变形受端部柱子约束的下降式平行弦桁架梁的轴力分析

四川建筑科学研究　第３３卷第１期　５０　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　２００７年２月　变形受端部柱子约束的下降式平行弦桁架梁　的轴力分析　魏明宇　（四川省建筑科学研究院，Ｉ￣ｔＪｉＩ成都６１００８１）　摘要：下降式平行弦桁架梁是目前应用较为广泛的一种桁架梁。本文主要讨论了这种桁架梁在其变形受端部柱子约束时　杆件轴力的变化规律，并提出了一种行之有效的手算杆件轴力的方法。　关键词：桁架；梁；轴力分析　中围分类号：ＴＵ３２３．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—１９３３（２００７）０１－００５０—０２　０　引　言　梁的受力模型可按其端部约束强弱的不同而分别简　化为上、下弦两端均为固定铰支座的桁架或仅下弦　一直以来，桁架结构因其自身良好的受力性能　两端为固定铰支座的桁架；前者一般用于底层和中　（桁架杆件主要承受拉、压等直接内力，杆件的弯矩　间层桁架的受力模型，后者一般用于顶层桁架的受　和剪力很小，有利于充分发挥杆件的截面特性、缩小　力模型。为了得出上述两种支座约束条件下桁架杆　截面尺寸和节约结构用钢量）及其与钢结构工厂标　件的轴力变化规律，下面，分别讨论３种受力模型下　准化生产和工地快速拼装要求相适应的特性而在钢　的桁架杆件轴力。　结构建筑中广泛使用。　１．１模型１：桁架下弦两端为固定铰支座。桁架上　近年来，随着多、高层钢结构建筑的发展，在桁　弦无约束　架结构应用的基础上发展而来的桁架式梁，也开始　此时桁架腹杆和桁架上弦的轴力值与静定桁架　得到越来越多的运用。目前，投入使用的各种桁架　的相应杆件的轴力值相比没有变化，只是桁架下弦　式梁中，最常用的应为斜腹杆下降布置的平行弦桁　的轴力值将发生变化。分析表明，这种变化是由于　架（如图１所示，以下称之为下降式平行弦桁架）。　桁架下弦的自由伸长受到支座约束而产生的。在支　这类桁架在竖向荷载作用下斜腹杆受拉、竖腹杆受　座约束下，原本可自由伸长的桁架下弦被迫保持变　压，符合桁架杆件在使用中“长杆受拉短杆受压”的　形前的长度，其结果相当于该桁架被施加了一个与　原则；同时，它在节约用钢量上亦有其自身优势。本　可能的伸长量相对应的压力。因此，该种支座约束　文将立足于对这类桁架梁的认识，讨论该梁在其端　条件下的桁架下弦的拉力值应为静定桁架下弦的拉　部受到柱子约束时杆件轴力的变化。　力值减去上述压力值后得到的差。　１．２模型２：桁架上弦两端为固定铰支座。桁架下　弦无约束　此时桁架腹杆和桁架下弦的内力值与静定桁架　图１下降式平行弦桁架　的相应杆件的轴力值相比没有变化，只是桁架上弦　１　变形受端部柱子约束的下降式平　的轴力值将发生变化。分析表明，这种变化是由两　行弦桁架梁的轴力分析　个因素引起的：一方面，桁架上弦的自由缩短将受到　支座的约束；另一方面，由于链杆拉力引起的桁架整　分析表明，当其变形受到端部柱子约束时，桁架　体的向内弯曲变形将受到支座的约束。在支座约束　下，原本可自由缩短的上弦被迫保持变形前的长度，　收稿日期：２ｏ０５．１２－０２　原本可在桁架平面内自由移动的上弦节点被迫保持　作者简介：魏明宇（１９７８一），男，四川简阳人，工程师，主要从事建筑　物检测与鉴定加固工作。　变形前的位置，其结果相当于该桁架被施加了一个　Ｅ—ｍａｉｌ　ｗｅｉｍｙ７８＠１２６．Ｃｏｒｆｌ　与这种可能的变形和位移相对应的拉力。因此，该　维普资讯 http://www.cqvip.com

魏明宇：变形受端部柱子约束的下降式平行弦桁架梁的轴力分析　５　１　种支座约束条件下的桁架上弦的压力值应为静定桁　２．２算例　架上弦的压力值减去这个拉力值后得到的差。　下面以某６节间桁架梁为例，验证其修正系数　１．３模型３：桁架上、下弦两端均为固定铰支座　的合理性。该桁架梁计算参数见表２，计算结果见　从以上分析中可以看出，上述两种不同的支座　表３。计算结果表明，上述手算方法具有足够的精　约束条件仅分别影响桁架的下弦和上弦的轴力，因　确度，该修正系数是合理的。　此，显而易见的，当桁架的上、下弦两端均为固定铰　表２某６节间桁架梁计算参数　支座时，桁架弦杆的轴力值仅仅是上述两种情况下　弦杆轴力的简单叠加，而其腹杆轴力应与静定桁架　的腹杆轴力相同。　２　端部为固定铰支座时桁架弦杆轴　力的手算方法　２．１　手算方法　表３某６节间桁架粱弦杆轴力计算结果　静定桁架的杆件轴力可采用节点法或通过查　《结构静力计算手册》等方法较为方便的计算得到，　但在上述约束条件下，桁架已由静定结构变为超静　定结构，此时的杆件轴力必须在考虑变形协调条件　后方能算出。目前的《结构静力计算手册》并未提　供该种类型桁架的计算用表，那么，上述两种约束条　件下的桁架弦杆的轴力有没有什么规律可循，使之　能够较为方便的计算得到呢？　３　结语　通过大量的计算分析，作者发现，满布竖向荷载　通过上述分析，可以得到以下结论：　作用下，上述支座约束条件下的弦杆轴力变化值都　（１）由于受到柱子的约束作用，下降式桁架梁　可以用静定桁架端部节间上弦的压力绝对值乘以一　的弦杆轴力将不同于静定桁架，但这种不同仅限于　个修正系数来得到。规定压力值为负，拉力值为正，　弦杆，而腹杆的轴力仍可按照静定桁架进行计算。　于是桁架某弦杆的实际内力值为　（２）下降式桁架梁弦杆轴力的变化是有规律　Ｎ＝Ｎｌ＋，７Ｉ　Ｉ　的，其弦杆轴力的变化值可以用静定桁架端部节间　式中　弦杆的实际轴力值；　上弦的轴力绝对值乘以一个修正系数来得到。　Ⅳ１——弦杆在静定桁架中的轴力值；　（３）由于柱子的约束作用，下降式桁架的部分　叼——修正系数；　上弦杆件将由受压杆件转变为受拉杆件；而端部节　Ⅳ２——静定桁架端部节间上弦的压力值。　间的下弦杆件将转变为受压杆件。桁架设计时应充　表ｌ给出了节间数为４，６，８的桁架弦杆的轴力　分考虑这一变化或采取措施消除其中的不利影响。　修正系数，供大家参考。　表１　下降式平行弦桁架弦杆轴力的修正系数　参考文献：　薹留　［１］　（美）本格尼・ｓ・塔拉纳特．高层建筑钢一混凝土组合结构　设计（第２版）［Ｍ］．罗福午，等译．北京：中国建筑工业出版　社。１９９９．　●