可下降至-3.6米（第 一块可降至-6.8米），最大 地板倾斜角度10度。提升机 升降速度从1.8米-18米/分可 调。左右侧舞台小车各分成 4块，可分别移动至主舞台 位置。
上海大剧院——空间要求（大剧场） 大剧院大剧场 共设1800座，分三 层看台，每层看台 间的比例按视觉， 听觉各结构的和谐 而确定，称为“法国 式”结构。其中正厅 1100座， 二层300 座，三层400座。座 位的配置符合国际 第一流剧院的优级 配置，使全部观众 尽量靠近舞台，从 多样化的三维角度 观赏演出。其中正 厅座位从前排至后 排坡高达5米，令视 线大为扩展，这种 安排也符合矩形观 众厅的音响要求。
上海大剧院——造型
大剧院向天空展 开的屋顶如神来之笔， 承接来自宇宙和人类 的恩泽与智慧，以纯 洁、美丽、富于诗意 的体貌和精神，热烈 地拥抱蓝天，拥抱世 界文化之精华。其建 筑风格新颖别致， 融汇了东西方的文化 韵味。白色弧形拱顶 和具有光感的玻璃幕 墙有机结合，在灯光 的烘托下，宛如一个 水晶般的宫殿。 上 海大剧院采用国际先 进的点式拉索玻璃幕 墙，减小构件尺寸， 使整个剧院建筑清澈 透明，充满活力和梦 幻色彩。
桁架结构的受力特点、选型和布置
梯屋形架桁结架 构的选型
2.3 屋架结构的选型及布置
材料 木材及钢材均易腐蚀,维修费用较高。因此,对于
相对湿度较大而又通风不良的建筑,或有侵蚀性介质 的工业厂房,不宜选用木屋架和钢屋架,宜选用预应力 混凝土屋架,
30
梯屋形架桁结架 构的选型
2.3 屋架结构的选型及布置
跨度 跨度在18m以下时,可选用钢筋混凝土-钢组合屋
3
第二章 桁架结构
桁架（truss）: 由直杆组成的一般具有三角形 单元的平面或空间结构。在房屋建筑中,桁架常用 来作为屋盖承重结构,又称为屋架。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
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。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
架;这种屋架构造简单、施工吊装方便,技术经济指标 较好。
跨度在36m以下时,宜选用预应力混凝土屋架,既 可节省钢材,又可有效地控制裂缝宽度和挠度。
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钢屋架
2.2 屋架结构的型式
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆 的形式。
20
钢屋架
2.2 屋架结构的型式
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钢屋架
2.2 屋架结构的型式
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混凝土屋架
2.2 屋架结构的型式
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2.2 屋架结构的型式
钢筋混凝土-钢组合屋架
上弦杆采用钢筋 混凝土，下弦杆采 用型钢。充分利用 两种材料的特性。
梯屋形架桁结架 构的选型
受力 从结构受力来看,抛物线状的拱式结构受力最为合
理。但拱式结构上弦为曲线,施工复杂。折线型屋架, 与抛物线弯矩图最为接近,故力学性能良好。梯形屋 架,因其既具有较好的力学性能,上下弦均为直线施工 方便,故在大中跨建筑中被广泛应用。三角形屋架与 矩形屋架力学性能较差。三角形屋架一般仅适用于中 小跨度,矩形屋架常用作托架或荷载较特殊情况下使 用。
二建考试必备-建筑结构与设备(21)钢结构构件的连接构造
第五节钢结构构件的连接构造构件间连接构造的基本原则是：传力均匀、直接、可靠，符合构件内力分析时采用的计算简图；构造简单，便于制造和安装；做到设计可靠、省料和省工。
连接构造主要包括次梁与主梁的连接、梁与柱的连接（柱头）和柱与基础的连接（柱脚）。
按连接的传力和变形情况，工程实际中常用的构件间连接可分铰接和刚接两大类。
铰接连接主要传递竖向力，如次梁与主梁的铰接连接主要传递次梁的竖向反力，梁与柱的铰接连接主要传递梁端反力，柱与基础的铰接连接主要传递柱身传来的轴心压力。
刚接连接则除了传递竖向力外，还应同时传递连接处的弯矩。
连接构造的形式多种多样，下面列举几种常用的连接构造。
一、次梁与主梁的连接1 ．铰接连接图6-42 示最常用的一种连接形式，次梁连于主梁的横向加劲肋上。
图中主梁左侧所示为用普通C级螺栓连接时的构造；右侧所示为当次梁荷载较大而改用角焊缝连接时的构造，此时图上的螺栓为安装定位和临时支承需用，传力计算中不计入。
图6 -43 示用连接件（连接钢板或连接角钢）的次梁与主梁简单连接。
此时若楼面板铺设条件容许次梁采用低位连接时，可避免在次梁端部进行切割，如图 6 -43 （a ）所示。
当次梁用平位连接时（图6 -43b ) ，也只需对次梁端部的上部进行切割。
2 ．刚接连接图 6 -44 为次梁与主梁的刚接连接构造示例，连接需传递次梁端部的竖向反力V 和弯矩M 。
可将何化作一力偶H·h，h 为次梁上、下翼缘形心间的距离。
次梁上翼缘中的拉力H 由盖板承受，根据H 力的大小确定所需盖板的截面积，盖板与每一次梁用三面围焊的工地角焊缝连接，按H 力可算出所需焊缝的h f和l w。
主梁两边的盖板平面为鱼尾形，故称为鱼尾板，它可使焊缝受力均匀和处于俯焊的焊接位置。
主梁腹板两侧于工厂制造时即各焊接一承托（短牛腿），承托的水平板宽度应大于次梁的翼缘板，次梁置于承托上面，用工地角焊缝（俯焊）相连，此工地角焊缝应承受次梁下翼缘板传来的水平压力H 。
《桁架结构》PPT课件
屋架、无斜腹杆屋架或刚接屋架、立体屋 架等。
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一、木屋架
建 筑
常用的木屋架是方木或原木齿连接的豪式木屋架，一 般分为三角形（图a）和梯形（图b）两种，大多在工 地上用手工制作。
结
豪式木屋架的节间长度控制在2～3m的范围内为宜，一
构 选
般为4～8节间，适用跨度为12～18m。当屋架跨度不大 时，上弦杆可用整根木料，当屋架跨度较大，上弦杆 需做接头时，四接头位置应尽量靠近节点，避免承受
外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般
为12～18m，对于梯形、折线形等多边形
屋架，其跨度可为18～24m。
17
三、钢屋架
建
钢屋架的形式主要有三角形屋架、梯形屋架、矩形（
筑
平行弦）屋架等，为改善上弦杆的受力情况，常采用再
结
分式腹杆的形式，如图3-9b所示。 三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中，当
计算中均将桁架结构节点按铰接处理。
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建
筑
结
构
选
a)
型
b)
c)
图为桁架结构的节点 a）木桁架节点；b）钢桁架节点；c）钢筋混凝土桁架节点
10
将节点间化成铰接点后，为保证各杆仅承受轴力，
建
还必须满足假定3的要求，即桁架结构仅受到节点荷
筑
载的作用。对于桁架上直接搁置的屋面板的结构，当
结
屋面板的宽度和桁架上弦的节间长度不等时，上弦将 受到节间荷载的作用并产生弯矩；或对下弦承受吊顶
选 梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁架式和空间桁架式两种，
型
如图所示，拉杆可用于圆钢或角钢。这种屋架的特点是杆 件受力合理，斜梁腹杆短，取材方便，经济效果好。三角
桁架屋盖设计参考图
修 改 说 明：Z-*8686868668686886专 业日 期专 业签 名签 名日 期8Z-*686GBH250X250X9X14GBH250X250X9X14规格构件编号杆件号31312611109875421ZHJ-2材 质轴线长度数 量1111111111111Q345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345B19325389438743944220022002200220022003734GBH250X250X9X14GBH100X100X6X8GBH100X100X6X8GBH200X200X8X1238743944GBH100X100X6X8GBH100X100X6X836002200220022002200220039443874389419325Q345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345B1111111111111数 量轴线长度材 质ZHJ-1GBH100X100X6X8GBH100X100X6X8GBH100X100X6X812457891011612133杆件号构件编号规格686Z-*8日 期签 名签 名专 业日 期专 业68868686ZHJ-1(端跨）68686868Z-*修 改 说 明：GBH200X200X8X12GBH200X200X8X12GBH125X125X6.5X9GBH125X125X6.5X9GBH175X175X7.5X11GBH175X175X7.5X11GBH125X125X6.5X9GBH125X125X6.5X9GBH125X125X6.5X919550GBH200X200X8X12GBH200X200X8X12修 改 说 明：Z-*专 业日 期专 业签 名签 名日 期Z-*
钢屋盖设计中的桁架和网架设计要点
设计60中国建筑金属结构钢屋盖设计中的桁架和网架设计要点陈卓【摘要】随着建筑设计中对空间和跨度要求越来越高，钢屋盖的应用越来越普遍，常见的结构形式有平面桁架和空间网架,本文针对钢屋盖设计中的桁架和网架设计要点进行了分析和探讨。
【关键词】桁架结构；网架结构；支座；用钢量1.结构选型常规钢屋盖跨度为30m~60m之间。
一般结构形式为钢网架、钢桁架等。
屋盖结构形式的确定因素，主要是建筑的形状和规则性。
当建筑造型规则性较好时，可以选用钢桁架。
而建筑造型相对复杂时，可以选用钢网架。
桁架结构屋架形式一般有三种：平行弦式，梯形式，三角形式。
各种屋架形式有其适用情况。
无论选用哪种桁架形式，主要原则是：（1）满足建筑功能，主要是净空和排水坡度及造型要求；（2）施工方便，应适当减少杆件和节点的数量和种类；（3）受力合理，使得桁架造型与弯矩图接近。
网架屋架形式也有三种：由四角锥体系组成的正放四角锥网架等，由交叉桁架体系组成的两向正交正放网架，由三角锥体系组成的三角锥网架。
选择的主要原则是平面形状：（1）当平面为圆形，正六边形及近似正六边形时，可选用三角锥体系；（2）当平面为矩形时，边长比大于1.5以上，导荷方式趋于单向受力，宜选用两向正交正放网架；边长比小于1.5时，导荷方式趋于双向受力，宜选用正放四角锥体系[1]。
2.结构尺寸屋架尺寸是屋盖设计中的重要内容，直接决定美观度和经济性。
一般是根据屋架确定的选型，结合经验确定端部尺寸，由屋面坡度和屋面建筑做法（荷载）确定屋架跨中高度，最后综合确定。
3.支座节点支座节点是整个结构中的重要部位，是连接屋盖结构与下部支承结构的纽带。
从概念上讲，受力明确、传力简捷、安全可靠是基本要求，从经济性上讲，构造简单，安装方便。
支座落位于钢筋混凝土柱或砖柱上时，通常设计为铰接。
支座构造包括锚栓、支座底板、节点板、加劲肋等部件，见图1。
鉴于支座的重要性，要保证安全而可靠地传递反力，除了具有足够的强度和刚度之外，还应该满足以下条件：（1）支座节点的构造应与电算模型相符合。
第九章钢桁架与屋盖结构
9.2.2 节点荷载计算
1．屋架上的荷载 作用于屋架上的荷载可有： (1)永久荷载，包括屋面材料、檩条、屋架、天窗架、支 撑以及天棚等结构自重。 屋架和支撑自重可按下列经验公式估算 gk l （9-1） 式中 g k —屋架和支排的自重，kN／m2，按水平投影 面积计算； —系数，当屋面荷载 F 1 K N / m 时， 2 0 .0 1 ； 时 F 1 ~ 2 .5 K N / m ， 0 .0 1 2 ；当 F k 2 .5 K N / m 时， 0 .1 2 / l 0 .0 1 1 ； l —屋架的跨度，m。 当屋架仅作用有上弦节点荷载时，将全部合并为上弦节 点荷载；当屋架尚有下弦荷载时，按上、下弦平均分配。
0 0
0
0
图9-5 上弦杆局部弯矩计算简图
注： 设计钢屋架时，应尽量避免节间荷载布置， 以免因节间荷载作用产生的弯矩而引起截 面增大。 在计算其他各杆内力时，应将节间荷载化 为两个集中荷载作用于两相邻节点上可按 简支梁支座反力分配或按节点所属荷载范 围划分的方法取值。然后，按铰接桁架计 算各杆轴心力。
0 y
0 y 1
0 y
当受压弦杆侧向支承点之间的距离 l 1 为节间长度 的两倍，且两节间弦杆的内力 F 和 F 不等时， 设 F F ，若取 F 值计算弦杆在屋架平面外的稳 l1 定性，宜将计算长度 适当减小，可取为： l 0 l1 0 .7 5 0 .2 5 F 2 / F1 （9-3） 当 l 0 .5 l 时 ，取 l 0 .5 l 。式中 F 1为较大的压力， F F 取正号； 为较小的压力，取正号， 为拉力时， 取负号。
图9-4 节点荷载汇集简图
屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载等可变 荷载，应按全跨和半跨均匀分布两种情况考虑， 因为荷载作用于半跨时对桁架的中间斜腹杆的内 力可能产生不利影响。 桁架内力应根据使用和施工过程中可能遇到的同 时作用的最不利荷载组合情况进行计算。最不利 荷载组合一般考虑下列三种情况： (1)全跨永久荷载+全跨可变荷载； ( 2)全跨永久荷载+半跨可变荷载； (3)全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半 跨屋面活荷载。
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梯形 跨中 h≈（1/10～1/6）L
端部 h0≈（1/16～1/10）L
➢ 屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上。
平面屋架通常两端简支于钢筋混凝土或砌体柱顶。 为了增加排架侧向刚度， 需将屋架与柱构成刚接，对于三角形屋架就必须设置隅撑（P396）。
3.平面桁架的腹杆体系（P396）
空间桁架 内力分析时必需借助于空间力系的平衡条件
平面桁架（简化）
工程结构中大部分钢桁架常可按平面桁架考虑。
二.平面桁架的外形及主要尺寸（P394-395）
平面桁架的外形可根据不同用途和跨度，以及采用的屋面材料等条件确 定；
平面桁架是一种格构式受弯构件； 平面屋架一般两端简支于钢筋混凝土柱顶，有时也把屋架与柱形成刚接。
(a)人字腹杆体系屋架
(b)芬克（Fink）式屋架
(c)扇形腹杆体系屋架
(d)梭形屋架 (g)人字形屋架
上弦杆短，下弦杆长
(e)梯形屋架 (h)平行弦屋架
(f)多角形屋架 (h)平行弦屋架
二、平面桁架的外形及主要尺寸（P395-396）
三角形屋架：受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，用于中、小跨度轻
腹杆主要用以联系上、下弦杆构成节点并传递节点荷载， 其布置原则应是： 提供承受荷载的节点，尽可能使荷载都作用在节点上而使 桁架的弦杆都是轴心受力构件； 使荷载传递至支座的路线最短，以减少腹杆的总长度和节 点数目； 对非人字形的腹杆体系，应使长腹杆受拉，短腹杆受压； 对人字形腹杆体系，宜使斜腹杆的倾角在35°～55°范围 内。
垂直支撑桁架（几何不变体系）
屋架端视图
檩条或系杆
上弦平面横向支撑
屋架上弦屈曲成四个“半波”
屋架上弦平面图
9.3 屋架Байду номын сангаас支撑系统(P398-340)
下弦纵向水平支撑 下弦横向水平支撑
9.3.1 屋盖支撑的种类和作用
横向支撑(P399-P400图)
可分为上弦横向支撑和下弦横向支撑两种，一般设置在第一个柱间内 屋架的上弦平面或下弦平面。有以下作用： 1.为弦杆提供侧向支承； 2.减小弦杆平面外计算长度； 3.传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载。
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸（P396-397）
2.无檩屋盖
传力路线：屋面荷载-大型屋面板-屋架（或天窗架）。 特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。
可用于屋架坡度较小的屋盖。
3.主要平面尺寸
跨度L：两相邻柱列定位轴线间的距离为屋架的名义跨度，屋架左右
两支座中心线间的距离为屋架的计算跨度。 屋架的间距l ：6m、（9m、12m），约为跨度的1/3-1/5； 房屋区段长度nl 超过规范规定值时，需设置伸缩缝。
9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸（P396-397）
主要组成：屋架、天窗架（采光通风用）、支撑（水平支撑、垂直 支撑）、檩条、大型屋面板（无檩）。
1.有檩屋盖（P397）
传力路线：屋面荷载-屋面板-檩条-屋架 特点：屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑
杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。
屋面结构；
梯形钢屋架：外形与弯矩图较接近，受力好，省材料；
平行弦钢屋架：腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主
要用于托架、支撑体系。
屋架主要尺寸
➢ 跨度：由使用条件和工艺要求确定 ，一般为3m模数，12、15、18、21、
24、27、30、36m等
➢ 高度：三角形
h≈（1/6～1/4）L
纵向支撑(P402图)
设置于上弦平面或下弦平面，沿柱列的各屋架端部节间部位布置。有 以下作用： 1.与横向支撑形成一水平刚性盘，增加房屋的整体刚度； 2.可减轻水平荷载产生的水平变形； 3.当有托架时，可保证托架侧向稳定。
9.3.1 屋盖支撑的种类和作用
垂直支撑(P403图)
位于两屋架端部或跨间某处的竖向平面或斜向平面内。 1.保持屋架侧向几何稳定性； 2.下弦无横向支撑时，作为下弦系杆； 3.传递山墙上的纵向风荷载等至屋架支柱； 4.保证吊装屋架时的稳定和安全。
系杆
在横向水平支撑或垂直支撑的节点处，沿房屋纵向通长 设置的杆件。 作用：加强屋架平面外稳定性。根据其能否抵抗轴心压 力而分为刚性系杆和柔性系杆。
二、横向支撑布置（P400）
上弦平面横向支撑都必须设置。 横向支撑一般应设置在房屋两端或温度伸缩缝区段两端的
第一个柱间内，且上、下弦平面支撑必须设在相同的两个 屋架之间。 房屋两端不设屋架时（以山墙承重等），横向支撑应缩进 到第二个柱间内。 当房屋的跨度和高度较小（例如跨度小于18m）且室内无 悬挂吊车时，可不设下弦平面横向支撑。 两道横向支撑的间距不宜超过60m。
三、纵向支撑布置（P401-402）
仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行 吊车、或有较大振动设备因而对房屋的整体刚度要求较 高时设置。
纵向支撑通常设在屋架的下弦平面，对三角形屋架也可 设在上弦平面。
钢结构——
原理与设计
第9章 桁架及屋盖
第9章 桁架及屋盖
主要内容：
➢ 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系 ➢ 屋盖的组成及主要平面尺寸 ➢ 屋架的支撑系统 ➢ 屋盖设计的内容和屋架的内力计算 ➢ 桁架杆件的截面形式和节点板厚度 ➢ 桁架杆件的计算长度和容许长细比 ➢ 桁架杆件的截面设计 ➢ 桁架的节点设计和角钢间的填板 ➢ 屋架的施工详图
柱
檩条
屋架
横向支撑
L
屋面材料 的跨度方向
托架 n×l
9.3 屋架的支撑系统(P398-340)
9.3 屋架的支撑系统(P398-340)
屋架不设支撑的变形情况
几何可变
檩条或系杆
系杆或柱顶连系梁
屋架端视图
檩条或系杆
屋架
屋架上弦屈曲成一个“半波”
屋架上弦平面图
屋架侧倾
9.3 屋架的支撑系统
屋架设了支撑后的变形情况
9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
一、概述 桁架主要是由轴心受力构件（拉杆和压杆）组成的格构式
扩大构件，用以承受横向荷载和跨越较大的空间； 桁架可分为空间桁架和平面桁架； 空间桁架有各种塔架、网架等； 平面桁架有钢屋架（房屋建筑）、桥梁等； 本章主要介绍钢屋架设计。
空间桁架 内力分析时必需借助于空间力系的平衡条件