組成桁架的桿件的軸線和所受外力都在同一平面上(圖1)。平面桁架可視為在一個(gè)基本的三角形框上添加桿件構(gòu)成的。每添加兩個(gè)桿,須形成一個(gè)新節(jié)點(diǎn)才能使結(jié)構(gòu)的幾何形狀保持不變。這種能保持幾何堅(jiān)固性的桁架叫作無余桿(或叫無冗桿)桁架。如果只添加桿件而不增加節(jié)點(diǎn),就不能保持桁架的幾何堅(jiān)固性,這種桁架叫作有余桿(或叫有冗桿)桁架。
三角形桁架在沿跨度均勻分布的節(jié)點(diǎn)荷載下,上下弦桿的軸力在端點(diǎn)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(nèi)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。
平面桁架一般按理想的鉸接桁架進(jìn)行計(jì)算,即假設(shè)荷載施加在桁架節(jié)點(diǎn)上(如果荷載施加在節(jié)間時(shí),可按簡(jiǎn)支梁換算為節(jié)點(diǎn)荷載),并和桁架的全部桿件均在同一平面內(nèi),桿件的重心軸在一直線上,節(jié)點(diǎn)為可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接點(diǎn)。理想狀態(tài)下的靜定桁架,可以將桿件軸力作為未知量,按靜力學(xué)的數(shù)解法或圖解法求出已知荷載下桿件的軸向拉力或壓力(見桿系結(jié)構(gòu)的靜力分析)。
工程用的桁架節(jié)點(diǎn),一般是具有一定剛性的節(jié)點(diǎn)而不是理想的鉸接節(jié)點(diǎn),由于節(jié)點(diǎn)剛性的影響而出現(xiàn)的桿件彎曲應(yīng)力和軸向應(yīng)力稱為次應(yīng)力。計(jì)算次應(yīng)力需考慮桿件軸向變形,可用超靜定結(jié)構(gòu)的方法或有限元法求解。
空間桁架由若干個(gè)平面桁架所組成,可將荷載分解成與桁架同一平面的分力按平面桁架進(jìn)行計(jì)算,或按空間鉸接桿系用有限元法計(jì)算。