1、钢桁架受力模式
桁架的弦杆用于抗弯,腹杆用于抗剪,这与混凝土相同。两端简支桁架在均布荷载下,与简支梁类似,弯矩中间最大,两端最小,剪力两端最大,中间最小。在横截面(桁架高度)上,上弦杆一般受压,下弦杆受拉。斜腹杆的排列方向与腹杆受拉还是受压有直接关系。垂直腹杆的受力方向与斜腹杆的受力方向相反,因此桁架腹杆的布置有一定的特殊性。
2、钢屋架常见结构形式
①三角形:不经济,一般用于小跨度屋顶。从坡度和形状考虑,坡度≥1/3,跨度≤21m。考虑檩条布置,桁架截面间距一般为1.5m和3m。三角形的斜率较大,桁架相当于变截面梁。由于截面(桁架高度)变化过快,超过了弯矩的减小速度(弯矩中间大,两端小),这对弦杆上的应力不利,但反而使中弦受力较小,端弦受力较大。
主要形式有Howe风格和Funk风格,都是以外国人的名字命名的。这两种形式的区别在于腹部杆的排列。 Fink型的长腹杆受拉,短腹杆受压。拉杆没有稳定性问题,压杆是为了稳定控制。从材料利用率和强度来看,芬克式受力更为合理。当跨度较大时,可将腹杆重新分割。
②梯形:最常用,常用作工业厂房的屋面结构,坡度为1/8~1/12,适宜跨度≤36m。受力比三角形更合理,截面变化也比较平滑。
③人字形屋架:顶部和底部采用平行弦杆,中间连接。中间截面比梯形钢屋架小,节省材料。一侧屋面坡度≤1/10,适用跨度>30m。当跨度>42m时,可分为三段。在中间添加一个平行部分。当顶点在平面外时,应设置相应的支撑。
3、钢结构走廊、连廊等。
(a) 人字形腹板桁架
(b) 上升腹杆桁架,它是人字形桁架的改进版本。它使用上升腹板杆。由截面法可知,斜腹杆受拉钢结构柱线刚度计算,竖腹杆受压。压力比人体承受的压力还要大。字体合理、经济。
(c)变截面桁架,端部有高度限制时使用
(d) 混合腹杆桁架,是对上升腹杆的改进。末端上升的斜腹杆直接与支撑相连。虽然在受力方面变成了压杆,但降低了它提高了经济性,但缩短了力的传递路径,直接将力传递到支架上,减少了支架立杆上的应力。如果使用升腹杆,则力必须传递到支撑物的垂直杆上,然后再传递到支撑物上。支架的竖杆将承受较大的力。一般来说,走廊的尽头会设置一个框架,连接周围的桁架。使用上升腹杆会增加框架垂直部件上的应力。
(e) 对于折线桁架,必须在折点处平面外设置相应的支撑。
(f)对于奇数个交叉点的桁架,交叉点的数量恰好是奇数个跨度,中间应设置交互支撑,保持对称。尝试将其设置为偶数。
4、桁架设计的布置方法
①桁架的形式应根据建筑的要求,综合考虑屋顶材料、天窗、檩条、支撑布置、屋架与柱是否铰接或刚性连接等因素,最终确定总体尺寸和腹杆系统。
②桁架的腹杆系统。结构受力应合理,节点结构应简单、统一。网络成员数量较少,总长度较短。宜使长腹杆受拉,短腹杆受压,以免弦杆产生局部弯矩。斜腹杆与弦杆的夹角应为35~55度。
③ 常见的腹杆系统包括人字形、上升式和细分腹杆系统,它们通过减少节间长度来增加上弦长度。人字形是屋架中应用最广泛的。细分桁架系统比密集主腹杆的结构解决方案节省更多钢材。
④桁架交叉点的设置应根据建筑或工艺要求、设备悬挂等情况,使荷载尽可能作用在节点上。
⑤ 对于跨度较大的桁架,当变形挠度超过极限时,可采用起拱的方法来解决。外倾角值可取1/500,即恒载作用下的挠度外倾角。
⑥跨度过大时,必须分段运输。跨度小于等于12m的桁架不需要分段;当跨度大于12m小于20m时,可分为两段;当大于或等于20m时,可分为多段,但每段长度不应超过12m;拼接缝宜位于走廊跨度的1/3处;
⑦ 当桁架交叉点数量为奇数时,应在中心交叉点处布置横腹杆。
5.桁架计算的基本假设【钢标准5.1.5】
1.标准化
① 当桁架节点采用节点板时,可认为是铰接节点。
② H型或箱形截面桁架节点为刚性连接,即翼缘也采用焊接(焊接等级必须达到2级),故二次弯矩应按刚性连接桁架计算,弯矩应按刚性连接桁架计算。应根据杆线刚度比进行分配。这些杆件是压力弯曲和拉伸弯曲元件,其宽厚比应大于S2。而且建模时不能点击铰链。一般来说,铰接点与刚接点之间的包络线相当于铰接点的极限状态,这会导致桁架整体变形较大。
2、桁架所有杆件的轴线在一个平面内,并交于一点。杆件轴按下列规定确定。此时不需要考虑偏心的影响。顾名思义,单线图是指每根杆只有一个轴,轴是杆的一部分,其节点的连接方式各不相同。螺栓连接通常出现在腹杆上,弦杆通常被拉穿。
当为焊接节点桁架时,单线图中的线代表桁架构件的质心线/重心线,即重心距。对于斜钢,角钢后外缘外缘到截面中心轴线的距离一般取5mm的整数倍(即5mm的模数)。
用螺栓连接时,单线图上的线表示为螺栓的标距线,并以此为轴。标距线是指图册中规定的定位螺栓钻孔位置的线。这是图集中规定的,模数也是5mm。这主要是因为螺栓是主要受力点,所以以它为轴。如图所示,“a”是标尺线。
当弦截面在节点发生变化时,以受力较大的构件重心为轴,不同截面轴线的偏移距离不超过较大弦截面高度的5%。这个不需要考虑。偏心率的影响。
6、常用的屋架截面形式
1、一般采用单腹板墙屋架钢结构柱线刚度计算,很少采用双腹板墙。当应力较小时,采用双角钢型材。当构件采用双角钢截面较大(≥160mm时难以采购)时,宜采用轧制T型钢代替双角钢作为桁架的上下弦。当载荷较大时,宜采用H型钢。 T型钢和双角钢一般用于工业建筑,H型钢一般用于民用,因为桁架屋架做好后,会有相应的楼板,特别是两塔之间的走廊,肯定会有屋顶、H型钢和次梁与其他梁的连接比较方便,而且民用的一般都是混凝土板,荷载一般比工业的大。
2、平面内外屋架杆件的长细比应接近。一些常用截面的回转半径需要记住。例如,双角钢组合截面的回转半径如下:
长细比是计算长度与回转半径的比值。因此,在选择不同的平面内外回转半径时,必须结合计算出的平面内外长度。例如,以上图中的T形组合为例。当计算出的平面内外长度相近时,可选择等边角钢或长肢组合;当面外支撑较少且计算长度较大时,宜组合短肢。一般来说,不等边角钢用得不多。
3、同一桁架使用的钢材品种不宜过多,同一规格的厚度差不应小于2mm。例如,如果您选择90*6角钢,就不要再选择90*8。较小的厚度差异可以防止工人误拾取。
4、一般来说,桁架受压构件宜采用宽而薄的截面,以增大回转半径。厚度一般不应小于4mm。对于大跨度或腐蚀环境下的结构,应适当增加厚度(优选6mm)。桁架屋架构件的最小肢宽,查相应结构体系的规定:
以上是我个人的理解,如有问题请指正!