桁架結(jié)構(gòu)中的鋼桁架

桁架結(jié)構(gòu)中的鋼桁架吳佛軍

33號09建工（2）班

桁架結(jié)構(gòu)簡介鋼桁架用鋼材制造的桁架。工業(yè)與民用建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)、吊車梁、橋梁和水工閘門等，常用鋼桁架作為主要承重構(gòu)件。各式塔架，如桅桿塔、電視塔和輸電線路塔等，常用三面、四面或多面平面桁架組成的空間鋼桁架。概述最常采用的是平面桁架，在橫向荷載作用下其受力實(shí)質(zhì)是格構(gòu)式的梁。鋼桁架與實(shí)腹式的鋼梁相比較，其特點(diǎn)是以弦桿代替翼緣和以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點(diǎn)處通過節(jié)點(diǎn)板（或其它零件）用焊縫或其它連接將腹桿和弦桿互相連接；有時(shí)也可不用節(jié)點(diǎn)板而直接將各桿件互相焊接（或其它連接）。這樣，平面桁架整體受彎時(shí)的彎矩表現(xiàn)為上、下弦桿的軸心受壓和受拉，剪力則表現(xiàn)為各腹桿的軸心受壓或受拉。桁架在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用很廣，例如在工業(yè)與民用建筑的屋蓋（屋架等）和吊車梁（即吊車桁架）、橋梁、起重機(jī)（其塔架、梁或臂桿等）、水工閘門、海洋采油平臺中，常用鋼桁架作為承重結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件。在大跨度公共建筑屋蓋結(jié)構(gòu)中較多采用的各種型式的鋼網(wǎng)架，則屬于空間鋼桁架。各種類型的塔架，如電視、輸電、鉆井、起重機(jī)用塔架和桅桿塔，常用三面、四面或多面平面桁架組成的空間鋼桁架。鋼桁架與實(shí)腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，并且桿件主要承受軸心力，從而常能節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重。這使鋼桁架特別適用于跨度或高度較大的結(jié)構(gòu)。此外，鋼桁架還便于按照不同的使用要求制成各種需要的外形。并且，由于腹桿鋼材用量比實(shí)腹梁的腹板有所減少，鋼桁架?？勺龀捎休^大高度，從而具有較大的剛度。但是，鋼桁架的桿件和節(jié)點(diǎn)較多，構(gòu)造較為復(fù)雜，制造較為費(fèi)工。鋼桁架中，梁式簡支桁架最為常用。因?yàn)檫@種桁架受力明確，桿件內(nèi)力不受支座沉陷和溫度變化的影響，構(gòu)造簡單，安裝方便;但用鋼量稍大。剛架式和多跨連續(xù)鋼桁架等能節(jié)省鋼材，但其內(nèi)力受支座沉陷和溫度變化的影響較敏感，制造和安裝精度要求較高，因此采用較少。在單層廠房鋼骨架中，屋蓋鋼桁架常與鋼柱組成單跨或多跨剛架，水平剛度較大，能更好適應(yīng)較大吊車或振動(dòng)荷載的要求。連續(xù)鋼桁架常用于較大跨度的橋梁等結(jié)構(gòu)和有纖繩的桅桿塔結(jié)構(gòu)。在大跨度的公共建筑和橋梁中，也常采用拱式鋼桁架。在海洋平臺和某些房屋結(jié)構(gòu)中，也常采用懸臂式鋼桁架。各種塔架都屬于懸臂式結(jié)構(gòu)。鋼桁架按桿件內(nèi)力、桿件截面和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造特點(diǎn)可分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般采用單腹式桿件，通常是兩個(gè)角鋼組成的T形截面，有時(shí)也用十形、槽形或管形等截面，在節(jié)點(diǎn)處用一塊節(jié)點(diǎn)板連接，構(gòu)造簡單，應(yīng)用最廣。重型鋼桁架的桿件受力較大，采用由鋼板或型鋼組成的H形或箱形截面，節(jié)點(diǎn)處用兩塊平行的節(jié)點(diǎn)板連接，它常用于跨度和荷載較大的鋼桁架，如橋梁和大跨度屋架等。輕型鋼桁架采用小角鋼及圓鋼，或采用冷彎薄壁型鋼，節(jié)點(diǎn)處可用節(jié)點(diǎn)板連接，也可將桿件直接相連,它主要用于跨度較小、屋面較輕的屋蓋結(jié)構(gòu)。分類1按力學(xué)簡圖分為簡支的和連續(xù)的;靜定的和超靜定的，平面的和空間的。簡支鋼桁架應(yīng)用最廣。2按外形可分為三角形、梯形、平行弦和多邊形。屋面坡度較陡的屋架常采用三角形鋼桁架，跨度一般在18?24米以下；屋面坡度較平緩的屋架常采用梯形鋼桁架，跨度一般為18?36米，應(yīng)用較廣。其他各類鋼桁架常采用構(gòu)造較簡單的平行弦鋼桁架。多邊形鋼桁架受力較好，但制造較復(fù)雜，只在大跨度鋼桁架中有時(shí)采用。塔架通常采用直線或折線的外形。3按桿件內(nèi)力、桿件截面和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造特點(diǎn)分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般用單腹式桿件，通常是兩個(gè)角鋼組成的T形截面，有時(shí)也用十字形、槽形或管形等截面，在節(jié)點(diǎn)處用一塊節(jié)點(diǎn)板連接，構(gòu)造簡單，應(yīng)用最廣。重型鋼桁架桿件用由鋼板或型鋼組成的工形或箱形截面，節(jié)點(diǎn)處用兩塊平行的節(jié)點(diǎn)板連接；常用于跨度和荷載較大的鋼桁架，如橋梁和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)。輕型鋼桁架用小角鋼及圓鋼或薄壁型鋼組成；節(jié)點(diǎn)處可用節(jié)點(diǎn)板連接，也可將桿件直接相連；主要用于小跨度輕屋面的屋蓋結(jié)構(gòu)。工程要點(diǎn)4.1連接方法鋼桁架可用焊接、普通螺栓連接、高強(qiáng)度螺栓連接或鉚接。焊接應(yīng)用最廣；普通螺栓連接常用于可拆卸的結(jié)構(gòu)、輸電塔和支撐系統(tǒng);高強(qiáng)度螺栓連接常用于重型鋼桁架的工地連接；鉚接用于受較大動(dòng)力荷載的重型鋼桁架，目前已逐漸被高強(qiáng)度螺栓連接所代替。4.2高跨比鋼桁架的高度由經(jīng)濟(jì)、剛度、使用和運(yùn)輸要求確定。增加高度可減小弦桿截面和撓度但增加腹桿用量和建筑高度。鋼桁架的高跨比通常采用1/5?1/12；鋼材強(qiáng)度高、剛度要求嚴(yán)的鋼桁架應(yīng)采用相對偏高值。三角形鋼屋架的高度通常由屋面坡高確定；一般屋面坡度為1/2?1/3時(shí)，高跨比相應(yīng)為1/4?1/6。4.3腹桿體系鋼桁架的腹桿體系通常采用人字式或單斜式等形式。人字式腹桿的腹桿數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)較少，應(yīng)用較廣；為減少受有荷載的弦桿或受壓弦桿的節(jié)間尺寸，通常增加部分豎桿。單斜式腹桿通常布置使較長的斜桿受拉，較短的豎桿受壓，有時(shí)用于跨度較大的鋼桁架。如需進(jìn)一步減小弦桿及腹桿的長度，可采用再分式腹桿體系，鋼桁架高度較大且節(jié)間較小時(shí)可采用K式或菱形腹桿體系。在支撐桁架和塔架中，常采用能較好承受變向荷載的交叉式腹桿體系，交叉斜桿通常按拉桿設(shè)計(jì)。斜腹桿對弦桿的傾斜角通常在30°?60。范圍內(nèi)。4.4受力特點(diǎn)鋼桁架各桿件的截面形心軸線應(yīng)在節(jié)點(diǎn)處交匯于一點(diǎn)，內(nèi)力計(jì)算一般按鉸接桁架進(jìn)行。當(dāng)桁架只承受節(jié)點(diǎn)荷載時(shí)，所有桿件只受軸心拉力或壓力；如在桿件節(jié)間內(nèi)也承受荷載，則該桿件將同時(shí)受彎。鋼桁架桿件一般較細(xì)，布置節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡量避免或減小局部彎矩。對桿件截面高度與長度比值較大的鋼桁架，必要時(shí)應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)剛性引起的桿件次應(yīng)力。4.5支撐系統(tǒng)為了保證平面鋼桁架在桁架平面外的剛度和穩(wěn)定、減小弦桿在桁架平面外的計(jì)算長度、并承受可能有的側(cè)向荷載，應(yīng)在鋼桁架側(cè)向布置支撐（圖2）。支撐通?？煞譃樗街危ㄉ舷液拖孪移矫?、橫向和縱向）、垂直支撐（桁架兩端和中間）和系桿等類型。成對的鋼桁架可在其間沿下弦及上弦平面分別布置橫向水平支撐，并在鋼桁架兩端及中間每隔適當(dāng)距離的豎桿平面布置垂直支撐。屋蓋結(jié)構(gòu)中有許多鋼桁架，可只在兩端及每隔一定距離的相鄰兩桁架間設(shè)置上、下弦橫向水平支撐和垂直支撐，其余桁架只在上、下弦按適當(dāng)間距設(shè)置系桿；當(dāng)有較重吊車或必要時(shí)，還可在桁架下弦端節(jié)間增設(shè)縱向水平支撐。在四面或多面的塔架中應(yīng)每隔一定高度設(shè)置橫隔，以保證塔架剛度和橫截面的幾何不變性。4.6桿件截面設(shè)計(jì)鋼桁架桿件的截面形式按節(jié)省鋼材、連接方便和制造簡單等條件選擇，并注意使桿件在兩個(gè)主軸方向的長細(xì)比（桿件計(jì)算長度和截面回轉(zhuǎn)半徑的比值）盡可能相近。鋼桁架拉桿應(yīng)滿足強(qiáng)度和容許長細(xì)比的要求；壓桿應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和容許長細(xì)比的要求。在計(jì)算桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí)，內(nèi)力按軸心力考慮;當(dāng)桿件同時(shí)受軸心力和彎矩時(shí),應(yīng)按偏心受力考慮其共同作用。在計(jì)算桿件的穩(wěn)定和長細(xì)比時(shí)，應(yīng)考慮桁架平面內(nèi)和平面外兩個(gè)方向，或長細(xì)比較大的不利方向。桿件的容許長細(xì)比，按桿件受壓或受拉、受靜力荷載或動(dòng)力荷載等情況分別規(guī)定。4.7起拱跨度稍大的鋼桁架，為抵消自重及荷載作用下的全部或部分撓度，通常規(guī)定在制造時(shí)預(yù)先起拱。屋架的起拱度f）一般為跨度的1/500。結(jié)束語首先是知道鋼桁架是許多的建筑中常用承重結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，當(dāng)中的簡支鋼桁架應(yīng)用最廣。然后是鋼桁架的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重，缺點(diǎn)：