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木結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)（二）

[資料來(lái)源：木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)] [閱讀次數(shù)：18715] [加入時(shí)間：2009年10月19日] [字號(hào)：小中大]

二、桁架設(shè)計(jì)的基本原則

1. 桁架的高跨比

桁架跨度中央的高度h與跨度l的比值稱為高跨比。為保證桁架具有足夠的剛度，按桁架的外形，分別規(guī)定木桁架、鋼木桁架高跨比的最小限值如表6.3.1所示。

高跨比值已符合表6.3.1規(guī)定的桁架，不必再核算其撓度。

2. 桁架的預(yù)起拱度

為了消除桁架可見的撓度，不論木桁架或鋼木桁架，皆應(yīng)在制造時(shí)預(yù)先向上起拱。起拱度通常取為桁架跨度的1/200。起拱時(shí)應(yīng)保持桁架的高跨比不變，木桁架常在下弦接頭處提高(圖6.3.9)，而鋼木桁架則常在下弦節(jié)點(diǎn)處提高。

3. 桁架節(jié)間的劃分

桁架節(jié)間的劃分原則是：根據(jù)荷載、跨度及所用木材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的大小進(jìn)行節(jié)間劃分，在常用木材規(guī)格范圍內(nèi)，充分利用上弦的承載能力。因?yàn)樵谀捐旒艿目倱隙戎?，大部分是由?jié)點(diǎn)及接頭處非彈性變形(制造不緊密、干縮變形及橫紋承壓變形等)的累積造成的，若將節(jié)間劃分過小，勢(shì)必因節(jié)點(diǎn)增多而加大桁架的撓度，并使桁架的制造工作量加重。

對(duì)于無(wú)下弦荷載的鋼木桁架，應(yīng)盡量擴(kuò)大下弦的節(jié)間長(zhǎng)度，減少下弦節(jié)點(diǎn)數(shù)，這樣，不但可以減小撓度，而且方便施工，節(jié)約鋼材。

劃分節(jié)間時(shí)，還應(yīng)注意不使斜桿與弦桿的夾角過小，以利構(gòu)件的工作和制造。

4. 桁架的自重

桁架自重一般可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算

式中 gz一一桁架自重的標(biāo)準(zhǔn)值，按屋面水平投影面積計(jì)算(kN/m2) ；
l一一桁架跨度(m)。

由于桁架自重在全部荷載中所占的比率很小，故當(dāng)設(shè)計(jì)完畢后桁架的實(shí)際自重與按上式所估算的自重略有出入時(shí)，一般不必進(jìn)行重算。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，當(dāng)僅有上弦荷載時(shí)，可認(rèn)為桁架的自重完全作用在上弦節(jié)點(diǎn)處；當(dāng)上、下弦均有荷載時(shí)，則認(rèn)為自重按上、下弦各半分配。

5. 荷載組合

荷載組合應(yīng)遵照現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第3. 2. 3及3.2.5條有關(guān)規(guī)定，當(dāng)僅有恒荷載或恒荷載產(chǎn)生的內(nèi)力超過全部荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力的80%時(shí)，應(yīng)遵照表3.4.4注1規(guī)定。

求桁架桿件內(nèi)力時(shí)，恒荷載(包括自重)按全跨分布。活荷載除按全跨分布外，尚應(yīng)根據(jù)各種桁架的受力特點(diǎn)，分別按可能出現(xiàn)的不利分布情況進(jìn)行組合。例如：三角形桁架在半跨活荷載(包括懸掛吊車)作用下(圖6. 3.10a)，中間一對(duì)斜腹桿的內(nèi)力不同，而下弦中央節(jié)點(diǎn)處的連接物必須按其水平分力差進(jìn)行核算；梯形桁架在半跨活荷載作用下（圖6.3.10b），中間腹桿內(nèi)力可能變號(hào)；多邊形桁架或弧形桁架可能在3/4跨及1/4跨（或2/3跨及1/3跨）活荷載的組合下(圖6. 3. 10c、d)，某些腹桿的內(nèi)力達(dá)到其最大值。

屋面活荷載與雪荷載一般不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，故取二者之較大者與恒荷載進(jìn)行組合。

在一般桁架坡度小于30°的桁架設(shè)計(jì)中，對(duì)封閉房屋只有當(dāng)設(shè)有天窗時(shí)，才需考慮風(fēng)荷載的不利組合。

6. 內(nèi)力計(jì)算

桁架的內(nèi)力計(jì)算，可假定節(jié)點(diǎn)為鉸接。將荷載集中于各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，按節(jié)點(diǎn)荷載求得各桿件的軸向力。

節(jié)間荷載對(duì)上弦桿所引起的彎矩，在選擇桿件截面時(shí)再行考慮。

7. 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度

在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，弦桿及腹桿取節(jié)點(diǎn)中心間的距離。在結(jié)構(gòu)平面外，上弦取錨固檁條間的距離；腹桿取節(jié)點(diǎn)中心間的距離。

8. 上弦的計(jì)算原則

（1）當(dāng)檁條布置在節(jié)點(diǎn)處時(shí)，除按軸心受壓桿件計(jì)算外，尚應(yīng)驗(yàn)算在桁架支座偏心達(dá)到施工偏差限值時(shí)，此種偏心對(duì)上弦的不利影響。

（2）當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間布置有檁條時(shí)，上弦因節(jié)間荷載而承受彎矩，應(yīng)按壓彎構(gòu)件計(jì)算。

（3）上弦彎矩的計(jì)算：根據(jù)木桁架和鋼木桁架的破壞試驗(yàn)測(cè)定，連續(xù)上弦的跨間彎矩值接近于按簡(jiǎn)支計(jì)算的彎矩，而在節(jié)點(diǎn)處存在較小的負(fù)彎矩。這是由于在桁架承受荷載后，作為連續(xù)上弦中間支座的節(jié)點(diǎn)隨桁架的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的豎向位移，使其按連續(xù)梁作用產(chǎn)生的正彎矩和由于支座位移產(chǎn)生的負(fù)彎矩互相抵消之故。據(jù)此并考慮偏于安全，連續(xù)上弦的彎矩按下述要求計(jì)算?？玳g彎矩：按簡(jiǎn)支梁計(jì)算；節(jié)點(diǎn)處支座彎矩設(shè)計(jì)值：

式中 g和q一一上弦的均布恒載和活載(或雪載)設(shè)計(jì)值；
l一一桿件的計(jì)算長(zhǎng)度。

9. 鋼木桁架設(shè)計(jì)原則

(1) 鋼木桁架形式的選擇

當(dāng)上、下弦均有荷載時(shí)，應(yīng)選用上、下弦節(jié)間一致的豪式桁架(圖6.3.1a、d)。若僅上弦有荷載，則以選用下弦擴(kuò)大節(jié)間的形式(圖6.3.1b、c、e、f)為宜。因?yàn)闇p少下弦節(jié)點(diǎn)既能簡(jiǎn)化制造、減小桁架的變形，又可以節(jié)省鋼材。

(2) 鋼材部分的設(shè)計(jì)要求

鋼木桁架鋼材部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，可按第三、五章有關(guān)的規(guī)定進(jìn)行；未作規(guī)定者，可參考現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算?？紤]一般工地的焊接條件，應(yīng)盡量采用較易焊接的Q235鋼材制作。

(3) 鋼下弦的選擇

1) 下弦可采用圓鋼或型鋼(一般用雙角鋼)。當(dāng)荷載和跨度較小時(shí)，以選用圓鋼為宜。因?yàn)樾弯撌茏钚〗孛娴南拗?、不能充分利用其承載能力。當(dāng)荷載和跨度較大，設(shè)有懸掛吊車或房屋的振動(dòng)較大時(shí)，則應(yīng)采用型鋼。

2) 圓鋼下弦有單根和雙根兩柿。當(dāng)荷載和跨度較小或不設(shè)吊頂時(shí)，宜用單根圓鋼。因?yàn)閱胃鶊A鋼的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理簡(jiǎn)單，同時(shí)可避免多根圓鋼之間內(nèi)力分配不均勻的現(xiàn)象，能充分利用鋼材的承載能力。

(4) 鋼下弦的構(gòu)造要求

1) 圓鋼直徑應(yīng)控制在30mm以內(nèi)，桿端有螺紋的圓鋼拉桿，當(dāng)直徑大于22mm時(shí)，宜將桿端加粗(如焊接一段較粗的短圓鋼)，其螺紋應(yīng)由車床加工。

2) 圓鋼下弦在拼裝前必須調(diào)直，并須設(shè)有調(diào)整其長(zhǎng)度的裝置。一般可在支座節(jié)點(diǎn)處用雙螺帽固定并進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)，也可用花籃螺栓(擰緊器)來(lái)調(diào)整。

為防止圓鋼下弦過度下垂，當(dāng)下弦節(jié)點(diǎn)間距大于250d (d為圓鋼直徑)時(shí)，應(yīng)對(duì)圓鋼下弦適當(dāng)加設(shè)吊桿，吊桿的間距按圓鋼下弦的長(zhǎng)細(xì)比不大于1000確定。

3) 型鋼下弦的長(zhǎng)細(xì)比不宜大于350。

4) 為防止圓鋼下弦拉直伸長(zhǎng)對(duì)墻體產(chǎn)生推力，不應(yīng)采用下弦抬高的桁架形式(圖6.3.11)。安裝跨度較大的桁架時(shí)，應(yīng)在桁架一端支座節(jié)點(diǎn)的鋼墊板與柱頂鋼板之間放設(shè)數(shù)根短圓鋼，以允許其向外自由水平滾動(dòng)，待屋面構(gòu)件和瓦材安裝完畢后，再將短圓鋼與柱頂鋼板焊牢。此時(shí)應(yīng)注意檢查支座反力作用點(diǎn)的位置與設(shè)計(jì)是否相符；必要時(shí)要作適當(dāng)調(diào)整。

5) 圓鋼接長(zhǎng)宜用對(duì)接焊或雙幫條焊(圖6. 3. 12a) 。在接頭的每一側(cè)，幫條的長(zhǎng)度一般應(yīng)不小于4d (d為圓鋼下弦的直徑)。幫條的直徑應(yīng)不小于0.75d。不應(yīng)采用搭接焊（圖6. 3. 12b）或?qū)A鋼單側(cè)焊在節(jié)點(diǎn)板上(圖6. 3. 12c)，以免在圓鋼和焊縫中產(chǎn)生附加應(yīng)力。當(dāng)采用閃光對(duì)焊時(shí)，焊接工藝和質(zhì)量驗(yàn)收，應(yīng)符合現(xiàn)行《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定。