建筑结构选型

胡一帆 20113973

摘要：随着社会的发展，桁架结构被广泛运用与大跨度、大尺度的建设项目当中，新材料的出现更是推进了桁架结构的进步。本文就桁架结构及其应用展开论述。

关键词：桁架结构、大跨度。

正文：桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰链连接而成的结构。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。

在房屋建筑中，桁架结构常用来作为屋盖的承重结构，通常称为屋架。目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁架。如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的运用。

最初用于支撑屋顶的结构式简支梁，但是简支梁的缺点非常的明显。简支梁在竖向均匀分布的荷载的作用下，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。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大。

此时若要想保持住整个结构的稳定，则必须使得结构的整体强度大为提高，这就使得中间部分的材料不能充分发挥其抗剪作用。而用于建筑屋盖上的承重结构，跨度往往比较大，若还是采用传统的大跨度单跨简支梁，其截面尺寸和结构自重就会急剧地增大，这就导致了当跨度比较大时，非常的不经济。于是乎后来人们受到启示，根据梁结构截面应力的分布情况——一根单跨简支梁受荷后的截面正应力分布为压区三角形和拉区三角形，中和轴处应力为零，离中和轴越近的应力越小。

正因为这样，如果把横截面上的中间部分削减成为工字型截面，既可节省材料又可减轻结构自重。同理，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。当简支梁被大幅度地挖空至仅剩几根连杆时，就发展成为了我们现在的桁架。

桁架多用于受弯构件，在外荷载的作用下，简支桁架所产生的弯矩图和剪力图与简支梁式的情况相似。但桁架结构有与简支梁完全不同的受力性能。桁架结构比梁结构具有更多更大的优点：

扩大了梁式结构的适用跨度；桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢、木等；桁架是由杆件组成的，桁架体型可用多样化，如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等型式；施工方便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。

桁架结构应考虑建筑的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的**、施工技术等因素以及各种桁架的特点以及适用范围。桁架结构应该做到结构合理、技术先进、经济适用。

桁架结构有诸多地方可以运用，民用建筑、工业建筑、公用建筑、娱乐设施、施工设备、公路桥梁、几乎涵盖了建筑的所有类别。一般常见的桁架结构有排架结构、船舶海洋平台、高层建筑和桁架桥等。

一、排架是下面两排柱子，上面屋架，在这两排柱子上面的屋架之间放上一个板子形成个空间连续的结构。排架由屋架、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。是单层厂房结构的基本结构形式。

排架结构顾名思义，一排一排的。主要用于单层厂房，由屋架、柱子和基础构成横向平面排架，是厂房的主要承重体系，再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来，构成整体的空间结构。

排架结构的特点是在自身的平面内承载力和刚度都较大，而排架间的承载能力则较弱，通常在两个支架之间应该加上相应的支撑，避免风荷载的一个推动，发生侧向的移动。适合用于单层的工业厂房。排架体系常用于高大空旷的单层建筑物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅等。

其柱顶用大型屋架或桁架连接，再覆以装配式的屋面板，根据需要，有的排架建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需沿纵向设置吊车梁。由于排架体系的房屋刚度小，重心高，需承受动荷载，因此需要安装柱间斜支撑和屋盖部分的水平平斜支撑，还要在两侧山墙设置抗风柱。

二、桁架结构在公共建筑当中的运用也非常的多，比如火车站、体育中心、航站楼、会议中心、商场等等都有用到桁架结构的地方。由于桁架结构的力学特性，桁架结构可以轻松地做出大跨度的建筑结构，对于像火车站以及航站楼这一类的需要大空间，并且避免出现支撑柱的建筑形式当中，桁架结构是极其受欢迎的一种建筑结构。桁架结构施工方便、拼装简易，施工工期短也是它成为公共建筑选用结构的原因之一。

三、桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。

大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。

桁架结构的意义重大，鸟巢国家体育场就是依靠着桁架结构才建造起来的。鸟巢的结构工程由24个门式桁架围绕着体育场内部碗装看台区旋转而成，其中22个贯通。结构组件相互支撑，组成网络状构架，组成体育场整体的鸟巢造型。

屋盖主结构的杆件均为箱型构件。其中主桁架断面高度为12m，上弦杆截面为1200*1200到1000*1000之间，下弦杆截面为1200*1000到800*800之间，腹杆截面为600*600。

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