什么叫桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黑河鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13秒前1閱讀0評(píng)論

桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是**一種在建筑和工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，旨在通過桿件的合理布置和連接，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和美觀性**。桁架結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的受力特性和施工便利性，在各種大跨度建筑中發(fā)揮著重要作用。桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心在于確保結(jié)構(gòu)的安全性、滿足規(guī)范要求、考慮美學(xué)因素以及進(jìn)行有效的施工監(jiān)督。，，桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要素包括結(jié)構(gòu)安全性、建筑規(guī)范遵守、美學(xué)要求、施工監(jiān)督和合格驗(yàn)收。這些要素共同構(gòu)成了桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全面框架，確保了設(shè)計(jì)的合理性和可行性。，，桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析需要考慮其高度、厚度和失高等參數(shù)，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)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(jù)跨度的不同進(jìn)行調(diào)整。這種細(xì)致的設(shè)計(jì)考慮不僅保證了結(jié)構(gòu)的安全，還提高了材料利用效率，降低了成本。，，桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要考慮其可焊接性，以便在實(shí)際施工中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的連接。選擇材料時(shí)需考慮成本效益，力求在保證結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，控制項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)預(yù)算。，，桁架結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的受力特性，在各種大跨度建筑中得到廣泛應(yīng)用。無論是工業(yè)廠房、展覽館、體育館還是橋梁，桁架結(jié)構(gòu)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(lǐng)域，如屋蓋結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)由于其良好的抗彎性能和抗剪能力，能夠有效地抵抗內(nèi)力分布，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性和經(jīng)濟(jì)性。，，桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用案例豐富多樣，從經(jīng)典的三角桁架到現(xiàn)代的空間桁架，每一種形式都有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和應(yīng)用場(chǎng)景。這些案例不僅展示了桁架結(jié)構(gòu)的多樣性和靈活性，也反映了其在現(xiàn)代建筑技術(shù)中的創(chuàng)新和發(fā)展。，，桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而精細(xì)的工作，涉及到結(jié)構(gòu)安全性、規(guī)范遵循、美學(xué)考量、施工監(jiān)督和成本效益等多個(gè)方面。通過對(duì)這些要素的綜合考慮和精心設(shè)計(jì)，桁架結(jié)構(gòu)能夠在滿足功能需求的同時(shí)，展現(xiàn)出其獨(dú)特的美學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

一、桁架結(jié)構(gòu)的基本概念

桁架結(jié)構(gòu)是由若干桿件在每桿兩端用鉸聯(lián)結(jié)而成的結(jié)構(gòu)。當(dāng)各桿的軸線都在同一平面內(nèi)，且外力也在這個(gè)平面內(nèi)時(shí)，稱為平面桁架。

二、桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的假定條件

在平面桁架的計(jì)算簡圖中，通常有以下假定：
- 各結(jié)點(diǎn)都是無摩擦的理想鉸。
- 各桿軸線絕對(duì)平直，并通過鉸的中心。
- 荷載和支座反力作用在結(jié)點(diǎn)上。

三、桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算

計(jì)算方法
- 結(jié)點(diǎn)法：這是計(jì)算桁架內(nèi)力的基本方法之一。在用結(jié)點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，注意一些技巧可使計(jì)算過程得到簡化，例如相似三角形的應(yīng)用。在計(jì)算中，經(jīng)常需要把斜桿的內(nèi)力S分解為水平分力X和豎向分力Y。設(shè)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(guān)系可知相關(guān)計(jì)算關(guān)系。
- 截面法：也是計(jì)算桁架內(nèi)力的基本方法。截面法取出的隔離體，不管其上有幾個(gè)軸力，如果某桿的軸力可以通過列一個(gè)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(lián)合法：可結(jié)合結(jié)點(diǎn)法和截面法來計(jì)算桁架內(nèi)力。
內(nèi)力計(jì)算要點(diǎn)
- 對(duì)于桁架內(nèi)力計(jì)算，可假定節(jié)點(diǎn)為鉸接，將荷載集中于各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，按節(jié)點(diǎn)荷載求得各桿件的軸向力。節(jié)間荷載對(duì)上弦桿所引起的彎矩，在選擇桿件截面時(shí)再行考慮。
- 對(duì)于不同類型的桁架在特殊荷載作用下，內(nèi)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(duì)斜腹桿的內(nèi)力不同；梯形桁架在半跨活荷載作用下，中間腹桿內(nèi)力可能變號(hào)；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(nèi)力達(dá)到其最大值。

四、桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的其他考慮因素

結(jié)構(gòu)類型相關(guān)
- 根據(jù)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(gè)基本的三角形框上添加桿件構(gòu)成的。屋架或橋梁等空間結(jié)構(gòu)是由一系列互相平行的平面桁架所組成。空間桁架的節(jié)點(diǎn)為光滑球鉸結(jié)點(diǎn)，桿件軸線都通過聯(lián)結(jié)點(diǎn)的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，空間桁架和平面桁架一樣，可用部分截割法和節(jié)點(diǎn)法求出桁架內(nèi)所有桿件所受的內(nèi)力。
桁架自重
- 桁架自重一般可按經(jīng)驗(yàn)公式估算（式中g(shù)z一一桁架自重的標(biāo)準(zhǔn)值，按屋面水平投影面積計(jì)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(dāng)設(shè)計(jì)完畢后桁架的實(shí)際自重與按上式所估算的自重略有出入時(shí)，一般不必進(jìn)行重算。為了簡化計(jì)算，當(dāng)僅有上弦荷載時(shí)，可認(rèn)為桁架的自重完全作用在上弦節(jié)點(diǎn)處；當(dāng)上、下弦均有荷載時(shí)，則認(rèn)為自重按上、下弦各半分配。
荷載組合
- 荷載組合應(yīng)遵照現(xiàn)行《結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)規(guī)定。當(dāng)僅有恒荷載或恒荷載產(chǎn)生的內(nèi)力超過全部荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力的80%時(shí)，應(yīng)遵照表3.4.4注1規(guī)定。求桁架桿件內(nèi)力時(shí)，恒荷載（包括自重）按全跨分布?；詈奢d除按全跨分布外，尚應(yīng)根據(jù)各種桁架的受力特點(diǎn)，分別按可能出現(xiàn)的不利分布情況進(jìn)行組合。屋面活荷載與雪荷載一般不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，故取二者之較大者與恒荷載進(jìn)行組合。小于30的桁架設(shè)計(jì)中，對(duì)封閉房屋只有當(dāng)設(shè)有天窗時(shí)，才需考慮風(fēng)荷載的不利組合。
預(yù)起拱度
- 在木結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)中，為了消除桁架可見的撓度，不論木桁架或鋼木桁架，皆應(yīng)在制造時(shí)預(yù)先向上起拱。起拱度通常取為桁架跨度的1/200。起拱時(shí)應(yīng)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(jié)點(diǎn)處提高。
節(jié)間劃分
- 在木結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)中，桁架節(jié)間的劃分原則是：根據(jù)荷載、跨度及所用木材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的大小進(jìn)行節(jié)間劃分，在常用木材規(guī)格范圍內(nèi)，充分利用上弦的承載能力。因?yàn)樵谀捐旒艿目倱隙戎?，大部分是由?jié)點(diǎn)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(jié)間劃分過小，勢(shì)必因節(jié)點(diǎn)增多而加大桁架的撓度，并使桁架的制造工作量加重。對(duì)于無下弦荷載的鋼木桁架，應(yīng)盡量擴(kuò)大下弦的節(jié)間長度，減少下弦節(jié)點(diǎn)數(shù)，這樣，不但可以減小撓度，而且方便施工，節(jié)約鋼材。劃分節(jié)間時(shí)，還應(yīng)注意不使斜桿與弦桿的夾角過小，以利構(gòu)件的工作和制造。
壓桿計(jì)算長度
- 在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，弦桿及腹桿取節(jié)點(diǎn)中心間的距離。在結(jié)構(gòu)平面外，上弦取錨固檁條間的距離；腹桿取節(jié)點(diǎn)中心間的距離。
上弦計(jì)算原則
- 當(dāng)檁條布置在節(jié)點(diǎn)處時(shí)，除按軸心受壓桿件計(jì)算外，尚應(yīng)驗(yàn)算在桁架支座偏心達(dá)到施工偏差限值時(shí)，此種偏心對(duì)上弦的不利影響。當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間布置有檁條時(shí)，上弦因節(jié)間荷載而承受彎矩，應(yīng)按壓彎構(gòu)件計(jì)算。根據(jù)木桁架和鋼木桁架的破壞試驗(yàn)測(cè)定，連續(xù)上弦的跨間彎矩值接近于按簡支計(jì)算的彎矩，而在節(jié)點(diǎn)處存在較小的負(fù)彎矩，這是由于在桁架承受荷載后，作為連續(xù)上弦中間支座的節(jié)點(diǎn)隨桁架的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的豎向位移，使其按連續(xù)梁作用產(chǎn)生的正彎矩和由于支座位移產(chǎn)生的負(fù)彎矩互相抵消之故。