第五节 大跨度屋盖结构
一、桁架
桁架应用极广，适用跨度范围(6—60m)非常大。以受力特点可分为：平面桁架、立体桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架，只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；10世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架。
(一)桁架的基本特点
1．平面——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内；
2．几何不变——桁架的杆件按三角形法则构成；
3．铰接——杆件相交的节点，计算按铰接考虑，木杆件的节点非常接近铰接；钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架，其杆件除轴向力外，还存在弯矩，会产生应力但很小，依靠节点构造措施能解决，故一般仍按结点铰接考虑；
4，轴向受力——结点既是铰接，故各杆件(弦杆、竖杆、斜杆)均受轴向力，这是
材尽其用的有效途径。
(二)桁架的合理形式
选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。
由力分析可以看出，在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节问，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨(l>18m)，但其制作仍比三角形或梯形桁架复杂，三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料，构造与制作最简单，其受力极不均匀，仅适用于小、中跨(l≤18m)的桁架情况。
(三)桁架选型
选择桁架形式时，除了要考虑桁架受力与经济合理外，还需要考虑下列问题：
(1)建筑体型与美观；
(2)屋面材料及其坡度；
(3)制作与吊装。
(四)桁架的空间支撑
支撑的位置设在山墙位置两端的第二开间内，对无山墙(包括伸缩缝处)房屋没在房 屋两端第一开间内，房屋中间每隔一定距离(一般≤60m)亦需设置一道支撑，木屋架为20～30m。支撑包括上弦水平支撑、下弦水平支撑与垂直支撑，把上述开间相邻两端桁架联结成稳定的整体。在下弦平面通过纵向系杆，与上述开间空间体系相边，以保证整个房屋的空间刚度和稳定性。支撑的作用有三：
(1)保证屋盖的空间刚度与整体稳定；
(2)抵抗并传递屋盖纵向侧力，如山墙风力、纵向地震力等；
(3)保证桁架上弦平面外的压曲，减少平面外长细比，并可以防止桁架下弦平面外的振动。
(五)桁架的优缺点
1．优点
(1)桁架的设计、制作、安装均为简便；
(2)桁架适应跨度范围很大，故其应用非常广泛。
2。缺点
(1)结构空间大，其跨中高度H较大，一般为(1／10—1／5)l0，给建筑体型带来笨 重的大山头，单层建筑尤难处理；
(2)侧向刚度小，钢屋架尤甚，需要设置支撑，把各榀桁架联成整体，使之具有空间刚度，以抵抗纵向侧力，支撑按构造(长细比)要求确定截面，耗钢而未能材尽其用。
