組成桁架的桿件的軸線和所受外力都在同一平面上(圖1)。平面桁架可視為在一個基本的三角形框上添加桿件構(gòu)成的。每添加兩個桿,須形成一個新節(jié)點才能使結(jié)構(gòu)的幾何形狀保持不變。這種能保持幾何堅固性的桁架叫作無余桿(或叫無冗桿)桁架。如果只添加桿件而不增加節(jié)點,就不能保持桁架的幾何堅固性,這種桁架叫作有余桿(或叫有冗桿)桁架。
空間桁架的節(jié)點為光滑球鉸結(jié)點,桿件軸線都通過聯(lián)結(jié)點的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉(zhuǎn)動。每個節(jié)點在空間有三個自由度。節(jié)點和桿件數(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平衡條件求出各桿的內(nèi)力。節(jié)點法是截取節(jié)點為隔離體,利用每個節(jié)點所受的空間匯交力系的三個平衡條件,求出各桿的內(nèi)力。 [2]
三角形桁架
三角形桁架在沿跨度均勻分布的節(jié)點荷載下,上下弦桿的軸力在端點處,向跨中逐漸減少;腹桿的軸力則相反。三角形桁架由于弦桿內(nèi)力差別較大,材料消耗不夠合理,多用于瓦屋面的屋架中。
梯形桁架
梯形桁架和三角形桁架相比,桿件受力情況有所改善,而且用于屋架中可以更容易滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架,桿件受力情況較梯形略差,但腹桿類型大為減少,多用于橋梁和棧橋中。
根據(jù)桁架桿件所用的材料和計算所得出的內(nèi)力,選擇合適的截面應(yīng)能保證桁架的整體剛度和穩(wěn)定性以及各桿件的強度和局部穩(wěn)定,以滿足使用要求。
桁架的整體剛度以控制桁架的豎向撓度不超過容許撓度來保證;平面桁架的平面外剛度較差,必須依靠支撐體系保證。支撐系統(tǒng)有上弦支撐、下弦支撐、垂直支撐和桁架共同組成空間穩(wěn)定體系。