空間桁架的節(jié)點為光滑球鉸結(jié)點,桿件軸線都通過聯(lián)結(jié)點的球鉸中心并可繞球鉸中心的任意軸線轉(zhuǎn)動。每個節(jié)點在空間有三個自由度。節(jié)點和桿件數(shù)的關(guān)系為W=3j-n,W>0為幾何可變桁架,W=0為幾何不變且無多余約束的空間桁架??臻g桁架和平面桁架一樣,可用部分截割法和節(jié)點法求出桁架內(nèi)所有桿件所受的內(nèi)力。部分截割法則是利用空間任意力系的六個平衡條件求出各桿的內(nèi)力。節(jié)點法是截取節(jié)點為隔離體,利用每個節(jié)點所受的空間匯交力系的三個平衡條件,求出各桿的內(nèi)力。 [2]
從力學方面分析,桁架外形與簡支梁的彎矩圖相似時,上下弦桿的軸力分布均勻,腹桿軸力小,用料??;從材料與制造方面分析,木桁架做成三角形,鋼桁架采用梯形或平行弦形,鋼筋混凝土與預應(yīng)力混凝土桁架為多邊形或梯形為宜。
足夠強度—不發(fā)生斷裂或塑性變形;足夠剛性—不發(fā)生過大的彈性變形;足夠穩(wěn)定性—不發(fā)生因平衡形式的突然轉(zhuǎn)變而導致坍塌;良好的動力學特性—抗震、抗風性。
桁架的設(shè)計要求: 要有符合要求的桿件;要有良好的連接件,包括鉚釘、銷釘及焊縫的連接。這些就涉及到桁架的類型、桿件的尺寸和材料,但首先是靜力學分析。
工程用的桁架節(jié)點,一般是具有一定剛性的節(jié)點而不是理想的鉸接節(jié)點,由于節(jié)點剛性的影響而出現(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??臻g桁架由若干個平面桁架所組成,可將荷載分解成與桁架同一平面的分力按平面桁架進行計算,或按空間鉸接桿系用有限元法計算。