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建筑理论 | 木结构桁架设计的基本原则

时间 : 07-19 投稿人 : 丫丫 点击 :

1. 桁架的高跨比

建筑理论 | 木结构桁架设计的基本原则 | 建筑理论

桁架跨度中央的高度h与跨度l的比值称为高跨比。为保证桁架具有足够的刚度,按桁架的外形,分别规定木桁架、钢木桁架高跨比的最小限值如表6.3.1所示。

高跨比值已符合表6.3.1规定的桁架,不必再核算其挠度。

2. 桁架的预起拱度

为了消除桁架可见的挠度,不论木桁架或钢木桁架,皆应在制造时预先向上起拱。起拱度通常取为桁架跨度的1/200。起拱时应保持桁架的高跨比不变,木桁架常在下弦接头处提高(图6.3.9),而钢木桁架则常在下弦节点处提高。

3. 桁架节间的划分

桁架节间的划分原则是:根据荷载、跨度及所用木材强度设计值的大小进行节间划分,在常用木材规格范围内,充分利用上弦的承载能力。因为在木桁架的总挠度中,大部分是由节点及接头处非弹性变形(制造不紧密、干缩变形及横纹承压变形等)的累积造成的,若将节间划分过小,势必因节点增多而加大桁架的挠度,并使桁架的制造工作量加重。

对于无下弦荷载的钢木桁架,应尽量扩大下弦的节间长度,减少下弦节点数,这样,不但可以减小挠度,而且方便施工,节约钢材。划分节间时,还应注意不使斜杆与弦杆的夹角过小,以利构件的工作和制造。

4. 桁架的自重

桁架自重一般可按下列经验公式估算

式中gz一一桁架自重的标准值,按屋面水平投影面积计算(kN/m2);

l一一桁架跨度(m)。

由于桁架自重在全部荷载中所占的比率很小,故当设计完毕后桁架的实际自重与按上式所估算的自重略有出入时,一般不必进行重算。为了简化计算,当仅有上弦荷载时,可认为桁架的自重完全作用在上弦节点处;当上、下弦均有荷载时,则认为自重按上、下弦各半分配。

5. 荷载组合

荷载组合应遵照现行《建筑结构荷载规范》第3.2.3及3.2.5条有关规定,当仅有恒荷载或恒荷载产生的内力超过全部荷载所产生的内力的80%时,应遵照表3.4.4注1规定。

求桁架杆件内力时,恒荷载(包括自重)按全跨分布。活荷载除按全跨分布外,尚应根据各种桁架的受力特点,分别按可能出现的不利分布情况进行组合。例如:三角形桁架在半跨活荷载(包括悬挂吊车)作用下(图6.3.10a),中间一对斜腹杆的内力不同,而下弦中央节点处的连接物必须按其水平分力差进行核算;梯形桁架在半跨活荷载作用下(图6.3.10b),中间腹杆内力可能变号;多边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)活荷载的组合下(图6.3.10c、d),某些腹杆的内力达到其最大值。

屋面活荷载与雪荷载一般不会同时出现,故取二者之较大者与恒荷载进行组合。

在一般桁架坡度小于30°的桁架设计中,对封闭房屋只有当设有天窗时,才需考虑风荷载的不利组合。

6. 内力计算

桁架的内力计算,可假定节点为铰接。将荷载集中于各个节点上,按节点荷载求得各杆件的轴向力。节间荷载对上弦杆所引起的弯矩,在选择杆件截面时再行考虑。

7. 压杆的计算长度

在结构平面内,弦杆及腹杆取节点中心间的距离。在结构平面外,上弦取锚固檩条间的距离;腹杆取节点中心间的距离。

8. 上弦的计算原则

(1)当檩条布置在节点处时,除按轴心受压杆件计算外,尚应验算在桁架支座偏心达到施工偏差限值时,此种偏心对上弦的不利影响。

(2)当节点之间布置有檩条时,上弦因节间荷载而承受弯矩,应按压弯构件计算。

(3)上弦弯矩的计算:根据木桁架和钢木桁架的破坏试验测定,连续上弦的跨间弯矩值接近于按简支计算的弯矩,而在节点处存在较小的负弯矩。这是由于在桁架承受荷载后,作为连续上弦中间支座的节点随桁架的变形而产生相应的竖向位移,使其按连续梁作用产生的正弯矩和由于支座位移产生的负弯矩互相抵消之故。据此并考虑偏于安全,连续上弦的弯矩按下述要求计算。跨间弯矩:按简支梁计算;节点处支座弯矩设计值:

式中g和q一一上弦的均布恒载和活载(或雪载)设计值;

l一一杆件的计算长度。

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