钢结构设计中常见的屋盖桁架类型及其受力特点分析

本文是从公众号钢结构 Cost-steelstructure 转载而来的。

桁架有多种类型。图 20 - 1 展示了其中最常用的形式。在设计时，采用哪种桁架类型，除了要考虑几何形状和经济因素外，通常还得看建筑方面的要求以及客户的要求。

图 20-1a、e 展示的是普拉特桁架（Pratt truss）。在常规垂直荷载的作用下，斜腹杆承担拉力，而相对较短的竖向腹杆承担压力。这种受力特点在一定程度上弥补了在常规垂直荷载作用下，跨中的受压弦杆比受拉弦杆受力更大的状况。值得注意的是，在风荷载的作用下，坡度较缓的屋顶普拉特桁架有可能会导致荷载出现反向的情况，进而在较长的腹杆里会有压力出现。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型a一普拉特桁架

图 20-1 常见的屋盖桁架类型e-平行弦普拉特桁架

普拉特桁架的腹杆从内斜变为外斜就变成了豪式桁架（Howe tuss 或 English Truss），如 20 - 1b 图所示。屋面荷载很小时，采用豪式桁架有一定优势。因为风荷载的影响，豪式桁架会产生反向的竖向荷载。并且，在垂直荷载作用下，跨中受拉弦杆承受的内力比受压弦杆大。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型b一豪式桁架

芬克式桁架（Fink tuss）如图 20 - 1c 所示。当用于大跨、坡度陡的屋顶时，各构件被再次划分成较短的构件。所以在用钢量方面显得更经济。根据设计人员的要求，桁架的弦杆和腹杆可以有多种形式的布置和再次划分。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型c-芬克式桁架

由于跨高比较小，上、下弦杆的内力会有所增大。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型d-折线形架

华伦桁架(Warren truss)如图 20-1f 所示。因为桁架的斜腹杆长度相等，所以制作成本得以降低。与普拉特桁架不一样，在重力荷载作用下，华伦桁架中间节间的斜腹杆是受压的。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型 f-华伦桁架

当跨度较大时，能够采用改进的华伦架。这种桁架增设了竖向腹杆，使得对弦杆提供支撑的间距变小，可看图 20-1g。如此一来，就可以减小受压弦杆的有效屈曲长度，并且也能减小局部弯曲所导致的次应力（详见本章第 20.5.2 节）。改进的华伦桁架用料比平行弦普拉特桁架多。然而，它具有对称和美观的特点，从而弥补了用料多这方面的不足。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型g一改进的华伦桁架

图 20-1h 展示的是锯齿形桁架，也被称作蝶形架，它只是在多开间建筑物中所采用的众多桁架实例里的其中一种。

图 20-1 常见的屋盖桁架类型h-锯齿形桁架

桁架在材料使用方面能提供很有效的结构解决方案。不过要注意的是，用采用数量多且截面相对小的构件这种方式来节省钢材用量，一般会使制作成本增加，同时也会让长期维护费用提高。

一般而言，选择设计简单且构件规格大体相同的是较好的。设计人员需要考虑建造的可实施性，像构件运输以及现场安装所用到的机械设备等，因为这些因素有可能对桁架设计起到控制作用。