第七章钢桁架与门式刚架第十二周.pptVIP

第一节 概 述 一、桁架的特点和应用 桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。 桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。 本章主要介绍平面简支桁架的设计。 设计内容 确定几何外形，布置杆件， 选择杆件截面，以及桁架平面外的支撑布置， 内力分析， 杆件的强度、稳定性和构件刚度校核， 节点设计 外形设计 桁架外形设计需考虑： 结构用途 荷载特点 与其他构件的连接要求等。 常用的平面桁架的外形如图 三角形桁架 当屋面坡度较大(i1／5)时采用三角形桁架，由于跨中高度较大，它的外形不能很好地与弯矩图配合，故支座附近的弦杆内力较大，而跨中较小。此外，腹杆的长度也较大，用于中小跨度的轻屋面较适宜(降雪量大、雨水量大而集中的地区建造房屋的屋盖较多采用这种形式；有单侧均匀充足采光要求的工业厂房屋盖和有较大悬挑的雨篷等也采用这种形式 )，若屋面太重或跨度很大，采用三角形桁架不经济。 图a通常称为芬克式桁架。它的特点是较长的腹杆受拉，较短的腹杆受压，故腹杆所需的截面较小。此外，在施工中它可以分为三个运送单元(两个小三角形和一段下弦杆)，每个单元的长度和高度都较小，便于运输，故应用较广，大小跨度都可采用。 三角形桁架 图b斜腹杆式，一般用于跨度较小的屋架，它的优点是杆件的节点较少，腹杆与弦杆的交角较好，节点构造易于处理，在三角形桁架中也是一种较好的结构形式。 三角形桁架 图(c)人字腹杆，其优点是短小的腹杆受压，长的腹杆受拉，缺点是腹杆的总长度较大，节点数目也较多，且杆件的交角太小，节点板所用钢材较多。一般说来，其经济指标不及前两种桁架，但适用于需要吊平顶的房屋。 对于跨度较大或者屋面坡度很陡的屋架，可以将下弦弯折，做成图(d)扇形腹杆体系，所示的形式，以减小跨中高度和运送单元的高度。 梯形桁架 图为陡坡梯形桁架，与三角形桁架比较，其受力情况较好。一般用于屋面坡度小于1／3而跨度又较大的情况。（厂房屋架) 梯形桁架 坡度较平的梯形桁架，当采用卷材防水屋面时，由于坡度很小(i=1／8—1／12)，宜采用这种形式的桁架。梯形桁架上弦节点间长度应与屋面板尺寸相配合(一般为1．5m或3．0m)，尽可能使荷载作用于节点上。如果上弦节点间距太长，可以沿屋架全长或局部布置再分式腹杆，如图(c)所示。 平行弦桁架（矩形） 当上下弦互相平行时为平行弦桁架，如图所示。它的优点是上、下弦和腹杆等同类型的杆件长度一致，节点的构造类型少，上、下弦的拼接数量可减少，因而能符合建筑工业化制造的要求。目前，这种桁架在屋盖结构中常用作托架、钢桥。 多边形桁架 当屋面坡度i=1／3～1／5时，还可以采用图五边形桁架，它是由三角形桁架演变出来的。其优点是上、下弦相交的角度较大，故弦杆的内力较小，支座节点的构造也比较容易处理，在屋面坡度不大的情况下，它比三角形桁架的技术经济指标好一些。 图a为上弦弯折的五边形桁架，安装屋面时，可以把支座处的檩条垫高，使屋面仍保持在一个斜面上：图b为下弦弯折的五边形桁架．用于不需要吊顶或设有悬挂式起重运输设备的房屋。平坦又可以增加屋架高度 多边形桁架 (c)、(d)是由梯形桁架演变出来的多边形桁架。其优点是跨中高度较小，腹杆的总长度较短。当屋面坡度i1／5时，弦杆各节点间受力比较均匀，减少屋架在跨中的高度，故比梯形桁架经济。缺点是略有拱的推力作用。 二、平面桁架的外形和腹杆体系 影响桁架外形选择的因素： 1.满足使用要求； 2.受力合理 ； 3.便于制做和安装 ； 4.综合技术经济效果好。 桁架的基本尺寸： 1、跨度L：结构的使用要求。 桁架的总跨度取决于结构的用途：工业厂房的总跨度和分跨度一般由工艺要求确定，桥梁的总跨度由所需跨越的江河、峡谷的距离决定。从力学的角度考虑，选择合理的分跨点，对结构的安全性和经济性有很重要的作用，结构技术人员应当对此予以注意。 2、高度H：经济和刚度的要求。桁架高度较大时，弦杆受力较小，但带来腹杆增大。腹杆和弦杆总重量最轻，相对挠度在要求范围内。（运输界限） 3、节间长度：节间长度较小时，弦杆在桁架平面内的计算长度将减少，一定条件下可以节约用钢。但过多的节点设置也使节点用钢量增大，同时增加制作费用。此外，节间长度确定还与荷载作用位置有关。 H取决于运输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax、刚度要求的最小限值Hmin