桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构。(桁架是由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元。桁架多应用于受弯构件,在外荷载的作用下,简支桁架所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁式的情况相似。但桁架结构具有与简支梁完全不同的受力性能。简支梁在竖向均布荷载作用下,沿梁轴线的弯矩和剪力的分布和截面内的正应力和剪应力的分布都极不均匀。桁架的上弦受压、下弦受拉,由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。
桁架各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件,使材料的强度可以得到充分的发挥。如今,桁架结构已经有多种多样的形式,不局限于屋架,在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的框架结构是由梁柱组成的结构,而桁架结构是由弦杆和腹杆组成的结构。框架结构的梁柱连接一般采用刚接,并且是一个结构类型,是一个整体。而桁架结构的弦杆和腹杆连接采用铰接,且桁架结构在整个结构中一般只是一个构件。桁(héng)架(truss)一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构,桁架杆件主要承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度。
桁架的形式决定于桁架的用途、荷载的性质和分布、制造、运输和吊装条件及合理的技术经济指标等条件,经过方案对比选择出最优的方案。
桁架内力分析应根据最不利的荷载组合,并考虑屋面结构在安装阶段和半跨活载等不对称荷载的作用。
钢筋混凝土桁架的内力应按节点为刚性连接的超静定平面桁架计算。由于刚性节点的桁架轴力和铰接桁架的相差不大,故可简化为按铰接桁架计算轴力,上弦按支承于节点的连续梁计算,当桁架的跨度或荷载较大时,应同时考虑杆件相对线变位和角变位造成的杆件轴向变形引起的次应力。如采用提高上弦安全储备,控制受拉杆件的裂缝宽度等措施,也可不进行次应力计算。
钢筋混凝土空腹桁架的内力应按节点为刚接的平面刚架计算各杆件的轴力、弯矩和剪力。
钢筋混凝土桁架应验算使用阶段,扶直、运输和起吊阶段或预加应力各个阶段中构件的强度、稳定性和抗裂性。
桁架的支撑系统,对于保证桁架的横向整体稳定上下弦杆的横向稳定和建筑物屋盖刚度有十分重要的作用,是保证桁架工作的重要构件如屋盖结构的支撑系统,一般用角钢或圆钢组成十字交叉斜腹杆,利用相邻的两榀桁架的杆件构成平面桁架,布置在屋架的上弦或下弦平面,及垂直于桁架平面的两端或中部。
组成桁架的杆件的轴线和所受外力都在同一平面上。平面桁架可视为在一个基本的三角形框上添加杆件构成的。每添加两个杆,须形成一个新节点才能使结构的几何形状保持不变。这种能保持几何坚固性的桁架叫作无余杆(或叫无冗杆)桁架。如果只添加杆件而不增加节点,就不能保持桁架的几何坚固性,这种桁架叫作有余杆(或叫有冗杆)桁架。分析静定平面桁架的受力情况有以下两种方法:截面法,节点法,麦克斯韦-克雷莫纳法。从力学方面分析,桁架外形与简支梁的弯矩图相似时,上下弦杆的轴力分布均匀,腹杆轴力小,用料最省;从材料与制造方面分析,木桁架做成三角形,钢桁架采用梯形或平行弦形,钢筋混凝土与预应力混凝土桁架为多边形或梯形为宜。桁架的高度与跨度之比,通常,立体桁架为1/12~1/16,立体拱架为1/20~1/30,张拉立体拱架为1/30~1/50,在设计手册和规范中均有具体规定。桁架的使用范围很广,在选择桁架形式时应综合考虑桁架的用途、材料和支承方式、施工条件,其最佳形式的选择原则是在满足使用要求前提下,力求制造和安装所用的材料和劳动量为最小。
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