桁架计算（桁架的类型和特点介绍）

最近这段时间总有小伙伴问小编桁架计算（浅谈温室桁架及其设计计算） 是什么，小编为此在网上搜寻了一些有关于桁架计算（浅谈温室桁架及其设计计算） 的知识送给大家，希望能解答各位小伙伴的疑惑。

桁架计算(关于温室桁架及其设计计算)

(相关资料图)

桁架作为一种材料消耗较少的结构构件，在大跨度温室中得到了广泛的应用。结合温室的实际设计过程，介绍了桁架设计计算中的注意事项，可供相关专业设计人员参考。

1.桁架的类型和特点

桁架是一种平面或空结构，由直杆与相邻的三角形单元焊接、铆接或螺栓连接而成。由于直杆只承受轴向拉力或压力，可以充分利用材料的强度，在跨度较大时，比实腹梁节省大量材料，减轻结构重量。

常见的桁架按形状可分为三角形桁架、梯形桁架和平行弦桁架。其中，平行弦桁架因其规格小、制造简单而被广泛应用于温室行业。

温室平行弦桁架通常由上下弦杆、直腹杆、斜腹杆和端板组成，所有构件通过焊接连接。根据斜腹杆的布置，平行弦桁架可分为人字型和单向斜杆型(豪型)，如下图所示。

图2两种平行弦桁架

其中，人字斜腹桁架所用腹杆数量和总长度较少，对应的节点数量也较少，可降 *** 造成本和焊接工作量。但拉压斜腹杆长度相等，结构不合理。同时，弦节间长度较长，当弦的悬挂荷载较大时(如瓜果种植)，需要提高弦的抗弯能力。相应的，单向斜拉桁架的杆件数量多，用料和加工量大。但受压直腹杆长度较小，弦杆间距也较小。因此，在大的悬挂载荷下，可以更好地发挥材料性能。在设计过程中，应根据桁架荷载的综合考虑，选择更优的结构方案。为简单起见，下面只讨论人字形腹板平行弦桁架。

二、桁架设计注意事项

1.桁架的计算应在由柱组成的组合结构中进行。

前期桁架计算是参照力学计算手册手工完成的。为了减少计算工作量，往往将桁架作为一个独立的构件进行计算，而不考虑柱对桁架的影响。最后，通过提高结构安全系数解决了计算误差。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也变得非常简单。以下是具体规格的同一桁架的三种不同组合状态，以及相应状态下的杆件轴力图和轴力汇总表(桁架荷载包括上弦均布竖向荷载和上弦中点集中竖向荷载)。荷载值由有限元结构计算软件计算。

图2独立桁架受力示意图

图三个独立桁架构件的轴线图

图4单跨桁架柱组件的力图

图5单跨桁架柱构件的内力图

图6六跨桁架柱组件的力图

图7双跨桁架柱组件构件内力图

表1竖向荷载下桁架构件的轴力(单位:kN)

组合状态

拧紧弹簧

左端

月亮的下弦月或下弦月

左端

尚贤忠

夏先忠

拧紧弹簧

右侧构件

月亮的下弦月或下弦月

右侧构件

腹杆更大张力

腹杆更大压力

独立桁架

16.6

-21.4

-14.9

18.1

16.6

-21.4

8.1

8.1

单跨柱桁架组合

-4.1

-0.8

-35.7

38.6

-4.1

-0.8

8.1

8.1

双跨柱桁架组合

-2.9

-0.3

-22.3

23.8

24.3

-30.6

10.4

10.6

通过对比表1中的相关数据可以发现，在不同的组合状态下，不仅不同位置的上下弦杆轴力变化显著，甚至很多构件的受力性质(拉、压)也发生了变化。这种变化不仅影响构件截面的选择，而且对桁架与柱连接点的结构设计也有很大影响。

比如多跨桁架的上下弦杆更大轴力截面位于桁架两端，弦杆与桁架端板的焊接结构需要专门设计以满足强度要求，桁架端板的厚度也需要保证端板的局部抗弯强度；用于连接桁架柱的螺栓可能需要使用高强度产品，否则连接件可能会因相邻桁架之间的拉力过大而损坏。

2.桁架的使用对温室立柱提出了更高的要求。

因为桁架的竖向承重面积大，从桁架传递到柱尤优资源网的竖向荷载也大，所以柱材料截面积的调整不会是问题。但由于温室结构的特殊性，竖向荷载往往较小，对立柱的要求更多的是受水平荷载即风荷载的影响。桁架的使用会对柱的水平承载能力(抗弯能力)产生较大的影响，而这种影响往往被低估，导致柱在极端荷载条件下强度超限。

图8是具体规格的柱在风荷载作用下，不使用桁架(柱间用水平拉杆连接)时的力图和弯矩图；图9为桁架连接的同规格柱在相同风荷载下的受力示意图，图10为相应组合结构的弯矩图。

对比两种连接状态下的柱的力图，柱的更大弯矩从图8的4.16kN.m增加到图10的13.55，后者是前者的3.26倍；如果柱采用相同壁厚的圆管，为了保证在特定载荷条件下的等强度效果，后者的单位长度重量约为前者的1.8倍，会大大增加柱材料。

图8独立柱受力示意图

图九柱优优资源网桁架构件受力示意图

图10柱桁架组件弯矩图

此外，柱的更大弯矩作用位置由柱长的中点移至桁架下弦与柱的连接点。该点通常需要一个孔用于柱桁架的连接，且孔径较大。开口点的结构强度大大减弱。以常见的立柱材料矩形管100*50*2.5为例。在同样的弯矩下，在宽度为50的表面上加工一个直径为18的孔。考虑应力集中效应，孔处的应力是原始值的2.3倍。

为了减少开口的负面影响，可以在开口处增加额外的加强钢板或者改变连接形式。图11 ~图13为普通节点、加强节点和无柱孔节点示意图。

图11

图12

图十三

计算结果表明，采用图12所示的方法(加加强钢板)，开口处的应力仅增加10%左右；图13所示的改进形式对柱的强度没有影响，因为它不需要在柱上开孔。

3.其他的

a、桁架结构自身重量较大，在温室施工现场往往无法使用起重机械，需要考虑人工吊装的方便性。如图14所示，在立柱上焊接桁架止挡板，可以在桁架与立柱空组装过程中承受桁架的自重，从而降低工人的劳动强度，提高操作的安全性。

图14桁架挡板

图15绕组补偿

b、为了制造方便，温室使用的桁架多采用中间不起拱的结构，安装在大跨度桁架上的支撑柱在固定荷载作用下由于桁架的弯曲程度而下沉，导致整排天沟中间高度低于山墙处高度的现象，形成天沟积水，加速天沟腐蚀。对于悠游资源网来说，需要加长支撑柱的高度来弥补其下降，如图15所示。补偿量不应小于固定荷载下桁架的缠绕程度。

C.由于没有遮阳保温装置和生长架荷载的塑料薄膜温室本身结构较轻，在风荷载作用下，天沟节点处桁架上的竖向力很可能是上托力，数值较大。因此，桁架结构应具有抵抗垂直双向荷载的能力。

d、桁架结构的使用减少了温室立柱的数量。当桁架上的竖向荷载向上时，各柱的抗拔力较大，因此需要验算柱基础的抗拔力。特别是对于柱间支撑结构的柱，基础的抗拔能力还需要抵抗斜撑拉力的垂直分量，需要慎重。

e、当桁架跨度较大时，为便于制造和运输，桁架可分段制造，现场整体拼装。桁架的连接设计应保证其可调性，建议采用摩擦型高强度螺栓连接。由于所有部件均为镀锌结构，连接计算时摩擦面的防滑系数可取0.17①。现场拼接要特别注意清除杂物(锌粒、油污、淤泥等。)在摩擦面上，并保证螺栓的拧紧力矩值。

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