用鋼材製造的桁架。工業與民用建築的屋蓋結構、吊車梁、橋樑和水工閘門等,常用鋼桁架作為主要承重構件。各式塔架,如桅桿塔、電視塔和輸電線路塔等,常用三面、四面或多面平面桁架組成的空間鋼桁架。

  分類 鋼桁架常按力學簡圖、外形和構造特點進行分類。

  ① 按力學簡圖分為簡支的和連續的;靜定的和超靜定的,平面的和空間的。簡支鋼桁架應用最廣。

  ② 按外形可分為三角形、梯形、平行弦和多邊形。屋面坡度較陡的屋架常采用三角形鋼桁架(圖1a),跨度一般在18~24米以下;屋面坡度較平緩的屋架常采用梯形鋼桁架(圖1b、c),跨度一般為18~36米,應用較廣。其他各類鋼桁架常采用構造較簡單的平行弦鋼桁架(圖1d、e、f及見桁架梁橋)。多邊形鋼桁架受力較好(圖1g),但制造較復雜,隻在大跨度鋼桁架中有時采用。塔架通常采用直線或折線的外形(見塔式結構)。

  ③ 按桿件內力、桿件截面和節點構造特點分為普通、重型和輕型鋼桁架。普通鋼桁架一般用單腹式桿件,通常是兩個角鋼組成的T形截面,有時也用十字形、槽形或管形等截面,在節點處用一塊節點板連接,構造簡單,應用最廣。重型鋼桁架桿件用由鋼板或型鋼組成的工形或箱形截面,節點處用兩塊平行的節點板連接;常用於跨度和荷載較大的鋼桁架,如橋梁和大跨度屋蓋結構。輕型鋼桁架用小角鋼及圓鋼或薄壁型鋼組成;節點處可用節點板連接,也可將桿件直接相連;主要用於小跨度輕屋面的屋蓋結構。

  連接方法 鋼桁架可用焊接、普通螺栓連接、高強度螺栓連接或鉚接。焊接應用最廣;普通螺栓連接常用於可拆卸的結構、輸電塔和支撐系統;高強度螺栓連接常用於重型鋼桁架的工地連接;鉚接用於受較大動力荷載的重型鋼桁架,目前已逐漸被高強度螺栓連接所代替。

  高跨比 鋼桁架的高度由經濟、剛度、使用和運輸要求確定。增加高度可減小弦桿截面和撓度,但增加腹桿用量和建築高度。鋼桁架的高跨比通常采用1/5~1/12;鋼材強度高、剛度要求嚴的鋼桁架應采用相對偏高值。三角形鋼屋架的高度通常由屋面坡高確定;一般屋面坡度為1/2~1/3時,高跨比相應為1/4~1/6。

  腹桿體系 鋼桁架的腹桿體系通常采用人字式或單斜式等形式。人字式腹桿的腹桿數和節點數較少,應用較廣;為減少受有荷載的弦桿或受壓弦桿的節間尺寸,通常增加部分豎桿。單斜式腹桿通常佈置使較長的斜桿受拉,較短的豎桿受壓,有時用於跨度較大的鋼桁架。如需進一步減小弦桿及腹桿的長度,可采用再分式腹桿體系,鋼桁架高度較大且節間較小時可采用K式或菱形腹桿體系。在支撐桁架和塔架中,常采用能較好承受變向荷載的交叉式腹桿體系,交叉斜桿通常按拉桿設計。斜腹桿對弦桿的傾斜角通常在30°~60°范圍內。

  受力特點 鋼桁架各桿件的截面形心軸線應在節點處交匯於一點,內力計算一般按鉸接桁架進行。當桁架隻承受節點荷載時,所有桿件隻受軸心拉力或壓力;如在桿件節間內也承受荷載,則該桿件將同時受彎。鋼桁架桿件一般較細,佈置節點時應盡量避免或減小局部彎矩。對桿件截面高度與長度比值較大的鋼桁架,必要時應考慮節點剛性引起的桿件次應力。

  支撐系統 為瞭保證平面鋼桁架在桁架平面外的剛度和穩定、減小弦桿在桁架平面外的計算長度、並承受可能有的側向荷載,應在鋼桁架側向佈置支撐(圖2)。支撐通常可分為水平支撐(上弦和下弦平面、橫向和縱向)、垂直支撐(桁架兩端和中間)和系桿等類型。成對的鋼桁架可在其間沿下弦及上弦平面分別佈置橫向水平支撐,並在鋼桁架兩端及中間每隔適當距離的豎桿平面佈置垂直支撐。屋蓋結構中有許多鋼桁架,可隻在兩端及每隔一定距離的相鄰兩桁架間設置上、下弦橫向水平支撐和垂直支撐,其餘桁架隻在上、下弦按適當間距設置系桿;當有較重吊車或必要時,還可在桁架下弦端節間增設縱向水平支撐。在四面或多面的塔架中應每隔一定高度設置橫隔,以保證塔架剛度和橫截面的幾何不變性。

  桿件截面設計 鋼桁架桿件的截面形式按節省鋼材、連接方便和制造簡單等條件選擇,並註意使桿件在兩個主軸方向的長細比(桿件計算長度和截面回轉半徑的比值)盡可能相近。鋼桁架拉桿應滿足強度和容許長細比的要求;壓桿應滿足強度、穩定和容許長細比的要求。

  在計算桿件的強度和穩定時,內力按軸心力考慮;當桿件同時受軸心力和彎矩時,應按偏心受力考慮其共同作用。在計算桿件的穩定和長細比時,應考慮桁架平面內和平面外兩個方向,或長細比較大的不利方向。桿件的容許長細比,按桿件受壓或受拉、受靜力荷載或動力荷載等情況分別規定。

  起拱 跨度稍大的鋼桁架,為抵消自重及荷載作用下的全部或部分撓度,通常規定在制造時預先起拱。屋架的起拱度(f)一般為跨度的1/500。