桁架、單層剛架與拱

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1、第三篇鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)例與圖集第五章桁架、單層剛架與拱第一節(jié)桁架一、桁架的用途和結(jié)構(gòu)組成桁架是由桿件組成的幾何不變體，既可作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，又可作為結(jié)構(gòu)體系的一個(gè)單元發(fā)揮承載作用。廣義的桁架所對應(yīng)的工程范圍很廣，例如簡支或連續(xù)支承的豎向桁架可用于橋梁、屋架（圖!"#"$%），水平放置的桁架可用于工業(yè)廠房中的吊車制動(dòng)系統(tǒng)、墻面抗風(fēng)支承（圖!"#"$&），輸電塔、微波塔、綴條柱等則是直立的懸臂式桁架（圖!"#"$’）。前兩類桁架可看作是空腹的抗彎構(gòu)件，本節(jié)主要介紹這兩類桁架。后一類桁架，或作為塔式結(jié)構(gòu)處理，或作為格構(gòu)式柱按空腹式受壓或壓彎構(gòu)件處理。圖!"#"$桁架結(jié)構(gòu)（%）縱向桁架；

2、（&）水平桁架；（’）豎向懸臂桁架；（(）空間桁架桁架有平面桁架和空間桁架之分。圖!"#"$（&）是典型的平面桁架，圖!"#"$—+*)—第五章桁架、單層剛架與拱（!）的剖面從形式上看，具有空間構(gòu)架的幾何構(gòu)成，但其主要受力是兩榀平行的豎向桁架，一般仍作為平面桁架分析和設(shè)計(jì)。圖"#$#%（&）是跨度較大時(shí)采用的一種屋架或檁條形式，具有空間桁架的特征。平面桁架在其自身平面內(nèi)有很大的剛度，能負(fù)擔(dān)很大的橫向荷載，但其平面外的剛度很小。對于可能發(fā)生的側(cè)向荷載，以及考慮平面外的穩(wěn)定性，一般需要有平面外的支承。平面外支承可以由多種方式實(shí)現(xiàn)。如對圖"#$#%（!）的組成共同工作的兩榀桁架，在其上

3、下弦平面分別形成幾何不變的體系，可以起到這種作用。圖"#$#%（’）中，利用墻面對桁架起面外支承作用。桁架平面外支承一般的形式是采用支撐系統(tǒng)。例如圖"#$#(所示屋蓋結(jié)構(gòu)，平面桁架作為承受屋面豎向荷載的主要承重構(gòu)件，稱為屋架。在屋架上弦平面內(nèi)，可設(shè)置各種支撐，圖中所示上弦平面的橫向水平支撐就是其中的一種。當(dāng)不設(shè)置這種支撐時(shí)，屋架的受壓弦桿可能發(fā)生如!軸處虛線所示的失穩(wěn)波形。一旦設(shè)置了這類支撐，兩相鄰屋架上弦就形成了幾何不變的體系，受壓弦桿可能的失穩(wěn)波形如"軸處虛線所示。比之前一種情況，顯然減少了受壓弦桿在桁架平面外的計(jì)算長度，提高了整體穩(wěn)定的承載力。端開間（軸線!與"之間、#與$

4、之間）以外的部分，通過設(shè)置系桿，成為依托于支撐開間的幾何不變體。從圖"#$#(中還可以發(fā)現(xiàn)，兩相鄰屋架的弦桿和橫向水平支撐實(shí)際上又形成了一水平桁架)*)+*+，可以作為抵抗屋架桁架平面外側(cè)向力的結(jié)構(gòu)。類似的給桁架提供平面外支承點(diǎn)的方式，也可通過交叉桁架體系的方法實(shí)現(xiàn)（圖"#$#"），各榀桁架既承受自身平面內(nèi)作用的荷載，又為相垂直的桁架提供側(cè)向支承剛度。圖"#$#(屋蓋上弦平面的橫向水平支撐組成鋼桁架的桿件，可以是鋼管截面，如圓管、矩形或方形鋼管，軋制的,型鋼、-型鋼、.型鋼，角鋼或雙角鋼組合截面；在一些輕型桁架中，也可使用圓鋼作為受拉桿件。一個(gè)桁架可以由不同截面形式的桿件組成。在

5、工廠制作時(shí)，桁架的弦桿是連續(xù)的。當(dāng)鋼材長度不夠，或選用的截面有變化時(shí)，經(jīng)過拼接接頭的過渡，整體上還是連續(xù)的。桁架的豎腹桿、斜腹桿和弦桿之間的連接，一種方式是直接連接（圖"#$#/0），一種方式是通過節(jié)點(diǎn)板連接（圖"#$#/’）?！?1"—第三篇鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)例與圖集圖!"#"!交叉桁架圖!"#"$桁架桿件采用節(jié)點(diǎn)板與不采用節(jié)點(diǎn)板的連接方式（%）節(jié)點(diǎn)部位；（&）節(jié)點(diǎn)板連接方式；（’）無節(jié)點(diǎn)板連接方式—)($—第五章桁架、單層剛架與拱平面桁架中相連桿件的軸線，在交匯處應(yīng)盡可能交于一點(diǎn)，例如圖!"#"$中%&，’&，%(&，’(&應(yīng)交匯于&點(diǎn)，以減少交匯處力的偏心，該點(diǎn)即是桁架結(jié)構(gòu)

6、的節(jié)點(diǎn)。桁架弦桿上兩相鄰節(jié)點(diǎn)間的長度稱為節(jié)間長度。如圖!"#"$中%&間的連線是該處上弦的節(jié)間長度，%(’(是該處下弦的節(jié)間長度。作為桁架平面外支承的桿件（支撐斜桿、豎桿、系桿）也應(yīng)交在平面桿件交匯的節(jié)點(diǎn)上。鋼結(jié)構(gòu)平面桁架設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容有：確定幾何外形，布置桿件，選擇桿件截面，以及桁架平面外的支撐布置，內(nèi)力分析，桿件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和構(gòu)件剛度校核，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。二、幾何構(gòu)成設(shè)計(jì)（一）桁架外形桁架外形設(shè)計(jì)需考慮結(jié)構(gòu)用途、荷載特點(diǎn)、與其它構(gòu)件的連接要求等。三角形桁架通常用于坡度較大的屋架。降雪量大、雨水量大而集中的地區(qū)建造房屋的屋蓋較多采用這種形式；有單側(cè)均勻充足采光要求的工業(yè)廠房屋蓋

7、和有較大懸挑的雨篷等也采用這種形式（圖!"#"#）。除懸挑式桁架外（圖!"#"#&），三角形桁架端部不能承受彎矩，整體上桿件截面利用不盡合理，因而一般用于跨度不大的情況。圖!"#"#三角形平面桁架梯形桁架（圖!"#")）的外形可以調(diào)整到與彎矩分布的圖形相近似，無論是簡支桁架還是連續(xù)桁架，都可以使得大部分弦桿的內(nèi)力比較均勻，因而效率較高。梯形桁架端部有一定高度，上下弦桿都與柱子或其他支承結(jié)構(gòu)相連的話，上下弦桿的拉壓軸力形成一對力偶，可以抵抗端彎矩，類似兩端剛接的抗彎構(gòu)件，對結(jié)構(gòu)整體