建筑结构选型3

受力特点：
常用的三角形轻型钢屋架为芬克式(图)，其特点为长杆 受拉，短杆受压，结构受力比较合理，制作亦方便，可 以分为两个运输单元。 三铰拱屋架由两根斜梁和一根拉杆组成，斜梁有平面桁 架式和空间桁架式两种(图)，拉杆可用圆钢或角钢，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。 梭形屋架有平面桁架式和空间桁架式两种，适用于跨度 为9～15m，间距为3～4.2m的屋盖体系。屋架的高跨比为 1/9～1/12(图)。
屋架选型的一般原则（以材料而言）
屋架的选型必须综合考虑建筑的使用要求、跨度和荷 载的大小、以及材料供应，施工条件等出素，并进行全面
的技术经济分析。
1.建筑跨度在36米以上时宜选用钢屋架，但在有侵蚀 介质(如酸、碱性物质)的厂房中则不宜采用钢结构。
2.为节约钢材，跨度在36米以下时宜选用预应力钢
筋混凝土屋架。跨度在18至24米之间，又无预应力条件时，
矩形桁架
2.2.1 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。 节间长度控制2-3m 内，高跨比不宜小 于1/5-1/4。
木屋架
豪式木屋架的适用跨度为9～2l米，最经济跨 这种屋架型式适用于木屋架。其特点是： 度为 9～ l5米。 (1) 屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力不致 突变太大。因为木材强度较低，这对采用木材作杆 豪式木屋架的节间数目主要考虑节间长度要适 件提供有利条件。 中，如节间长度太长，则杆件长度太长，受力不利； (2) 木屋架的结点采用齿联结。这种屋架结点上 如节间长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应 相交的杆件不多，为齿联结提供可能性。 控制节间长度在1.5～2.5米之间。所以设计上常常 是：
人字式腹杆
豪式腹杆
梯 形 屋 架
人字式腹杆 平 行 弦 屋 架 再分式腹杆
人字式腹杆
交叉式腹杆
二、确定桁架形式的原则 1.满足使用要求： 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/3～1/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/2～1/8
屋面防水构造：
防水构造→ 排水坡度→ 屋盖造型
和钢屋架。
2.3 屋架结构的选型与布臵
2.3.1 屋架结构的主要尺寸
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。 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。
水泥瓦、平瓦→坡度大→三角形屋架、陡坡梯形屋架
卷材、金属薄板→坡度小→拱形、折线形、缓坡梯形屋架
2.受力合理：
屋架结构的受力： 抛物线型：受力最为合理，但施工复杂 折 线 型：力学性能好，外形与抛物线弯矩土接近 梯 形：力学性能好，上下弦均为直线，施工方便 三 角 形：力学性能较差，适用于中小跨度 矩 形：力学性能较差，适用于特殊荷载或用作托架
坡度
屋架结构的主要尺寸
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。
屋架结构的选型 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。
按使用材料：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、钢筋混凝土 －钢组合屋架等 按屋架外形：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折 线型屋架、平行弦屋架等 按受力特点：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁架、空 腹桁架）、立体桁架等
梯形桁架 三角形桁架
梯型屋架一般用 三角形屋架一般 矩形屋架也称为 用于屋面坡度较大 于屋面坡度较小的 平行弦屋架。其上 的屋盖结构中。一 屋盖中。其受力性 下弦平行 ,腹杆长 般宜用于中小跨度 能比三角形屋架优 度一致 ,杆件类型 的轻屋盖结构。跨 越 , 适用于较大跨 少 , 易于满足标准 度一般在18m以内。 度或荷载的工业厂 化、工业化生产的 房。屋面坡度需取 要求。常用于托架 i=1/5,跨度为12或支撑系统。 18m。
2.2.5 混凝土屋架
2.2.5
钢筋混凝土屋架
钢筋混凝土的各种受力强度都较高，是制造屋架的理
想材料，利用它制造屋架无特殊要求，故屋架无固定型式。 只要受力合理，节省材料，构造简单，施工方便就可以。
钢筋混凝土屋架设计时，为了结点构造简单，要求每
个结点上相交的杆件数目不多于五根，而且腹杆与弦杆的 交角不小于30°。
18m以下时：可选用钢筋混凝土－钢组合屋架
36m以下时：宜选用预应力混凝土屋架 36m以上时：宜选用钢屋架
5.制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 6.综合技术经济效果好
注：根据不同的条件桁架形式可以有很多变化 三角形屋架下 弦下沉，弦杆交 角增大，方便制 造，屋架重心降 低，提高了稳定 性。
2.受力合理： 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。
简支屋架外形与均布荷载下的抛物线
形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。

单向斜杆式：
斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理 斜腹杆受压 竖腹杆受拉 不合理
3.材料耐久性和使用环境： 木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对 湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房。 4.屋架结构的跨度：
5.无腹杆屋架： 上弦一般为抛物线形，构造简单，便于制作。 节点刚接，可按刚架计算： 上弦杆：压弯构件 下弦杆：拉弯构件 竖腹杆：拉弯构件 若按拱计算：上弦杆：受压的拱身 下弦杆：拉杆 竖腹杆：受拉（荷载作用于下弦） 零杆（荷载作用于上弦）
2.2.6 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。

可有效降低屋 架对支撑结构的 推力。

2.3.3 屋架结构的布臵 跨度 间距
屋架的跨度,一般以 3m为模数。
屋架一般宜等间距平行排列,与房屋纵向柱列的间 距一致,屋架直接搁臵在柱顶。屋架的间距同时即为 屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度,最常见的为6m,有时 也有7.5m、9m、 在同层中屋架的支座取同一标高。屋架的支座形 式,在力学上可简化为铰接支座。
2.2.5 钢筋混凝土屋架 常用钢筋混凝土屋架的适用跨度
12～18m 12～18m
18～36m
混凝土屋架
钢筋混凝土屋架
跨度：15～24m
预应力混凝土屋架 跨度：18～36m或更大 常见型式：梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架 1.梯形屋架：
上弦节间：3m 下弦节间：6m 矢跨比：1/6～1/8
支座
常见屋架的基本尺寸和适应范围
屋架的跨度，一般以3米为模数。无论哪一种型式或哪一
种材料的屋架，弦件通常都设计成等截面，以便于设计和施工， 所以确定屋架的形式时，应尽量使弦杆沿全长的内力分布基本 均匀。如果各节间的内力相差太大，容易造成材料的浪费。 例如：采用木材三角屋架时，因圆木的头径与尾径大小不 相同，为使弦杆的截面大小与内力大小相适应，设计时应将圆 木头径放在屋架的端部，尾径放在屋架的中部。
(2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦内力是受 拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段杆件虽长但无害处。
芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，故主要用
于大跨度情况，一般适用跨度为36米以上。
梯形屋架是由双梯 形合并而成，外形和荷 载引起的弯矩图形接近， 弦杆内力沿跨度分布较 均匀，材料较经济。 梯形屋架在支座处有一 定的高度，既可与钢筋混凝 土柱接，也可与钢柱做成固 接。屋架中的腹杆体系，可 采用人宇式、再分式和单斜 杆式。
桁架主要尺寸的确定:
跨度 L—工艺及使用要求 高度 H—经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度： 三角形屋架： 中部高度H≈(1/6～1/4)L 梯形屋架 ： 中部高度H≈(1/10～1/6)L 端部高度H0≈(1.8～2.1m)
2.3
三角形屋架
桁架结构的选型与布臵
一、桁架的外形及腹杆形式
芬克式腹杆
23
组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地小、自重 轻，不需要重型起重设备，因此特别适于山区中、小型建筑。
折线形组合屋架
下撑式五角形组合屋架
三铰组合屋架
两铰组合屋架
2.2.7
板状屋架
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 型钠制作。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。
端部高度：1.8～2.2m 适用：重型、高温、采用井式 或横向天窗的厂房
2.折线形屋架1： 外形较合理，自重轻，屋面坡度大。 适用：非卷材防水屋面的中型厂房 或大中型厂房。 3.折线形屋架2： 屋面坡度平缓，适用于卷材防 水屋面的中型厂房。
4.拱形屋架：
上弦一般采用抛物线形，也可采用折线形。 外形合理、内力均匀、自重轻。 矢跨比：1/6～1/8
2.2
屋架结构的型式
用于房屋上的桁架常称屋架，桁架型式的选择
一般与建筑物的使用要求，跨度和荷载大小，以及
材料供应和施工技术水平等因素有关。选择桁架型
式的一般原则是适用经济美观和制造简单。桁架可
用木材、钢材、钢筋混凝土等材料制造，由于每种 材料的力学性能各不相同，所以不同材料制造的屋 架，其型式也各不一样。
亦可选用普通钢筋混凝土屋架，但在有振动、侵蚀性介质
或高温车间，最好选用预应力钢筋混凝土屋架，因为下弦
施加预应力后，可以提高结构的抗裂性，防止钢筋受腐蚀。
3.建筑跨度在18米以下时，可选用钢筋混凝土－钢组 合层架。这种屋架技术经济指标较好，也不需要较大的起 重设备。由于它的下弦刚度较差，不宜用于振动较大(如 吊车起重量超过10吨)的厂房。 4．房屋内部以及所在地区的相对湿度大于75％，通风 不良者，或具有侵蚀性质介质的建筑，则不宜选用木屋架
1、三角形屋架
三角形屋架使建筑物屋盖形成坡屋顶，造型美观，而且，三 角形屋架的上弦坡度较陡，有利于屋面排水。
当屋面采用瓦类材料，如粘土瓦、石棉瓦、水泥平瓦、预应 力瓦等时，排水坡度一般为i＝1/2～l／3，屋架的高跨比—般为 h/L＝1/4～1／6。
钢-木组合屋架
2.2.3 钢屋架
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。
三角形钢屋架也称为芬克式屋架，是钢屋架的典型 型式，其特点是： (1)因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但抗弯性能差， 而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬允 式屋架把上弦分成左右两个小桁架，小桁架内的杆件长 度就变得较短，由此来能适应钢材柔性的特点。
平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造统一，便于制 造，但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；水平式平行弦屋 架多用做托架。
钢屋架
改善上弦杆受力情况，采用再分式腹杆的形式。
2.2.4 轻型钢屋架
轻型钢屋架常见的有圆钢轻型钢屋架，小角钢轻型钢屋架 和薄壁型钢屋架。 轻型钢屋架主要有三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架等 三种，其中最常用的是三角形屋架。上弦一般用小角钢。 三角形屋架和三铰拱屋架的屋面坡度较大，通常取1/2～ 1/3。 轻型钢屋架适用于跨度≤18m，柱距4～6m，设臵有起重量 ≤5t的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度≤18m的 民用房屋的屋盖结构。
跨度6～9米时，采用四节间 跨度9～12米时，采用六节间 跨度12～15米时，采用八节间
跨度在15米以上时，因考虑竖腹杆的拉力太大
而采用钢－木组合豪式屋架。
2.2.2 钢-木组合屋架
钢-源自文库组合屋
架的型式有豪式 屋架、芬克式屋
架、梯形屋架和
下折式屋架。
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。