建筑结构选型第二章桁架(屋架)结构
第2章桁架结构

例:江西某会堂大厅,平面尺寸27mx27m,采用钢筋混凝土桥式桁架扁壳组合屋盖
2.2 屋架结构的型式
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。
拱式屋架:上弦为曲线形,一般为抛物线形,也可用折线。矢高比一般为1/8~1/6 外形合理、杆件内力均匀、自重轻、经济指标好
无斜腹杆屋架:上弦一般为抛物线拱,屋面板可支承在上弦杆上。 构造简单、制作方便、屋架间可穿行管道、适用跨度可达36m 节点刚接、各杆件内均匀弯矩且在杆端节点处屋架最大,上弦为压 弯杆件、下弦为拉弯杆件,荷载在上弦时,竖腹杆受压,荷载在下 弦时, 竖腹杆受拉
矩形桁架为等高 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
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构的内力
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。
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构的内力
斜腹杆的布置方 向对腹杆受力的符 号 (拉或压)有直 接的关系。 对于 三角形桁架,斜腹 杆外倾受压,内倾 受拉,而竖腹杆则 总是受拉。
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2.2 屋架结构的型式
按屋架外形不同分: 三角形桁架 梯形屋架 抛物线形屋架 折线形屋架 平行弦形屋架
三角形桁架
采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应大些,一般不小于1/3, 以 利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时,屋 面坡度可平缓些,一般为1/8~l/12。
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。
第二章 结构的基本构件桁架

竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件,使材料的强度可以得到充分的
发挥。
3.桁架的理论模型: 直杆 + 铰接 + 集中力
a 整体构成模型
b 实际节点 图2.6 桁架理论模型示意
2.1.2 桁架结构计算的假定
请看,桁架结构通常需要具备的基本条件的详细描述:
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
图2.16 梯形屋架
图2.18 三角形屋架
三角形屋架一般用于屋面坡度较大的屋盖结构中。当屋面材料为粘土 瓦、机制平瓦时,要求屋架的高跨比为1/4~1/6。三角形屋架弦杆 内力变化较大,弦杆内力在支座处最大,在跨中最小,材料强度不能 充分发挥作用。一般宜用于中小跨度的轻屋盖结构。当荷载和跨度较 大时,采用三角形屋架就不够经济。
横低纵高坡面屋顶
图2.4 不同坡屋面的屋架布置
图2.5 三角形屋架的常见形式种类
桁架的发明是在克服了梁的受力缺陷后实现的,准确地讲,一是将截 面不均匀受力变为均匀受力,二是将复杂应力分步变为简单应力分布, 三是将等高截面变为变高度截面。
因此,桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强,不会对 支座产生横向水平推力,因而在结构工程中应用广泛。
由于不易取得符合下弦材质标准的上等木材,特别是原木和方木干燥 较慢,干裂缝对采用齿连接和螺栓连接的下弦十分不利,而采用钢拉 杆作为屋架的下弦,每平方米建筑面积的用钢量仅增加2~4kg,但却 显著地提高了结构的可靠性。同时由于钢材的弹性模量高于木材,且 还消除了接头的非弹性变形,从而提高了屋架结构的刚度。
分发挥两种材料优良的力学特性,截面受力明确,构造简单,施工方便,造 价低廉等,唯独自重大。
。 跨度一般不超12米。梁高是梁跨度的1/14-1/8,梁宽是梁高的1/2-1/3
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,
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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
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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。
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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。
《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。
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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
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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
建筑结构选型

建筑结构选型一:桁架结构桁架结构(Truss structure)中的桁架指的是桁架梁,是格构化的一种梁式结构。
桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。
由于大多用于建筑的屋盖结构,桁架通常也被称作屋架。
案例:南京国际展览中心工程概况:南京国际博览中心建筑面积36万平方米,其中展览面积17万平方米,总国际标准展位6000个,室外展览面积3万平方米,停车位2500个。
会议中心包括5000平方米的多功能厅,800人报告厅,20间大小会议室,19间各式餐厅和一幢500间客房的4星级国际酒店。
其他配套设施包括240间客房的经济型酒店,8200平方米办公服务设施等。
结构形式及特点:国展中心的二层展厅是一个长243m ,宽75m 的无柱大空间,屋面呈弧形,南北两端主入口各有15m悬挑,西侧又有14m 悬挑。
为了实现建筑功能要求,经过多方案的比较,最终选定了采用钢管拱架、檩架的结构方案。
27m ×75m 的柱网,纵向27m 跨的檩架承担檩条、压型钢板轻钢屋面荷载,南北两端檩架各向外悬挑15m。
横向跨度75m ,上弦半径125m 的弧形拱架支承檩架,拱架高端悬挑14m ,最终形成结构新颖、气势宏伟的展览大空间(如图1 ,2 所示) 。
结构布置时,采取了多种措施来增加屋面的空间刚度,以保证结构稳定,传力可靠。
拱架的横截面是宽415m、高5m 的倒三角形(图6) 。
弦杆最大为<480 ×25 ,最小为<402 ×15 ,腹杆最大为<194 ×20 ,最小为<133 ×5 。
檩架的横截面是宽4188m、高3m 的倒三角形。
三角形的每个面又都由弦杆、腹杆组成的小三角形平面桁架构成,拱架、檩架本既是几何不变的空间结构,刚度也很好,又便于设备管道、马道等在其中穿行。
单元划分时,使拱架与檩架的划分相呼应。
檩架上弦藉助拱架腹杆是拉通的,下弦除两端悬挑部分是拉通的以外,均做成与拱架下弦节点连接,产生空间作用。
桁架结构

结点构造要简单合理。杆件的交角不宜太小,一般在250~ 750之间。
a.屋架的跨度
屋架的跨度应根据工艺使用和建筑要求确定,一般以3m为模数。对于常用屋架 型式的常用跨度,我国都制订了相应的标准图集可供查用,从而可加快设计及 施工的进度。对于矩形平面的建筑,一般可选用同一种型号的屋架,仅端部或 变形缝两侧屋架中的预埋件稍有不同。对于非矩形平面的建筑,各根屋架或根 架的跨度就不可能一样,这时应尽量减少其类型以方便施工。
1、跨度36米以上:钢屋架 有侵蚀性介质:不宜采用钢结构 2、跨度36米以下:预应力钢筋混凝土屋架 18~24米:可选普通钢筋混凝土屋架 3、18米以下:钢筋混凝土组合屋架 4、相对湿度大于75%,或有侵蚀性介质:不宜选用木屋架和 钢屋架
钢屋盖:适用跨度36米以上
三、弧形屋盖
非预应力:适用跨度18~24米 下弦预应力:适用跨度18~36米 高跨比:h/l=1/6~1/8
常为折线形
四、平行弦屋架
优点:腹杆长短和节点构造统一,制作方便 缺点:杆件内力分布不均,不宜用于杆件内力相差悬殊的 结构
五、无斜腹杆屋架
桁架结构
一、 桁架的结构特点与优缺点
桁架结构一般由竖杆,水平杆和斜杆组成
桁架体系有两类:(1)平面桁架,用于平面屋架;(2)空间桁架,用于空间网架。 作为桁架结构的整体来说,它们在荷载作用下受弯、受剪; 作为桁架结构中的杆件来说,只承受轴向力,不承受弯矩、剪力和扭矩。
桁架的结构特点
桁架结构的最大特点是,把整体受弯转化为局部构件的受压或受拉, 从而有效地发挥出材料的潜力并增大结构的跨度。 桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强, 对支座没有横向推力, 屋架的主要缺点是结构高度大,侧向刚度小。 需要设置支撑。 在一般情况下,当房屋的跨度大于18m时,屋盖结构采用桁架比梁经济。 屋架按其所采用的材料区分,有钢屋架、木屋架、钢木屋架和钢筋混凝土屋架等。 钢筋混凝土屋架当其下弦采用预应力钢筋时,称为预应力钢筋混凝土屋架。
钢结构 2.1-2屋架结构的形式及布置

《钢结构设计》—— 第2章 中、重型厂房结构设计
梯形屋架(<36m)
• 弦杆受力较为均匀。 • 人字式按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦分
为下承式和上承式两种。一般情况下,与柱刚接的屋架宜 采用下承式;与柱铰接时则下承式或上承式均可。下承式 使排架柱计算高度减小,便于在下弦设置屋盖纵向水平支 撑;上承式使屋架重心降低,支座斜腹杆受拉,且给安装 带来很大的方便。
4
5
3
A
4 B
4 2
5
2
2
2
5
4 A
4 B
5
4
5
6
3
2—下弦横向水平支撑;3—纵向水(平b) 支撑;4—垂直支撑;5—系杆;6—温度伸缩缝
4
5
4
4
4
《钢结构设计》—— 第2章 中、重型厂房结构设计
(4) 垂直支撑 垂直支撑应设置在相邻两榀屋架和天窗架对应的竖直腹杆(或
斜腹杆)间,并于上、下弦横向水平支撑布置在同一开间,以确保 屋盖结构组成空间几何不变体系。
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
梯 形 屋 架
单斜式腹杆
人字式腹杆
再分式腹杆
《钢结构设计》—— 第2章 中、重型厂房结构设计
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
平 行 弦 屋 架
人字式腹杆
交叉式腹杆
《钢结构设计》—— 第2章 中、重型厂房结构设计
三角形屋架(<18m)
• 房屋的整体横向刚度较低; • 屋架弦杆受力不均,支座处内力较大,跨中内力较小,弦
《钢结构设计》—— 第2章 中、重型厂房结构设计
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2.1 桁架结构的受力特点
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三角形桁架
三角形屋架一般 用于屋面坡度较大 的屋盖结构中。一 般宜用于中小跨度 的轻屋盖结构。
2.2 屋架结构的型式
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梯形桁架
梯型屋架一般用 于屋面坡度较小的 屋盖中。其受力性 能比三角形屋架优 越,适用于较大跨 度或荷载的工业厂 房。
2.2 屋架结构的型式
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梯矩形桁架
2
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
桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
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2.1 桁架结构的受力特点
鲁班锁
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2.1 桁架结构的受力特点
桁架结构计算的假定
所有外力 (包括荷载及支座反力)都作用在桁 架的中心平面内,并集中作用于节点上。
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桁架结构的内力
矩形桁架为等高 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
2.1 桁架结构的受力特点
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桁架结构的内力
斜腹杆的布置方 向对腹杆受力的符 号 (拉或压)有直 接的关系。对于矩 形桁架,斜腹杆外 倾受拉,内倾受压, 竖腹杆受力方向与 斜腹杆相反。
2.1 桁架结构的受力特点
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桁架结构的内力
斜腹杆的布置方 向对腹杆受力的符 号 (拉或压)有直 接的关系。 对于 三角形桁架,斜腹 杆外倾受压,内倾 受拉,而竖腹杆则 总是受拉。
第二章 桁架结构
第一节 桁架结构的受力特点 第二节 屋架结构的型式 第三节 屋架结构的选型与布置 第四节 立体桁架 第五节 张弦结构 第六节 桁架结构的其他应用型式
教学要求 了解桁架结构的受力特点及其型式,
掌握屋架结构选型与布置
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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。
2.1 桁架结构的受力特点
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桁架结构的内力
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。
2.1 桁架结构的受力特点
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桁架结构的内力
高度呈抛物线型 的桁架是最理想的 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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
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。
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。
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2.3 屋架结构的选型及布置
梯屋形架桁结架 构的主要尺寸
矢高 屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。矢高
大、弦杆受力小,但腹杆长、长细比大、易压曲,用料 反而会增多。矢高小,则弦杆受力大、截面大、且屋 架刚度小、变形大。一般矢高可取跨度的 1/10~1/5。
载有关。一般上弦受压,节间长度应小些,下弦受拉, 节间长度可大些。
屋架上弦节间长度常取 3m。 当屋盖采用有檩体 系时,则屋架上弦节间长度应与檩条间距一致。
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梯屋形架桁结架 构的选型
2.3 屋架结构的选型及布置
屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑 造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材 料的供应、施工技术条件等因素,做到受力 合理、技术先进、经济适用。
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,
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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
架;这种屋架构造简单、施工ห้องสมุดไป่ตู้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。
矩形屋架也称为 平行弦屋架。其上 下弦平行,腹杆长 度一致,杆件类型 少,易于满足标准 化、工业化生产的 要求。常用于托架 或支撑系统。
2.2 屋架结构的型式
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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。
2.2 屋架结构的型式
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钢-木组合屋架
采用钢拉杆作为 屋架的下弦杆,消 除接头的非弹性变 形,从而提高屋架 结构的刚度。
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梯屋形架桁结架 构的选型
2.3 屋架结构的选型及布置
防水 屋面防水构造决定了屋面排水坡度,进而决定屋盖
的建筑造型。 一般来说,当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦
或水泥瓦时,应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架。当 屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时,应选用拱 形屋架、折线形屋架和缓坡梯形屋架。
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坡度 屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。当
采用瓦类屋面时,屋架上弦坡度应大些,一般不小于1/3, 以利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时,屋 面坡度可平缓些,一般为1/8~l/12。
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2.3 屋架结构的选型及布置
梯屋形架桁结架 构的主要尺寸
节间距 屋架节间长度的大小与屋架的结构型式,材料及荷
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
改善上弦杆受力情况,采用再分式腹杆 的形式。
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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。
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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