一.钢桁架受力模式

桁架的弦杆用于抗弯，腹杆用于抗剪，这与混凝土是一样的。在均布荷载下两端简支桁架中，类似于简支梁，弯矩中部最大，两端最小，剪力两端最大，中部最小。在截面上(桁架高度)上，上弦杆一般受压，下弦杆受拉。斜腹杆的布置方向对腹杆受拉还是受压有直接关系，竖腹杆受力方向与斜腹杆相反，因此在桁架腹杆的布置上有一些讲究。

       

                    

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二.钢屋架的常用结构形式

①三角形：经济性不好，一般用于小跨度的屋盖，为了坡度和造型，坡度≥1/3，跨度≤21m。考虑到檩条排布，桁架节间一般为1.5m、3m。三角形的坡度较大，桁架相当于一个变截面梁，由于截面(桁架高度)变化太快，超过了弯矩的减小速度(弯矩中间大两端小)，对弦杆受力不利，反而使得中部弦杆受力小，端部弦杆受力大。

形式主要有豪威式和芬克式，这是用外国人名字命名的，这两种形式的差异是腹杆的排布。芬克式的长腹杆受拉，短腹杆受压，受拉杆没有稳定问题，受压杆为稳定控制，从材料利用和强度发挥的角度来说，芬克式受力更加合理。当跨度大了也可以再分式腹杆。

②梯形：最常用，常用于工业厂房做屋盖结构，坡度在1/8~1/12，适用跨度≤36m。受力比三角形合理，截面变化相对平稳。

③人字形屋架：上下采用平行弦，在中部连接，中部的截面要小于梯形钢屋架，节省材料，一侧屋面坡度≤1/10，适用跨度＞30m，当跨度＞42m，可以做三段，中间加一段平行段。折点处在平面外要设置相应的支撑。

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三.钢结构连廊、通廊等

(a)人字形腹杆桁架

(b)上升式腹杆桁架，这是在人字形的改进版，采用上升式的腹杆，可以通过截面法知道斜腹杆都是受拉，竖腹杆都是受压，受力比人字形合理且经济。

(c)变截面桁架，端部有高度限制时采用

(d)混合式腹杆桁架，这是在上升式腹杆的基础上改进，端部的上升式斜腹杆改成直接与支座相连，虽然在受力上变成了受压杆，减低了经济性，但减短了传力路径，直接将力传给支座，减小了支座竖杆的受力。如果采用上升式腹杆，还要传力给支座竖杆，再传给支座，支座竖杆受力较大。一般来说走廊端部会设置一个框架，连接四周的桁架，采用上升式腹杆会增加框架竖向构件的受力。

(e)折线形桁架，在折点处在平面外要设置相应的支撑。

(f)奇数节间桁架，节间数刚好为奇数跨，中间应设置交互支撑，对称。尽量还是设置成偶数。

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四.桁架设计的布置方法
①桁架的形式应根据建筑的要求，综合考虑屋面材料、天窗、檩条、支撑布置、屋架与柱是铰接或刚接等因素最终确定外形尺寸和腹杆体系。

②桁架的腹杆体系。应使结构受力合理、节点构造简单统一。腹杆数量少而总长度短，宜使长腹杆受拉，短腹杆受压，弦杆不产生局部弯矩。斜腹杆与弦杆的夹角宜在35~55度。

③常见腹杆体系有人字式、上升式以及减小上弦的节间长度而增加的再分式腹杆体系。人字式在屋架中应用最广泛，再分式桁架体系较加密主腹杆的结构方案更省钢材。

④桁架节间的设置应结合建筑或工艺需求，设备吊挂等设置，使荷载尽量作用在节点上。

⑤对于跨度较大的桁架，当变形挠度超限时可以采用起拱解决。起拱值可取1/500，或者将恒载作用下挠度起拱。

⑥跨度太大时要分段才能运输。跨度小于或等于12 m的桁架，可以不分段；跨度大于12 m但小于20 m 时，可以分成两段；大于等于20 m时，可以分成多段，但每段长度均不宜超过 12m；拼接接头宜位于廊身跨度的1/3处；

⑦当桁架节间数为奇数时，中央节间宜布置交叉腹杆。

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五.桁架计算的基本假定【钢标5.1.5】

1.规范

①桁架节点采用节点板时可认为是铰接。

②H形或箱形截面桁架节点采用刚性连接，即翼缘也是焊接上去的(焊接等级要达到二级)，故应按刚接桁架计算次弯矩，根据杆件线刚度比分配弯矩，这些杆件则属于压弯、拉弯构件，宽厚比等级应大于S2。并且在建模时也不能点铰。一般来说铰接与刚接取包络，按铰接来说相当于极限状态，会使得桁架整体变形很大。

2.桁架所有杆件的轴线都在一个平面内且相交于一点，杆件轴线按照下列规定确定，此时可不考虑偏心的影响。单线图顾名思义就是每个杆件只有一条轴线，而轴线是杆件的那个部位，对其节点连接方式不同而不一样。螺栓连接一般出现在腹杆，弦杆一般都是拉通的。

当为焊接节点桁架，单线图的线表示桁架杆件的形心线/重心线，也就是重心距，对角钢可取角钢背外边缘至截面形心轴的距离，一般取为5mm的整数倍(即5mm的模数)。

当用螺栓连接时，单线图的线表示为螺栓的规线，将此作为轴线。规线指的是图集规定下，定位螺栓的打孔位置的线，这是图集规定好的，模数也是5mm。这主要也是因为螺栓处是主要的受力点，故以此作为轴线。如图“a”就是规线。

当弦杆截面在节点处有改变时，以受力较大的杆件重心线为轴线，不同截面的轴心线偏移距离在不超过较大弦杆截面高度的5%时，可不考虑此偏心的影响。

六.屋架常用的截面形式

1.一般采用单腹壁屋架，双腹壁用的少。受力较小时采用双角钢截面，构件采用双角钢截面且较大时(≥160mm时难采购)，宜采用轧制 T 型钢代替双角钢作为桁架的上下弦杆，荷载比较大时宜采用H型钢。T形和双角钢一般用于工业建筑，民用的一般是H型钢，因为做了桁架屋架后会有相应的楼板，特别是两个塔楼之间的连廊，肯定会有屋盖，H型钢与次梁等连接比较方便，并且民用的一般都是混凝土板，荷载一般比工业的大。

2.屋架杆件在平面内、外的长细比宜接近，一些常见截面的回转半径应熟记，如双角钢组合截面的回转半径如下：

长细比为计算长度与回转半径的比值，故选择不同的平面内外回转半径，要结合平面内外的计算长度，例如，以上图组合T形为例，当平面内外计算长度差不多，可以选择等边角钢或长肢相并；当平面外支撑较少，计算长度较大时，宜选择短肢相并，一般来说不等边角钢用的不多。

3.同一桁架所采用型钢的种类不宜过多，相同规格的厚度差不得小于2mm，例如选了角钢90*6，就不要再选90*8，厚度差的小防止工人拿错。

4.桁架受压杆件一般来讲，宜采用宽而薄的截面以增大回转半径，厚度一般不宜小于4mm，大跨度或者腐蚀环境中的结构宜适当增大(可取6mm)。对于桁架屋架杆件的最小肢宽，查相应结构体系的规程：

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