网架与桁架在实际工程中的应用__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：农业工程论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:198

副标题#e#摘要：本文以深圳文锦渡客运站屋盖大跨度空间钢管桁架结构为工程背景将理论研究与设计计算相结合，从多方面对网架与桁架结构进行分析研究，以达到优化结构设计的目的。
　　关键词：大跨度，桁架，结构设计
　　
　　深圳文锦渡客运站坐落于深圳市罗湖区文锦南路，该工程占地11480㎡，建筑面积38000m2，一层地下室，主楼为钢筋混土框筒结构，客运站为大开间钢结构，外墙为铝单板幕墙。候车厅空间为斜碗形，上大下小，原方案设计屋架为钢桁架，周边用18条箱型钢柱支撑，中部有两组大N柱支撑。在进行施工图设计时，考虑其整体性、施工因素、屋架与钢柱的共同作用等因素，网架改为桁架结构设计。
　　一、网架与桁架
　　1.1网架结构
　　网架结构由处在两个平面内的杆件组成，形成上弦与下弦，其间以腹杆相连而成的网格状结构体系。其具有空间受力的性能，是高次静定的空间结构。网架的受力特点是杆件均为铰接，不能承受弯矩或扭矩，所有杆件只受拉或受压。网架结构的整体性能好，易于制作、施工。
　　网架结构是利用三角形结构的特点以及金属杆件之间相互支撑的作用形成整体；其空间刚度大，适于大的跨度，可组成平板网架或圆形弯顶；其中平板网架可出六个杆件组成三角形角锥，再由几个角锥结成矩形多向受力的平面网；除三角形角锥外也可用四边形、六边形角锥组成连续的无间隙的体系。圆形穹顶结构是利用圆球可由许多相似三角形或六边形组合而成的概念，利用三角的结构特性，由单层或双层网架组成1/4、1/2、3/4等不同大小的圆。这种结构可用铝等轻质材料建造，重量轻、挠度小，以最少材料获得最大的空间与刚度。图1为常见网架结构。
　　
　　图1：常见网架结构
　　1.2桁架结构
　　桁架结构是常见的受弯梁式体系，桁架的设计、制作与安装都比较简单，构成桁架的上弦、下弦、腹杆与竖杆只承受拉力或压力，其对支座不会产生推力。
　　立体桁架，是由平面桁架演变而来，常用的做法是把单根的上弦或下弦分成两根，使桁架的截面成为正三角形或倒三角形。结构最大优点是桁架本身是立体的，平面外刚度大，自成一稳定体系，有利于吊装，因而可以简化平面桁架需要设置的支撑。
　　一个直线拱如果用联系杆抵消水平推力将构成最简单的三角桁架，其构件中的力将只是拉力或压力，实心矩形梁的受力状况表明上端所受压力与下端所受拉力都最大，剪力引起了对角线方向的拉力与压力。如果设想将该梁改由不同的构件联结组成的桁架取代将是十分有利的，上弦杆为受压构件，下弦杆为受拉构件，中间的斜杆或竖杆受拉或受压，当荷载位于接点处时，构件将不会产生弯曲形成一个整体的桁架结构。桁架由于其有利的结构特性可用于较大跨度，如桥梁、屋架等，形式有三角形、矩形、拱形、梯形。图2与3分别为是文锦渡客运站屋顶平面图和屋面主桁架图。
　　
　　图2：文锦渡客运站屋顶平面图
　　
　　图3：文锦渡客运站屋面主桁架
　　二、网架与桁架设计
　　2.1网架设计
　　网架结构形式：一般将跨度超过60m的网架称为大跨度网架，而30m以下跨度的称为小跨度网架，介于两者之间的称为中跨度网架。
　　按网架节点的结构形式区分，常见的有：焊接空心球节点网架、螺栓球节点网架、焊接钢板节点网架、焊接钢管节点网架和杆件直接交汇节点网架。
　　网架有双层和三层之分。按照几何构成方式，通常将网架分为三个体系：将若干平面桁架用杆件连接构成的网架称为平面桁架体系；以倒置四角锥为单元按一定规则构成的网架称为四角锥体系；以倒置三角锥为单元按一定规则构成的网架称三角锥体系。各体系常见的类型如下：
　　
　　网架结构选型原则：应综合考虑建筑要求、荷载和造价等因素来决定。从结构设计的角度讲，一般应选择空间作用好、受力合理、节点交汇杆#p#副标题#e#件少的网架形式。
　　周边支承网架结构选型：建筑平面形式接近正方形(长/宽≤1.5)时，结构用钢量依次递增的结构型式为：斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，星形四角锥网架。平面形式为狭长短形(长/宽＞1．5)时，建议结构型式的优选序列为：两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架；长宽比小于2时，亦可选用斜放四角锥网架。平面形式为圆形或多边形时，蜂窝形三角锥网架和抽空三角锥网架的用钢量较少，而三向网架和三角锥网架的刚度较好。
　　多点支承矩形网架结构选型：正放型网架比斜放型网架的刚度要好些，宜选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架或两向正交正放网架。
　　网架结构尺寸：网架的高度通常与荷载、跨度、平面形状、支承条件等因素有关。网格尺寸则与网架的高度、屋面材料等因素有关。
　　2.2桁架设计
　　桁架由主要承受轴心拉力或压力的构件相互连接而组成的格构式结构称为衍架，其结构特点主要有：用料经济，自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。桁架外形可分为三角形、梯形及平行弦三种。
　　确定桁架形式的原则：综合考虑使用要求(包括建筑功能和造型)、结构受力合理、制造简单、运输及安装方便以及综合技术经济效果好等因素确定。
　　屋盖支撑设置原则：在房屋的两端(第一个柱间或第二个柱间)或每一个温度区段内均应设置上弦横向水平支撑，且间距以不超过60m为宜。一般，下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑应设在同一柱间，以形成空间稳定体。当空间刚度要求高时，应设置纵向水平支撑。垂直支撑根据屋架跨度设置一道或数道，梯形屋架两端应各设置一道垂直支撑(可由托架代替)。在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆，屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆。当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，则在第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。
　　桁架主要尺寸的确定：由使用或工艺要求决定跨度L；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3.85m)及屋面坡度等因素来决定。三角形屋架中部高度一般为H≈(1/4~1/6)L；梯形屋架中部高度常取H≈(1/6~1/10)L，屋架端部高度H0常用范围是H0≈(1/10—1/16)L。
　　屋盖支撑的作用：保证屋盖结构的几何稳定性，保证屋盖的刚度和空间整体性，为弦杆提供适当的侧向支承点，承担并传递水平荷载以及保证结构安装时的稳定与施工方便。
　　刚性系杆和柔性系杆：既能承受拉力又能承受压力的系杆，叫刚性系杆；只能承受拉力的系杆叫柔性系杆。
　　桁架杆件容许长细比：衍架构件的刚度要求以容许长细比表达，受压杆件的容许长细比为150，支撑的受压杆件为200；直接承受动力荷载的桁架中的拉杆为250，只承受静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在竖向平面内的长细比，容许值为350，支撑的受拉杆为400。
　　三、结束语
　　综述所述，桁架与网架结构对大跨度建筑各有优势，网架属于空间结构体系，计算时应考虑整体受力和空间变形；桁架类似于平面刚桁架属于单向受力结构，只要就算平面内的强度和稳定，平面外的稳定主要依靠撑杆和系杆来承担，与网架相比桁架结构省去下弦纵向杆件和网架的球节点。桁架结构是网架结构基础上发展起来的，与网架比，用钢梁经济。
　　本工程因使用要求及体型、结构特殊，考虑到施工安装，考虑到整体协调受力，经过计算对比最终采用桁架结构，
　　
　　
　　
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