建筑師不得不知的桁架常識(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構。 桿件主要承受軸向拉力和壓力，結構效率很高。 對于空間結構的懸垂和跨越主題，桁架結構幾乎無所不可。 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。 它比梁結構更有效，并且不會像拱形一樣在支撐上產生推力。 早期的三角桁架只有 2 個傾斜的上弦桿和 1 個水平的下弦桿。 后來根據經驗，人們嘗試在三角形內弦桿的中點處增加3個腹桿，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世紀中葉突然出現(xiàn)的一種形式。 當時，隨著美國西部的開發(fā)，對鐵路橋梁的需求迅速增加。 木橋是當時橋梁的主流，大多采用歐洲傳統(tǒng)拱橋技術。

? ? 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合的方式。 經過多次實踐發(fā)現(xiàn)，只要加固的剛架做得足夠堅固，甚至可以省去拱。 于是，各種新型桁架層出不窮，梁桁架時代正式開始了。

? ? 隨著力平衡理論、分析方法和圖形方法的研究，到1880年代，工程師們已經掌握了簡潔實用的桁架設計方法。 同時，材料也在不斷改進。 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構出現(xiàn)，尤其是在橋梁領域。