桁架怎么设计才合理（桁架设计中的高跨比如何计算桁架设计的基本原则）

桁架设计是一个复杂的过程，涉及对结构性能、稳定性和材料利用的考虑。合理的桁架设计应遵循以下基本原则：确定高跨比是关键，这涉及到计算并选择适当的跨度与高度比例。高跨比过大可能导致桁架承载能力不足，而过小则可能增加材料用量和成本。设计时需考虑荷载类型，包括自重、风载、雪载等，确保桁架能承受预期的外部负荷。桁架的截面形状和尺寸也会影响其性能，通常采用具有足够强度和稳定性的截面。设计过程中还应考虑制造工艺和安装条件，以确保桁架的可制造性和施工便捷性。进行详细的力学分析和有限元模拟，以验证设计的合理性和安全性。一个合理且高效的桁架设计需要综合考虑多个因素，通过精确计算和细致分析来实现。

桁架设计的基本原则

桁架设计是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素，以确保结构的安全性、稳定性和经济性。以下是桁架设计的一些基本原则：

1. 高跨比

• 定义：桁架跨度中央的高度 $h$ 与跨度 $l$ 的比值称为高跨比。
• 要求：为保证桁架具有足够的刚度，不同类型的桁架有不同的高跨比最小限值。例如，木桁架和钢木桁架的高跨比最小限值见表6.3.1.

2. 预起拱度

• 目的：为了消除桁架可见的挠度，桁架在制造时应预先向上起拱。
• 标准：起拱度通常取为桁架跨度的1/200。

3. 节间的划分

• 原则：根据荷载、跨度及所用材料强度设计值的大小进行节间划分，充分利用上弦的承载能力。
• 注意事项：
  • 节间划分过小会增加节点数量，从而加大桁架的挠度和制造工作量。
  • 无下弦荷载的钢木桁架应尽量扩大下弦的节间长度，减少下弦节点数，以减小挠度和方便施工。

4. 自重估算

• 方法：桁架自重一般可按经验公式估算。当设计完毕后，实际自重与估算值略有出入时，一般不必重算。
• 分配：当仅有上弦荷载时，认为桁架的自重完全作用在上弦节点处；当上、下弦均有荷载时，则认为自重按上、下弦各半分配。

5. 荷载组合

• 原则：求桁架杆件内力时，恒荷载（包括自重）按全跨分布。屋面活荷载与雪荷载一般不会同时出现，取二者之较大者与恒荷载进行组合。
• 特殊情况：
  • 三角形桁架在半跨活荷载作用下，中间一对斜腹杆的内力不同。
  • 梯形桁架在半跨活荷载作用下，中间腹杆内力可能变号。
  • 多边形桁架或弧形桁架在3/4跨及1/4跨（或2/3跨及1/3跨）活荷载的组合下，某些腹杆的内力达到最大值。

6. 内力计算

• 假设：桁架的内力计算假定节点为铰接，将荷载集中于各个节点上，按节点荷载求得各杆件的轴向力。
• 节间荷载：节间荷载对上弦杆所引起的弯矩，在选择杆件截面时再行考虑。

7. 压杆的计算长度

• 平面内：弦杆及腹杆取节点中心间的距离。
• 平面外：上弦取锚固檩条间的距离；腹杆取节点中心间的距离。

8. 上弦的计算原则

• 节点处：当檩条布置在节点处时，除按轴心受压杆件计算外，还应验算在桁架支座偏心达到施工偏差限值时，此种偏心对上弦的不利影响。
• 节点之间：当节点之间布置有檩条时，上弦因节间荷载而承受弯矩，应按压弯构件计算。
• 弯矩计算：连续上弦的跨间弯矩值接近于按简支计算的弯矩，而在节点处存在较小的负弯矩。

桁架设计的要求

• 强度：不发生断裂或塑性变形。
• 刚性：不发生过大的弹性变形。
• 稳定性：不发生因平衡形式的突然转变而导致坍塌。
• 动力学特性：具有良好的抗震、抗风性。
• 杆件：要有符合要求的杆件。
• 连接件：要有良好的连接件，包括铆钉、销钉及焊缝的连接。

桁架设计的常见类型

• 钢桁架：适用于大跨度结构，具有高强度和刚性。
• 钢筋混凝土桁架：适用于中等跨度结构，具有良好的耐久性和稳定性。
• 预应力混凝土桁架：适用于大跨度结构，具有较高的刚度和抗裂性。
• 木桁架：适用于中小跨度结构，具有良好的美观性和环保性。
• 钢与木组合桁架：结合了钢和木的优点，适用于特定场合。
• 钢与混凝土组合桁架：结合了钢和混凝土的优点，适用于大跨度结构。

通过遵循上述原则和要求，可以设计出合理、安全、经济的桁架结构。

桁架设计中的高跨比如何计算？桁架预起拱度的设计依据是什么？桁架荷载组合的原则有哪些？桁架内力计算的假设条件是什么？桁架怎么设计才合理