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木构造桁架设计的基本原则
1.桁架的高跨比桁架跨度中央的高度h与跨度1的比值称为高跨比为保证桁架具有足够的刚度,按桁架的外形,分别规定木桁架、钢木桁架高跨比的最小限值如下表
6.
3.1所示高跨比值已符合表
6.
3.1规定的桁架,不必再核算其挠度
2.桁架的预起拱度为了消除桁架可见的挠度,不管木桁架或钢木桁架,皆应在制造时预先向上起拱起拱度通常取为桁架跨度的l/200o起拱时应保持桁架的高跨比不变,木桁架常在下弦接头处提高(图
6.
3.9),而钢木桁架则常在下弦节点处提高
3.桁架节间的划分桁架节间的划分原则是根据荷载、跨度及所用木材强度设计值的大小开展节间划分,在常用木材规格范围内,充分利用上弦的承载能力因为在木桁架的总挠度中,大部分是由节点及接头处非弹性变形(制造不严密、干缩变形及横纹承压变形等)的累积造成的,若将节间划分过小,势必因节点增多而加大桁架的挠度,并使桁架的制造工作量加重对于无下弦荷载的钢木桁架,应尽量扩大下弦的节间长度,减少下弦节点数,这样,不但可以减小挠度,而且方便施工,节约钢材划分节间时,还应注意不使斜杆与弦杆的夹角过小,以利构件的工作和制造
4.桁架的自重桁架自重一般可按以下经验公式估算式中gz一—桁架自重的标准值,按屋面水平投影面积计算(kN/m2);1一一桁架跨度(向由于桁架自重在全部荷载中所占的比率很小,故当设计完毕后桁架的实际自重与按上式所估算的自重略有出入时,一般不必开展重算为了简化计算,当仅有上弦荷载时,可认为桁架的自重完全作用在上弦节点处;当上、下弦均有荷载时,则认为自重按上、下弦各半分配
5.荷载组合荷载组合应遵照现行《建筑构造荷载规范》第
3.
2.3及条有关规定,当仅有恒荷载或恒荷载产生的内力超过全部荷载所产生的内力的80%时,应遵照表
3.
4.4注1规定求桁架杆件内力时,恒荷载(包括自重)按全跨分布活荷载除按全跨分布外,尚应根据各种桁架的受力特点,分别按可能出现的不利分布情况开展组合例如三角形桁架在半跨活荷载(包括悬挂吊车)作用下(图
6.
3.10a),中间一对斜腹杆的内力不同,而下弦中央节点处的连接物必须按其水平分力差开展核算;梯形桁架在半跨活荷载作用下(图
6.
3.10b),中间腹杆内力可能变号;多边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)活荷载的组合下(图
6.
3.10c、d),某些腹杆的内力到达其最大值屋面活荷载与雪荷载一般不会同时出现,故取二者之较大者与恒荷载开展组合在一般桁架坡度小于30°的桁架设计中,对封闭房屋只有当设有天窗时,才需考虑风荷载的不利组合
6.内力计算桁架的内力计算,可假定节点为较接将荷载集中于各个节点上,按节点荷载求得各杆件的轴向力节间荷载对上弦杆所引起的弯矩,在选择杆件截面时再行考虑
7.压杆的计算长度在构造平面内,弦杆及腹杆取节点中心间的距离在构造平面外,上弦取锚固橡条间的距离;腹杆取节点中心间的距离
8.上弦的计算原则1当楝条布置在节点处时,除按轴心受压杆件计算外,尚应验算在桁架支座偏心到达施工偏差限值时,此种偏心对上弦的不利影响2当节点之间布置有楝条时,上弦因节间荷载而承受弯矩,应按压弯构件计算3上弦弯矩的计算根据木桁架和钢木桁架的破坏试验测定,连续上弦的跨间弯矩值接近于按简支计算的弯矩,而在节点处存在较小的负弯矩这是由于在桁架承受荷载后,作为连续上弦中间支座的节点随桁架的变形而产生相应的竖向位移,使其按连续梁作用产生的正弯矩和由于支座位移产生的负弯矩互相抵消之故据此并考虑偏于安全,连续上弦的弯矩按下述要求计算跨间弯矩按简支梁计算;节点处支座弯矩设计值:式中g和q一—上弦的均布恒载和活载(或雪载)设计值;1一一杆件的计算长度
9.钢木桁架设计原则
(1)钢木桁架形式的选择当上、下弦均有荷载时,应选用上、下弦节间一致的豪式桁架(图
6.
3.la、d)若仅上弦有荷载,则以选用下弦扩大节间o的形式(图、c、e、f)为宜因为减少下弦节点既能简化制造、减小桁架的变形,又可以节省钢材
(2)钢材部分的设计要求钢木桁架钢材部分的设计计算,可按第
三、五章有关的规定开展;未作规定者,可参考现行《钢构造设计规范》计算考虑一般工地的焊接条件,应尽量采用较易焊接的Q235钢材制作
(3)钢下弦的选择1)下弦可采用圆钢或型钢(一般用双角钢)当荷载和跨度较小时,以选用圆钢为宜因为型钢受最小截面的限制、不能充分利用其承载能力当荷载和跨度较大,设有悬挂吊车或房屋的振动较大时,则应采用型钢2)圆钢下弦有单根和双根两柿当荷载和跨度较小或不设吊顶时,宜用单根圆钢因为单根圆钢的节点构造处理简单,同时可防止多根圆钢之间内力分配不均匀的现象,能充分利用钢材的承载能力
(4)钢下弦的构造要求1)圆钢直径应控制在30mm以内,杆端有螺纹的圆钢拉杆,当直径大于22mm时,宜将杆端加粗(如焊接一段较粗的短圆钢),其螺纹应由车床加工2)圆钢下弦在拼装前必须调直,并须设有调整其长度的装置一般可在支座节点处用双螺帽固定并开展调整,必要时,也可用花篮螺栓(拧紧器)来调整为防止圆钢下弦过度下垂,当下弦节点间距大于250d(d为圆钢直径)时,应对圆钢下弦适当加设吊杆,吊杆的间距按圆钢下弦的长细比不大于1000确定3)型钢下弦的长细比不宜大于350o4)为防止圆钢下弦拉直伸长对墙体产生推力,不应采用下弦抬高的桁架形式(图
6.
3.11)o安装跨度较大的桁架时,应在桁架一端支座节点的钢垫板与柱顶钢板之间放设数根短圆钢,以允许其向外自由水平滚动,待屋面构件和瓦材安装完毕后,再将短圆钢与柱顶钢板焊牢此时应注意检查支座反力作用点的位置与设计是否相符;必要时要作适当调整5)圆钢接长宜用对接焊或双帮条焊(图
6.
3.12a)在接头o的每一侧,帮条的长度一般应不小于4d(d为圆钢下弦的直径)帮条的直径应不小于
0.75d不应采用搭接焊(图
6.
3.12b)或o将圆钢单侧焊在节点板上(图
6.
3.12c),以免在圆钢和焊缝中产生附加应力当采用闪光对焊时,焊接工艺和质量验收,应符合现行《钢筋焊接及验收规程》中的有关规定6)双圆钢和双角钢下弦的两肢之间,每隔一定距离要加焊缀条
(5)节点设计原则1)设计节点时除应使各杆件的轴线汇交于一点外,尚应防止形成局部偏心(图
6.
3.12d)而产生附加应力2)节点中的受力钢板和焊缝均应根据计算确定其尺寸一般以选用610mm厚的钢板为宜焊缝厚度不应大于钢板和型钢的厚度,且不大于6mmo3)当钢板因受弯需要过大的厚度时,可采用加肋的方法来解决,或改用合适的型钢这样就可以防止钢板型号过多4)应尽量使构造钢板与受力钢板相结合,以节约钢材
(6)全部钢构件均应涂刷防锈漆,并定期检查,开展维护在锈蚀比较严重的地区应特别注意加强维护工作。