什么叫桁架結構設計

黑河鋼結構設計13秒前1閱讀0評論

桁架結構設計是**一種在建筑和工程領域中廣泛應用的結構形式，旨在通過桿件的合理布置和連接，實現結構的強度、穩定性和美觀性**。桁架結構以其獨特的受力特性和施工便利性，在各種大跨度建筑中發揮著重要作用。桁架結構設計的核心在于確保結構的安全性、滿足規范要求、考慮美學因素以及進行有效的施工監督。，，桁架結構設計的基本要素包括結構安全性、建筑規范遵守、美學要求、施工監督和合格驗收。這些要素共同構成了桁架結構設計的全面框架，確保了設計的合理性和可行性。，，桁架結構的設計和分析需要考慮其高度、厚度和失高等參數，以確保結構的穩定性和強度。立體桁架的高度通常取跨度的1/12至1/16之間，而拱架的厚度和失高則根據跨度的不同進行調整。這種細致的設計考慮不僅保證了結構的安全，還提高了材料利用效率，降低了成本。，，桁架結構的設計還需要考慮其可焊接性，以便在實際施工中進行快速、準確的連接。選擇材料時需考慮成本效益，力求在保證結構性能的同時，控制項目的經濟預算。，，桁架結構因其獨特的受力特性，在各種大跨度建筑中得到廣泛應用。無論是工業廠房、展覽館、體育館還是橋梁，桁架結構都以其卓越的性能滿足了這些建筑的功能需求。特別是在公共建筑領域，如屋蓋結構，桁架結構由于其良好的抗彎性能和抗剪能力，能夠有效地抵抗內力分布，實現結構的整體性和經濟性。，，桁架結構的設計和應用案例豐富多樣，從經典的三角桁架到現代的空間桁架，每一種形式都有其獨特的設計理念和應用場景。這些案例不僅展示了桁架結構的多樣性和靈活性，也反映了其在現代建筑技術中的創新和發展。，，桁架結構設計是一項復雜而精細的工作，涉及到結構安全性、規范遵循、美學考量、施工監督和成本效益等多個方面。通過對這些要素的綜合考慮和精心設計，桁架結構能夠在滿足功能需求的同時，展現出其獨特的美學價值和經濟優勢。

一、桁架結構的基本概念

桁架結構是由若干桿件在每桿兩端用鉸聯結而成的結構。當各桿的軸線都在同一平面內，且外力也在這個平面內時，稱為平面桁架。

二、桁架結構設計的假定條件

在平面桁架的計算簡圖中，通常有以下假定：
- 各結點都是無摩擦的理想鉸。
- 各桿軸線絕對平直，并通過鉸的中心。
- 荷載和支座反力作用在結點上。

三、桁架結構的內力計算

計算方法
- 結點法：這是計算桁架內力的基本方法之一。在用結點法進行計算時，注意一些技巧可使計算過程得到簡化，例如相似三角形的應用。在計算中，經常需要把斜桿的內力S分解為水平分力X和豎向分力Y。設斜桿的長度為L，其水平和豎向投影的長度分別為Lx和Ly，則由比例關系可知相關計算關系。
- 截面法：也是計算桁架內力的基本方法。截面法取出的隔離體，不管其上有幾個軸力，如果某桿的軸力可以通過列一個平衡方程求得，則此桿稱為截面單桿，可能的截面單桿通常有相交型和平行型兩種形式。
- 聯合法：可結合結點法和截面法來計算桁架內力。
內力計算要點
- 對于桁架內力計算，可假定節點為鉸接，將荷載集中于各個節點上，按節點荷載求得各桿件的軸向力。節間荷載對上弦桿所引起的彎矩，在選擇桿件截面時再行考慮。
- 對于不同類型的桁架在特殊荷載作用下，內力情況有所不同。例如三角形桁架在半跨活荷載（包括懸掛吊車）作用下，中間一對斜腹桿的內力不同；梯形桁架在半跨活荷載作用下，中間腹桿內力可能變號；多邊形桁架或弧形桁架可能在3/4跨及1/4跨（或2/3跨及1/3跨）活荷載的組合下，某些腹桿的內力達到其最大值。

四、桁架結構設計中的其他考慮因素

結構類型相關
- 根據組成桁架桿件的軸線和所受外力的分布情況，桁架可分為平面桁架和空間桁架。平面桁架可視為在一個基本的三角形框上添加桿件構成的。屋架或橋梁等空間結構是由一系列互相平行的平面桁架所組成。空間桁架的節點為光滑球鉸結點，桿件軸線都通過聯結點的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉動，空間桁架和平面桁架一樣，可用部分截割法和節點法求出桁架內所有桿件所受的內力。
桁架自重
- 桁架自重一般可按經驗公式估算（式中gz一一桁架自重的標準值，按屋面水平投影面積計算(kN/m2)；l一一桁架跨度(m)）。由于桁架自重在全部荷載中所占的比率很小，故當設計完畢后桁架的實際自重與按上式所估算的自重略有出入時，一般不必進行重算。為了簡化計算，當僅有上弦荷載時，可認為桁架的自重完全作用在上弦節點處；當上、下弦均有荷載時，則認為自重按上、下弦各半分配。
荷載組合
- 荷載組合應遵照現行《結構荷載規范》相關規定。當僅有恒荷載或恒荷載產生的內力超過全部荷載所產生的內力的80%時，應遵照表3.4.4注1規定。求桁架桿件內力時，恒荷載（包括自重）按全跨分布。活荷載除按全跨分布外，尚應根據各種桁架的受力特點，分別按可能出現的不利分布情況進行組合。屋面活荷載與雪荷載一般不會同時出現，故取二者之較大者與恒荷載進行組合。小于30的桁架設計中，對封閉房屋只有當設有天窗時，才需考慮風荷載的不利組合。
預起拱度
- 在木結構桁架設計中，為了消除桁架可見的撓度，不論木桁架或鋼木桁架，皆應在制造時預先向上起拱。起拱度通常取為桁架跨度的1/200。起拱時應保持桁架的高跨比不變，木桁架常在下弦接頭處提高，而鋼木桁架則常在下弦節點處提高。
節間劃分
- 在木結構桁架設計中，桁架節間的劃分原則是：根據荷載、跨度及所用木材強度設計值的大小進行節間劃分，在常用木材規格范圍內，充分利用上弦的承載能力。因為在木桁架的總撓度中，大部分是由節點及接頭處非彈性變形（制造不緊密、干縮變形及橫紋承壓變形等）的累積造成的，若將節間劃分過小，勢必因節點增多而加大桁架的撓度，并使桁架的制造工作量加重。對于無下弦荷載的鋼木桁架，應盡量擴大下弦的節間長度，減少下弦節點數，這樣，不但可以減小撓度，而且方便施工，節約鋼材。劃分節間時，還應注意不使斜桿與弦桿的夾角過小，以利構件的工作和制造。
壓桿計算長度
- 在結構平面內，弦桿及腹桿取節點中心間的距離。在結構平面外，上弦取錨固檁條間的距離；腹桿取節點中心間的距離。
上弦計算原則
- 當檁條布置在節點處時，除按軸心受壓桿件計算外，尚應驗算在桁架支座偏心達到施工偏差限值時，此種偏心對上弦的不利影響。當節點之間布置有檁條時，上弦因節間荷載而承受彎矩，應按壓彎構件計算。根據木桁架和鋼木桁架的破壞試驗測定，連續上弦的跨間彎矩值接近于按簡支計算的彎矩，而在節點處存在較小的負彎矩，這是由于在桁架承受荷載后，作為連續上弦中間支座的節點隨桁架的變形而產生相應的豎向位移，使其按連續梁作用產生的正彎矩和由于支座位移產生的負彎矩互相抵消之故。