本文转载自公众号 钢结构成本-steelstructure
桁架有很多种类型,最常见的类型如图 20-1 所示。设计中使用的桁架类型通常受建筑方面和客户要求的影响,此外还受几何和经济因素的影响。
图 20-1a、e 显示了普拉特桁架。在正常的垂直载荷作用下,斜腹板承受拉力,而相对较短的垂直腹板承受压缩力。这种受力特性补偿了跨中压缩弦在常规垂直载荷作用下比拉伸弦承受更大力的事实。值得注意的是,在平缓坡度的屋顶上,普拉特桁架在风荷载作用下风荷载更大。这可能导致载荷反转,导致较长腹板构件压缩。
图 20-1 常见的屋架类型 a-普拉特桁架
图 20-1 常见的屋架类型 e-平行弦普拉特桁架
将普拉特桁架的腹板由内倾改为外倾,将形成豪氏桁架(或英式桁架),如图20-1b所示。豪氏桁架对于荷载很小的屋面有一定的优势。由于受风荷载的影响,会产生反向垂直荷载。另外,在垂直荷载作用下,跨中拉弦将比压弦承受更大的内力。
图 20-1 常见屋架类型 B-房屋桁架
如图 20-1c 所示,当芬克桁架用于大跨度、陡坡屋顶时,每个构件被细分为较短的构件,使其在钢材使用方面更经济。桁架的弦杆和腹杆可以根据设计师的要求以各种方式排列和细分。
图 20-1 常见的屋架类型 c-Fink 桁架
图 20-1d 显示了孟莎式桁架。它是 Fink 桁架的变体,其优点是可以减少无法使用的屋顶空间钢结构屋面坡度,从而降低建筑物的运营成本。该框架的主要缺点是由于跨高比相对较小,上弦和下弦的内力会增加。
图20-1 常见的屋架类型 d-折线屋架
图20-1f示出了沃伦桁架。由于桁架的斜腹板长度相等,因此制造成本降低。与普拉特桁架不同,沃伦桁架的中间节点的斜腹板在载荷作用下处于压缩状态。
图 20-1 常见的屋架类型 f-Warren truss
当跨度较大时,可采用改进的沃伦桁架。这种桁架多了一个垂直腹板,桁架提供的弦杆间距变小,如图20-1g所示。这样可以减少弦杆所受的压力。杆件的有效屈曲长度增加,同时局部弯曲引起的二次应力减小(详见本章20.5.2节)。虽然改进的沃伦桁架比平行弦杆普拉特桁架用料多,但其对称、美观的特点弥补了这一不足。
图 20-1 常见的屋架类型 g-改良型沃伦桁架
图 20-1h 所示的锯齿桁架或蝴蝶桁架只是多跨度建筑中使用的多种桁架的一个例子。
图20-1 常见的屋架类型 H型锯齿形屋架
就材料使用而言,桁架是一种非常高效的结构解决方案。然而,需要注意的是,通过使用大量相对较小的横截面积构件来节省钢材通常会增加制造成本和长期维护成本。
一般来说,简单的设计、构件的规格大致相同是最佳选择,设计人员还应考虑施工的可行性钢结构屋面坡度,例如构件的运输、现场安装所用的机械设备等,这些因素也可能对桁架的设计起着控制作用。