桁架结构的功能与形式关系分析 建09A-2班 艾力?阿帕尔 09103010224

摘要 本文结合本学期学的《建筑结构选型》课中出现的各种建筑结构类型问题，对其中的桁架结构的组成合，结构形式和功能作进一步针对性的探讨和介绍并提我们出在以后的建筑设计实践中怎么样才能更好更合理更有效并有创意的利用好桁架结构是我们的设计更加精彩。

关键词 桁架，功能，形式，梁，杆件。

序言 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。

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）。

按所受水平推力分：无推力的梁式桁架（与相应的实梁结构比较，掏空率大，上下弦杆抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济）、有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）。

桁架内力特征

受力特点是结构内力只有轴力，而没有弯矩和剪力。这一受力特性反映了实）际结构的主要因素，轴力称桁架的主内力。实际结构（如钢筋混凝土屋架，铆（栓）接或焊接的钢桁架桥）中由于结点的非理想铰结等原因，还同时存在微小的弯矩和剪力，对轴力也有很小的影响（因结点刚性和桁架杆横截面积与惯性矩比值的大小而异，一般减小5%～0.1%），称为次内力。

考虑桁架各结点的平衡，结点承受汇交力系作用，逐次建立各结点的投影平衡方程，可求出所有的未知杆力，这种方法称结点法，最适用于简单桁架。求解时宜根据组成特点先判定零杆，并尽可能避免解联立方程。有时只需求少数杆件内力或者对于联合桁架和复杂桁架，结点法无法奏效时，需用截面法。有选择地截断杆件（一般不超过三杆）以桁架的局部为平衡对象，由平衡方程即可求得所需杆件轴力。对于某些桁架（如K式桁架），联合应用结点法和截面法更有效。对于杆件很多的复杂桁架或空间桁架，最好的选择应是计算机方法。

第二篇：建筑结构选型论文

结构选型

在建筑工程建设中，建筑的安全性和耐久性主要取决于建筑物的结构能否满足要求。此外，对于大多数建筑物，工程造价中约有30%-40%应用于结构工程。而结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的40%-50%。因此，搞好结构工程对于建筑建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用。

搞好结构工程的关键在于建筑结构方案设计，如果选型不当，即使结构计算很精确，也有可能给结构的安全和耐久性带来无法弥补的缺陷，或者延误工期，提高工程造价。因此，在建筑物的方案设计中，必须将结构造型放在重要地位，通过技术经济分析，来进行选型决策。

1、建筑物的功能要求及现场自然条件对结构选型的综合影响

1.1 对基础选型的影响

基础是建筑物中重要的结构部件，它对于整个建筑物的建筑质量起重要作用。相对于同种类型的地质情况有着不同的结构选型范围，譬如南京中山门的标志性建筑-----“辟邪”当初在设计时，设计人员到现场查看过土质情况。发现其所处的土层情况较复杂（以前为池塘），地基承载力非常低，考虑到“辟邪”的上部雕塑为玻璃钢制作，下部基台选用为砖砌，对于基础来说，总体重量并不太重，因受当时周边环境和场地的制约，不可能采用桩基础，如果草率地在软弱下卧层上设置基础，必然会引起不均匀沉降。如采用换土处理，压实密度不够时，会使承载力不足，不能满足设计要求，导致沉降过大，甚至会引起“辟邪”基座底部砖砌体的开裂，影响整个建筑物的建筑质量。在这种情况下，设计人员考虑采用了先挖去上层淤泥质土，不去扰动下层土质，然后再大面积抛一层块石，隔一段时间以后，再抛一层块石。在每层块石之间填铺较大粒径碎石。这部分工序完成之后，再要求施工人员定期进行仔细检查，有无明显沉降，在无明显沉降后，再在上部铺设200cm厚的最大粒径不超过20mm的碎石垫层。在基本夯实后，根据荷载受力情况，分别在基础范围-0.60处，设置地圈梁，其钢度和强度也适当加强，在台基砖砌墙下采用受力筋，直径为￠8@200的钢筋混凝土条基，并设置地肋粱，地圈梁和地肋梁之间设置短构造柱，以加强整体性，形成组合梁，预防和减少裂缝的产生。几年下来，从实际效果看，基础的处理是不错的。同样对于软弱地基，某处纪念阁工程，采用的就是人工挖孔灌注桩。此建筑的勘察资料表明纪念阁所处的土层只有在室外地坪-10.250m处才存在中等风化岩面层，而纪念阁是一个三层框架体系（单层层高>4.5m），采用浅基础是不可能的。而且当时这一工程是座落在古河道上，整个建筑有一半以上是跨在古河道上，只有一小部分处于较好的基层上。在考虑到复杂的土层结构和场地局限情况下，经过反复的结构选型方案分析和计算并考虑造价等方面的因素，最后决定采用人工挖土灌注桩，直至-10.25处桩端直达中等风化岩层。在计算机桩垂直承载力时，考虑到冻胀、膨胀对垂直承载力的影响，在计算中按规范要求没有计入冻胀、膨胀深度范围的桩侧摩阻力。桩端进入持力层后的进入深度，也按规范要求计算。抗压钢筋因为是端承桩，所以沿桩身通长配置，基桩钢筋直接伸入桩帽，上部结构桩筋也锚入桩帽，形成固接。与上部的框架体系形成呼应，从而形成稳固的建筑结构体系。（图纸照片）

对主体结构选型的影响

主体结构选型一般是由建筑物的功能要求，包括使用空间要求、使用要求以及美观要求所决定的，不同的功能要求相对于不同的结构选型。如南京某敬老院工程在设计主体结构时，采用了砖混结构。因为此建筑物是一栋二层局部仿古建筑，在使用功能上有较高的层高，以及布局合理归整。在考虑稳定性的同时要控制造价，在了解了建筑物的周边环境以及建筑图纸以后，在房屋静力计算方案的确定上采用了刚性方案。在横向荷载作用下，此建筑水平位移很少，可以忽略。墙柱内力可按不动铰支承的竖向构件计算。在竖向荷载作用下，墙柱在每层高度范围内，近视地似作两端铰支的竖向构件。在对本层的竖向荷载，考虑了对墙柱的实

际偏心影响，当梁端支承于墙上时，梁端支承压力到墙内边的距离，对屋盖梁取梁端有效支承长度的0.33倍，对楼盖梁取梁端有效支承长度的0.40倍。对于上面楼层传来的荷载可视作作用于上一楼层的墙柱的截面重心处。在与楼板梁系和墙体圈梁及楼梯梁（楼梯采用现浇钢筋混凝土梁式楼梯）联结在一起。连接采用抗震要求，檩条与墙设置可靠连接，檐口瓦与屋面构件锚固连接。使得房屋在整体上的耐久性得到提高。同样是对主体结构选型，上文提到的某纪念阁的主体结构就采用了框架体系。因为此纪念阁在功能上要求提供较大的建筑空间，建筑平面布置需比较灵活，再加上荷载受力主要为竖向荷载，但同时又承受水平荷载，整体要求性比较高，故而在考虑结构选型时，采用的是框架体系。由于框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，一般梁柱的截面惯性矩比较小，在水平荷载作用下的侧向刚度较大，抗侧能力较弱，因此在建筑高度上受限制，最后确定底层框架高为5.5m，二层、顶层框架高为4.5m，采用现浇混凝土框架。由于建筑造型要求二层以上柱体外包一定厚度的装饰材料，致使框架柱必须采用变截面形式。框架柱沿建筑全高根据结构计算改变柱截面尺寸（一层和两层以上的为两种截面）。当柱截面尺寸改变时，再上下柱对齐竖向轴线，均匀内收，避免上下偏心，否则在计算中应考虑偏心的附加作用。此框架结构中采用砖砌体填充墙，在框架柱与填充墙的交接处，连高度每隔500mm用两根￠6钢筋与柱拉结。按规范要求在砖砌体填充墙的长度大于5m时，墙顶部与框架柱采用拉接连接；墙高度大于4m时，在墙高中部设置与框架柱连接的通长钢筋混凝土水平墙梁从而达到整体性和稳定性的效果。 结构设计发展及计算手段的改进对于结构选型的影响

长时期以来，结构工程注重分析，而分析主要依靠力学。许多出色的成果常常集中于提高力学分析的精度。随着系统思想在现代科学尤其是工程科学领域的不断渗入，结构可靠性的研究由个别构件转向整体系统，建筑结构可靠性的应用由正常使用期的定量设计转向结构生命全过程的优化设计、监测及维修决策。近20年来，结构工程学科发展以从单纯依靠力学发展到依靠多学科的交叉。现代结构工程学科已经开始全面地突破传统的格式。在空间横向，由个别构件的分析扩展到到对整体结构及其耦连性系统的综合与控制；在时间纵向，由单纯考虑正常使用的设计延伸到考虑包括建造、使用和维修在内的全过程综合决策相应的使建筑结构形式也越来越复杂在结构选型上也渗透进节能工程、环保工程、风工程等方面的知识，使结构选型具有更深层次的要求。

在结构分析方面，随着计算机运算速度的加快和储存增大，使各种复杂的空间结构静力和动力计算问题迎刃而解，计算手段的改进，不仅可以使设计人员较方便的采用各种较复杂的结构形式，而且可以进一步对各种形式的结构进行比较取得优化。就拿专业结构计算软件PK-PM来讲，此软件是结构设计中应用最广泛的软件之一。它能有效地进行创新设计，模型比较等工作，极大地提高了结构设计的效率，并使较为复杂的工程结构在不同工况下的整体分析变成可能。

3、建筑材料的发展和环境因素对结构选型的影响

建筑材料的发展对结构选型产生了直接影响。如配筋材料作为混凝土结构的关键组成部分，除了传统钢筋材料本身的物理力学性能将不断改善外，新型配筋材料和配筋形式也将不断发展，从而形成许多新的混凝土结构形式，极大地拓宽了混凝土结构的应用范围，使结构选型更加灵活。如在混凝土中掺入钢纤维等短纤维，形成纤维混凝土结构，可以有效地提高混凝土的抗拉、抗减等强度，改善混凝土抗裂、抗疲劳、抗冲击等性能；以高强度的碳纤维筋（其强度是普通钢筋强度的10倍以上）等作为配筋，形成纤维筋混凝土结构，可提高结构的承载能力和耐久性；把型钢和混凝土结构组合，形成钢-混凝土组合结构、钢骨混凝土结构和钢管混凝土结构，可以减少混凝土结构的截面尺寸，提高结构的承载力，改善结构的延性；在已有混凝土结构加固时，采用外贴钢板可以提高结构的承载力和刚度，或采用外贴碳纤维或玻璃纤维等材料，可以提高结构的承载能力和刚度的同时，保护原有结构，提高耐久性。

砌体结构作为最传统的建筑材料之一，同样取得了较大的发展。如采用配筋砌体、组合砌体和预应力砌体等新的结构构造形式，可克服砌体材料性能的不足，改善砌体结构的受力性能；采用空心承重砌块，以降低结构自重；采用新材料新技术，使砌体材料轻质高强，轻型建筑材料的选用是现在比较提倡的一种用法，它的采用可以减轻建筑物自重，使结构设计产生相应改变，有利于减少结构截面有利于采用浅基础，减少结构投资；有利于改善抗震性能。 结束语

各种建筑的使用功能不同、各种人为因素对选型的影响，各种建筑结构对安全性、适用性、经济性和施工难以程度方面的侧重不同，会使得最终的选型结果不同；另一方面，有些影响结构选型因素又是模糊的，不可能用一个精确的量化指标来表达。因此结构选型必须不断发展与创新，以适应更多发展上的新变素。

现在社会，高层建筑越来越多，高层建筑采用什么样的结构形式更加完美，使得我们做出的结构既能满足建筑需要，也能满足高层建筑结构本身的需要，建筑结构的生命全过程可分为施工期、使用期、老化期三个阶段，我国现行规范主要针对正常使用阶段，对施工期的荷载统计及结构可靠性研究方面的规定还很少。近年来国内外调查分析表明，结构施工期的平均风险远高于使用期。由此可见，建筑施工期的研究工作需进一步加强、完善。

一、普通高层建筑一般采用剪力墙结构和框架剪力墙结构。

（1）传统剪力墙结构优点及缺点

剪力墙结构是全部由剪力墙组成的结构体系。墙根据受力特点可以分为承重墙和剪力墙，前者以承受竖向荷载为主，如砌体墙；后者以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。剪力墙按结构材料可以分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、型钢混凝土剪力墙和配筋砌块剪力墙。其中以钢筋混凝土剪力墙最为常用，剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省，在高层住宅、旅馆等居住性建筑中,居室和客房均为小间,分隔墙较多,采用现浇剪力墙结构,可以将承重墙与隔墙合二为一,相对来说比较经济.另外,采用现浇剪力墙结构,室内较框架结构简洁,没有露梁及露柱现象,外形美观,便于室内布置.但是,也有一些缺点.

a.剪力墙结构抗侧刚度大,引起较大地震反应,使得上部结构和基础费用增加.

b.由于砼墙体较多,使得建筑物重量增加,这也同样引起较大地震反应,造成浪费. c.剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低,使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥. d.剪力墙结构中墙体多为构造配筋,配筋率较低,使得结构延性较差.

（2）框架-剪力墙结构，简称为框剪结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。框剪结构的变形是剪弯型。众所周知，框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。水平荷载主要由剪力墙来承受。从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力，沿高度分布比样均匀，各层梁柱的弯矩比较接近，有利于减小梁柱规格，便于施工，是现在小高层住宅采用较多的结构。缺点是混凝土用量多，自重大，框架柱尺寸过大，空间布置上有些缺点。

二、施工过程控制成为重点，现在高层建筑施工大多是将施工过程划分为四个施工阶段：模板支撑阶段、钢筋绑扎阶段、混凝土浇筑阶段和模板拆除阶段。根据各施工阶段活荷载的特点，开展了施工现场实测调查，结合参数估计和假设检验，对现场实测施工期活荷载

进行了统计分析，提出了各施工阶段活荷载的概率模型，给出了钢筋混凝土结构施工期活荷载标准值的建议值。

1、支撑阶段：安装前检查→调整主龙脊到合适规格→在主龙脊的两边分别插入顶杆并旋转锁紧挑起第一根主龙脊→安装副龙脊（将副龙脊搭接在主龙脊上）→依次安装完成整个房间→调整顶杆下面丝杠以调平→全面质量检查→完成模板支撑。

2、钢筋绑扎阶段，1)钢筋调直理顺，并将表面的砂浆等杂物清理干净。先立2~４根纵向筋，并划好横筋分档标志，然后于下部及齐胸处绑两根定位水平筋，并在横筋上划好分格标志，然后绑其余纵向筋，最后绑其余横筋。如剪力墙中有暗梁、暗柱时，应先绑暗梁、暗柱再绑周围横筋。2）剪力墙钢筋绑扎完后，把垫块固定好确保钢筋保护层厚度。3)剪力墙的纵向钢筋每段钢筋长度宜根据层高一次下料，但不宜超过6m，水平段长度不宜超过8m，以利绑扎4)剪力墙的钢筋网绑扎，全部钢筋的相交点都要扎牢，绑扎时相邻绑扎点的铁丝扣成八字形，以免网片歪斜变形。

3、混凝土浇筑阶段：修建混凝土工程时，将混凝土拌和物运到浇筑地点，浇入指定部位，经平仓、振捣和养护等的施工全过程。混凝土浇筑应注意：1)混凝土浇筑前，钢筋、模板应经验收合格。模板内污、杂物已清理干净，积水排干，缝隙堵严；2)浇筑混凝土自由落差不得大于2M。当落差超过2M时，应用导管或溜槽输运；落差在8M以内可使用多节导管；3)应分层浇筑混凝土，浇筑厚度应符合规定。