空间桁架
组成桁架各杆件的轴线和所受外力不在同一平面上。在工程上,有些空间桁架不能简化为平面桁架来处理,如网架结构。塔架、起重机构架等。空间桁架的节点为光滑球铰结点,杆件轴线都通过联结点的球铰中心并可绕球铰中心的任意轴线转动。每个节点在空间有三个自由度。节点和杆件数的关系为W=3j-n,W>0为几何可变桁架,W=0为几何不变且无多余约束的空间桁架。空间桁架和平面桁架一样,可用部分截割法和节点法求出桁架内所有杆件所受的内力。部分截割法则是利用空间任意力系的六个平衡条件求出各杆的内力。节点法是截取节点为隔离体,利用每个节点所受的空间汇交力系的三个平衡条件,求出各杆的内力。
桁架的种类及特性:
桁架是由直杆通过焊接、铆接或螺栓连接而成的、具有相邻三角形单元的平面或空间结构。由于直杆仅承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度,在跨度较大时相较实腹梁能节省大量材料,减轻结构重量。
从外形上区分,常用桁架可分为三角桁架、梯形桁架、平行弦桁架等几何类型。其中平行弦桁架因为组成零件规格较少,制造简单,在温室行业使用较为普遍。
温室用平行弦桁架通常由上下弦杆、直腹杆、斜腹杆、端板组成,各构件之间采用焊接相连。根据斜腹杆的布置方式不同,平行弦桁架又可以分为人字式、单向斜杆式(豪式)两种类型。
其中,人字式斜腹杆桁架所用腹杆数量、总长度较小,相应节点数量也少,可以减少制造成本及焊接工作量,但受拉、受压斜腹杆长度相等,结构上不尽合理;同时,弦杆节间长度较大,当弦杆吊挂荷载较大(例如瓜果类种植)时,需要提高弦杆抗弯能力;与之相对应,单向斜杆式桁架杆件数量较多,材料用量、加工量较大,但受压的直腹杆长度较小,弦杆结间距同样较小,在较大吊挂荷载下材料性能能可得到更好的发挥。设计过程中应根据桁架荷载状况综合考虑,选择较优结构方案。为简便起见,以下仅就人字式腹杆平行弦桁架进行讨论。
桁架设计注意事项:
1.桁架的计算应该在与立柱组成的组合结构中进行
早期桁架计算多参考力学计算手册、采用手工方式进行。为减少计算工作量,往往将桁架作为一个独立部件进行计算,不考虑立柱对桁架的影响,较终通过提高结构安全系数来解决计算误差问题。在目前的技术环境下,各种结构计算软件的使用已经非常普遍,桁架的精确组合计算变得非常简单。以下是特定规格的同一桁架的三种不同组合状态,以及对应状态下的杆件轴力图、轴力汇总表(桁架荷载包括上弦均布垂直、上弦中点集中垂直荷载),荷载值采用有限元结构计算软件进行计算。
2.桁架的使用对温室立柱提出了更高的要求
桁架因为垂直承载面积较大,由桁架转移到立柱上的垂直荷载也较大,对立柱材料截面积的调整不会成为问题。但是,因为温室结构的特殊性,垂直荷载往往较小,对立柱的要求更多地受制于水平荷载,即风载的作用。桁架的使用会对立柱水平承载能力(抗弯能力)带来更大的影响,而这个影响往往会被低估,造成立柱在较端荷载条件下强度**限。
结构计算:
房屋建筑用的桁架,一般仅进行静力计算;对于风力、地震力、运行的车辆和运转的机械等动荷载,则化为乘以动力系数的等效静荷载进行计算;特殊重大的承受动荷载的桁架,如大跨度桥梁和飞机机翼等,则需按动荷载进行动力分析(见荷载)。
平面桁架一般按理想的铰接桁架进行计算,即假设荷载施加在桁架节点上(如果荷载施加在节间时,可按简支梁换算为节点荷载),并和桁架的全部杆件均在同一平面内,杆件的重心轴在一直线上,节点为可自由转动的铰接点。理想状态下的静定桁架,可以将杆件轴力作为未知量,按静力学的数解法或图解法求出已知荷载下杆件的轴向拉力或压力(见杆系结构的静力分析)。
工程用的桁架节点,一般是具有一定刚性的节点而不是理想的铰接节点,由于节点刚性的影响而出现的杆件弯曲应力和轴向应力称为次应力。计算次应力需考虑杆件轴向变形,可用**静定结构的方法或有限元法求解。
空间桁架由若干个平面桁架所组成,可将荷载分解成与桁架同一平面的分力按平面桁架进行计算,或按空间铰接杆系用有限元法计算。
根据桁架杆件所用的材料和计算所得出的内力,选择合适的截面应能保证桁架的整体刚度和稳定性以及各杆件的强度和局部稳定,以满足使用要求。
桁架的整体刚度以控制桁架的较大竖向挠度不**过容许挠度来保证;平面桁架的平面外刚度较差,必须依靠支撑体系保证。支撑系统有上弦支撑、下弦支撑、垂直支撑和桁架共同组成空间稳定体系。
模板的拆除与维护:
1、模板拆除时的混凝土强度应符合设计要求。当设计无具体要求时,设临时支撑时,跨度不大于8米的楼板,待混凝土的强度不小于设计强度75%方可拆除支撑;跨度大于8米的楼板,待混凝土的强度达到设计强度后方可拆除支撑。
2、手持拆卸辅助工具先将联接件向下拉直,再拆卸联接件。联接件拆除后,应随时收集,不允许将联接件随手丢置在楼面上。模板搭边处,用**铲刀,从下部贴紧模板将铆钉尾部铲除。
3、拆除模板前,应先拆去临时支撑。严禁暴力拆除,不允许高空下抛,应转接放置整齐。不允许因暴力拆除引起构件较大变形。
4、拆除模板时应有防止模板随意坠落的安全措施。如模板四角的联接件最后拆除,一手托紧模板,拆除四角联接件后,轻轻取下模板。模板拆除后,应堆放整齐,如图1.6-14所示。不允许因暴力拆除引起的模板较大变形。
桁架是由一些用直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。杆件间的结合点称为节点(或结点)。根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况,桁架可分为平面桁架和空间桁架。屋架或桥梁等空间结构是由一系列互相平行的平面桁架所组成。若它们主要承受的是平面载荷,可简化为平面桁架来计算。
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