一、桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系

　　1.概述

　　桁架主要是由軸心受力構(gòu)件(拉桿和壓桿)組成的格構(gòu)式擴(kuò)大構(gòu)件，用以承受橫向荷載和跨越較大的空間。當(dāng)跨度較大采用實(shí)腹式受彎構(gòu)件將造成多費(fèi)鋼材時(shí)，就需采用桁架。鋼桁架主要用于房屋建筑中的屋蓋、橋梁、各種塔架(起重、輸電、鉆探等)和水工結(jié)構(gòu)如閘門等建筑中，用途極為廣泛。根據(jù)其承受荷載后的傳力途徑，有空間桁架和平面桁架之分。屋蓋體系中的鋼網(wǎng)架(見圖6-56a)和各種塔架(見圖6-56b)等常為空間鋼桁架，其內(nèi)力分桁必須借助于空間力系的平衡條件。工程結(jié)構(gòu)中的大部分鋼桁架則�？砂雌矫骅旒芸紤]，例如圖6-57中的屋架，屋面荷載由檁條傳給屋架后，其內(nèi)力即可借助于平面力系的平衡條件求解。以下介紹的將限于平面桁架，主要是屋架。

　　2.平面桁架的外形及主要尺寸

　　根據(jù)用途和跨度不同，平面桁架可有不同的外形。圖6-58所示為常用的幾種屋架外形及其腹桿布置。(a)圖~(c)圖為三角形屋架，用于屋面材料要求的屋面坡度i較陡，i≥1/5時(shí);(d)圖所示梭形屋架由三角形屋架變化而來，可用于需保持較平屋面坡度但又需加大屋架高度時(shí);(。)圖一(h)圖所示屋架可用于屋面坡度較平坦，即i=1/10~1/20時(shí)。(f)圖和(g)圖所示多角形屋架和人字形屋架均系由(。)圖所示梯形屋架變化而來，可減少屋架在跨中的高度。(h)圖所示平行弦桁架不但可用于屋架，而且還可用于如屋蓋中的各種支撐桁架、屋架和托架、皮帶輸送機(jī)下的支承桁架和各種棧橋桁架等。

　　對(duì)三角形屋架，當(dāng)屋架的跨度和屋面坡度一旦確定，屋架的高度也就確定。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。平行弦桁架的經(jīng)濟(jì)高度常為其跨度的1/15左右。在決定屋架高度時(shí)，要考慮從制造廠到建筑工地的運(yùn)輸條件。當(dāng)用火車運(yùn)送時(shí)，構(gòu)件的運(yùn)送單元高度應(yīng)小于3.85m。

　　屋架外形的選用應(yīng)考慮所用屋面材料、屋架的跨度和房屋的使用要求等條件。波形石棉瓦屋面要求屋面坡度i=1/2.5~1/3，瓦楞鐵屋面要求i≈1/5，若這種屋面的坡度i過小，易造成漏雨，因此常需選用三角形屋架。油氈防水屋面則要求i≤1/8，因此常用i=1/10~1/12的梯形屋架，近來常被采用的長(zhǎng)尺壓型鋼板屋面，則可用于i=l/8~1/20時(shí)，因而常選用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。

　　桁架中腹桿主要用以聯(lián)系上、下弦桿構(gòu)成節(jié)點(diǎn)并傳遞節(jié)點(diǎn)荷載。

　　二、屋蓋的組成及主要平面尺寸

　　由平面桁架所組成的屋蓋主要由屋面材料(包括隔熱材料)、檁條、屋架和支撐體系等組成，必要時(shí)還應(yīng)包括因采光或通風(fēng)而設(shè)置的天窗架，以及因個(gè)別柱距增大而設(shè)置的屋架托架等，其平面布置的基本形式如圖6-60所示，這種屋蓋常稱為有檁屋蓋。過去曾大量采用的鋼筋混凝土大型屋面板，可直接支承于屋架的弦桿上，屋面板的兩條縱肋替代了檁條，因而構(gòu)成了無(wú)凜屋蓋。由于鋼筋混凝土大型屋面板的尺寸受到限制(其平面尺寸通常為6m×1.5m)，屋架的間距通常限制為6m，屋架上弦的節(jié)間長(zhǎng)度為1.5m，屋架布置因而缺少靈活性，腹桿布置也過密，加之屋面板重量較大，很不經(jīng)濟(jì)，特別對(duì)房屋抗震不利，目前已很少采用。

　　屋蓋系統(tǒng)的主要平面尺寸是屋架的跨度乙和屋架的間距l(xiāng)(圖6-60)。屋架的跨度通常由使用要求確定。屋架的間距l(xiāng)一般應(yīng)由設(shè)計(jì)人員按經(jīng)濟(jì)要求確定。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)屋架間距Z約為屋架跨度的1/3~1/5。此外，具體確定采用的屋架間距時(shí)，還應(yīng)盡量考慮檁條材料如槽鋼、工字鋼由軋鋼廠出廠時(shí)的定尺長(zhǎng)度，以減少鋼材的損耗。目前由于長(zhǎng)尺壓型鋼板的投人使用，以其作為屋面材料，因其具有較大的抗彎強(qiáng)度和剛度，檁條間距可加大(例如采用間距為6m)，加之壓型鋼板本身自重較輕，就有條件采用較大的屋架間距，例如l=12~18m，檁條和屋架兩者的間距的加大將改變采用的屋架腹桿體系和今后將介紹的屋架支撐的布置形式。

　　三、屋架的支撐系統(tǒng)

　　平面屋架在其本身平面內(nèi)，由于弦桿與腹桿構(gòu)成了三角形的幾何不變鉸接體系而具有較大的剛度，但在垂直于屋架平面方向(通稱屋架平面外)，不設(shè)支撐體系的平面屋架卻不能保持其幾何不變，如圖6-61所示，(a)圖為屋架的端視圖，當(dāng)在屋架端部?jī)晌菁荛g未設(shè)垂直支撐桁架時(shí)，雖有檁條和系桿的連系，屋架相互間仍是幾何可變的，在側(cè)向力作用下屋架會(huì)傾斜;僅當(dāng)設(shè)了垂直支撐桁架和系桿，才能保持各個(gè)屋架在平面外的幾何穩(wěn)定性。(b)圖為屋架上弦平面圖，在未設(shè)上弦平面內(nèi)的支撐桁架時(shí)，雖有檁條把各個(gè)屋架連成一片，但當(dāng)屋架上弦桿因受壓而失穩(wěn)時(shí)，整個(gè)上弦會(huì)屈曲成一個(gè)“半波”。如果在房屋兩端的柱間內(nèi)設(shè)置上弦橫命撐桁架，則屋架上弦將屈曲成多個(gè)“半波”，從而提高了上弦桿的整體穩(wěn)定性，亦即提高了承載能力。由這二例可見平面桁架如無(wú)支撐系統(tǒng)從側(cè)面“扶持”，將不能發(fā)揮它的承重作用。

　　1.屋架支撐的種類和作用

　　屋架(包括天窗架)的支撐系統(tǒng)包含下列四類：

　　(l)橫向支撐根據(jù)其位于屋架的上弦平面或下弦平面，又可分為上弦橫向支撐和下弦橫向支撐兩種，圖6-61(b)中所示為上弦平面橫向支撐;

　　(2)縱向支撐設(shè)于屋架的上弦或下弦平面，布置在沿柱列的各屋架端部節(jié)間部位(圖6-64);縱向支撐與橫向支撐一起形成一水平剛性盤，增加房屋的整體剛度，當(dāng)房屋為工廠車間并設(shè)有吊車時(shí)，在吊車橫向制動(dòng)力作用下使框架起空間作用，可減輕受荷較大的框架所受水平荷載和產(chǎn)生水平變形;當(dāng)有托架時(shí)，可保證托架的側(cè)向穩(wěn)定。

　　(3)垂直支撐位于兩屋架端部或跨間某處的豎向平面或斜向平面內(nèi)(圖6-61a);

　　(4)系桿根據(jù)其是否能抵抗軸心壓力而分成剛性系桿和柔性系桿兩種。通常剛性系桿采用由雙角鋼組成的十字形截面，而柔性系桿截面則為單角鋼(圖6-62)。在輕型屋架中柔性系桿也可采用張緊的圓鋼。

　　各類支撐均有其作用。必須了解其作用，而后方能確定何處需布置支撐以及如何布置支撐。

　　房屋支撐系統(tǒng)的作用，總的說來是提高結(jié)構(gòu)的整體剛度、發(fā)揮結(jié)構(gòu)的空間作用;保證結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性及受壓構(gòu)件的側(cè)向穩(wěn)定;防止構(gòu)件在動(dòng)力荷載作用下產(chǎn)生較大的振動(dòng);承擔(dān)和傳遞房屋所受水平荷載以及保證安裝時(shí)的穩(wěn)定和安全等。因此，支撐系統(tǒng)的合理布置和設(shè)計(jì)，對(duì)房屋的工程質(zhì)量和安全、適用有極其重要的意義。圖6-62為支承于間距為6m的鋼筋混凝土柱柱頂梯形屋架的支撐布置示例。