一、桁架
桁架應(yīng)用極廣,適用跨度范圍(6—60m)非常大。以受力特點(diǎn)可分為:平面桁架、立體桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架,只在強(qiáng)調(diào)其與立體桁架或空腹桁架有所區(qū)別時(shí),才稱(chēng)之為平面桁架。文藝復(fù)興時(shí)期,改進(jìn)完善了木桁架,解決了空間屋頂結(jié)構(gòu)的問(wèn)題;10世紀(jì)工業(yè)大發(fā)展,因工業(yè)、交通建設(shè)需要,進(jìn)一步加大跨度。出現(xiàn)了各種鋼屋架采用桁架。
(一)桁架的基本特點(diǎn)
1.平面——外荷與支座反力都作用在全部桁架桿件軸線(xiàn)所在的平面內(nèi);
2.幾何不變——桁架的桿件按三角形法則構(gòu)成;
3.鉸接——桿件相交的節(jié)點(diǎn),計(jì)算按鉸接考慮,木桿件的節(jié)點(diǎn)非常接近鉸接;鋼桁架或鋼筋混凝土桁架的節(jié)點(diǎn)非鉸接、實(shí)屬于剛架,其桿件除軸向力外,還存在彎矩,會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力但很小,依靠節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施能解決,故一般仍按結(jié)點(diǎn)鉸接考慮;
4,軸向受力——結(jié)點(diǎn)既是鉸接,故各桿件(弦桿、豎桿、斜桿)均受軸向力,這是材盡其用的有效途徑。
(二)桁架的合理形式
選擇桁架形式的出發(fā)點(diǎn)是受力合理,能充分發(fā)揮材力,以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。桁架桿件雖然是軸向受力,但桁架總體仍擺脫不了彎曲的控制,在節(jié)點(diǎn)豎向荷載作用下,其上弦受壓、下弦受拉,主要抵抗彎矩,而腹桿則主要抵抗剪力。平面桁架的形式與內(nèi)力,見(jiàn)圖10-65。

  由力分析可以看出,在其他條件相同的情況下,受力最合理,結(jié)點(diǎn)構(gòu)造最簡(jiǎn)單,用料最經(jīng)濟(jì),自重最輕巧,施工也可行的是多邊形或弧形桁架,因其上弦非直線(xiàn),制作較復(fù)雜,僅適用于較大跨度的情況。一般為便于構(gòu)造與制作,上下弦各采用等截面桿件,其截面按最大內(nèi)力決定,故內(nèi)力較小的節(jié)問(wèn),材料未盡其用;為充分發(fā)揮材力,應(yīng)盡量使弦桿各節(jié)點(diǎn)內(nèi)力值接近。為進(jìn)一步改進(jìn)多邊形桁架,使其上弦制作方便些,可作成折線(xiàn)形上弦的桁架,其高度變化接近于拋物線(xiàn),這樣適用于中、大跨(l>18m),但其制作仍比三角形或梯形桁架復(fù)雜,三角形桁架的最大特點(diǎn)是上弦為兩根直料,構(gòu)造與制作最簡(jiǎn)單,其受力極不均勻,僅適用于小、中跨(l≤18m)的桁架情況!(三)桁架選型
選擇桁架形式時(shí),除了要考慮桁架受力與經(jīng)濟(jì)合理外,還需要考慮下列問(wèn)題:
(1)建筑體型與美觀;
(2)屋面材料及其坡度;
(3)制作與吊裝。
(四)桁架的空間支撐
支撐的位置設(shè)在山墻位置兩端的第二開(kāi)間內(nèi),對(duì)無(wú)山墻(包括伸縮縫處)房屋沒(méi)在房 屋兩端第一開(kāi)間內(nèi),房屋中間每隔一定距離(一般≤60m)亦需設(shè)置一道支撐,木屋架為20~30m。支撐包括上弦水平支撐、下弦水平支撐與垂直支撐,把上述開(kāi)間相鄰兩端桁架聯(lián)結(jié)成穩(wěn)定的整體。在下弦平面通過(guò)縱向系桿,與上述開(kāi)間空間體系相邊,以保證整個(gè)房屋的空間剛度和穩(wěn)定性。支撐的作用有三:
(1)保證屋蓋的空間剛度與整體穩(wěn)定;
(2)抵抗并傳遞屋蓋縱向側(cè)力,如山墻風(fēng)力、縱向地震力等;
(3)保證桁架上弦平面外的壓曲,減少平面外長(zhǎng)細(xì)比,并可以防止桁架下弦平面外的振動(dòng)。
(五)桁架的優(yōu)缺點(diǎn)
1.優(yōu)點(diǎn)
(1)桁架的設(shè)計(jì)、制作、安裝均為簡(jiǎn)便;
(2)桁架適應(yīng)跨度范圍很大,故其應(yīng)用非常廣泛。
2。缺點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)空間大,其跨中高度H較大,一般為(1/10—1/5)l0,給建筑體型帶來(lái)笨 重的大山頭,單層建筑尤難處理;
(2)側(cè)向剛度小,鋼屋架尤甚,需要設(shè)置支撐,把各榀桁架聯(lián)成整體,使之具有空間剛度,以抵抗縱向側(cè)力,支撐按構(gòu)造(長(zhǎng)細(xì)比)要求確定截面,耗鋼而未能材盡其用。
(六)立體桁架
解決上述未盡其用的問(wèn)題使桁架材料充分發(fā)揮其潛力的辦法,是改平面桁架為空間桁架,即立體桁架。這樣一來(lái)桁架本身就具有足夠的側(cè)向剛度與穩(wěn)定性,以簡(jiǎn)化或從根本上取消支撐,其具體做法見(jiàn)圖10-66。

 (七)空腹桁架
 由于使用上的需要或建筑功能上的要求,如在桁架高度范圍內(nèi)開(kāi)門(mén)窗或天窗、或在桁架高度范圍內(nèi)作設(shè)備層、或需要穿越管道與人行道,或桁架暴露于室外需要適當(dāng)美觀等原因,不允許桁架有斜腹桿,只有豎桿的桁架,即是空腹桁架。
 本節(jié)所述之平面桁架、立體桁架與空腹桁架,其總體仍然是受彎構(gòu)件,本質(zhì)是格構(gòu)式梁或梁式桁架。