木结构桁架设计(一)

[资料来源:木结构设计手册] [阅读次数:20287] [加入时间:2009年10月19日] [字号: ]

一、 桁架结构形式的选择和布置

1. 桁架结构形式的分类和选择

木屋盖除了屋面构件外,还有屋盖承重结构。屋盖承重结构分为原木或方木结构和胶合木结构两类,根据杆件体系可分为桁架、拱和框架等三类。屋架一般为平面桁架,它承受作用于屋盖结构平面内的荷载,并把这些荷载传递至下部结构(如墙或柱子)。

桁架根据下弦所用材料又分为木材7架和钢木椅架两类。

桁架结构形式的选择,应根据建筑上的要求、材料供应、制造条件和结构本身的合理性和可能性等因素来确定,并宜采用静定的结构体系。

木桁架,目前常用的还是原木或方木结构。

钢木桁架为采用钢材作下弦的桁架,钢木桁架能消除木材缺陷(木节、裂缝及斜纹)对桁架受拉下弦及其连接的不利影响,提高桁架的安全可靠程度和刚度。在下列情况下,宜选用钢木桁架:

(1)当所用木材不能满足下弦的材质标准时;
(2)设有悬挂吊车和有振动荷载的中小型工业厂房;
(3)当桁架跨度较大或使用湿材时;
(4)木构件表面温度达到40~50°C;
(5)采用落叶松或云南松等在干燥过程中易于翘裂的木材,且其跨度超过15m(对于原木)或12m(对于方木);
(6)采用新利用树种木材,且其跨度超过9m。

2.桁架的外形

桁架的外形应根据所采用的屋面材料、桁架跨度、建筑造型、制造条件和桁架的受力性能等因素来确定。

木桁架的外形通常有三角形、梯形及多边形等三种(图6.3.1),当采用胶合木结构时,还可用拱形。对砖木结构房屋,我国目前常用的屋面材料为粘土瓦、彩色混凝土瓦及多彩沥青油毡瓦等,需要的排水坡度较大,故一般均采用三角形桁架;这种桁架与梯形、多边形桁架相比较,其受力性能较差,用料较费,且建筑造型也不太好,因此其跨度不宜超过18m。当跨度再大时,应选用彩钢压型板或其他轻质材料作屋面材料。采用梯形或多边形桁架时,其跨度可达24m。对于更大跨度的公共建筑,宜选用胶合木结构。

3.桁架的间距

桁架的间距应根据房屋的使用要求、桁架的承载能力、屋面和吊顶结构的经济合理性以及常用木材的规格等因素来确定。

方木桁架、原木桁架以及木檩条等的承载能力,都受到常用木材规格的限制。对于木檩条,当桁架间距过大时,常用的简支檩条,根据挠度控制,要求有较大的截面,所以,采用木檩条时,桁架的间距以3m左右为宜,最大不宜超过4m。采用钢木檩条或胶合木檩条时,桁架间距不宜大于6m。对于柱距为6m的工业厂房,则应在柱顶设置钢筋混凝土托架梁,将桁架按3m间距布置。

4.桁架布置的结构方案

(1) 多跨房屋的结构方案

在多跨房屋的木屋盖中应尽量不做天沟和天窗,以避免木屋盖腐朽。

当木桁架不多于两跨或三跨时,如有条件,可做成外排水的木屋盖体系(图6.3.2),并利用侧窗采光。

在多跨房屋中,如不得不采用天沟时,严禁采用木制天沟,必须采用钢筋混凝土天沟,并从构造上采取措施,以保证桁架的支座节点通风良好。若设天窗,则应采取构造措施防止天窗边柱受潮腐朽。

(2) 利用房屋内部纵墙承重的结构方案

当房屋内部有纵向承重墙或柱时,应把墙或柱用作支点,构成三支点或四支点桁架图6.3.3)。设计时应以两榀静定的单坡桁架为基本体系,而不应做成三个或四个支点的超静定结构。

三支点桁架是将两榀单坡桁架在水平位置上相互错开放置(图6.3. 3a),并用螺栓将两榀桁架的立柱系紧(图6.3.4)。

四支点桁架中的两榀单坡桁架应放置在同一垂直平面内,而在中部两根立柱上放置一个小三角架(图6.3.3b及图6. 3. 5)。

三支点和四支点桁架的工作特点如图6.3.3所示,其中除两榀静定的单坡桁架外,粗虚线所示者为不受轴向力作用的斜梁,而小三角架则自成体系,应单独分析计算。

三支点和四支点的桁架体系,均应在立柱处设置垂直支撑(图6.3.3)以保证纵向稳定(每隔3~4榀桁架设置一道)。

(3) 四坡水屋顶及歇山屋顶的结构方案

采用这两种屋面构造(图6.3.6、图6. 3. 8)皆可达到改善建筑造型和减小山墙承风面积的目的。歇山屋顶的结构简沽,施工方便,在一般情况下以采用歇山方案为宜。

1) 四坡水屋顶

这种屋顶有两种结构布置方案。

第一种方案(图6.3.6a)是在转角处沿45°设置两榀单坡桁架I,并在山墙中央处设置另一榀单坡桁架II。这三榀桁架的内侧端点皆须支承在第一榀三角形桁架甲1的下弦中央节点处,构造相当复杂。当房屋跨度较大时,这榀甲1桁架较其他桁架荷载大,必须另行设计。

第二种方案(图6. 3. 6c)是在桁架甲与端墙之间设置一榀梯形桁架乙,并在转角处斜置两榀三角架丙,以减小斜梁(图6. 3. 6c中沿墙角至桁架甲中点与端墙之间形成45°的虚线所示)的跨度;或者沿45°方向直接设置单坡桁架(跨度较大时)或斜梁(跨度较小时)。此外,尚应在梯形桁架中部视跨度的大小,设置纵向的斜梁(或单坡桁架),将其支承在端墙和梯形桁架上。

当桁架跨度较大时,一般采用第二种方案。但须注意,过去曾有将梯形桁架乙设在距桁架甲与距端墙等远处的做法;这时,由于受屋面坡度构造限制,使梯形桁架乙的高跨比远小于规定的桁架高跨比限值,以致该桁架变形过大而不得不加固。因此,为了保证梯形桁架高跨比不小于1/6,应将梯形桁架乙靠近三角形桁架甲布置。当三角形桁架的高跨比为1/4(即屋面坡度角α=26°34')时,图6. 3. 6(c)中取B1 =l/3;当三角形桁架的高跨比为√3/6(即α=30°)时,宜取B1=√("3" )/"6"  l。

设计中尚应注意使斜梁顶面的标高与三角形桁架的上弦取齐。其连接方法见图6.3.7。

2) 歇山屋顶

采用歇山屋顶时,全部三角形桁架等距布置(图6. 3. 8a)。跨度中部纵向布置的斜梁可搁置在第一榀三角形桁架中部附加的木板上(图6.3.8b),而转角处沿45°的斜梁,则用钢板与三角形桁架的上弦连接(图6.3.8b)。

 

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