Question

管桁架结构设计的要点分析

Answer 1

管桁架结构造型美观、方便制作安装、结构稳定、屋盖刚度大、经济效果好，到目前为止已经广泛应用于各种公共建筑中。那么管桁架结构的设计要点是什么呢？本文主要探讨的问题是桁架截面尺寸变化对其内力的影响。

在一个空间三角形钢管桁架中，如果截面高度、上弦宽度以及节间长度确定，那么截面形状确定且唯一。

保持弦杆的内力不变，随着上弦宽度的变化而变化，腹杆和跨中挠度则都会随着上弦宽度的变化有显著的变化：如果上弦宽度的增加，则竖面腹杆的倾角相应增加，那么竖面腹杆的轴力也会持续增加，而传递到水平面上垂直腹杆的力也增加。

如果增加竖面腹杆轴力，杆件剪切的形变也会增加。反映到结构中，结构跨中挠度也会增加。如果保持截面弯矩不变，上下弦杆的内力只会在截面高度有变化的时候发生较大幅度的变化，跟其它的截面参数没有关系。另外，随着截面高度增加会使倾角减少，则腹杆的轴力表现也会持续减少，因为剪切变形及弯曲变形减少，跨中的挠度也会逐渐减小。

我们选择构件时，一定要考虑的因素是截面高度。尤其是选择弦杆时，截面高度对结构刚度的影响可以说是最大的，远远大于其他的影响因素。

节间长度可以使腹杆夹角发生改变。改变节间长度以后，弦杆的内力会发生变化，这会使腹杆的轴力发生相应的变化。如果节间长度增加，竖面腹杆的倾角也会相应增加，所以竖面腹杆的轴力会持续加大，那么传递到水平面上，垂直腹杆的力也会持续增加。

跨中挠度随着节间长度的增加会减少，最后保持稳定。我们可以看出，如果腹杆布置过密，对结构的刚度并不会起到积极的作用，反而加大了跨中挠度。

很明显，节间长度不一定是越大越好的。通过以往的实践经验可知，如果要保证腹杆与弦杆的连接的可靠，倾角一般需要控制在35°～55°之间。

设计师们在在设计过程中，必须把握管桁架的受力特点，才能设计出安全可靠并且实用美观的管桁架项目。