桁架是土木工程中经常使用的结构, 如桥梁, 钢结构, 塔和屋顶结构 (如下图所示). 它们还出现在许多机械和航空结构中，例如起重机, 离岸平台, 空间结构, 等等.

木材屋架
桁架由在每个构件的两端相互连接的直构件组成. 桁架结构的所有构件都通过销钉连接在一起, 因此，出于设计这些结构的目的，我们假设关节不能承载或抵抗任何力矩.

通常, 接头连接是通过将端部构件螺栓连接或焊接到一块共同的板上而形成的, 称为角撑板 (如下图). 假定作用在桁架上的所有外部载荷仅作用于节点, 因此, 桁架的所有成员均为双力成员. 各个构件不承受弯矩和剪切力，而仅承受压缩或拉伸的轴向力.

通常, 桁架是钢制的, 木材，很少来自混凝土和铝.

角撑板

为什么它们在这么长的时间内如此有效?

1. 桁架系统传递力 轴向地

由于桁架所包含的力的方向和类型，桁架比实心梁更适用于大跨度. 如上所述, 桁架构件通过销接头连接，这意味着存在 无内部剪切力和力矩, 力轴向施加到构件上.

考虑一个倾斜的屋顶, 沿跨度施加点载荷 (使用SkyCiv的免费模型 桁架计算器):

这些点载荷被传递到构件上的内部轴向力, 几乎没有或没有内部力矩或剪切力:

线性静力分析后的内力, 在SkyCiv中也进行了分析 桁架计算器

2. 成员轴向增强

每个桁架构件上的力都是轴向的事实是大跨度桁架效率的关键. 在轴向加载的构件中, 力由成员的每个部分均等地承受–不会浪费任何材料. 将此与光束对比. 当我们在中心加载光束, 那里的压力比其他任何地方都高 - 压力集中. 远离中心的材料没有做太多的工作, 降低结构的效率并使之更重:

桁架高效
或者, 在桁架结构中，力是轴向的. 这表示, 每个桁架构件在整个构件上具有相同的轴向力强度 (均匀受压或受拉). 因此, 力和应力分布在整个构件上. 因为这, 桁架构件可以更轻, 并且仍将具有更高的负载能力和更有效地使用的横截面.

桁架效率轴向受力构件
通常, 通过在弦中使用较少的材料，而在支撑元件中使用更多的材料，可以优化桁架的整体效率. 在更长的跨度范围内（例如混凝土梁或预应力混凝土），这尤其有用. 通过在一个较大的混凝土截面上使用钢制构件系统，桁架构件可以保持轻量化并减少材料使用. 梁构件在加载时倾向于下垂，并且对跨度的增加比对增加强度的要求更敏感.

替代设计

预应力混凝土 是大跨度结构的替代结构. 虽然它是一个更简单的结构, 它远没有桁架有效. 预应力混凝土构件必须承受巨大的弯曲应力, 并且只会随着跨度的增加而恶化. 所以跨度越长, 需要的更具体.

斜拉桥 有效的大跨度设计, 但是仍然需要大量使用材料来支撑电缆. 电缆与桁架构件一样有效, 因为他们将力量转化为张力, 但是，支持该系统的外部结构可能效率低下且笨重.

3. 摘要

桁架通常用作大跨度建筑物的屋顶结构，也用于桥梁, 塔楼, 起重机和人行道. 它们具有更高的负载能力和更有效地使用的横截面.

这是因为它们的销钉连接沿轴向传递力，并且构件中的弯矩和剪切力很小. 由于应力均匀分布，因此构件在承受轴向载荷时效率更高, 而不是集中的横向载荷. 这种组合使桁架系统比单构件替代方案更有效 (例如. 预应力混凝土).

桁架使工程师可以用更少的材料创建较大的开放空间. 使用更少的材料还可以使承包商便宜地建造. 随时使用SkyCiv的Free开始建模或设计桁架结构 桁架或屋顶R子计算器.