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桁架怎么設計才合理(桁架設計中的高跨比如何計算桁架設計的基本原則)

桁架設計是一個復雜的過程,涉及對結構性能、穩(wěn)定性和材料利用的考慮。合理的桁架設計應遵循以下基本原則:確定高跨比是關鍵,這涉及到計算并選擇適當的跨度與高度比例。高跨比過大可能導致桁架承載能力不足,而過小則可能增加材料用量和成本。設計時需考慮荷載類型,包括自重、風載、雪載等,確保桁架能承受預期的外部負荷。桁架的截面形狀和尺寸也會影響其性能,通常采用具有足夠強度和穩(wěn)定性的截面。設計過程中還應考慮制造工藝和安裝條件,以確保桁架的可制造性和施工便捷性。進行詳細的力學分析和有限元模擬,以驗證設計的合理性和安全性。一個合理且高效的桁架設計需要綜合考慮多個因素,通過精確計算和細致分析來實現。

桁架設計的基本原則

桁架設計是一個復雜的過程,需要綜合考慮多個因素,以確保結構的安全性、穩(wěn)定性和經濟性。以下是桁架設計的一些基本原則:

1. 高跨比

  • 定義:桁架跨度中央的高度 hh 與跨度 ll 的比值稱為高跨比。
  • 要求:為保證桁架具有足夠的剛度,不同類型的桁架有不同的高跨比最小限值。例如,木桁架和鋼木桁架的高跨比最小限值見表6.3.1.

2. 預起拱度

  • 目的:為了消除桁架可見的撓度,桁架在制造時應預先向上起拱。
  • 標準:起拱度通常取為桁架跨度的1/200。

3. 節(jié)間的劃分

  • 原則:根據荷載、跨度及所用材料強度設計值的大小進行節(jié)間劃分,充分利用上弦的承載能力。
  • 注意事項
    • 節(jié)間劃分過小會增加節(jié)點數量,從而加大桁架的撓度和制造工作量。
    • 無下弦荷載的鋼木桁架應盡量擴大下弦的節(jié)間長度,減少下弦節(jié)點數,以減小撓度和方便施工。

4. 自重估算

  • 方法:桁架自重一般可按經驗公式估算。當設計完畢后,實際自重與估算值略有出入時,一般不必重算。
  • 分配:當僅有上弦荷載時,認為桁架的自重完全作用在上弦節(jié)點處;當上、下弦均有荷載時,則認為自重按上、下弦各半分配。

5. 荷載組合

  • 原則:求桁架桿件內力時,恒荷載(包括自重)按全跨分布。屋面活荷載與雪荷載一般不會同時出現,取二者之較大者與恒荷載進行組合。
  • 特殊情況
    • 三角形桁架在半跨活荷載作用下,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最大值。

6. 內力計算

  • 假設:桁架的內力計算假定節(jié)點為鉸接,將荷載集中于各個節(jié)點上,按節(jié)點荷載求得各桿件的軸向力。
  • 節(jié)間荷載:節(jié)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。

7. 壓桿的計算長度

  • 平面內:弦桿及腹桿取節(jié)點中心間的距離。
  • 平面外:上弦取錨固檁條間的距離;腹桿取節(jié)點中心間的距離。

8. 上弦的計算原則

  • 節(jié)點處:當檁條布置在節(jié)點處時,除按軸心受壓桿件計算外,還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。
  • 節(jié)點之間:當節(jié)點之間布置有檁條時,上弦因節(jié)間荷載而承受彎矩,應按壓彎構件計算。
  • 彎矩計算:連續(xù)上弦的跨間彎矩值接近于按簡支計算的彎矩,而在節(jié)點處存在較小的負彎矩。

桁架設計的要求

  • 強度:不發(fā)生斷裂或塑性變形。
  • 剛性:不發(fā)生過大的彈性變形。
  • 穩(wěn)定性:不發(fā)生因平衡形式的突然轉變而導致坍塌。
  • 動力學特性:具有良好的抗震、抗風性。
  • 桿件:要有符合要求的桿件。
  • 連接件:要有良好的連接件,包括鉚釘、銷釘及焊縫的連接。

桁架設計的常見類型

  • 鋼桁架:適用于大跨度結構,具有高強度和剛性。
  • 鋼筋混凝土桁架:適用于中等跨度結構,具有良好的耐久性和穩(wěn)定性。
  • 預應力混凝土桁架:適用于大跨度結構,具有較高的剛度和抗裂性。
  • 木桁架:適用于中小跨度結構,具有良好的美觀性和環(huán)保性。
  • 鋼與木組合桁架:結合了鋼和木的優(yōu)點,適用于特定場合。
  • 鋼與混凝土組合桁架:結合了鋼和混凝土的優(yōu)點,適用于大跨度結構。

通過遵循上述原則和要求,可以設計出合理、安全、經濟的桁架結構。

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