空間桁架的節(jié)點為光滑球鉸結點,桿件軸線都通過聯結點的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉動。每個節(jié)點在空間有三個自由度。節(jié)點和桿件數的關系為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)點法求出桁架內所有桿件所受的內力。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,求出各桿的內力。 [2]
從力學方面分析,桁架外形與簡支梁的彎矩圖相似時,上下弦桿的軸力分布均勻,腹桿軸力小,用料省;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,鋼筋混凝土與預應力混凝土桁架為多邊形或梯形為宜。
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。
多邊形桁架也稱折線形桁架。上弦節(jié)點位于二次拋物線上,如上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產生的彎矩,但制造較為復雜。在均布荷載作用下,桁架外形和簡支梁的彎矩圖形相似,因而上下弦軸力分布均勻,腹桿軸力較小,用料省,是工程中常用的一種桁架形式。