桁架規格計算方式（桁架材料選擇與性能對比）

金昌鋼結構設計05-041.56 K閱讀0評論

桁架是一種常見的結構形式，常用于建筑、橋梁等工程中。桁架的結構設計涉及到材料的選擇和性能的對比，以確保結構的強度、穩定性和耐久性。在桁架的設計過程中，首先需要選擇合適的材料，這取決于所需的承載力、耐腐蝕性和成本等因素。鋼材因其高強度和良好的可塑性而被廣泛應用于桁架結構中。對選定的材料進行性能評估，包括其抗拉強度、屈服強度、延伸率等參數，這些參數決定了材料能否滿足結構的需求。根據所選材料的性能指標，進行結構設計，包括桁架的尺寸、形狀和連接方式等，以確保結構的穩定性和安全性。桁架規格的計算涉及材料選擇和性能對比，通過綜合考慮各種因素來確保結構的安全性和功能性。

一、不同類型桁架規格計算方式

（一）靜定平面桁架軸力相關規格計算

計算簡圖相關的基本設定影響規格計算
- 靜定平面桁架計算簡圖有一些基本假定，這些假定是計算的基礎。例如假定桁架中的各結點都是光滑的理想鉸結點，各桿軸線都是直線，且在同一平面內并通過鉸的中心，荷載及支座反力都作用在結點上且在桁架平面內。基于這些假定進行軸力等計算，進而確定桁架規格。比如在計算中，符合這些假定的桁架在受力分析時各桿內只有軸力，這有助于確定桿件的尺寸等規格，因為只考慮軸力時，桿件的受力情況相對簡單，根據軸力大小結合材料力學性能等因素來確定桿件的橫截面積等規格參數。如果軸力較大，可能就需要較大橫截面積的桿件來承受，這會影響桁架整體的規格尺寸。
根據桁架類型確定規格計算方式
- 按幾何外形分類的桁架
  - 平行弦桁架：其弦桿平行，在計算規格時，需要考慮跨度、桁高、節間長度等因素。跨度是兩支座之間的水平距離，桁高是支座聯線至桁架最高點的距離，節間長度是弦桿上相鄰兩結點之間的區間距離。這些參數相互關聯，例如根據跨度和所承受的荷載等確定桁高和節間長度的合理取值，從而確定桁架的整體規格。
  - 折弦桁架：與平行弦桁架類似，不過弦桿是折線形式。在計算規格時，除了上述的跨度、桁高、節間長度等因素外，還需要考慮弦桿折線的角度等因素對受力的影響，進而確定桿件的長度、橫截面積等規格參數。
  - 三角形桁架：這種桁架的形狀為三角形，在計算規格時，三角形的形狀特點會影響到力的傳遞和分配。例如三角形的角度大小會影響桿件的受力情況，根據受力情況確定桿件的尺寸等規格。一般來說，靠近支座處的桿件受力較大，可能需要較大的尺寸規格。
- 按有無水平支座反力分類的桁架
  - 梁式桁架：對于梁式桁架，在計算規格時，要考慮梁的受力特點，如彎矩、剪力等。根據這些受力情況以及跨度、荷載等因素確定桁架桿件的規格。例如，在彎矩較大的部位，桿件需要有足夠的抗彎能力，這可能需要增加桿件的慣性矩，從而影響桿件的尺寸規格。
  - 拱式桁架：拱式桁架的受力特點與拱結構相似，會產生水平推力。在計算規格時，需要考慮這個水平推力對桁架整體穩定性的影響，以及如何通過合理的桿件布置和尺寸設計來抵抗這個水平推力。例如，可能需要增加某些桿件的截面積或者改變桿件的布置方向來提高桁架的抗推能力，從而確定桁架的規格。
- 按幾何組成分類的桁架
  - 簡單桁架：由一個基本鉸結三角形開始，依次增加二元體組成。在計算規格時，可以從最基本的三角形部分開始分析受力，然后根據依次增加二元體后的受力變化情況確定桿件的規格。因為每個二元體的增加都會對整體受力產生影響，根據這些影響確定桿件的內力，再結合材料的強度等因素確定桿件的尺寸等規格。
  - 聯合桁架：由幾個簡單桁架按幾何不變體系的簡單組成規則而聯合組成。在計算規格時，首先要分析各個簡單桁架的受力情況，然后考慮它們聯合后的相互作用。例如，聯合部位的桿件可能會承受來自不同簡單桁架的力，需要根據這些力的大小和方向確定桿件的規格，以確保聯合桁架的整體穩定性。
  - 復雜桁架：不屬前兩種方式組成的其他桁架。對于復雜桁架的規格計算，可能需要更復雜的力學分析方法，如有限元分析等。因為其結構形式不規則，不能簡單地按照前面幾種桁架的計算方法，需要綜合考慮多種因素，如桿件的空間布置、受力的傳遞路徑等，來確定桿件的規格。

（二）鋼筋桁架規格計算

以鋼筋桁架G240為例的規格計算
- 鋼筋桁架G240上弦由一根直徑為12mm、下弦由兩根直徑為12mm的螺紋鋼鋼筋按三角形布置，腹桿為兩根直徑為7mm的圓形鋼筋彎折成波浪形，與螺紋鋼鋼筋點焊成型，桁架高度為240mm。其規格是根據工程需求和力學性能確定的。例如上弦、下弦和腹桿鋼筋的直徑選擇是考慮到要承受的荷載以及桁架在結構中的作用。如果承受的荷載較大，可能會選擇直徑更大的鋼筋或者增加鋼筋的數量。桁架高度240mm也是根據結構設計要求確定的，不同的高度會影響桁架的受力性能和適用范圍。例如在樓板結構中，桁架高度要滿足樓板的厚度要求以及與其他結構構件的協同工作要求等。

（三）用于展示展覽的桁架規格計算

不同尺寸桁架的適用場景與規格計算關聯
- 小型尺寸桁架：如200mm200mm、250mm250mm，主要應用在展臺搭建、廣告搭建、婚慶搭建、活動搭建等。這些小型桁架的規格計算通常是基于搭建場景的空間限制和所承受的荷載。例如在展臺搭建中，根據展臺的面積大小和預計展示物品的重量等確定桁架的尺寸。如果展臺面積較小，選用200mm*200mm的桁架比較合適，并且要根據展示物品的重量來判斷桁架是否需要加固或者采用更高強度的材料制作，這也會影響到桁架的規格計算。
- 中尺寸桁架：300mm300mm、350mm350mm、400mm400mm、450mm450mm，中型尺寸的桁架適合于舞臺及舞臺的燈光桁架。在計算規格時，要考慮舞臺的大小、燈光設備的重量和分布等因素。例如對于較大的舞臺，可能需要選擇400mm400mm或者450mm450mm的桁架，并且要根據燈光設備的重量來確定桁架的承載能力是否足夠，如果不夠則需要調整桁架的材料或者尺寸規格。
- 大型桁架：400mm600mm、520mm760mm、600mm*1000mm，大型的桁架尺寸適合于各類大型舞臺、大型燈光架、大型龍門架、臨時廠房及篷房架等。對于這些大型桁架的規格計算，需要考慮大型結構的跨度、所承受的巨大荷載（如廠房的屋頂重量、大型舞臺上眾多設備和人員的重量等）等因素。例如對于臨時廠房，要根據廠房的跨度和屋頂的重量來確定桁架的尺寸和材料規格，以確保廠房結構的安全性。