桁架混凝土结构（桁架混凝土结构的成本分析）

桁架混凝土结构，作为一种高效的建筑结构形式，因其独特的受力特性和良好的抗震性能而广泛应用于现代建筑工程中。本文旨在深入分析桁架混凝土结构的成本构成，并探讨其在不同工程应用中的经济性。通过对桁架材料、施工工艺及维护成本的详细研究，结合国内外案例对比，本报告揭示了桁架混凝土结构在建设过程中的经济优势。还提出了优化设计方案以降低长期运营成本的建议，为工程设计和施工提供了重要的参考依据。

一、桁架混凝土结构的概念

桁架混凝土结构是一种将桁架与混凝土相结合的结构形式。其中，钢筋混凝土桁架是用钢筋混凝土或预应力混凝土材料制成的桁架，多用于屋架、塔架，有时也用于栈桥和吊车梁等建筑结构部件中。

二、桁架混凝土结构的形式

常见形状形式
- 三角形：在一些小型建筑或者对空间有特殊要求的建筑中适用，例如小型仓库等，这种形式的桁架混凝土结构坡度较大，适用于屋面材料为粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况，且适用跨度在18m以内（常取12m）的建筑。
- 梯形：梯形的桁架混凝土结构受力性能比三角形合理，可用于跨度较大房屋，适用跨度为12 - 18m。常见于工业厂房等建筑中。根据是否对屋架下弦施加预应力，分为钢筋混凝土屋架（适用跨度为15 - 24m）和预应力混凝土屋架（适用跨度为18 - 36m或更大）。上弦为直线，屋面坡度为1/10 - 1/12，适用于卷材防水屋面，上弦节间为3m，下弦节间为6m，矢高与跨度之比为1/6 - 1/8，屋架端部高度为1.8 - 2.2m，自重较大，刚度好。
- 多边形或折线形：折线形桁架高度呈抛物线型的桁架是较为理想的桁架形式。上弦曲线做成圆形使屋架外形与抛物线弯矩图接近，为便于制作，常将桁架上弦各节点与弯矩图重合，而在各节点之间取直线，成为折线形桁架。在一些大跨度建筑中可以采用这种形式来优化结构受力性能。
- 平行弦：平行弦桁架在一些对结构空间布局有特殊要求的建筑中可能会被采用，例如在一些多层厂房或者特殊造型的建筑中，其各弦杆相互平行，结构受力特点和空间布局有独特之处。
有无斜腹杆形式
- 有斜腹杆桁架混凝土结构：斜腹杆在结构中起到传递内力、增加结构稳定性的作用，使得桁架能够承受不同方向的荷载。
- 无斜腹杆（空腹桁架）：这种形式的桁架混凝土结构可满足建筑对内部空间交通或其他特殊要求，并且能使杆件总数减少，节点构造简便。例如上海大剧院的月牙形屋架采用无斜腹杆屋架，既可满足建筑对钢屋盖内部纵向交通的要求，又使杆件总数减少，节点构造简便，受力性能好，具有很大的抗扭刚度和双向抗弯刚度，整体稳定性强，可省去大量支撑。

三、桁架混凝土结构的应用范围

工业建筑方面
- 在工业厂房中，桁架混凝土结构可用于屋架部分，承担屋面荷载并将其传递到柱子等下部结构上。对于大跨度的工业厂房，预应力混凝土桁架由于其较好的受力性能和较大的适用跨度（如18 - 36m或更大），能够满足厂房内部较大空间的需求，同时保证结构的安全性和稳定性。
民用建筑方面
- 在一些公共建筑如体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等，桁架混凝土结构也有应用。大跨度的桁架混凝土结构可以创造出开阔的室内空间，满足这些建筑功能上的需求。当建筑跨度在36m以下时，一般可选用钢筋混凝土桁架；有条件时最好选用预应力混凝土桁架；当所处环境相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时，不宜选用木桁架，此时桁架混凝土结构可能成为较好的选择。
其他建筑结构方面
- 可用于塔架结构，例如一些通信塔、输电塔等，桁架混凝土结构能够利用其结构特点有效地承受竖向荷载和水平荷载（如风荷载等）。
- 在栈桥结构中，桁架混凝土结构可以作为栈桥的主要承重结构，承担物料运输等荷载。

四、桁架混凝土结构的特点

受力性能方面
- 桁架混凝土结构中的杆件主要承受拉力或压力，内力分布较为均匀，可以充分发挥材料的作用。相比于梁结构，桁架结构受力更合理，能够减少材料耗量和结构自重，从而使结构跨度增大，这对于大跨度建筑结构尤为重要。
材料利用方面
- 在钢筋混凝土桁架中，由于混凝土抗压性能好，钢筋抗拉性能好，二者结合形成的桁架混凝土结构能够有效地利用两种材料的力学性能。不过，钢筋混凝土桁架的拉杆在使用荷载下常出现裂缝，因而仅用于荷载较轻和跨度不大的桁架；而预应力混凝土技术的发展，解决了这一问题，使得跨度较大和荷载较重的桁架能够采用预应力混凝土桁架，常用的跨度为18、24、30米，个别为60米。
结构形式灵活性方面
- 桁架混凝土结构便于按照不同的使用要求制成各种需要的外形，如上述提到的三角形、梯形、折线形等不同形状的桁架形式，可以满足不同建筑造型和功能需求。同时，在结构内部，通过调整腹杆和弦杆的布置方式，也能够适应不同的空间和受力要求。