2012二级建筑师《建筑结构与设备》桁架及屋盖

会计考友

一、桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
1.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。当跨度较大采用实腹式受弯构件将造成多费钢材时，就需采用桁架。钢桁架主要用于房屋建筑中的屋盖、桥梁、各种塔架(起重、输电、钻探等)和水工结构如闸门等建筑中，用途极为广泛。根据其承受荷载后的传力途径，有空间桁架和平面桁架之分。屋盖体系中的钢网架(见图6-56a)和各种塔架(见图6-56b)等常为空间钢桁架，其内力分桁必须借助于空间力系的平衡条件。工程结构中的大部分钢桁架则常可按平面桁架考虑，例如图6-57中的屋架，屋面荷载由檩条传给屋架后，其内力即可借助于平面力系的平衡条件求解。以下介绍的将限于平面桁架，主要是屋架。
2.平面桁架的外形及主要尺寸wｗw.ExamＷ.CoM
根据用途和跨度不同，平面桁架可有不同的外形。图6-58所示为常用的几种屋架外形及其腹杆布置。(a)图～(c)图为三角形屋架，用于屋面材料要求的屋面坡度i较陡，i≥1/5时;(d)图所示梭形屋架由三角形屋架变化而来，可用于需保持较平屋面坡度但又需加大屋架高度时;(。)图一(h)图所示屋架可用于屋面坡度较平坦，即i=1/10～1/20时。(f)图和(g)图所示多角形屋架和人字形屋架均系由(。)图所示梯形屋架变化而来，可减少屋架在跨中的高度。(h)图所示平行弦桁架不但可用于屋架，而且还可用于如屋盖中的各种支撑桁架、屋架和托架、皮带输送机下的支承桁架和各种栈桥桁架等。
对三角形屋架，当屋架的跨度和屋面坡度一旦确定，屋架的高度也就确定。梯形屋架的端部高度常取跨度的1/10～1/8(常用端部高度h0=2.0m左右)，跨度愈大，比值可取小些。平行弦桁架的经济高度常为其跨度的1/15左右。在决定屋架高度时，要考虑从制造厂到建筑工地的运输条件。当用火车运送时，构件的运送单元高度应小于3.85m.
屋架外形的选用应考虑所用屋面材料、屋架的跨度和房屋的使用要求等条件。波形石棉瓦屋面要求屋面坡度i=1/2.5～1/3，瓦楞铁屋面要求i≈1/5，若这种屋面的坡度i过小，易造成漏雨，因此常需选用三角形屋架。油毡防水屋面则要求i≤1/8，因此常用i=1/10～1/12的梯形屋架，近来常被采用的长尺压型钢板屋面，则可用于i=l/8～1/20时，因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。
桁架中腹杆主要用以联系上、下弦杆构成节点并传递节点荷载。
二、屋盖的组成及主要平面尺寸
由平面桁架所组成的屋盖主要由屋面材料(包括隔热材料)、檩条、屋架和支撑体系等组成，必要时还应包括因采光或通风而设置的天窗架，以及因个别柱距增大而设置的屋架托架等，其平面布置的基本形式，这种屋盖常称为有檩屋盖。过去曾大量采用的钢筋混凝土大型屋面板，可直接支承于屋架的弦杆上，屋面板的两条纵肋替代了檩条，因而构成了无凛屋盖。由于钢筋混凝土大型屋面板的尺寸受到限制(其平面尺寸通常为6m×1.5m)，屋架的间距通常限制为6m，屋架上弦的节间长度为1.5m，屋架布置因而缺少灵活性，腹杆布置也过密，加之屋面板重量较大，很不经济，特别对房屋抗震不利，目前已很少采用。
屋盖系统的主要平面尺寸是屋架的跨度乙和屋架的间距l。屋架的跨度通常由使用要求确定。屋架的间距l一般应由设计人员按经济要求确定。实际设计时屋架间距z约为屋架跨度的1/3~1/5。此外，具体确定采用的屋架间距时，还应尽量考虑檩条材料如槽钢、工字钢由轧钢厂出厂时的定尺长度，以减少钢材的损耗。目前由于长尺压型钢板的投人使用，以其作为屋面材料，因其具有较大的抗弯强度和刚度，檩条间距可加大(例如采用间距为6m)，加之压型钢板本身自重较轻，就有条件采用较大的屋架间距，例如l=12～18m，檩条和屋架两者的间距的加大将改变采用的屋架腹杆体系和今后将介绍的屋架支撑的布置形式。
三、屋架的支撑系统
平面屋架在其本身平面内，由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。
1.屋架支撑的种类和作用中华考试网
屋架(包括天窗架)的支撑系统包含下列四类：
(1)横向支撑根据其位于屋架的上弦平面或下弦平面，又可分为上弦横向支撑和下弦横向支撑两种;
(2)纵向支撑设于屋架的上弦或下弦平面，布置在沿柱列的各屋架端部节间部位;纵向支撑与横向支撑一起形成一水平刚性盘，增加房屋的整体刚度，当房屋为工厂车间并设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生水平变形;当有托架时，可保证托架的侧向稳定。
(3)垂直支撑位于两屋架端部或跨间某处的竖向平面或斜向平面内;
(4)系杆根据其是否能抵抗轴心压力而分成刚性系杆和柔性系杆两种。通常刚性系杆采用由双角钢组成的十字形截面，而柔性系杆截面则为单角钢。在轻型屋架中柔性系杆也可采用张紧的圆钢。
各类支撑均有其作用。必须了解其作用，而后方能确定何处需布置支撑以及如何布置支撑。
房屋支撑系统的作用，总的说来是提高结构的整体刚度、发挥结构的空间作用;保证结构的几何稳定性及受压构件的侧向稳定;防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动;承担和传递房屋所受水平荷载以及保证安装时的稳定和安全等。因此，支撑系统的合理布置和设计，对房屋的工程质量和安全、适用有极其重要的意义。