桁架是由一些用直桿組成的三角形框構(gòu)成的幾何形狀不變的結(jié)構(gòu)物。桿件間的結(jié)合點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)(或結(jié)點(diǎn))。根據(jù)組成桁架桿件的軸線和所受外力的分布情況,桁架可分為平面桁架和空間桁架。屋架或橋梁等空間結(jié)構(gòu)是由一系列互相平行的平面桁架所組成。若它們主要承受的是平面載荷,可簡(jiǎn)化為平面桁架來(lái)計(jì)算。
從力學(xué)方面分析,桁架外形與簡(jiǎn)支梁的彎矩圖相似時(shí),上下弦桿的軸力分布均勻,腹桿軸力小,用料??;從材料與制造方面分析,木桁架做成三角形,鋼桁架采用梯形或平行弦形,鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土桁架為多邊形或梯形為宜。
桁架的高度與跨度之比,通常,立體桁架為1/12~1/16,立體拱架為1/20~1/30,張拉立體拱架為1/30~1/50,在設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范中均有具體規(guī)定。桁架的使用范圍很廣,在選擇桁架形式時(shí)應(yīng)綜合考慮桁架的用途、材料和支承方式、施工條件,其形式的選擇原則是在滿足使用要求前提下,力求制造和安裝所用的材料和勞動(dòng)量為小。
房屋建筑用的桁架,一般僅進(jìn)行靜力計(jì)算;對(duì)于風(fēng)力、地震力、運(yùn)行的車輛和運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械等動(dòng)荷載,則化為乘以動(dòng)力系數(shù)的等效靜荷載進(jìn)行計(jì)算;特殊重大的承受動(dòng)荷載的桁架,如大跨度橋梁和飛機(jī)機(jī)翼等,則需按動(dòng)荷載進(jìn)行動(dòng)力分析(見(jiàn)荷載)。
平面桁架一般按理想的鉸接桁架進(jìn)行計(jì)算,即假設(shè)荷載施加在桁架節(jié)點(diǎn)上(如果荷載施加在節(jié)間時(shí),可按簡(jiǎn)支梁換算為節(jié)點(diǎn)荷載),并和桁架的全部桿件均在同一平面內(nèi),桿件的重心軸在一直線上,節(jié)點(diǎn)為可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接點(diǎn)。理想狀態(tài)下的靜定桁架,可以將桿件軸力作為未知量,按靜力學(xué)的數(shù)解法或圖解法求出已知荷載下桿件的軸向拉力或壓力(見(jiàn)桿系結(jié)構(gòu)的靜力分析)。
工程用的桁架節(jié)點(diǎn),一般是具有一定剛性的節(jié)點(diǎn)而不是理想的鉸接節(jié)點(diǎn),由于節(jié)點(diǎn)剛性的影響而出現(xiàn)的桿件彎曲應(yīng)力和軸向應(yīng)力稱為次應(yīng)力。計(jì)算次應(yīng)力需考慮桿件軸向變形,可用超靜定結(jié)構(gòu)的方法或有限元法求解。
空間桁架由若干個(gè)平面桁架所組成,可將荷載分解成與桁架同一平面的分力按平面桁架進(jìn)行計(jì)算,或按空間鉸接桿系用有限元法計(jì)算。