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(六)桁架结构

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桁架结构(trussstructure).

桁架结构(trussstructure).

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
FP
2.5.3 结点法（nodal analysis method）
以只有一个结点的隔离体为研究对象，用 汇交力系的平衡方程求解各杆的内力的方法
三、按几何组成分类
简单桁架 （simple truss）
联合桁架 （combined truss）
复杂桁架 （complicated truss）
四、按受力特点分类： 1. 梁式桁架 2. 拱式桁架
五、计算方法
１.结点法 2.截面法 3.联合法
六、结构计算的技巧应用 在用结点法进行计算时，注意以下三点，可
例1. 求以下桁架各杆的内力
0 -33 34.8
19
19 YNAD CD 0.5 X NAD AC 1.5
0 -33
-33
34.8 -8
19
19
0 -33
-33
34.8
-8 -5.4
19
37.5
19
-8 kN
YDE CD 0.75 X DE CE 0.5
0 -33
-33 -33
2.5.2 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
2. 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内
二、按外型分类 1. 平行弦桁架 2. 三角形桁架 3. 抛物线桁架 4. 梯形桁架
桁架(truss)

桁架(truss)

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:ຫໍສະໝຸດ 竖向腹杆的内力：•
•
•
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。
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。
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。
绗架受力分析

绗架受力分析


对称结构受对称荷载作用, 内力和反 力均为对称:
E 点无荷载,红色杆不受力
FAy
FBy
对称结构受反对称荷载作用, 内力和 反力均为反对称:
垂直对称轴的杆不受力
FAy
FBy
对称轴处的杆不受力
2.5.4
截
面
法
截取桁架的某一局部作为隔离体，由 平面任意力系的平衡方程即可求得未知的 轴力。 对于平面桁架，由于平面任意力系的 独立平衡方程数为3，因此所截断的杆件数 一般不宜超过3
2.5.5
组合结构的计算
8 kN
I
组合结构——由链杆和受弯杆件混合组成的结构。 12 G E 4m
I
A FN图(kN) 5 kN
4 -6 F 6 12
M图(kN . m)
B 2m 4m
C -6
D 4m 2m 2m
3 kN
一般情况下应先计算链杆的轴力 取隔离体时宜尽量避免截断受弯杆件
在用结点法进行计算时，注意以下三点， 可使计算过程得到简化。
1. 对称性的利用 如果结构的杆件轴线对某轴（空间桁架为 某面）对称，结构的支座也对同一条轴对 称的静定结构，则该结构称为对称结构 （symmetrical structure）。 对称结构在对称或反对称的荷载作用下， 结构的内力和变形（也称为反应）必然对 称或反对称，这称为对称性（symmetry）。
4. 梯形桁架
三、按几何组成分类 简单桁架 （simple truss）
联合桁架 （combined truss）
复杂桁架 （complicated truss）
四、按受力特点分类：
1. 梁式桁架
2. 拱式桁架
五、计算方法 １.结点法 2.截面法 3.联合法
桁架结构工程实例解析

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

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。
4
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。
5
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。
19
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
21
钢屋架
2.2 屋架结构的型式
22
混凝土屋架
2.2 屋架结构的型式
23
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。
水工钢结构第六章钢桁架讲解

水工钢结构第六章钢桁架讲解

单斜杆与弦杆的连接
2、结点板的形状及其厚度 结点板的作用主要是通过它将交汇于结点上的腹杆连接到弦杆上， 并传递和平衡结点上各杆内力。
3、腹杆角钢的切割和腹杆长度的确定 4、腹杆的焊接
二、结点板的计算
由静力平衡条件有：
节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆 若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。
一、支撑
平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，但在垂直于桁架平面 方向（桁架平面外）不能保持其几何不变，即使桁架上弦与檩条 或屋面等铰接相连桁架仍会侧向倾倒。为了防止桁架侧向倾倒破 坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系统 （水工结构中也称为联结系）。
桁架间的支撑
桁架间的支撑
桁架支撑的作用主要是： (一)：桁架支撑的作用主要是：
2. 下弦横向水平支撑
布置原则：一般情况均应设置下弦横向水平支撑。只有当桁架跨度比较 小（L≤18m），且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂吊车但起重吨位不大， 厂房内也无较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。 布置位置：与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，以形成空间稳定体。
• 3. 纵向水平支撑 • 布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端
4、施工图设计分为施工设计和详图设计两个阶段，设计文件（图纸） 的名称相应为施工图和施工详图，施工图是编制施工详图的依据， 施工详图则是施工图的深化和补充。 5、随着国内钢结构生产企业技术能力的提高，向国际惯用做法靠拢， 施工图由设计院完成，施工详图由生产企业的技术科完成。
（4）承受并传递水平荷载。 （5）保证结构安装时的稳定且便于安装。
(二)：支撑的布置 桁架的支撑按照布置方向分为横向支撑和纵向支撑。 1.上弦横向水平支撑
桁架结构设计

桁架结构设计


试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
nm 1
A 2.5FP
34
n2m FP FP FP FP FP
6 5m
6m B
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
FN1 =-3.75FP
FN2 =3.33FP
34.8 19
-8
-8
-5.4 -5.4
37.5
34.8 19
小结：
• 以结点作为平衡对象，结点承受汇交力 系作用。
• 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。
• 由结点平衡方程求得桁架各杆内力。
在用结点法进行计算时，注意以下三点， 可使计算过程得到简化。
2.5.5 组合结构的计算
组合结构——由链杆和受弯杆件混合组成的结构。
A FN图(kN)
5 kN
8 kN I 4
C
12 M图(kN . m)
B
-6 F 6 12
-6 G
2m
D
E
4m 2m 2m 4m
4 m 3 kN
I
一般情况下应先计算链杆的轴力 取隔离体时宜尽量避免截断受弯杆件
使计算过程得到简化。 1.相似三角形的应用 在计算中，经常需要把斜杆的内力S分解为水 平分力X和竖向分力Y。设斜杆的长度为L,其水 平和竖向投影的长度分别为Lx和Ly,则由比例关 系可知：
Y
S
α
X L
Ly
α
Lx
S
S X Y L Lx Ly
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）。
桁架结构

桁架结构


上弦为钢筋混凝土或预应力混凝土构件，下弦 为型钢或钢筋，顶接点为刚接或铰接（三铰组合屋 架）。屋架杆件少，自重轻，受力明确，构造简单， 施工方便，适用于农村地区的中小型建筑。
三、屋架结构的选型与布置
（一）屋架结构的主要尺寸 1、矢高 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。
等间距平行排列，与房屋纵向柱列的间距一致，屋架直接搁置
在柱顶。常见的有：6m、7.5m、9m、12m等。
3、屋架的支座

支座标高由建筑外形的要求确定，在同层中屋架的支座取 同一标高。

在力学上可简化为铰接支座。

当跨度较小时，把屋架直接搁置在墙、柱或圈梁上；跨度
较大时，应采取专门的构造措施。
（四）屋架结构的支撑
三角形、三铰拱屋架适用于斜坡屋面，屋面坡度通常取
1/2~1/3，梭形屋架的屋面坡度较平坦，通常取1/12~1/8。
（五）混凝土屋架 常见形式有：梯形、折线形、拱形、无斜腹杆屋架等。 根据是否对屋架下弦施加预应力，分为：钢筋混凝土屋架和
预应力混凝土屋架，前者适用跨度为15~24m，后者适用跨
度为18~36m或更大。 1、梯形屋架
要求确定截面，故耗钢量不少但未能材尽其用。

它在历史上出现很早，公元前500年罗马人就在多瑙河上修 建了桁架桥梁；后来迅速成为普遍的结构形式应用于土木工 程大跨度的结构中，在房屋建筑中尤其得到广泛推广。
第二节 桁架的特点和形式
（一）、桁架结构的组成 桁架多应用于受弯构件，在外荷载的作用下，简支桁架 所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁式的情况相似。但桁架 结构具有与简支梁完全不同的受力性能。 简支梁在竖向均布荷载作用下，沿梁轴线的弯矩和剪力 的分布和截面内的正应力和剪应力的分布都极不均匀。 桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷 载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中 的竖向分量来平衡。 桁架各杆件单元（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、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。
桁架结构

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。
大跨建筑结构体系桁架

大跨建筑结构体系桁架


由于公共汽车站需要开间大，高层住宅有一排外柱落在柱距14.8m的开间处，外排高柱传递重量大，所以从第三层开始设置钢筋混凝土桁架转换层，承担5层以上的荷载。
钢筋混凝土桁架转换层-工程案例
简答题
桁架结构中桁架指的是桁架梁，是（ ）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。 2. 下列桁架结构中，哪种桁架形式内力近似于0？（ ） A. 矩形桁架 B. 弧形桁架 C. 陡坡梯形桁架 D. 缓坡梯形桁架 3. 桁架的力学模型基本假设，哪一项不成立？ ( ) A. 各杆均用光滑铰链连接； B. 各杆轴线均为直线，并通过铰链中心； C. 荷载均作用在节点上； D. 各杆件重量通常忽略不计; 4. 请依次阐述矩形桁架、陡坡梯形桁架和弧形桁架的弦杆内力与腹杆内力状态。
6
5
分析小结：
弧形或多边形桁架 ★ ★ ★ ★ ★
优点：
受力最合理，节点构造最简单，用料最省，自重最轻巧。
缺点：
上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度。
Hale Waihona Puke 56桁架的选型
桁架的选型
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
桁架的主要尺寸
高度 高度H直接影响桁架的刚度和经济； 不一定高度H越大越好，虽然弦杆受力小，但腹杆长，长细比大，易压曲，用料多； H值一般（1/10～1/15)L 节间长度 沿跨度划分桁架为若干等分，每一分算一个节间； 减少制作工作量与桁架挠度，减少杆件与节点数； 上弦稍短，下弦稍长，与受荷载条件与材料有关； 节间杆长一般控制1.5m ～ 4m。 坡度：满足排水要求，瓦屋面≥1/3,其它屋面1/8 ～1/12
桁架的构造
节点 桁架中各杆件的连接点，称为节点（node) 工程上把几根直杆连接的地方称为节点。
桁架(屋架)结构

桁架(屋架)结构

3
桁架结构的发展
掏空的梁----桁架可以看成是从梁衍化而来
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。
5
桁架结构计算的假定
理想桁架简图假设： 理想光滑铰接； 直杆且过铰心； 力只作用在结点。
只受结点荷载作用的直杆铰接体系
屋架结构的型式
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
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。
建筑结构选型
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 屋架结构的其他型式
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
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。
2.2 屋架结构的型式
25
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
26
这种屋架型式适用于木屋架。其特点是：
(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，这对采用木材作杆件 提供有利条件。

结构力学第六讲


隔离体上的力是一个平面任意力系，可列出三个独立的 平衡方程。取隔离体时一般切断的未知轴力的杆件不多余三 根。
20
例2.用截面法计算下图桁架1、2、3杆的轴力。
P2 P F
G 1
2
I
E A
a/3 2a / 3 N
2
N1
3
C
YB 解: 1.求支座反力 YA 7 P / 5(),YB 3P / 5() 2.作1-1截面,取右部作隔离体 A O F 0, N 3 2 P / 5
零杆——内力为零的杆件。
（1）不共线的两杆结点，无荷载作用时，则 两杆为零杆。 N1
N2
N1=N2=0
（2）有两杆共线的三杆结点，无荷载作用时 ，则第三杆为零杆。
N3=0
N1 N3
N2
14
（3）四杆对称K结点，结构对称，荷载对称，K 结点位于对称轴上，无荷载作用时，则不在一直 线上的两杆为零杆。
N1 N2
31
再考虑结点D、E的平衡可求出各链杆的内力。
3. 计算梁式杆内力 取AC杆为隔离体，考虑其平衡可求得：
A
12kN
F
8kN C
6kN
=12kN HC
HC=12kN← VC=3kN↑
B
5kN 8kN
V=3kN C
A
1kN 6kN 4 0
C
6kN 12 0
并可作出弯矩图。
3kN
6
0 M图 （kN· m)
32
作业P89 6.10，6.15 6.18，6.28
33
15kN
15kN
+15kN
12
计算中的技巧 当遇到一个结点上未知力均为斜向时，为简化计算： (1)改变投影轴的方向

有限元分析(桁架结构)

有限元上机分析报告~学院：机械工程专业及班级：机械设计及其自动化08级7班姓名：***学号：题目编号： 2》1.题目概况结构组成和基本数据结构：该结构为一个六根杆组成的桁架结构，其中四根杆组成了直径为800cm的正方形，其他两根杆的两节点为四边形的四个角。

材料：该六根杆截面面积均为100cm2，材料均为Q235，弹性模量为200GPa，对于直径或厚度大于100mm的截面其强度设计值为190Mpa。

载荷：结构的左上和左下角被铰接固定，限制了其在平面内x和y方向的位移，右上角受到大小为2000KN的集中载荷。

结构的整体状况如下图所示：分析任务】该分析的任务是对该结构的静强度进行校核分析以验算该结构否满足强度要求。

2.模型建立物理模型简化及其分析由于该结构为桁架结构，故认为每根杆件只会沿着轴线进行拉压，而不会发生弯曲和扭转等变形。

结构中每根杆为铰接连接，有集中载荷作用于最上方的杆和最右方杆的铰接点。

单元选择及其分析由于该结构的杆可以认为是只受拉压的杆件，故可以使用LINK180单元，该单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。

这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。

就像铰接结构一样，不承受弯矩。

输入的数据有：两个节点、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性。

输出有：单元节点位移、节点的应力应变等等。

由此可见，LINK180单元适用于该结构的分析。

模型建立及网格划分(（1）启动Ansys软件，选择Preferences→Structural，即将其他非结构菜单过滤掉。

（2）选择单元类型：选择Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中选择Link→3d finit stn 180，即LINK180，点击“OK”（3）选择实常数：选择Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中的Cross-sectional area中输入100，点击“OK”。

桁架_图文——精选推荐

桁架桁架：一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。

桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。

“桁”字念“héng”，由于“桁”字较少使用，误被念为“háng”（行），故此，“行架”由此得名。

桁架的定义：由杆件通过焊接、铆接或螺栓连接而成的支撑横梁结构，称为“桁架”。

桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。

常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。

[1]广州震鸿展览展示有限公司，主要以租赁行业为主,太空架租赁/铝合金桁架租赁/舞台租赁/灯光音响租赁/展台租赁/展架租赁/展板租赁/背景架租赁/展览架;地处广州市（海珠区琶洲黄埔村）广州国际会展中心附近。

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我司拥有一支高素质的专业生产队伍，籍着提供"质量好、交货快"的服务，一直以来得到厂家、广告礼仪公司等行业客户的认同和支持！一、理论原理桁架是由一些用直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。

杆件间的结合点称为节点(或结点)。

根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况，桁架可分为平面桁架和空间桁架。

屋架或桥梁等空间结构是由一系列互相平行的平面桁架所组成。

若它们主要承受的是平面载荷，可简化为平面桁架来计算。

平面桁架组成桁架的杆件的轴线和所受外力都在同一平面上(图1)。

平面桁架可视为在一个基本的三角形框上添加杆件构成的。

每添加两个杆，须形成一个新节点才能使结构的几何形状保持不变。

这种能保持几何坚固性的桁架叫作无余杆(或叫无冗杆)桁架。

如果只添加杆件而不增加节点，就不能保持桁架的几何坚固性，这种桁架叫作有余杆(或叫有冗杆)桁架。

桁架结构

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。

各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。

由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。

结构布置灵活，应用范围非常广。

桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。

在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。

这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。

更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。

桁架的历史演变只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构。

它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的。

桁架在建造木桥和屋架上最先见诸实用。

古罗马人用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构（发现于罗马的浮雕中，文艺复兴时期，意大利建筑师（拔拉雕 Palladio）也开始采用木桁架建桥出现朗式、汤式、豪式桁架。

英国最早的金属桁架是在1845年建成的，适合汤式木桁架相似的格构桁架，第二年又采用了三角形的华伦式桁架。

桁架种类桁架可按不同的特征进行分类。

根据桁架的外形分为：平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）、折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材料使用经济，构造较复杂）、三角形桁架（杆力分布更不均匀，构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）。

以桁架几何组成方式分：简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）、联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）、复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）（图示）。

桁架结构


试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
n m 1 3 A 2.5FP FP 4 n2m FP FP
6 5m
6m B FP FP
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
FN1 =-3.75FP
FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP
FN3 =-0.50FP
截面单杆 截面法取出的隔离体，不管其上 有几个轴力，如果某杆的轴力可以通过列一 个平衡方程求得，则此杆称为截面单杆。 可能的截面单杆通常有相交型和平行型两种 形式。
小结： 熟练掌握 计算桁架内力的基 本方法： 结点法和截面法 采取最简捷的途径计算桁架内力 能够分析和计算组合结构的内力 尤其注意区分二力杆和非二力杆
对称结构受对称荷载作用, 内力和反 力均为对称:
E 点无荷载,红色杆不受力
FAy
FBy
对称结构受反对称荷载作用, 内力和 反力均为反对称:
垂直对称轴的杆不受力
FAy
FBy
对称轴处的杆不受力
2.5.4
截
面
法
截取桁架的某一局部作为隔离体，由 平面任意力系的平衡方程即可求得未知的 轴力。 对于平面桁架，由于平面任意力系的 独立平衡方程数为3，因此所截断的杆件数 一般不宜超过3

0 .5 1 .5
0
-33 34.8 19 -8
-33
19
0
-33 34.8 19 -8
-33 -5.4 37.5 19
-8 kN
Y DE X
DE

CD CE

0 . 75 0 .5
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两铰或三铰组合屋架上弦为钢筋混凝土或预应力混凝土构 件，下弦为型钢或钢筋，顶节点为刚接(两铰组合屋架)或 铰接(三铰组合屋架)。这类屋架杆件少、杆件短、自重轻、 受力明确、构造简单、施工方便，特别适用于农村地区的 中小型建筑。屋面坡度，当采用卷材防水时为1／5，非卷 材防水时为1／4。
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桁架支撑通常可分为水平支撑(上弦和下弦平面、横向和 纵向)、垂直支撑(桁架两端和中间)和系杆等几种类型。
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桁架支撑的作用主要是：
1、保证桁架结构的空间几何稳定性，即几何形状不变。 2、保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。 3、为桁架弦杆提供必要的侧向支承点。 4、承受并传递水平荷载。
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2钢屋架
钢屋架的型式主要有三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架。有时为改善上弦 杆的受力情况，可采用再分式腹杆的形式。 三角形屋架用于陡坡屋面的屋盖结构中。 芬克式屋架，是钢屋架的典型型式，其特点是： 1、钢材是一种柔性材料，强度高，但抗弯性能差。屋架上弦是压弯构件，为 了适应钢材这个弱点，芬克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。 2、屋架下弦中段虽较长，但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜。
现代建筑结构欣赏
桁架结构
嘉庚学院土木工程系 许云燕
（六）桁架结构
• 桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。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，因 而在结构工程中得到了广泛的应用。
• 1 桁架结构的特点 • 1.1 桁架结构的产生 • 如果把纵截面上的中间部分挖空形成空腹型式，同样可以收到节省材 料和减轻结构自重的效果，挖空程度越大，材料越省，自重越轻。倘 若大幅度挖空，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为所谓“ 桁架” 。
南京奥林匹克体育场
天津奥林匹克中心体育场
天津奥林匹克中心体育场为2008年北京奥运会足球赛场。体育场位于 天津中心市区西南部。体育场建筑面积15.8万m2，共由6层组成，总高 53m，可同时容纳6万名观众，可满足国际足球和田径比赛的要求。结 构设计的构思为：屋顶桁架选用V字形平行弦桁架，悬挑结构，以表现 体育场地的动感与轻快。该体育场成为天津市重大体育活动的中心场地 和标志性建筑。天津奥林匹克体育中心体育场基础为高强混凝土预应力 管桩，主体为钢筋混凝土框架结构，屋顶桁架选用V字形平行弦桁架， 悬挑结构。主桁架最大跨度117m，主、环桁架均为平面管桁架结构形 式，桁架最大安装高度达53m，整个钢屋盖由主桁架、子桁架、二道环 形桁架及水平、垂直支撑、檩条组成，总用钢量约13000t。主桁架上 口定位采用柱帽杆固定于看台柱顶支座上，下口定位采用落地形式。该 工程的特点，决定了整个工程施工的难度非常高。本工程主体钢屋架呈 双曲面，各点标高不一，主要构件超重、超长，主桁架跨度较大，而且 在屋盖内四周都是看台混凝土结构，在混凝土结构施工期间大型机械不 能以常规方式在屋盖下进行作业，另外，主桁架的最大安装标高都在 53m左右，安装高度较高，吊装难度大。
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8桁架结构的其他型式
1、立体桁架
平面屋架结构虽然有很好的平面内受力性能，但其在平面外的刚度很 小。为保证结构的整体性，必须要设置各类支撑。支撑结构的布置要 消耗很多材料，且常常以长细比等构造要求控制，材料强度得不到充 分发挥。采用立体桁架可以避免上述缺点。立体桁架的截面形式有矩 形、正三角形、倒角形。
豪式木屋架的适用跨度为9～21m，最经济跨度为9～15m。豪式木屋架的节间数目主 要考虑节间长度要适中。如果节间长度太长，则杆件长度太长，受力不利；如果节间 长度太短，则节点太多，制造麻烦。一般应控制节间长度在1.5～2.5m。 设计上通常的规定是：跨度6～9m时，采用四节间；跨度9～12m时，采用六节间； 跨度12～15m时，采用八节间。
5、便于结构安装施工，保证结构安装时的稳定。
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7.5 屋架结构的工程实例
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芜湖体育中心屋盖
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风向沿主桁架方向
风向沿次桁架方向
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九江长江大桥，为钢桁架桥，铁路桥长7675m，公路桥长4460m，江中 有桥墩10个，共架设11孔钢梁，最大跨度216m，最小跨度126m。整个 大桥设计新颖，造型优美，工艺独特，雄伟壮观。大桥铁路引桥采用的 无碴无枕预应力箱形梁，在我国建桥史上还是第一次。主河槽216m宽的 大跨度，居全国桥梁之首。我国第一次试验的15锰钡氮新钢种在这座桥 上首先使用。这座桥使用的钢材、水泥、木材等建筑材料，均创造了我 国建桥史上的最高纪录。九江大桥墩顶到基础最低底面，相距64米，相 当于一座22层高的楼房。从钢梁拱顶到基础最低底面，高达132m，相当 于一座45层的高楼。
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6钢筋混凝土-钢组合屋架
为了合理地发挥材料的作用，屋架的上弦和受压腹杆可采用钢筋混凝土杆件， 下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆，这种屋架称为钢筋混凝土-钢组合屋架。 常用的组合屋架有折线形组合屋架、下撑式五角形组合屋架以及三铰组合屋 架、两铰组合屋架等。
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国建歌剧院
国家大剧院壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为212.20m， 短轴长度为143.64m，高度为46.285m。其内部主要布置有一个容纳 2416人的戏剧厅、一个容纳2017人的音乐厅、一个容纳1040人的剧 场。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45D钢。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，采用厚度为60mm钢板条作为桁架的弦杆和腹杆 ，共46榀，总重量约为2050t；长轴桁架区域的屋面采用钛合金板形 式，为隐蔽构件，其弦杆和腹杆均为H型钢截面，共102榀，总重量 约为2100t。水平布置的环向系杆采用Φ140～Φ194等规格的钢管， 通过两端的半球与平面桁架连接。平面斜撑布置在长轴区域，截面 均采用H型钢截面。顶部结构由钢管环梁、箱形梁、顶部短轴桁架、 顶部长轴桁架、连系杆组成，钢管环梁的规格为Φ1117.6×26，顶 部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆与下部结构近似，总重量约为 1050t。
有三角形屋架、 梯形屋架、 抛物线形屋架、 折线形屋架、 平行弦屋架等。
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1 木屋架
木屋架的典型型式是豪式屋架。这种屋架型式适用于木屋架的原因是： 1、屋架的节间大小均匀，屋架的杆件内力突变不大，比较均匀。 2、这种型式屋架的腹杆长度与杆件内力的变化相一致，两者协调而不矛盾。 3、木屋架的节点采用齿联结。这种屋架节点上相交的杆件不多，为齿联结提供了可 能性。
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5钢筋混凝土屋架
混凝土屋架的常见型式有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋 架、无斜腹杆屋架等。 混凝土屋架的常见型式有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋 架、无斜腹杆屋架等。根据是否对屋架下弦施加预应力， 可分为钢筋混凝土屋架和预应力混凝土屋架。钢筋混凝土 屋架的适用跨度为15～24m，预应力混凝土屋架的适用跨 度为18～36m或更大。
钢-木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。木 屋架的跨度一般为6～15m，大于15m时下弦通常采用钢拉杆，就形成了钢木组合屋架。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，从而提高了屋架的刚度。钢-木组合屋架的跨度根据屋架的外形而不 同。三角形屋架跨度一般为12～18m；梯形、折线形等多边形屋架的跨度一 般为18～24m。
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2、无斜腹杆屋架 无斜腹杆屋架的特点是没有斜腹杆，结构造型简单，便于 制作。这种屋架的综合技术经济指标较好。但对于无斜腹 杆屋架，没有斜腹杆，仅有竖腹杆。这时若再把桁架节点 简化为铰节点，则整个结构就成为一个几何可变的机构， 所以必须采用刚节点的桁架，可按多次超静定结构计算， 也可按拱结构计算，按拱结构计算时，上弦为拱，下弦为 拱的拉杆。
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梯形屋架是由双梯形合并而成，它的外形和荷载引起的弯矩图形比较接近， 因而弦杆内力沿跨度分布比较均匀，材料比较经济。这种屋架在支座处有一 定的高度，既可与钢筋混凝土柱铰接，也可与钢柱做成固接，因而是目前采 用无檩设计的工业厂房屋盖中应用最广泛的一种屋架形式。 梯形屋架的上弦坡度较小，对炎热地区和高温车间可以避免或减少油毡下滑 和油膏的流淌现象，同时屋面的施工、修理、清灰等均较方便。另外，屋架 之间形成较大的空间，便于管道和人穿行，因此影剧院的舞台和观众厅的屋 顶也常采用梯形屋架。
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平行弦屋架的特点是杆件规格化，节点的构造也统一，因 而便于制造，在均布荷载作用下，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中，而水平式平 行弦屋架多用做托架。平行弦屋架不宜用于杆件内力相差 悬殊的大跨度建筑中。
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3钢-木组合屋架
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当跨度较大时，因上弦压力较大，截面大，可把上弦一分 为二，构成倒三角形立体桁架。
立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用， 节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三角形 截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整数， 节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。
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3 屋架结构的型式与屋架材料

根据材料的不同
木屋架、 钢屋架、 钢一木组合屋架、 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。