桁架設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及對結(jié)構(gòu)性能、穩(wěn)定性和材料利用的考慮。合理的桁架設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則：確定高跨比是關(guān)鍵，這涉及到計(jì)算并選擇適當(dāng)?shù)目缍扰c高度比例。高跨比過大可能導(dǎo)致桁架承載能力不足，而過小則可能增加材料用量和成本。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮荷載類型，包括自重、風(fēng)載、雪載等，確保桁架能承受預(yù)期的外部負(fù)荷。桁架的截面形狀和尺寸也會影響其性能，通常采用具有足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性的截面。設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮制造工藝和安裝條件，以確保桁架的可制造性和施工便捷性。進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)分析和有限元模擬，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和安全性。一個(gè)合理且高效的桁架設(shè)計(jì)需要綜合考慮多個(gè)因素，通過精確計(jì)算和細(xì)致分析來實(shí)現(xiàn)。

桁架設(shè)計(jì)的基本原則

桁架設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要綜合考慮多個(gè)因素，以確保結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。以下是桁架設(shè)計(jì)的一些基本原則：

1. 高跨比

• 定義：桁架跨度中央的高度 $h$ 與跨度 $l$ 的比值稱為高跨比。
• 要求：為保證桁架具有足夠的剛度，不同類型的桁架有不同的高跨比最小限值。例如，木桁架和鋼木桁架的高跨比最小限值見表6.3.1.

2. 預(yù)起拱度

• 目的：為了消除桁架可見的撓度，桁架在制造時(shí)應(yīng)預(yù)先向上起拱。
• 標(biāo)準(zhǔn)：起拱度通常取為桁架跨度的1/200。

3. 節(jié)間的劃分

• 原則：根據(jù)荷載、跨度及所用材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的大小進(jìn)行節(jié)間劃分，充分利用上弦的承載能力。
• 注意事項(xiàng)：
  • 節(jié)間劃分過小會增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量，從而加大桁架的撓度和制造工作量。
  • 無下弦荷載的鋼木桁架應(yīng)盡量擴(kuò)大下弦的節(jié)間長度，減少下弦節(jié)點(diǎn)數(shù)，以減小撓度和方便施工。

4. 自重估算

• 方法：桁架自重一般可按經(jīng)驗(yàn)公式估算。當(dāng)設(shè)計(jì)完畢后，實(shí)際自重與估算值略有出入時(shí)，一般不必重算。
• 分配：當(dāng)僅有上弦荷載時(shí)，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

• 原則：求桁架桿件內(nèi)力時(shí)，恒荷載（包括自重）按全跨分布。屋面活荷載與雪荷載一般不會同時(shí)出現(xiàn)，取二者之較大者與恒荷載進(jìn)行組合。
• 特殊情況：
  • 三角形桁架在半跨活荷載作用下，中間一對斜腹桿的內(nèi)力不同。
  • 梯形桁架在半跨活荷載作用下，中間腹桿內(nèi)力可能變號。
  • 多邊形桁架或弧形桁架在3/4跨及1/4跨（或2/3跨及1/3跨）活荷載的組合下，某些腹桿的內(nèi)力達(dá)到最大值。

6. 內(nèi)力計(jì)算

• 假設(shè)：桁架的內(nèi)力計(jì)算假定節(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：節(jié)間荷載對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)算長度

• 平面內(nèi)：弦桿及腹桿取節(jié)點(diǎn)中心間的距離。
• 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

• 節(jié)點(diǎn)處：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，還應(yīng)驗(yàn)算在桁架支座偏心達(dá)到施工偏差限值時(shí)，此種偏心對上弦的不利影響。
• 節(jié)點(diǎn)之間：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。
• 彎矩計(jì)算：連續(xù)上弦的跨間彎矩值接近于按簡支計(jì)算的彎矩，而在節(jié)點(diǎn)處存在較小的負(fù)彎矩。

桁架設(shè)計(jì)的要求

• 強(qiáng)度：不發(fā)生斷裂或塑性變形。
• 剛性：不發(fā)生過大的彈性變形。
• 穩(wěn)定性：不發(fā)生因平衡形式的突然轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致坍塌。
• 動(dòng)力學(xué)特性：具有良好的抗震、抗風(fēng)性。
• 桿件：要有符合要求的桿件。
• 連接件：要有良好的連接件，包括鉚釘、銷釘及焊縫的連接。

桁架設(shè)計(jì)的常見類型

• 鋼桁架：適用于大跨度結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度和剛性。
• 鋼筋混凝土桁架：適用于中等跨度結(jié)構(gòu)，具有良好的耐久性和穩(wěn)定性。
• 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架：適用于大跨度結(jié)構(gòu)，具有較高的剛度和抗裂性。
• 木桁架：適用于中小跨度結(jié)構(gòu)，具有良好的美觀性和環(huán)保性。
• 鋼與木組合桁架：結(jié)合了鋼和木的優(yōu)點(diǎn)，適用于特定場合。
• 鋼與混凝土組合桁架：結(jié)合了鋼和混凝土的優(yōu)點(diǎn)，適用于大跨度結(jié)構(gòu)。

通過遵循上述原則和要求，可以設(shè)計(jì)出合理、安全、經(jīng)濟(jì)的桁架結(jié)構(gòu)。

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