各杆件受力主要为单向拉压,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。由于水平方向的拉、压内力实现自平衡,整个结构对支座不产生水平推力。
结构布置灵活,适用范围广。与实腹梁(也就是我们通常看到的梁)相比,桁架梁由于受拉和受压截面集中在上下两端,因此具有更大的内力臂,这使得用相同数量的材料获得更大的抗弯强度成为可能。
在抗剪方面,通过合理布置腹杆,可以将剪力逐渐传递到支座上。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,它将横向弯曲时实腹梁中的复杂应力状态转化为桁架构件中的简单拉压应力状态,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。
桁架的分类:
1.三角形桁架
在沿跨度均匀分布的节点荷载作用下,三角形桁架上下弦杆的轴力在端点处大,并向跨中逐渐减小;腹板的轴向力则相反。三角形桁架由于弦杆内力差异大、材料消耗不合理,多用于瓦屋面的屋架。
2.梯形桁架
与三角形桁架相比,梯形桁架改善了杆件的受力,应用于屋架更容易满足某些工业厂房的工艺要求。如果梯形桁架的上下弦平行,则为平行弦桁架,构件受力比梯形桁架稍差,但腹杆类型大大减少,多用于桥梁和栈桥。
3.多边形桁架
多边形桁架也叫折叠桁架。上弦节点位于二次抛物线上。如果上弦杆是拱形的,由节点间载荷引起的弯矩可以减小,但制造更复杂。在均布荷载作用下,桁架的形状类似于简支梁的弯矩分布图,因此上、下弦轴力分布均匀,腹板轴力较小,材料节省。它是工程中常用的桁架形式。
4.中空桁架
空腹桁架基本采用多边形桁架形状,无斜腹杆,仅与竖腹杆和上下弦杆连接。杆件的轴力分布与多边形桁架相似,但在非对称荷载作用下,杆件端部弯矩变化较大。优点是节点处相交构件少,施工制造方便。