桁架结构

桁架结构是一个技术术语，拼音为Hé n π   Ji à   Ji é   π ò u，桁架指桁架梁，是一种格构梁结构。桁架结构常用于大跨度厂房、展览馆、在体育馆和桥梁等公共建筑中。桁架通常被称为屋架，因为它们主要用于建筑屋顶结构。

桁架结构

桁架的历史演变

只承受节点荷载的等直杆的理想铰接系统称为桁架结构。它被一些轴相交于一点的工程结构所抽象和简化。桁架最早用于建造木桥和屋顶桁架。古罗马人用桁架来建造横跨多瑙河的特雷河大桥的上部结构（发现于罗马浮雕中）文艺复兴时期的意大利建筑师（帕拉第奥 帕拉第奥）也开始使用木桁架来建造桥梁、汤式、豪式桁架。英国最早的金属桁架建于1845年，适用于类似木桁架中的格子桁架第二年，三角形沃伦桁架被采用。

跨中主要结构特征

所有的杆都向一个方向受力、压力是主要因素，通过合理布置上下弦杆和腹杆可以适应结构中弯矩和剪力的分布。由于水平拉力、内部压缩力实现自平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，适用范围广。桁架梁和实腹梁（也就是我们平时看到的光束）相比之下，在抗弯方面，由于受拉和受压截面集中布置在上下两端，内力臂增大，使得同样数量的材料达到更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，可以将剪力逐渐转移到支座上。这样，桁架结构可以充分发挥材料的强度，无论是弯曲还是剪切，因此适用于建造各种跨度的屋顶结构。更重要的是，它将横向受弯的实腹梁中复杂的应力状态转化为桁架杆件中简单的拉压应力状态，使我们可以直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。

桁架可以根据不同的特性进行分类。

一、根据桁架的形状分为：

1.平行弦桁架（双层结构布置方便；有利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）

2.折弦桁架（如抛物线桁架梁，形状与简支梁在均布荷载作用下的弯矩图相同，杆件受力分布均匀，材料使用经济，结构复杂）

3.三角形桁架（杆力分布更不均匀，结构布置困难，但斜面满足屋面排水需要）

二、按桁架几何组成划分：

1.简单桁架（它由一个基本的铰链三角形和依次添加的二元体组成）

2.联合桁架（它由几个简单的桁架按照几何不变系统的简单组合规则组合而成）

3.复杂桁架（不同于前两种的其他超静定桁架）

三、根据水平推力：

1.无推力梁桁架（与相应的实梁结构相比，空心率大，上下弦杆受弯，腹杆以抗剪为主，受力合理，用料经济）

2.推力拱桁架（拱圈与拱形上部结构为一体，整体性好，施工方便，跨越能力强，节省钢材）

受力特点是结构内力只有轴力，没有弯矩和剪力。这种力学特性反映了实际结构的主要因素，轴力称为桁架的主要内力。实际结构（如钢筋混凝土屋架铆接（栓）连接或焊接钢桁架桥）由于接头的非理想铰链，还存在较小的弯矩和剪力2（理想铰接没有）对轴向力也影响不大（由于节点的刚度和桁架杆的截面积与惯性矩之比，一般减少5%～0.1%，称为次内力。

考虑承受交叉力系作用的桁架各节点的平衡，可逐一建立各节点的投影平衡方程，求出所有未知杆件力这种方法称为节点法，最适用于简单桁架。求解时应根据组成特点先确定零杠，尽量避免联立方程。有时只需要几个杆件的内力，或者当节点法可以 对于组合桁架和复杂桁架，需要采用截面法。有选择地切断吧（一般不超过三杆）以桁架的局部为平衡对象，考虑其中的任意一部分，由平衡方程即可得到杆件所需的轴力。对于某些桁架（如K式桁架）节点法和截面法的联合应用更有效。对于复杂的桁架或有许多杆件的空间桁架，最好的选择应该是计算机方法。

各种梁桁架的比较

梁桁架可以认为是由梁演变而来的相同跨度的梁和普通梁桁架在相同均布荷载下的内力比较如下。桁架的形状对构件的内力分布有很大影响。平行弦桁架的弦杆内力从跨中向两端递减；而三角形桁架的弦杆内力从跨中向两端逐渐增大。这是因为桁架依赖于、如果下弦杆的内力形成截面弯矩，则弦杆的内力可表示为：

F=±M°/r

其中m为同跨度简支梁对应桁架节点位置的截面弯矩，r为弦内力向中心的力臂。在均布荷载作用下，简支梁的弯矩按抛物线规律分布，并在跨度内达到最大值。因为平行桁架弦杆的力臂不变，所以内力从跨中向两端递减；三角形桁架弦杆的力臂从跨中向两端呈线性递减，按抛物线规律比M快，所以弦杆内力从跨中向两端递增。当桁架上弦的节点位于一条抛物线上时，下弦的力臂和每个上弦的水平分力都像M一样按抛物线规律变化，所以每个下弦的内力和每个上弦的水平分力相等，所以每个上弦的内力几乎相等。

平行弦桁架的竖杆内力和斜杆的竖向分力与简支梁相应位置的剪力相等，因此从中间向两端增大；抛物线桁架的上弦杆符合合理的拱轴线，作用在上弦杆节点上的竖向力完全被上弦杆的轴力平衡，因此腹杆内力为零；三角形桁架腹杆的内力从中间向两端逐渐增大。

1、桁架桥是桥梁的一种。

2、桁架桥一般常见于铁路和公路；可分为上弦应力和下弦应力。

3、桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式分为斜腹杆、直腹杆；由于构件本身的长细比很大，虽然构件之间的连接可能“固接”然而，杆端的实际弯矩通常很小，因此设计分析可简化如下“铰接”简化计算时，成员都是“二力杆”承受压力或张力。

4、因为桥梁跨度大，而且桁架单一“平面外”的刚度相对较弱，因此，“平面外”需要设置支撑。设计桥梁时，“平面外”一般也设计成桁架，使桥梁形成一个整体，双向刚度好。

5、有些桥面设置在上弦杆上，所以力主要通过上弦杆传递；一些桥面位于下弦杆由于平面外刚度的要求，上弦杆仍需连接，以减少上弦杆的平面外计算长度。

6、桁架弦杆的应力在跨中较大，向支座方向逐渐减小；但腹杆应力最大主要在支座附件，跨中部分腹杆应力相对较小，即使理论上也是如此“零杆”