木结构设计标准 GB50005-2017
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7.5 桁架

7.5.1 采用方木原木制作木桁架时,选型可根据具体条件确定,并宜采用静定的结构体系。当桁架跨度较大或使用湿材时,应采用钢木桁架;对跨度较大的三角形原木桁架,宜采用不等节间的桁架形式。

7.5.2 当木桁架采用木檩条时,桁架间距不宜大于4m;当采用钢木檩条或胶合木檩条时,桁架间距不宜大于6m。

7.5.3 桁架中央高度与跨度之比不应小于表7.5.3规定的最小高跨比。

注:h为桁架中央高度;l为桁架跨度。

7.5.4 桁架制作应按其跨度的1/200起拱。

7.5.5 桁架的内力计算时,应符合下列规定:

    1 桁架节点可假定为铰接,并将荷载集中于各个节点上,按节点荷载计算各杆轴向力;

    2 当上弦因节间荷载而承受弯矩时,应按压弯构件进行计算。跨间弯矩按简支梁计算,节点处支座弯矩可按下式计算。

    式中:g、q——上弦的均布恒载、活载或雪载设计值;

          l——杆件的计算长度。

7.5.6 桁架压杆的计算长度取值应符合下列规定:

    1 在结构平面内,桁架弦杆及腹杆应取节点中心间的距离。

    2 在结构平面外,桁架上弦应取锚固檩条间距离;桁架腹杆应取节点中心间距离。在杆系拱、框架及类似结构中的受压下弦,应取侧向支撑点间的距离。

7.5.7 设计木桁架时,其构造应符合下列要求:

    1 受拉下弦接头应保证轴心传递拉力;下弦接头不宜多于两个;接头应锯平对正,宜采用螺栓和木夹板连接。

    2 当受拉下弦接头采用螺栓木夹板或钢夹板连接时,接头每端的螺栓数由计算确定,但不宜少于6个,且不应排成单行;当采用木夹板时,应选用优质的气干木材制作,其厚度不应小于下弦宽度的1/2;若桁架跨度较大,木夹板的厚度不宜小于100mm;采用钢夹板时,其厚度不应小于6mm。

    3 桁架上弦的受压接头应设在节点附近,并不宜设在支座节间和脊节间内;受压接头应锯平,可用木夹板连接,但接缝每侧至少应有两个螺栓系紧;木夹板的厚度宜取上弦宽度的1/2,长度宜取上弦宽度的5倍。

    4 当支座节点采用齿连接时,应使下弦的受剪面避开髓心(图7.5.7),并应在施工图中注明此要求。

7.5.8 钢木桁架的下弦可采用圆钢或型钢,并应符合下列规定:

    1 当跨度较大或有振动影响时,宜采用型钢;

    2 圆钢下弦应设有调整松紧的装置;

    3 当下弦节点间距大于250倍圆钢直径时,应对圆钢下弦拉杆设置吊杆;

    4 杆端有螺纹的圆钢拉杆,当直径大于22mm时,宜将杆端加粗,其螺纹应由车床加工;

    5 圆钢应经调直,需接长时宜采用机械连接或对接焊、双帮条焊,不应采用搭接焊。焊接接头的质量应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定。

7.5.9 当桁架上设有悬挂吊车时,吊点应设在桁架节点处;腹杆与弦杆应采用螺栓或其他连接件扣紧;支撑杆件与桁架弦杆应采用螺栓连接;当为钢木桁架时,应采用型钢下弦。

7.5.10 当有吊顶时,桁架下弦与吊顶构件间应保持不小于100mm的净距。

7.5.11 抗震设防烈度为8度和9度地区的屋架抗震设计,应符合下列规定:

    1 钢木屋架宜采用型钢下弦,屋架的弦杆与腹杆宜用螺栓系紧,屋架中所有的圆钢拉杆和拉力螺栓,均应采用双螺帽;

    2 屋架端部应采用不小于Φ20的锚栓与墙、柱锚固。

7.5.12 当桁架跨度不小于9m时,桁架支座应采用螺栓与墙、柱锚固。当桁架与木柱连接时,木柱柱脚与基础应采用螺栓锚固。

7.5.13 设计轻屋面或开敞式建筑的木屋盖时,不论桁架跨度大小,均应将上弦节点处的檩条与桁架、桁架与柱、木柱与基础等予以锚固。

条文说明

7.5.1 桁架的选型主要取决于屋面材料、木材的材质与规格。本标准作了如下考虑:

    1 钢木桁架具有构造合理,能避免斜纹、木节、裂缝等缺陷的不利影响,解决下弦选材困难和易于保证工程质量等优点,故推荐在桁架跨度较大或采用湿材或采用新利用树种时应用。

    2 三角形原木桁架采用不等节间的结构形式比较经济。根据设计经验,当跨度在15m~18m之间,开间在3m~4m的相同条件下,可比等节间桁架节约木材10%~18%。故推荐在跨度较大的原木桁架中应用。

7.5.3 桁架的高跨比过小,将使桁架的变形过大,过去在工程中曾发生过高跨比过小引起的质量事故。因此,根据国内外长期使用经验,对各类型木桁架的最小高跨比作出具体规定。经过系统的验算表明,如将高跨比放宽一档,将使桁架的相对挠度增加13.2%~27.7%,桁架上弦应力增大12.8%~32.2%。这不仅使得桁架的刚度大为削弱,而且使得木材的用量增加7.7%~12.5%。

7.5.4 为了保证屋架不产生影响人安全感的挠度,不论木屋架和钢木屋架,在制作时均应加以起拱。对于起拱的数值,是根据长期使用经验确定的,并应在起拱的同时调整上下弦,以保证屋架的高跨比不变。

7.5.6 当确定屋架上弦平面外的计算长度时,虽可根据稳定验算的需要自行确定应锚固的檩条根数和位置,但下列檩条,在任何情况下均须与上弦锚固:

    1 桁架上弦节点(包括节点)处的檩条;

    2 用作支撑系统杆件的檩条。

    另外,应注意的是锚固方法,必须符合本标准第7.4.13条的要求,否则不能算作锚固。

7.5.7 木桁架的下弦受拉接头、上弦受压接头和支座节点均是桁架结构中的关键部位。为了保证其工作的可靠性,设计时应注意三个要点:一是传力明确;二是能防止木材裂缝的危害;三是接头应有足够的侧向刚度。本条规定的构造措施,就是根据这三点要求,在总结各地实践经验的基础上提出的。其中需要加以说明的有下列几点:

    1 在受拉接头中,最忌的是受剪面与木材的主裂缝重合(裂缝尚未出现时,最忌与木材的髓心所在面重合)。为了防止出现这一情况,最佳的办法是采用“破心下料”锯成的方木;或是在配料时,能通过方位的调整,而使螺栓的受剪面避开裂缝或髓心。然而这两项措施并非在所有情况下都能做到,因此,在推荐上述措施的同时,应进一步采取必要的保险措施,以使接头不至于发生脆性破坏。这些措施包括:

        1)规定接头每端的螺栓数目不宜少于6个,以使连接中的螺栓直径不致过粗,这就从构造上保证了接头受力具有较好的韧性。

        2)规定螺栓不应排成单行,从而保证了半数以上螺栓的剪面不会与主裂缝重合,其余的螺栓,虽仍有可能遇到裂缝,但此时的主裂缝已不位于截面高度的中央,很难有贯通之可能,提高了接头工作的可靠性。

        3)规定在跨度较大的桁架中,采用较厚的木夹板,其目的在于保证螺栓处于良好的受力状态,并使接头具有较大的侧向刚度。

    2 在上弦接头中,最忌的是接头位置不当和侧向刚度差。为此,本条对这两个关键问题都作了必要的规定。强调上弦受压接头“应锯平对接”,其目的在于防止采用“斜搭接”。因为斜搭接不仅不易紧密抵承,更主要的是它的侧向刚度差,容易使上弦鼓出平面外。

    3 在桁架的支座节点中采用齿连接,只要其受剪面能避开髓心(或木材的主裂缝),一般就不会出安全事故。因此,本条规定对于这一构造措施应在施工图中注明。

    4 对木桁架的最大跨度问题,由于各地使用的树种不同,经验也不同,要规定一个统一的限值较为困难。况且,大跨度木桁架的主要问题是下弦接头多,致使桁架的挠度大。为了减小桁架的变形,本条作出了“下弦接头不宜多于两个”的规定。由于商品材的长度有限,因而这一规定本身已间接地起到了限制木桁架跨度的作用。

7.5.8 钢木桁架具有良好的工作性能,可以解决大跨度木结构以及在木结构工程中使用湿材的许多涉及安全的技术问题,因此得到广泛的应用。但由于设计、施工水平不同,在应用中也发生了一些工程质量事故。调查表明,这些事故几乎都是由于构造不当造成,而不是钢木桁架本身的性能问题。为了从构造上采取统一的技术措施,以确保钢木桁架的质量,曾组织了“钢木桁架合理构造的试验规定”这一重点课题的研究,本标准根据其研究成果,将其与安全有关的结论作出必要的规定。可采用焊接一段较粗短的圆钢的方式将杆端加粗。

7.5.9 调查的结果表明,尽管各地允许采用的吊车吨位不同,但只要采取了必要的技术措施,其运行结果均未对结构产生危及安全和正常使用的影响。因此,本条仅从保证承重结构的工作安全出发,对桁架其支撑的构造提出设计要求,而未具体限制吊车的最大吨位。

7.5.11 对8度和9度抗震设防区的屋架设计,提出了必要的加强措施,以利于抗震。

7.5.12 就一般情况而言,桁架支座均应用螺栓与墙、柱锚固。但在调查中发现有若干地区,仅在桁架跨度较大的情况下,才加以锚固。故本标准规定为9m及其以上的桁架必须锚固。至于9m以下的桁架是否需要锚固,则由各地自行处理。

7.5.13 这是根据工程实践经验与教训作出的规定,在执行时只能补充当地原有的有效措施,而不能削减本条所规定的锚固。

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