高跨比 – 读行

一、基本概念

桁架是由三角形（平面三角形、空间四面体）基本单元（直杆铰节点连接的格构单元）组合而成的结构体系，各基本单元在节点处相连，外荷载与支座反力理想化施加于节点，通过基本单元组合而成的结构稳定体系将整体弯剪内力转化为弦杆与腹杆的拉压，减少弯曲，充分发挥材料力学性能。
桁架按照空间维度分为平面桁架（所有杆轴线与外力共面）、空间桁架（不共面），广泛应用于民用建筑屋盖、厂房、桥梁、塔桅及设备支撑等长跨、重载或需穿越管线的场景。

蓬皮杜艺术中心¹+外白渡桥²桁架结构

二、基本假定（分析与设计）

节点假定：节点为光滑铰接，各杆轴线通过节点几何中心。
荷载假定：外力集中于节点（屋面/桥面线荷常通过次梁/檩条离散至节点）。
构件假定：杆件为直杆，以承受承轴力为主；弯矩与剪力为次要效应，在需要时做二阶效应演算。
几何假定：平面桁架的杆轴线与外力同处一平面；空间桁架为三维杆系。
现实修正：实际工况节点是半刚性，产生次弯矩（次应力）；加载点不在节点或杆轴线不汇交会产生附加弯矩；合理的节点应使杆轴线尽量汇交于节点中心以减小偏心。

重庆东站³+成都双流机场⁴桁架结构

三、桁架分类

按空间维度

平面桁架：杆轴线与荷载均在同一平面，分析简洁，常可用二维法。
空间桁架：杆轴线与（或）荷载不共面，整体刚度大，适于大跨与复杂受力。

按力学静定性

静定桁架：可以根据平衡方程求解内力，受力明确、受温度和支座变形影响小。
超静定桁架：约束冗余，刚度与冗余度更高，对温度（温度应力）、制造与装配误差更敏感。

按外形

三角形桁架：高跨比大、材料利用高，适于短中跨屋架。
梯形桁架：便于布置支承与设备，通过上弦坡度调控屋面。
平行弦桁架：上下弦平行，利于布置楼盖与桥面。
折线形（多折）桁架：增高中跨提高效率，如 Fink/双 Fink。
多边形桁架：适应复杂外形或功能需求。

按腹杆形式

斜腹杆桁架：典型如 Warren、Pratt、Howe，依靠斜杆承担剪力。
空腹桁架（Vierendeel）：仅设竖杆与刚接节点，构件承受弯-轴-剪组合，构件少通透但用钢与造价较高。

常见腹杆布置示意：

Warren：/\（斜杆交替拉压）
Pratt：N （竖杆+倾斜的斜杆）
Howe：/|\（竖杆+向支座倾的斜杆)
Vierendeel：TT （矩形开口+刚接）

四、力学特性

受力机理

轴力为主：各杆以轴向拉/压为主，应力分布均匀，弯矩为次（尤其节点按铰假定时）。
弦杆与腹杆：在重力工况下，上弦受压、下弦受拉（遇到风吸或上拔荷载作用时弦杆受力可能转换）；腹杆受拉或受压；整体弯矩通过弦杆轴力承担，剪力通过腹杆斜向传递至支座。

刚度与材料利用

材料效率：把弯曲转化为拉压，单位重量刚度与承载比梁更优，跨越能力强。
高跨比：木桁架取1/8-1/10；钢桁架取1/15-1/20；拱形桁架取1/20-1/30；施加预应力的桁架可取1/40。
腹杆角度：建议斜杆与弦夹角 35°–55°，优先让长腹杆承受拉力以提高稳定性。
挠度控制：相同自重下桁架挠度通常小于梁；若节点采用普通承压螺栓连接，节点滑移会增加挠度。

稳定性与侧向约束

压杆失稳：受压杆件（重力工况作用下上弦、受压腹杆易发生整体屈曲），需控制有效长度、长细比。
侧向约束：上弦常由檩条+屋面水平支撑提供约束；下弦需设置纵向刚性系杆及十字（X）支撑把平面外作用力传至上弦的屋面支撑体系。