建筑师不得不知的桁架常识(上)

传统的桁架是由几何不变的三角形单元组成的刚性结构。 杆件主要承受轴向拉力和压力，结构效率很高。 对于空间结构的悬垂和跨越主题，桁架结构几乎无所不可。 今天，小爱从桁架的历史发展入手，介绍了三角桁架、梁桁架、开腹桁架、空间桁架等。

三角桁架

    早在两千多年前，人类祖先就发现了三角稳定原理，发明了三角桁架，广泛用于古民居的木屋面。 三角桁架与梁、拱一样，是古建筑实现跨越的最重要方式。 三角桁架的形状与简支梁中间集中荷载的弯矩图一致。 它比梁结构更有效，并且不会像拱形一样在支撑上产生推力。 早期的三角桁架只有 2 个倾斜的上弦杆和 1 个水平的下弦杆。 后来根据经验，人们尝试在三角形内弦杆的中点处增加3个腹杆，演变成两种基本形式：单柱桁架（KingPost Truss）和双柱桁架（QueenPost Truss）。 单柱和双柱屋架在漫长的历史中并没有太大的变化。 直到19世纪中叶，各种现代桁架形式相继出现，如豪、芬克、沃伦、普拉特等。 桁架材料不再局限于木材，越来越多地使用铁或钢。

    梁桁架

    梁桁架又称平行弦桁架，是19世纪中叶突然出现的一种形式。 当时，随着美国西部的开发，对铁路桥梁的需求迅速增加。 木桥是当时桥梁的主流，大多采用欧洲传统拱桥技术。

    拱桥在均布荷载作用下承载力大，但在列车荷载不均作用下发生较大变形。 因此，木桥一般采用拱桥和加筋刚架相结合的方式。 经过多次实践发现，只要加固的刚架做得足够坚固，甚至可以省去拱。 于是，各种新型桁架层出不穷，梁桁架时代正式开始了。

    随着力平衡理论、分析方法和图形方法的研究，到1880年代，工程师们已经掌握了简洁实用的桁架设计方法。 同时，材料也在不断改进。 工程师们使用铸铁制作压力杆，使用锻铁制作拉杆，然后用性能更好的钢代替它们。 越来越多的大跨度桁架结构出现，尤其是在桥梁领域。