钢结构桁架类型及设计要点解析

本文转载自公众号 钢结构成本-steelstructure

桁架有很多种类型，最常见的类型如图 20-1 所示。在设计中使用哪种桁架类型通常受建筑方面和客户要求的影响，此外还受几何和经济因素的影响。

图 20-1a、e 为普拉特桁架。在正常垂直荷载作用下，斜腹板承受拉力，而相对较短的垂直腹板承受压缩力。这种受力特性在一定程度上弥补了正常垂直荷载作用下跨度内压缩弦杆比拉伸弦杆承受更大力的缺陷。值得注意的是，在平缓坡度的屋面上，普拉特桁架在风荷载作用下可能会引起荷载反转，导致较长的腹板受到压缩。

图 20-1 常见的屋架类型 a-普拉特桁架

图 20-1 常见的屋架类型 e-平行弦普拉特桁架

将普拉特桁架的腹板由内倾改为外倾，将形成豪氏桁架（或英式桁架），如图20-1b所示。豪氏桁架对于荷载很小的屋顶有一定的优势，因为它会因为风荷载的影响而产生反向垂直荷载。此外，在垂直荷载作用下，跨中拉弦将比压弦承受更大的内力。

图 20-1 常见屋架类型 B-房屋桁架

当芬克桁架（如图 20-1c 所示）用于大跨度和陡坡屋顶时，每个构件被细分为较短的构件，这使其在钢材使用方面更经济。桁架的弦杆和腹杆可以根据设计师的要求以各种方式排列和细分。

图 20-1 常见的屋架类型 c-Fink 桁架

图 20-1d 显示了孟莎式桁架。它是 Fink 桁架的变型，其优点是减少了无法使用的屋顶空间，从而降低了建筑物的运营成本。但是，这种桁架的主要缺点是由于跨高比较小，上弦和下弦的内力会增加。

图20-1 常见的屋架类型 d-折线屋架

图20-1f为沃伦桁架，由于桁架的斜腹板长度相等，降低了制造成本。与普拉特桁架不同，沃伦桁架中间节点的斜腹板在重力荷载作用下受到压缩。

图 20-1 常见的屋架类型 f-Warren truss

当跨度较大时，可采用改进的沃伦桁架。这种桁架多了一个垂直腹杆，弦杆支撑间距变小，如图20-1g所示。这样可以减少受压弦杆的有效屈曲长度，减少局部弯曲引起的二次应力（详见本章20.5.2节）。虽然改进的沃伦桁架比平行弦杆普拉特桁架用料多，但由于其对称性和美观性，弥补了这一不足。

图 20-1 常见的屋架类型 g-改良型沃伦桁架

图 20-1h 所示的锯齿桁架或蝴蝶桁架只是多跨度建筑中使用的多种桁架的一个例子。

图20-1 常见的屋架类型 H型锯齿形屋架

就材料使用而言，桁架是一种非常高效的结构解决方案。然而，需要注意的是，通过使用大量相对较小的横截面积构件来节省钢材通常会增加制造成本和长期维护成本。

一般而言，设计简单、构件规格大致相同为最佳选择，设计人员亦应考虑施工可行性，例如构件运输、现场安装所用机械设备等，这些因素也可能控制桁架设计。