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鋼桁架受力分析

1．計算假定

   各桿的軸線在同一平面內，節點均為鉸結，所有外荷載作用在桁架平面內，并集中作用于節點上。如果作用在節間桿件上，上、下弦的內力將成為壓彎或拉彎構件。解決方法：使節點間距等分一致，或再分，盡量將外荷載作用于桁架節點上。

2．結構計算

 根據平衡理論，節點承受匯交力系作用，逐次建立各節點的投影平衡方程：ΣX=0、ΣY=0，可求出所有的未知桿件內力，這種方法稱節點法，最適用于簡單桁架。求解時，可根據平衡理論先判定零桿，并盡可能避免解聯立方程，有時只需求少數桿件內力。對于聯合桁架和復雜桁架，節點法無法奏效時，需用截面法，有選擇地截斷桿件(一般不超過三根)以桁架的局部為平衡對象，由平衡方程即可求得所需桿件軸力。對于某些桁架(如K式桁架)，聯合應用節點法和截面法更有效。對于桿件很多的復雜桁架或空間桁架，最好選擇電算法。

  桁架結構的內力以軸力為主，各桿件內力分布不均勻。上弦桿件的內力為軸向壓力，下弦桿件的內力為軸向受拉，形成力偶抵抗彎矩作用。豎腹桿和斜腹桿的內力可能為軸向拉力或軸向壓力(由桿件布置決定)，抵抗剪力作用。常見桁架如三角形桁架、矩形桁架、拋物線桁架、梯形桁架的斜腹桿布置方向對腹桿受力是有影響的，根據內力分布情況得到以下結論：

(1)三角形桁架：內力分布不均勻，弦桿要改變截面，施工困難，否則浪費材料，端點角度小，制作困難，一般應用于跨度小，跨度一般在18-24m以下，坡度大的屋架。

(2)矩形桁架：內力分布不均勻，如按內力選桿件，類型多，美觀性欠佳，施工困難，材料浪費多，但如采用標準桿件，相同截面的弦桿可以使得結構整齊，而且采購方便，不至造成浪費。

(3)梯形桁架：內力介于三角形桁架和矩形桁架之間。

(4)拋物型桁架：內力分布均勻，使用材料最為經濟，但上弦桿的傾角不同，結構復雜，施工不便，因此，多在60m及以上的大跨結構中采用，有利于節約材料。

3．連接設計

 鋼桁架的連接方式有焊接、普通螺栓連接、高強螺栓連接或鉚接。在鋼桁架中應用最廣的應屬焊接；而普通螺栓連接則常用于可拆的結構如輸電塔和支撐系統；高強螺栓連接常用于重型鋼桁架的工地連接；鉚接用于受較大動力荷載的重型鋼桁架，目前已逐漸被高強螺栓連接代替。工程應用時，應結合工程特點，施工條件確定連接方式。

4．外形與內力的關系

  鋼桁架是由桿件組成的格構體系，其節點一般假定為鉸節點，當荷載作用在節點上時，桁架的桿件內力與桁架的外形有著密切的關系。三角形桁架的桿件內力也是不均勻的，弦桿內力是兩端大而向中間逐漸減小，腹桿內力是兩端小而向中間逐漸增大。矩形桁架的桿件內力是連續但不均勻，弦桿內力是兩端小而向中間逐漸增大，腹桿內力是兩端大而向中間逐漸減小。拋物型桁架的桿件內力大致均勻，從力學角度看，它的形狀與同跨度、同荷載的簡支梁的彎矩圖形相似，其形狀符合受荷后的內力變化規律，所以它是較好的桁架形式。在滿足承載力和使用要求的條件下，桁架的外形高度一般為其跨度的1/15左右時較為經濟。