建筑師不得不知的桁架常識(shí)(上)

傳統(tǒng)的桁架是由幾何不變的三角形單元組成的剛性結(jié)構(gòu)。 桿件主要承受軸向拉力和壓力，結(jié)構(gòu)效率很高。 對(duì)于空間結(jié)構(gòu)的懸垂和跨越主題，桁架結(jié)構(gòu)幾乎無所不可。 今天，小愛從桁架的歷史發(fā)展入手，介紹了三角桁架、梁桁架、開腹桁架、空間桁架等。

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三角桁架

? ? 早在兩千多年前，人類祖先就發(fā)現(xiàn)了三角穩(wěn)定原理，發(fā)明了三角桁架，廣泛用于古民居的木屋面。 三角桁架與梁、拱一樣，是古建筑實(shí)現(xiàn)跨越的最重要方式。 三角桁架的形狀與簡支梁中間集中荷載的彎矩圖一致。 它比梁結(jié)構(gòu)更有效，并且不會(huì)像拱形一樣在支撐上產(chǎn)生推力。 早期的三角桁架只有 2 個(gè)傾斜的上弦桿和 1 個(gè)水平的下弦桿。 后來根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人們嘗試在三角形內(nèi)弦桿的中點(diǎn)處增加3個(gè)腹桿，演變成兩種基本形式：單柱桁架（KingPost Truss）和雙柱桁架（QueenPost Truss）。 單柱和雙柱屋架在漫長的歷史中并沒有太大的變化。 直到19世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代桁架形式相繼出現(xiàn)，如豪、芬克、沃倫、普拉特等。 桁架材料不再局限于木材，越來越多地使用鐵或鋼。

? ? 梁桁架

? ? 梁桁架又稱平行弦桁架，是19世紀(jì)中葉突然出現(xiàn)的一種形式。 當(dāng)時(shí)，隨著美國西部的開發(fā)，對(duì)鐵路橋梁的需求迅速增加。 木橋是當(dāng)時(shí)橋梁的主流，大多采用歐洲傳統(tǒng)拱橋技術(shù)。

? ? 拱橋在均布荷載作用下承載力大，但在列車荷載不均作用下發(fā)生較大變形。 因此，木橋一般采用拱橋和加筋剛架相結(jié)合的方式。 經(jīng)過多次實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，只要加固的剛架做得足夠堅(jiān)固，甚至可以省去拱。 于是，各種新型桁架層出不窮，梁桁架時(shí)代正式開始了。

? ? 隨著力平衡理論、分析方法和圖形方法的研究，到1880年代，工程師們已經(jīng)掌握了簡潔實(shí)用的桁架設(shè)計(jì)方法。 同時(shí)，材料也在不斷改進(jìn)。 工程師們使用鑄鐵制作壓力桿，使用鍛鐵制作拉桿，然后用性能更好的鋼代替它們。 越來越多的大跨度桁架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，尤其是在橋梁領(lǐng)域。