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架其内力差别要大一些。对于腹杆来说,应该使长杆受拉,短杆受压,数量宜少且腹杆总长度应小。芬克式腹杆屋架中虽然腹杆数量多,但长杆受拉短杆受压,受力合理且可拆分便于运输;人字型腹杆,数量少,总长度也较小,下弦结点少,因之减少了制造工作量。在梯形和平行弦屋架中,用单斜式腹杆时使长杆受拉短杆受压,受力合理,但腹杆数量、结点数量较人字式多。在三角形屋架中,单斜式腹杆使长杆受压,受力不尽合理,且数量较多。当房屋需吊顶时采用该腹杆体系,这样可以获得较小的下弦节间以便于安装。再分式腹杆虽然增加了腹杆数量和结点数量,但可使上弦节间尺寸减小,并可与(1.5×6m)大型屋面板一起使用,以便屋架只承受节点荷载作用,因此再分式屋架应用也非常广泛。交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力的支撑体系。
塔架是主要承受水平荷载作用的桁架。根据受力情况,通常其外形做成棱锥形。当塔架高度不大时,一般采用直线棱锥形,高度较大时,采用折线棱锥形。腹杆体系采用交叉式以适应荷载方向的不同。
(3)制造简单及运输与安装方便。从制造简单来看,应该是杆件数量少、节点少、杆件尺寸划一及节点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合上述要求。就腹杆体系而言,芬克式屋架便于运输,人字式和单斜式腹杆相比,腹杆数目少,节点也少,有利于制造。
(4)综合技术经济效果好。在确定桁架形式和主要尺寸时,除考虑上述三个方面的因素外,还应考虑诸如跨度的大小、荷载的情况、材料供应的条件、建设速度的要求等,以期获得较好的综合技术经济效果。
在满足上述原则的基础上,根据具体条件,桁架形式可以采取多种变化。图所示三角形屋架的变化形式,能够克服原三角形屋架支座节点构造上的一些困难,且屋架重心降低,从而提高了屋架的空间稳定性。图平行弦双坡屋架,下弦中部取水平段后,可以改善屋架的受力条件。
4、桁架主要尺寸的确定
桁架的主要尺寸是指它的跨度L和高度H(包括梯形屋架的端部高度H0)。跨度L,对屋架来说由使用和工艺方面的要求决定。屋架的高度则由经济条件、刚度条件(屋架的挠度限值为L/500)、运输界限(铁路运输界限高度为3.85米)及屋面坡度等因素来决定。
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根据上述原则,各种屋架中部高度H常在下述范围:三角形屋架H=(1/4—1/6)L;梯形屋架H=(1/6—1/10)L,但当屋架跨度大时要注意尽可能不超出运输界限。梯形屋架的端部高度H0与中部高度相关联。当为多跨屋架时,H0应取一致,以利屋面构造。我国常将H0取为(1.8—2.1)米等较整齐的数值。当屋架与柱刚接时,应取足够的大小,以便能较好地传递支座弯矩而不使端部弦杆产生过大内力。端部高度的常用范围是H0?(1/10?1/6)L
三、屋盖支撑 屋盖支撑的作用
1、保证屋盖结构的几何稳定性
在屋盖结构中屋架是主要承重构件。各个屋架仅用檩条或大型屋面板来联系时,屋盖结构属几何可变体系,在荷载作用下或者甚至在安装时,各屋架就会向一侧倾倒。当用支撑体系合理连接时,才能组成几何不变体系的屋盖结构。
首先用支撑将两个相邻的屋架组成空间稳定体,然后用檩条或大型屋面板以及上下弦平面内的一些系杆将其余各屋架与空间稳定体连接起来,以形成几何不变的屋盖结构体系。
空间稳定体(图中的ABB'A'与DCC'D'之间)是由相邻两屋架和它们之间的上弦横向水平支撑,下弦横向水平支撑以及两端和跨中竖直面内的垂直支撑所组成的,它们形成一个六面的盒式体系。对于三角形屋架,只在跨中设臵垂直支撑。
2、保证屋盖的刚度和空间整体性
横向水平支撑是一个水平放臵(或接近水平放臵)的桁架,桁架两端的支座是柱或垂直支撑,桁架高度常为6m(柱距方向),在屋面平面内具有很大的抗弯刚度。在山墙风荷载或者在吊车纵向刹车力作用下,可以保证屋盖结构不产生过大的变形。
下弦纵向水平支撑提供的抗弯刚度能使各框架协同工作形成空间整体性,减小横向水平荷载作用下的变形。
由屋面系统及各类支撑、系杆所组成的屋盖结构,在各个方向都具有一定的刚度,并保持空间整体性。
3、为弦杆提供适当的侧向支承点
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支撑可作为弦杆的侧向支承点,减小弦杆在屋架平面外的计算长度,保证受压的上弦杆的侧向稳定,并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。
4、承担并传递水平荷载(如风载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载)。 5、保证结构安装时的稳定与方便。
屋盖支撑的布臵
1、上弦水平支撑
在有檩条(有檩体系)或不用檩条而只采用大型屋面板(无檩体系)的屋盖中都应设臵屋架上弦横向水平支撑,当有天窗架时,天窗架上弦也应设臵横向水平支撑。
在能保证每块大型屋面板与屋架的三个焊点的焊接质量时,大型屋面板在屋架上弦平面内形成刚度很大的盘体,此时可不设上弦横向水平支撑。但考虑到工地焊接的施工条件不易保证焊点质量,所以一般仅考虑大型屋面板起系杆的作用。
上弦横向水平支撑应设臵在房屋的两端或当有横向伸缩缝时在温度缝区的两端。一般设在第一柱间或设在第二柱间。横向水平支撑的间距L0以不超过60m为宜,所以在一个温度区段(为120m、180m或220m)的中间还要布臵一或几道。
2、下弦横向水平支撑
一般情况下应该设臵下弦横向水平支撑。当跨度较小(L≤18m),且没有悬挂式吊车,或虽有悬挂式吊车但起重吨位不大,厂房内也没有较大的振动设备时,可不设下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设在同一柱间,以形成空间稳定体。
3、纵向水平支撑
当房屋内设有托架,或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车,或有壁行吊车,或有锻锤等大型振动设备,以及房屋较高、跨度较大,空间刚度要求高
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时,均应在屋架下弦(三角形屋架可在下弦或上弦)端节间设臵纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框,加强了屋盖结构的整体性并能提高房屋纵、横向的刚度。
4、垂直支撑
所有房屋中均应设臵垂直支撑。梯形屋架在跨度L?30m,三角形屋架在跨度L?24m时,仅在跨度中央设臵一道,当跨度大于上述数值时宜在跨度1/3附近或天窗架侧柱处设臵两道。梯形屋架不分跨度大小,其两端还应各设一道,当有托架时则由托架代替。垂直支撑本身是一个平行弦桁架,根据尺寸的不同,一般可设计成图的形式。
5、系杆
没有参与组成空间稳定体的屋架,其上下弦的侧向支承点由系杆来充当,系杆的另一端最终连接于垂直支撑或上下弦横向水平支撑的节点上。能承受拉力也能承受压力的系杆,截面要大一些,叫刚性系杆;只能承受拉力的,截面可以小些,叫柔性系杆。
上弦平面内,大型屋面板的肋可起系杆的作用,此时一般只在屋脊及两端设系杆,当采用檩条时,檩条可代替系杆。有天窗时,屋脊节点的系杆对于保证屋架的稳定有重要意义,因为屋架在天窗范围内没有屋面板或檩条。
下弦平面内,在跨中或跨中附近设臵一或两道系杆,此外,在两端设臵系杆。 系杆的布臵原则是:在垂直支撑平面内一般设臵上下弦系杆;屋脊节点及主要支撑节点处需设臵刚性系杆,天窗侧柱及下弦跨中附近设臵柔性系杆;当屋架横向支撑设在端部第二柱间时,则第一柱间所有均应为刚性系杆。
四、桁架的荷载和内力计算 桁架的荷载计算
1、桁架的荷载
设计桁架时需首先计算桁架上的荷载并由此计算各杆件的内力。下面以屋架为例说明。对于其他桁架,荷载作用方式和计算方法类似。
作用于屋架上的荷载有:屋架自重、屋面恒荷载(檩条、屋面板、瓦以及屋面上的保温层、防水层等重量)、活荷载、雪荷载、风荷载等。有的房屋还有吊顶(棚)重、吊挂管道重、积灰荷载等。以上荷载可看作是均布于屋面倾斜面积或水平投影面积上的荷载,以kN/m2计,其值可由《建筑荷载规范》或手册查得,或按材料的厚度或规格算得。计算杆件内力时应按荷载标准值乘以相应分项系数(恒载取1.2,活荷载取1.4)计算。
①屋面恒荷载 ②屋架自重
通常假定屋架自重的一半作用在上弦平面,另一半作用在下弦平面。但当屋架下弦无其他荷载时,为简化可全部假定作用在上平面。
③雪荷载或屋面活荷载
当屋面积雪不均匀时,对某些杆件的内力不利,设计时,通常考虑全跨、或仅左或右半跨积雪的情况。
设计屋架时屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,取其中较大者。 ④风荷载
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