1. 研究目的与意义
轻型木桁架按堆叠的榀数分为单榀和多榀,而现代建筑大多甚至全部采用多榀,因此通过对多榀的解析,可以找出榀数与桁架力学性能方面的联系,从而指导桁架的结构形态以及材料的选择,提出桁架结构形状与尺寸组合优化的建议。
2. 国内外研究现状分析
随着社会的进程,建筑形式也发生着很大的改变。当人们意识到环保和对性能的要求有了更高要求的时候,木结构的建筑便成为了人们建筑形式的首选。 现代,对木结构最普遍的运用还是在房屋建造中,这包括从独户的木屋到3到5层的现代化房屋(可作住宅、商业设施、工业设施使用)。其中,住宅建筑是木结构应用最为普遍的一个领域。近年来,美国、加拿大、口本等木结构建筑发展较为发达的国家和地区,平均每年新建的住宅中有超过半数的房屋采用了木结构,并且有继续上涨的趋势。同时,木结构用于大型公共建筑也口益流行,尤其是大型木结构顶棚在大跨公共建筑中正得到越来越多的应用,成为一种新的发展趋势。因此对于木桁架的选择也被提上了研究的范畴,其中包括桁架的结构,形状以及最重要的力学性能。
轻型木桁架是目前使用最广泛的一种桁架形式。因为其具有施工方便、建筑表现力强、环境友好的特点。在欧美, 轻型木桁架广泛应用于民用建筑屋面,几何外形可为三角形、平行弦形式或其他复杂几何形状(我们研究的对象主要集中在三角形和平行桁架上),常用跨度可以为3~20m,而且不管规模大小,大多以多榀木桁架为主。轻型木桁架还可用于大型公共建筑工程中,结构形式为大跨穹顶或平板网架结构。中国的现代木结构很多程度受欧美的木结构影响,形式也多以此为主。因此,不管在国内或者国外多榀木桁架都有很高的位置。国内外对轻型木桁架的研究集中于齿板节点性能和单榀桁架结构性能, 对于轻型木桁架体系中的多榀木桁架性能的研究还较少。文献检索显示只有FPL(美国国家林产品实验室)于1989 年曾经完成过两组轻型木桁架体系试验,该研究完成由常规变异性木材及较大变异性木材组成的轻型木桁架体系各一组,,研究内容还比较局限。3. 研究的基本内容与计划
以某样板房组合桁架为工程背景进行实例计算,可必要进行实验探索。进行系统效应分析,建立集中荷载和均布荷载作用下的静力计算模型,确定桁架有效宽度条件下的计算简图,结合结构力学的知识探索剪切变形、滑移和掀起对组合桁架挠度的影响,通过对连接节点支杆等细节的分析与计算讨论探究其受力情况。同时,参考单榀桁架探究其优势。
要求:在建立静力模型前,要明确最后的结论目标,建有目的性的便于研究操作的模型。参考已有文献,利用力学解析和有限元分析来解决课题,可根据文献分析及计算结果,及时调整方案,形成自己独到的见解。4. 研究创新点
国内外建筑者们以及学者们针对木桁架的研究已经有了很大的作为,为人们的木结构建筑体系增添了许多有价值的内容,包括木桁架的材料选择、结构选择、形态选择,但是针对人们使用率最高的多榀这一形式的研究却没有太多的涉及,没有人从多榀和单榀对比的角度来分析多榀的优势。
虽然在没有科学证明的情况下依然有如此高频率的使用,说明了其存在的合理和价值性。
如果我们通过实验计算分析找到了其存在的合理性以及决定其性能的因素,这样对以后的桁架的选择上将会起到积极的指导作用。
