平面桁架、立体桁架、空腹桁架的概念(the concept of plane truss,space truss and Vierendeel truss).doc

一、桁架truss    桁架应用极广,适用跨度范围(6—60m)非常大。以受力特点可分为:平面桁架、立体桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架,只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时,才称之为平面桁架。文艺复兴时期,改进完善了木桁架,解决了空间屋顶结构的问题;10世纪工业大发展,因工业、交通建设需要,进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架。    (一)桁架的基本特点    ——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内;    ——桁架的杆件按三角形法则构成;    ——杆件相交的节点,计算按铰接考虑,木杆件的节点非常接近铰接;钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架,其杆件除轴向力外,还存在弯矩,会产生应力但很小,依靠节点构造措施能解决,故一般仍按结点铰接考虑;    4,轴向受力——结点既是铰接,故各杆件(弦杆、竖杆、斜杆)均受轴向力,这是材尽其用的有效途径。(二)桁架的合理形式    选择桁架形式的出发点是受力合理,能充分发挥材力,以取得良好的经济效益。桁架杆件虽然是轴向受力,但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制,在节点竖向荷载作用下,其上弦受压、下弦受拉,主要抵抗弯矩,而腹杆则主要抵抗剪力。平面桁架(russ)的形式与内力,见下图由力分析可以看出,在其他条件相同的情况下,受力最合理,结点构造最简单,用料最经济,自重最轻巧,施工也可行的是多边形或弧形桁架,因其上弦非直线,制作较复杂,仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作,上下弦各采用等截面杆件,其截面按最大内力决定,故内力较小的节问,材料未尽其用;为充分发挥材力,应尽量使弦杆各节点内力值接近。为进一步改进多边形桁架,使其上弦制作方便些,可作成折线形上弦的桁架,其高度变化接近于抛物线,这样适用于中、大跨(l>18m),但其制作仍比三角形或梯形桁架复杂,三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料,构造与制作最简单,其受力极不均匀,仅适用于小、中跨(l≤18m)的桁架情况。(三)桁架选型     选择桁架形式时,除了要考虑桁架受力与经济合理外,还需要考虑下列问题:     (1)建筑体型与美观;     (2)屋面材料及其坡度;     (3)制作与吊装。     (四)桁架的空间支撑     支撑的位置设在山墙位置两端的第二开间内,对无山墙(包括伸缩缝处)房屋没在房  屋两端第一开间内,房屋中间每隔一定距离(一般≤60m)亦需设置一道支撑,木屋架为20~30m。支撑包括上弦水平支撑、下弦水平支撑与垂直支撑,把上述开间相邻两端桁架联结成稳定的整体。在下弦平面通过纵向系杆,与上述开间空间体系相边,以保证整个房屋的空间刚度和稳定性。支撑的作用有三:     (1)保证屋盖的空间刚度与整体稳定;     (2)抵抗并传递屋盖纵向侧力,如山墙风力、纵向地震力等;     (3)保证桁架上弦平面外的压曲,减少平面外长细比,并可以防止桁架下弦平面外的振