鋼桁架分類

鋼桁架常按力學(xué)簡圖、外形和構(gòu)造特點進行分類。

① 按力學(xué)簡圖分為簡支的和連續(xù)的;靜定的和超靜定的，平面的和空間的。簡支鋼桁架應(yīng)用最廣。

② 按外形可分為三角形、 梯形、平行弦和多邊形。屋面坡度較陡的屋架常采用三角形鋼桁架（圖1a），跨度一般在18～24米以下；屋面坡度較平緩的屋架常采用梯形鋼桁架（圖1b、c）,跨度一般為18～36米，應(yīng)用較廣。其他各類鋼桁架常采用構(gòu)造較簡單的平行弦鋼桁架（圖1d、e、f及見桁架梁橋）。多邊形鋼桁架受力較好（圖1g），但制造較復(fù)雜，只在大跨度鋼桁架中有時采用。塔架通常采用直線或折線的外形（見塔式結(jié)構(gòu)）。

③ 按桿件內(nèi)力、桿件截面和節(jié)點構(gòu)造特點分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般用單腹式桿件，通常是兩個角鋼組成的T形截面,有時也用十字形、槽形或管形等截面，在節(jié)點處用一塊節(jié)點板連接,構(gòu)造簡單,應(yīng)用最廣。重型鋼桁架桿件用由鋼板或型鋼組成的工形或箱形截面，節(jié)點處用兩塊平行的節(jié)點板連接；常用于跨度和荷載較大的鋼桁架，如橋梁和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)。輕型鋼桁架用小角鋼及圓鋼或薄壁型鋼組成；節(jié)點處可用節(jié)點板連接，也可將桿件直接相連；主要用于小跨度輕屋面的屋蓋結(jié)構(gòu)。

最常采用的是平面桁架，在橫向荷載作用下其受力實質(zhì)是格構(gòu)式的梁。鋼桁架與實腹式的鋼梁相比較，其特點是以弦桿代替翼緣和以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點處通過節(jié)點板(或其它零件)用焊縫或其它連接將腹桿和弦桿互相連接；有時也可不用節(jié)點板而直接將各桿件互相焊接(或其它連接)。這樣，平面桁架整體受彎時的彎矩表現(xiàn)為上、下弦桿的軸心受壓和受拉，剪力則表現(xiàn)為各腹桿的軸心受壓或受拉。

桁架在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用很廣，例如在工業(yè)與民用建筑的屋蓋(屋架等)和吊車梁(即吊車桁架)、橋梁、起重機(其塔架、梁或臂桿等)、水工閘門、海洋采油平臺中，常用鋼桁架作為承重結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件。在大跨度公共建筑屋蓋結(jié)構(gòu)中較多采用的各種型式的鋼網(wǎng)架，則屬于空間鋼桁架。各種類型的塔架，如電視、輸電、鉆井、起重機用塔架和桅桿塔，常用三面、四面或多面平面桁架組成的空間鋼桁架。

鋼桁架與實腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，并且桿件主要承受軸心力，從而常能節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重。這使鋼桁架特別適用于跨度或高度較大的結(jié)構(gòu)。此外，鋼桁架還便于按照不同的使用要求制成各種需要的外形。并且，由于腹桿鋼材用量比實腹梁的腹板有所減少，鋼桁架?？勺龀捎休^大高度，從而具有較大的剛度。但是，鋼桁架的桿件和節(jié)點較多，構(gòu)造較為復(fù)雜，制造較為費工。

鋼桁架中，梁式簡支桁架最為常用。因為這種桁架受力明確，桿件內(nèi)力不受支座沉陷和溫度變化的影響，構(gòu)造簡單，安裝方便；但用鋼量稍大。剛架式和多跨連續(xù)鋼桁架等能節(jié)省鋼材，但其內(nèi)力受支座沉陷和溫度變化的影響較敏感，制造和安裝精度要求較高，因此采用較少。在單層廠房鋼骨架中，屋蓋鋼桁架常與鋼柱組成單跨或多跨剛架，水平剛度較大，能更好適應(yīng)較大吊車或振動荷載的要求。連續(xù)鋼桁架常用于較大跨度的橋梁等結(jié)構(gòu)和有纖繩的桅桿塔結(jié)構(gòu)。在大跨度的公共建筑和橋梁中，也常采用拱式鋼桁架。在海洋平臺和某些房屋結(jié)構(gòu)中，也常采用懸臂式鋼桁架。各種塔架都屬于懸臂式結(jié)構(gòu)。

鋼桁架按桿件內(nèi)力、桿件截面和節(jié)點構(gòu)造特點可分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般采用單腹式桿件，通常是兩個角鋼組成的T形截面，有時也用十形、槽形或管形等截面，在節(jié)點處用一塊節(jié)點板連接，構(gòu)造簡單，應(yīng)用最廣。重型鋼桁架的桿件受力較大，采用由鋼板或型鋼組成的H形或箱形截面，節(jié)點處用兩塊平行的節(jié)點板連接，它常用于跨度和荷載較大的鋼桁架，如橋梁和大跨度屋架等。輕型鋼桁架采用小角鋼及圓鋼，或采用冷彎薄壁型鋼，節(jié)點處可用節(jié)點板連接，也可將桿件直接相連，它主要用于跨度較小、屋面較輕的屋蓋結(jié)構(gòu)。

鋼桁架連接方法

鋼桁架可用焊接、普通螺栓連接、高強度螺栓連接或鉚接。焊接應(yīng)用最廣；普通螺栓連接常用于可拆卸的結(jié)構(gòu)、輸電塔和支撐系統(tǒng)；高強度螺栓連接常用于重型鋼桁架的工地連接；鉚接用于受較大動力荷載的重型鋼桁架，已逐漸被高強度螺栓連接所代替。

鋼桁架高跨比

鋼桁架的高度由經(jīng)濟、剛度、使用和運輸要求確定。增加高度可減小弦桿截面和撓度,但增加腹桿用量和建筑高度。鋼桁架的高跨比通常采用 1/5～1/12；鋼材強度高、剛度要求嚴(yán)的鋼桁架應(yīng)采用相對偏高值。三角形鋼屋架的高度通常由屋面坡高確定；一般屋面坡度為1/2～1/3時，高跨比相應(yīng)為1/4～1/6。

鋼桁架腹桿體系

鋼桁架的腹桿體系通常采用人字式或單斜式等形式。人字式腹桿的腹桿數(shù)和節(jié)點數(shù)較少，應(yīng)用較廣；為減少受有荷載的弦桿或受壓弦桿的節(jié)間尺寸,通常增加部分豎桿。單斜式腹桿通常布置使較長的斜桿受拉，較短的豎桿受壓，有時用于跨度較大的鋼桁架。如需進一步減小弦桿及腹桿的長度，可采用再分式腹桿體系,鋼桁架高度較大且節(jié)間較小時可采用K式或菱形腹桿體系。在支撐桁架和塔架中，常采用能較好承受變向荷載的交叉式腹桿體系，交叉斜桿通常按拉桿設(shè)計。斜腹桿對弦桿的傾斜角通常在30°～60°范圍內(nèi)。

鋼桁架受力特點

鋼桁架各桿件的截面形心軸線應(yīng)在節(jié)點處交匯于一點，內(nèi)力計算一般按鉸接桁架進行。當(dāng)桁架只承受節(jié)點荷載時，所有桿件只受軸心拉力或壓力；如在桿件節(jié)間內(nèi)也承受荷載，則該桿件將同時受彎。鋼桁架桿件一般較細(xì)，布置節(jié)點時應(yīng)盡量避免或減小局部彎矩。對桿件截面高度與長度比值較大的鋼桁架，必要時應(yīng)考慮節(jié)點剛性引起的桿件次應(yīng)力。

鋼桁架支撐系統(tǒng)

為了保證平面鋼桁架在桁架平面外的剛度和穩(wěn)定、減小弦桿在桁架平面外的計算長度、并承受可能有的側(cè)向荷載,應(yīng)在鋼桁架側(cè)向布置支撐（圖2）。支撐通?？煞譃樗街危ㄉ舷液拖孪移矫?、橫向和縱向）、垂直支撐（桁架兩端和中間）和系桿等類型。成對的鋼桁架可在其間沿下弦及上弦平面分別布置橫向水平支撐，并在鋼桁架兩端及中間每隔適當(dāng)距離的豎桿平面布置垂直支撐。屋蓋結(jié)構(gòu)中有許多鋼桁架，可只在兩端及每隔一定距離的相鄰兩桁架間設(shè)置上、下弦橫向水平支撐和垂直支撐，其余桁架只在上、下弦按適當(dāng)間距設(shè)置系桿；當(dāng)有較重吊車或必要時，還可在桁架下弦端節(jié)間增設(shè)縱向水平支撐。在四面或多面的塔架中應(yīng)每隔一定高度設(shè)置橫隔，以保證塔架剛度和橫截面的幾何不變性。

鋼桁架桿件截面設(shè)計

鋼桁架桿件的截面形式按節(jié)省鋼材、連接方便和制造簡單等條件選擇，并注意使桿件在兩個主軸方向的長細(xì)比（桿件計算長度和截面回轉(zhuǎn)半徑的比值）盡可能相近。鋼桁架拉桿應(yīng)滿足強度和容許長細(xì)比的要求；壓桿應(yīng)滿足強度、穩(wěn)定和容許長細(xì)比的要求。

在計算桿件的強度和穩(wěn)定時,內(nèi)力按軸心力考慮;當(dāng)桿件同時受軸心力和彎矩時，應(yīng)按偏心受力考慮其共同作用。在計算桿件的穩(wěn)定和長細(xì)比時，應(yīng)考慮桁架平面內(nèi)和平面外兩個方向，或長細(xì)比較大的不利方向。桿件的容許長細(xì)比，按桿件受壓或受拉、受靜力荷載或動力荷載等情況分別規(guī)定。

鋼桁架起拱

跨度稍大的鋼桁架，為抵消自重及荷載作用下的全部或部分撓度，通常規(guī)定在制造時預(yù)先起拱。屋架的起拱度(f)一般為跨度的1/500。

鋼桁架橘按靜力

鋼桁架橘可分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。

①簡支梁橋：主梁簡支在墩臺上,各孔獨立工作,不受墩臺變位影響。實腹式主梁構(gòu)造簡單，設(shè)計簡便，施工時可用自行式架橋機或聯(lián)合架橋機將一片主梁一次架設(shè)成功。但簡支梁橋各孔不相連續(xù)，車輛在通過斷縫時將產(chǎn)生跳躍，影響車速的提高。因此，目前趨向于把主梁做成為簡支，而把橋面做成連續(xù)的形式。簡支梁橋隨著跨徑增大，主梁內(nèi)力將急劇增大，用料便相應(yīng)增多，因而大跨徑橋一般不用簡支梁。

②連續(xù)梁橋：主梁是連續(xù)支承在幾個橋墩上。在荷載作用時，主梁的不同截面上有的有正彎矩，有的有負(fù)彎矩，而彎矩的絕對值均較同跨徑橋的簡支梁小。這樣，可節(jié)省主梁材料用量。連續(xù)梁橋通常是將3～5孔做成一聯(lián)，在一聯(lián)內(nèi)沒有橋面接縫，行車較為順適。連續(xù)梁橋施工時，可以先將主梁逐孔架設(shè)成簡支梁然后互相連接成為連續(xù)梁。或者從墩臺上逐段懸伸加長最后連接成為連續(xù)梁。近一、二十年，在架設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁時，成功地采用了頂推法施工，即在橋梁一端（或兩端）路堤上逐段連續(xù)制作梁體逐段頂向橋孔，使施工較為方便。連續(xù)梁橋主梁內(nèi)有正彎矩和負(fù)彎矩，構(gòu)造比較復(fù)雜。此外，連續(xù)梁橋的主梁是超靜定結(jié)構(gòu)，墩臺的不均勻沉降會引起梁體各孔內(nèi)力發(fā)生變化。因此，連續(xù)梁一般用于　地基條件較好、跨徑較大的橋梁上。1966年建成的美國亞斯托利亞橋，是目前跨徑最大的鋼桁架連續(xù)梁橋，它的跨徑為376米。

③懸臂梁橋：又稱伸臂梁橋。是將簡支梁向一端或兩端懸伸出短臂的橋梁。這種橋式有單懸臂梁橋或雙懸臂梁橋。懸臂梁橋往往在短臂上擱置簡支的掛梁，相互銜接構(gòu)成多跨懸臂梁。有短臂和掛梁的橋孔稱為懸臂孔或掛孔，支持短臂的橋孔稱為錨固孔。懸臂梁橋的每個掛孔兩端為橋面接縫，懸臂端的撓度也較大，行車條件并不比簡支梁橋有所改善。懸臂梁一片主梁的長度較同跨簡支梁為長，施工安裝上相應(yīng)要困難些。目前對預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁橋多采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的方法施工。為適應(yīng)懸臂施工法的發(fā)展，保證主梁的內(nèi)力狀態(tài)和施工時一樣，出現(xiàn)一種沒有錨固孔，并把懸伸的短臂和墩身直接固結(jié)在立面上，形成預(yù)應(yīng)力混凝土 T形剛架橋，這種橋在20世紀(jì)50年代后發(fā)展起來。

鋼桁架橘按材料

有木梁橋、石梁橋、鋼梁橋、鋼筋混凝土梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋以及用鋼筋混凝土橋面板和鋼梁構(gòu)成的結(jié)合梁橋等。木梁橋和石梁橋只用于小橋；鋼筋混凝土梁橋用于中、小橋；鋼梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋可用于大、中橋。

鋼桁架橘按結(jié)構(gòu)

有實腹梁橋和桁架梁橋兩大類。實腹梁橋的截面積主要由彎矩決定，而彎矩大致與跨度的平方成正比（均布荷載條件下），當(dāng)跨度大時，梁的腹板上的平均法向應(yīng)力頗小，不能使材料充分利用，所以跨度不宜做得太大；桁架梁橋的桿件承受軸向力，材料能充分利用，自重較輕，跨越能力大，多用于建造大跨度橋。但實腹梁橋構(gòu)造簡單，制造與架設(shè)均較方便。由于這兩種梁式橋的受力性質(zhì)不同，實腹梁橋以用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋為主，而桁架梁橋則多用于鋼橋。