空間桁架的節(jié)點(diǎn)為光滑球鉸結(jié)點(diǎn),桿件軸線都通過聯(lián)結(jié)點(diǎn)的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在空間有三個(gè)自由度。節(jié)點(diǎn)和桿件數(shù)的關(guān)系為W=3j-n,W>0為幾何可變桁架,W=0為幾何不變且無多余約束的空間桁架??臻g桁架和平面桁架一樣,可用部分截割法和節(jié)點(diǎn)法求出桁架內(nèi)所有桿件所受的內(nèi)力。部分截割法則是利用空間任意力系的六個(gè)平衡條件求出各桿的內(nèi)力。節(jié)點(diǎn)法是截取節(jié)點(diǎn)為隔離體,利用每個(gè)節(jié)點(diǎn)所受的空間匯交力系的三個(gè)平衡條件,求出各桿的內(nèi)力。 [2]
從力學(xué)方面分析,桁架外形與簡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。
足夠強(qiáng)度—不發(fā)生斷裂或塑性變形;足夠剛性—不發(fā)生過大的彈性變形;足夠穩(wěn)定性—不發(fā)生因平衡形式的突然轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致坍塌;良好的動(dòng)力學(xué)特性—抗震、抗風(fēng)性。
桁架的設(shè)計(jì)要求: 要有符合要求的桿件;要有良好的連接件,包括鉚釘、銷釘及焊縫的連接。這些就涉及到桁架的類型、桿件的尺寸和材料,但首先是靜力學(xué)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??臻g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。