钢桁架

钢桁架
编辑
锁定
讨论
上传视频
特型编辑
钢材制造的桁架
相关视频查看全部
社会背景
最常采用的是平面桁架，在横向荷载作用下其受力实质是格构式的梁。钢桁架与实腹式的钢梁相比较，其特点是以弦杆代替翼缘和以腹杆代替腹板，而在各节点处通过节点板(或其它零件)用焊缝或其它连接将腹杆和弦杆互相连接；有时也可不用节点板而直接将各杆件互相焊接(或其它连接)。这样，平面桁架整体受弯时的弯矩表现为上、下弦杆的轴心受压和受拉，剪力则表现为各腹杆的轴心受压或受拉。
桁架在钢结构中应用很广，例如在工业与民用建筑的屋盖(屋架等)和吊车梁(即吊车桁架)、桥梁、起重机(其塔架、梁或臂杆等)、水工闸门、海洋采油平台中，常用钢桁架作为承重结构的主要构件。在大跨度公共建筑屋盖结构中较多采用的各种型式的钢网架，则属于空间钢桁架。各种类型的塔架，如电视、输电、钻井、起重机用塔架和桅杆塔，常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。
钢桁架与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，并且杆件主要承受轴心力，从而常能节省钢材和减轻结构自重。这使钢桁架特别适用于跨度或高度较大的结构。此外，钢桁架还便于按照不同的使用要求制成各种需要的外形。并且，由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，钢桁架常可做成有较大高度，从而具有较大的刚度。但是，钢桁架的杆件和节点较多，构造较为复杂，制造较为费工。
钢桁架中，梁式简支桁架最为常用。因为这种桁架受力明确，杆件内力不受支座沉陷和温度变化的影响，构造简单，安装方便；但用钢量稍大。刚架式和多跨连续钢桁架等能节省钢材，但其内力受支座沉陷和温度变化的影响较敏感，制造和安装精度要求较高，因此采用较少。在单层厂房钢骨架中，屋盖钢桁架常与钢柱组成单跨或多跨刚架，水平刚度较大，能更好适应较大吊车或振动荷载的要求。连续钢桁架常用于较大跨度的桥梁等结构和有纤绳的桅杆塔结构。在大跨度的公共建筑和桥梁中，也常采用拱式钢桁架。在海洋平台和某些房屋结构中，也常采用悬臂式钢桁架。各种塔架都属于悬臂式结构。
钢桁架按杆件内力、杆件截面和节点构造特点可分为普通、重型和轻型钢桁架。普通钢桁架一般采用单腹式杆件，通常是两个角钢组成的T形截面，有时也用十形、槽形或管形等截面，在节点处用一块节点板连接，构造简单，应用最广。重型钢桁架的杆件受力较大，采用由钢板或型钢组成的H形或箱形截面，节点处用两块平行的节点板连接，它常用于跨度和荷载较大的钢桁架，如桥梁和大跨度屋架等。轻型钢桁架采用小角钢及圆钢，或采用冷弯薄壁型钢，节点处可用节点板连接，也可将杆件直接相连，它主要用于跨度较小、屋面较轻的屋盖结构。
分类
钢桁架常按力学简图、外形和构造特点进行分类。
① 按力学简图分为简支的和连续的;静定的和超静定的，平面的和空间的。简支钢桁架应用最广。
② 按外形可分为三角形、 梯形、平行弦和多边形。屋面坡度较陡的屋架常采用三角形钢桁架（图1a），跨度一般在18～24米以下；屋面坡度较平缓的屋架常采用梯形钢桁架（图1b、c）,跨度一般为18～36米，应用较广。其他各类钢桁架常采用构造较简单的平行弦钢桁架（图1d、e、f及见桁架梁桥）。多边形钢桁架受力较好（图1g），但制造较复杂，只在大跨度钢桁架中有时采用。塔架通常采用直线或折线的外形（见塔式结构）。
③ 按杆件内力、杆件截面和节点构造特点分为普通、重型和轻型钢桁架。普通钢桁架一般用单腹式杆件，通常是两个角钢组成的T形截面,有时也用十字形、槽形或管形等截面，在节点处用一块节点板连接,构造简单,应用最广。重型钢桁架杆件用由钢板或型钢组成的工形或箱形截面，节点处用两块平行的节点板连接；常用于跨度和荷载较大的钢桁架，如桥梁和大跨度屋盖结构。轻型钢桁架用小角钢及圆钢或薄壁型钢组成；节点处可用节点板连接，也可将杆件直接相连；主要用于小跨度轻屋面的屋盖结构。
工程要点
连接方法
钢桁架可用焊接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接或铆接。焊接应用最广；普通螺栓连接常用于可拆卸的结构、输电塔和支撑系统；高强度螺栓连接常用于重型钢桁架的工地连接；铆接用于受较大动力荷载的重型钢桁架，已逐渐被高强度螺栓连接所代替。
高跨比
钢桁架的高度由经济、刚度、使用和运输要求确定。增加高度可减小弦杆截面和挠度,但增加腹杆用量和建筑高度。钢桁架的高跨比通常采用 1/5～1/12；钢材强度高、刚度要求严的钢桁架应采用相对偏高值。三角形钢屋架的高度通常由屋面坡高确定；一般屋面坡度为1/2～1/3时，高跨比相应为1/4～1/6。
腹杆体系
钢桁架的腹杆体系通常采用人字式或单斜式等形式。人字式腹杆的腹杆数和节点数较少，应用较广；为减少受有荷载的弦杆或受压弦杆的节间尺寸,通常增加部分竖杆。单斜式腹杆通常布置使较长的斜杆受拉，较短的竖杆受压，有时用于跨度较大的钢桁架。如需进一步减小弦杆及腹杆的长度，可采用再分式腹杆体系,钢桁架高度较大且节间较小时可采用K式或菱形腹杆体系。在支撑桁架和塔架中，常采用能较好承受变向荷载的交叉式腹杆体系，交叉斜杆通常按拉杆设计。斜腹杆对弦杆的倾斜角通常在30°～60°范围内。
受力特点
钢桁架各杆件的截面形心轴线应在节点处交汇于一点，内力计算一般按铰接桁架进行。当桁架只承受节点荷载时，所有杆件只受轴心拉力或压力；如在杆件节间内也承受荷载，则该杆件将同时受弯。钢桁架杆件一般较细，布置节点时应尽量避免或减小局部弯矩。对杆件截面高度与长度比值较大的钢桁架，必要时应考虑节点刚性引起的杆件次应力。
支撑系统
为了保证平面钢桁架在桁架平面外的刚度和稳定、减小弦杆在桁架平面外的计算长度、并承受可能有的侧向荷载,应在钢桁架侧向布置支撑（图2）。支撑通常可分为水平支撑（上弦和下弦平面、横向和纵向）、垂直支撑（桁架两端和中间）和系杆等类型。成对的钢桁架可在其间沿下弦及上弦平面分别布置横向水平支撑，并在钢桁架两端及中间每隔适当距离的竖杆平面布置垂直支撑。屋盖结构中有许多钢桁架，可只在两端及每隔一定距离的相邻两桁架间设置上、下弦横向水平支撑和垂直支撑，其余桁架只在上、下弦按适当间距设置系杆；当有较重吊车或必要时，还可在桁架下弦端节间增设纵向水平支撑。在四面或多面的塔架中应每隔一定高度设置横隔，以保证塔架刚度和横截面的几何不变性。
杆件截面设计
钢桁架杆件的截面形式按节省钢材、连接方便和制造简单等条件选择，并注意使杆件在两个主轴方向的长细比（杆件计算长度和截面回转半径的比值）尽可能相近。钢桁架拉杆应满足强度和容许长细比的要求；压杆应满足强度、稳定和容许长细比的要求。
在计算杆件的强度和稳定时,内力按轴心力考虑;当杆件同时受轴心力和弯矩时，应按偏心受力考虑其共同作用。在计算杆件的稳定和长细比时，应考虑桁架平面内和平面外两个方向，或长细比较大的不利方向。杆件的容许长细比，按杆件受压或受拉、受静力荷载或动力荷载等情况分别规定。
起拱
跨度稍大的钢桁架，为抵消自重及荷载作用下的全部或部分挠度，通常规定在制造时预先起拱。屋架的起拱度(f)一般为跨度的1/500。