桁架結(jié)構(gòu)是一種由直桿組成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，主要承受軸向拉力或壓力。它由上弦、腹桿和下弦組成，具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。桁架受力合理，計(jì)算簡(jiǎn)單，施工方便，適應(yīng)性強(qiáng)，不會(huì)對(duì)支座產(chǎn)生橫向水平推力，因此廣泛應(yīng)用于工程中。桁架的高度變化與外荷載產(chǎn)生的彎矩圖一致，使上、下弦桿各節(jié)間軸力也完全相等或者非常接近。桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)明克服了梁的受力缺陷，將截面不均勻受力變?yōu)榫鶆蚴芰?，?fù)雜應(yīng)力分步變?yōu)楹?jiǎn)單應(yīng)力分布，等高截面變?yōu)樽兏叨冉孛妗?/blockquote>

桁架結(jié)構(gòu)概念

定義及基本特性

桁架結(jié)構(gòu)是一種由直桿組成的平面或空間結(jié)構(gòu)，主要由三角形單元構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)形式能夠充分利用材料的強(qiáng)度，特別是在跨度較大的情況下，相比實(shí)腹梁可以節(jié)省材料，減輕自重并增大剛度。

主要用途

桁架結(jié)構(gòu)常用于大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建筑中。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，桁架不僅適用于建筑物的屋蓋結(jié)構(gòu)，還可以作為橋梁的支撐結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

• 材料強(qiáng)度利用：各桿件受力主要以單向拉、壓為主，通過合理布置上下弦桿和腹桿，能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的彎矩和剪力分布。
• 自平衡特性：水平方向的拉、壓內(nèi)力實(shí)現(xiàn)了自身平衡，整個(gè)結(jié)構(gòu)不對(duì)支座產(chǎn)生水平推力，這使得結(jié)構(gòu)布置非常靈活。
• 抗彎與抗剪能力：與實(shí)腹梁相比，桁架結(jié)構(gòu)在抗彎方面通過集中布置受拉與受壓的截面在上下兩端，增大了內(nèi)力臂，從而提高抗彎強(qiáng)度。在抗剪方面，通過合理布置腹桿，能夠?qū)⒓袅χ鸩絺鬟f給支座。

桁架結(jié)構(gòu)的分類

按外形分類

• 三角形桁架：在沿跨度均勻分布的節(jié)點(diǎn)荷載下，上下弦桿的軸力在端點(diǎn)處最大，向跨中逐漸減少；腹桿的軸力則相反。
• 梯形桁架：相比三角形桁架，桿件受力情況有所改善，適用于屋架中可以更容易滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。
• 多邊形桁架：也稱折線形桁架，上弦節(jié)點(diǎn)位于二次拋物線上，如上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產(chǎn)生的彎矩。
• 空腹桁架：基本取用多邊形桁架的外形，無斜腹桿，僅以豎腹桿和上下弦相連接，施工制造方便。

按幾何組成方式分類

• 簡(jiǎn)單桁架：基本的三角形單元結(jié)構(gòu)。
• 復(fù)雜桁架：不同于簡(jiǎn)單桁架的其他靜定桁架。

按所受水平推力分類

• 無推力的梁式桁架：結(jié)構(gòu)內(nèi)力只有軸力，而沒有彎矩和剪力，適用于跨度較大的結(jié)構(gòu)。
• 有推力的梁式桁架：存在微小的彎矩和剪力，施工更加方便，且能夠有效節(jié)約鋼材料。

歷史背景與應(yīng)用實(shí)例

桁架結(jié)構(gòu)的歷史可以追溯到古羅馬時(shí)期，當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)使用桁架修建橋梁。文藝復(fù)興時(shí)期，意大利建筑師開始采用木桁架建橋。到了近代，隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，金屬桁架開始廣泛應(yīng)用于各種大型建筑和橋梁中。例如，英國(guó)最早的金屬桁架建于1845年，隨后出現(xiàn)了多種改進(jìn)的桁架形式，如三角形的華倫式桁架和平行弦桁架等。

結(jié)論

綜上所述，桁架結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材料利用優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代建筑和大跨度結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。通過合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，桁架結(jié)構(gòu)不僅能提供強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)支撐，還能實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化配置和成本的節(jié)約。

桁架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用案例

桁架結(jié)構(gòu)與實(shí)腹梁比較優(yōu)勢(shì)

桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

桁架結(jié)構(gòu)的歷史演變過程