桁架荷載計(jì)算的具體步驟（桁架荷載計(jì)算中常見錯(cuò)誤分析）

大同鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公司4個(gè)月前 ( 03-24 )931搶沙發(fā)

桁架荷載計(jì)算是結(jié)構(gòu)工程中的重要環(huán)節(jié)，涉及對(duì)桁架在各種荷載作用下的內(nèi)力分析。以下是桁架荷載計(jì)算的基本步驟：確定荷載類型和分布情況；根據(jù)材料力學(xué)原理和相關(guān)公式進(jìn)行強(qiáng)度校核；考慮荷載組合和效應(yīng)組合的影響；通過有限元方法或簡化模型進(jìn)行進(jìn)一步分析。在計(jì)算過程中，常見的錯(cuò)誤包括忽視材料的非線性特性、未考慮荷載的隨機(jī)性、以及在計(jì)算過程中的錯(cuò)誤假設(shè)。

一、桁架荷載類型確定

恒荷載
- 桁架自重：這是桁架結(jié)構(gòu)本身的重量，對(duì)于不同材料（如木桁架、鋼桁架等）和形式的桁架，自重計(jì)算方式有所不同。例如木桁架的自重計(jì)算可能需要考慮木材的規(guī)格和密度等因素，在初步估算時(shí)，當(dāng)僅有上弦荷載時(shí)，可認(rèn)為桁架的自重完全作用在上弦節(jié)點(diǎn)處；當(dāng)上、下弦均有荷載時(shí)，則認(rèn)為自重按上、下弦各半分配。
- 附著于桁架的永久設(shè)備重量：如果桁架上有一些固定的設(shè)備（如某些建筑結(jié)構(gòu)中桁架上安裝的固定照明設(shè)備、通風(fēng)管道等），這些設(shè)備的重量也屬于恒荷載，需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
活荷載
- 施工荷載：在施工過程中，可能會(huì)有施工人員、施工機(jī)具在桁架上作業(yè)或停放。如施工中所用的附著式震搗器、張拉千斤頂及油泵等設(shè)備重量和施工人數(shù)都要計(jì)算在內(nèi)，根據(jù)實(shí)際的施工情況確定相應(yīng)的荷載數(shù)值。
- 使用過程中的活荷載：對(duì)于不同用途的桁架結(jié)構(gòu)，使用過程中的活荷載不同。例如用于屋面的桁架，屋面活荷載與雪荷載一般不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，需要根據(jù)實(shí)際情況按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。并且活荷載除按全跨分布外，還應(yīng)根據(jù)桁架的受力特點(diǎn)，分別按可能出現(xiàn)的不利分布情況開展組合，像三角形桁架在半跨活荷載（包括懸掛吊車）作用下，中間一對(duì)斜腹桿的內(nèi)力不同；梯形桁架在半跨活荷載作用下，中間腹桿內(nèi)力可能變號(hào)；多邊形桁架或弧形桁架可能在3/4跨及1/4跨（或2/3跨及1/3跨）活荷載的組合下，某些腹桿的內(nèi)力到達(dá)其最大值。
附加荷載
- 動(dòng)力附加荷載：在一些情況下需要考慮動(dòng)力因素產(chǎn)生的附加荷載，例如澆筑混凝土?xí)r的動(dòng)力因素，在計(jì)算掛籃主桁架時(shí)就需要考慮此項(xiàng)荷載。具體數(shù)值根據(jù)工程實(shí)際情況和安全性要求確定。
- 沖擊附加荷載：如掛籃空載行走時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊影響，需要計(jì)算沖擊附加荷載，其計(jì)算方法根據(jù)具體的工程情況確定。
- 風(fēng)荷載：對(duì)于處于室外的桁架結(jié)構(gòu)，特別是高空作業(yè)的桁架（如懸臂施工中的掛籃主桁架），需要考慮風(fēng)荷載。風(fēng)荷載的數(shù)值可由當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供或查全國風(fēng)壓圖得到，并且在6級(jí)以上大風(fēng)條件下，很難保證施工質(zhì)量，一般大風(fēng)情況下停止掛籃施工，但出于安全性考慮，應(yīng)對(duì)桁架在可能的大風(fēng)條件下的錨固、行走及整體的穩(wěn)定性進(jìn)行檢算。

二、確定荷載作用點(diǎn)

結(jié)點(diǎn)荷載
- 如果桁架的計(jì)算簡圖假設(shè)各結(jié)點(diǎn)都是無摩擦的理想鉸，各桿軸都是直線，并在同一平面內(nèi)且通過鉸中心，荷載作用在結(jié)點(diǎn)上，并在桁架的平面內(nèi)，那么在計(jì)算時(shí)將恒荷載（如桁架自重、永久設(shè)備重量等）和活荷載等根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為集中荷載作用在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。例如在PKPM軟件中計(jì)算桁架時(shí)，對(duì)于恒荷載就可能需要轉(zhuǎn)化為集中荷載輸在節(jié)點(diǎn)上，而對(duì)于活荷載可能按均布荷載輸入，不過如果把恒載也按均布輸入可能存在不合理之處，需要根據(jù)具體情況判斷。
非結(jié)點(diǎn)荷載轉(zhuǎn)化
- 當(dāng)實(shí)際荷載并非直接作用在結(jié)點(diǎn)上時(shí)（如桁架上弦或下弦中間某位置受到集中力），需要將這些非結(jié)點(diǎn)荷載等效轉(zhuǎn)化為結(jié)點(diǎn)荷載。對(duì)于分布荷載，可以通過計(jì)算等效的集中荷載作用在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，轉(zhuǎn)化的原則是保證在轉(zhuǎn)化前后對(duì)桁架整體的力學(xué)效應(yīng)（如內(nèi)力、變形等）等效。

三、內(nèi)力計(jì)算

選擇計(jì)算方法
- 結(jié)點(diǎn)法：截取桁架的一個(gè)結(jié)點(diǎn)為隔離體，由于桁架各桿只承受軸力，作用于任一結(jié)點(diǎn)的各力組成一個(gè)平面匯交力系，平面匯交力系可建立兩個(gè)獨(dú)立方程，所以選取的結(jié)點(diǎn)的未知力應(yīng)不超過兩個(gè)。通過建立平衡方程求解桿的軸力。對(duì)于簡單桁架來說，按照一定的順序選取結(jié)點(diǎn)，逐步求解各桿內(nèi)力是比較簡便的方法。
- 截面法：一般截面法截?cái)嗟臈U件個(gè)數(shù)不超過三根可以直接求得桿的內(nèi)力，但有一些特殊情況雖然截開的桿件個(gè)數(shù)超過三個(gè)，但對(duì)于某一個(gè)桿件仍可以直接求解。通過選取合適的截面，將桁架分割為兩部分，考慮其中一部分的平衡，建立平衡方程求解被截?cái)鄺U件的內(nèi)力。
計(jì)算各桿件內(nèi)力
- 根據(jù)確定的荷載和選擇的計(jì)算方法（結(jié)點(diǎn)法或截面法），逐步計(jì)算桁架各桿件的內(nèi)力。在計(jì)算過程中，需要注意桁架的幾何形狀、桿件的布置以及荷載的分布等因素對(duì)內(nèi)力計(jì)算的影響。例如在計(jì)算靜定平面桁架時(shí)，要根據(jù)桁架是由基礎(chǔ)或由一個(gè)基本鉸結(jié)三角形開始依次增加二元體組成，還是由幾個(gè)簡單桁架按照幾何不變體系的簡單組成規(guī)則聯(lián)成的情況，來準(zhǔn)確分析各桿件的受力關(guān)系。

四、校核計(jì)算結(jié)果

內(nèi)力平衡校核
- 對(duì)計(jì)算得到的桁架各桿件內(nèi)力進(jìn)行整體的內(nèi)力平衡校核。例如對(duì)于整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)，在水平方向和垂直方向上，所有桿件內(nèi)力的合力應(yīng)該與外荷載在相應(yīng)方向上的合力平衡；對(duì)于桁架的某一局部，如某個(gè)結(jié)點(diǎn)或者某幾個(gè)桿件組成的子結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力也應(yīng)該滿足平衡條件。
與經(jīng)驗(yàn)值或類似工程對(duì)比
- 將計(jì)算得到的內(nèi)力結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)值（如根據(jù)以往類似桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得到的內(nèi)力范圍）或者類似工程的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果存在較大差異，需要檢查計(jì)算過程，找出可能存在的錯(cuò)誤，如荷載取值是否準(zhǔn)確、計(jì)算方法是否正確、計(jì)算過程中是否存在遺漏等情況。