3. 4 桁架和组合结构分析

桁架结构体系在本小节中我们要给大家介绍桁架结构体系的组成、优缺点及适用范围；桁架结构体系的合理布置原则及及受力特点。

桁架结构组成:一般由竖杆，水平杆和斜杆组成（图1-23）。

图1－23 桁架结构在房屋建筑中，桁架常用来作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。

用于屋盖的桁架体系有两类：（1）平面桁架，用于平面屋架；（2）空间桁架，用于空间网架。

这两类桁架的共同特点是它们都由一系列只受同向拉力或压力的杆件连接而成。

作为桁架结构的整体来说，它们在荷载作用下受弯、受剪；但作为桁架结构中的杆件来说，只承受轴向力，不承受弯矩、剪力和扭矩。

桁架结构的最大特点是，把整体受弯转化为局部构件的受压或受拉，从而有效地发挥出材料的潜力并增大结构的跨度。

桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，对支座没有横向推力，因而在结构工程中得到了广泛的应用。

屋架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。

结构高度大，增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖、通风、采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。

侧向刚度小，对于钢屋架特别明显，受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。

桁架是较大跨度建筑的屋盖中常用的结构型式之一。

在一般情况下，当房屋的跨度大于18m时，屋盖结构采用桁架比梁经济。

屋架按其所采用的材料区分，有钢屋架、木屋架、钢木屋架和钢筋混凝土屋架等。

钢筋混凝土屋架当其下弦采用预应力钢筋时，称为预应力钢筋混凝土屋架。

目前，我国预应力钢筋混凝土屋架的跨度已做到60多米，钢屋架的跨度已做到70多米。

一、桁架结构的型式与受力特点屋架结构的型式很多:（1）按屋架外形的不同，有三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。

（2）根据结构受力的特点及材料性能的不同，也可采用桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架等。

我国常用的屋架有三角形、矩形、梯形、拱形和无斜腹杆屋架等多种型式，见图1-24。

图1-24常用的屋架型式（a）三角形屋架（b）平行弦屋架（矩形）（c）梯形屋架（再分式）（d）拱形屋架（e）下撑式屋架（f）无斜腹杆屋架尽管桁架结构中以轴力为主，其构件的受力状态比梁的结构合理，但在桁架结构各杆件单元中，内力的分布是不均匀的。

第三章桁架结构第一节桁架结构的特点由简支梁发展成为桁架的过程――简支梁在均布荷载作用下，沿梁轴线弯曲，剪力的分布及截面正应力的分布（分为受压区和受拉区两个三角形）在中和轴处为零。

截面上下边缘处的正应力最大，随着跨度的增大，梁高增加。

根据正应力的分布特点，要节省材料，减轻自重，先形成工字型梁――继续挖空成空腹形式――最后，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为“桁架”。

由此可见，桁架是从梁式结构发展产生出来的。

桁架的实质是利用梁的截面几何特征的几何因素――构件截面的惯性矩I增大的同时，截面面积反而可以减小。

梁结构的梁高加大时，自重随之增加很多，桁架结构无此弊端。

Z在实际工作中，由于其自重轻，用料经济，易于构成各种外形适应不同的用途，桁架成为一种应用极广泛的形式，除经常用于屋盖结构外，（我们常说的屋架），还用于皮带运输机栈桥、塔架和桥梁等。

（如图示各种组合屋架、武汉长江大桥采用的桁架形式等）一．桁架结构计算的假定（基本特点）1．杆件与杆件之间相连接的节点均为铰接节点2．所有杆件的轴线都在同一平面内。

（这一平面称为桁架的中心平面）3．所有外力（包括荷载与支座反力）都作用在桁架的中心平面内，且集中作用在节点上实际桁架与上述假定是有差别的，尤其是节点铰接的假定。

例如：木桁架常常为榫接，它与铰接的假定是接近的。

而钢桁架有些杆件在节点处是连续的，腹杆采用的是节点板焊接或铆接，节点具有一定的刚性；混凝土节点构造往往采用刚性连接。

尽管如此，科学试验和工程实践均表明，上述不符合假定的因素对桁架影响很小，只要采取适当的构造措施，就能保证这些因素产生的应力对结构和杆件不会造成危害。

故桁架在计算中仍按“节点铰接”处理。

假定3 “集中力作用在节点上”是保证桁架各杆件仅承受轴向力的前提。

对于桁架上直接搁置屋面板或屋架下弦承受吊顶荷载时，当上下弦间有荷载作用时，则会使原来杆件的受力形式发生变化（纯压、纯拉变为压弯、拉弯构件），从而使得上、下弦截面尺寸变大，材料用料增加。

2013-2014年度学生研究计划（SRP）“桁架结构模型结构优化及试验”结题论文姓名骆辉军学院土木与交通学院专业土木工程（卓越全英班）学号 201230221450指导老师范学明时间 2014年10月一.实验背景随着科学技术的发展和计算机软件技术的应用，应用相关的软件来进行桁架结构模型的优化已经可以成为现实。

桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。

桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。

由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。

在桥梁结构中，桁架结构也应用广泛。

只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构。

它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的。

合理地设计桁架结构，就能够最大限度地利用材料的强度，起到减轻桁架重量，节省材料的目的，从而也能为工程实际应用提供相关的依据和参考。

但桁架的结构模型形式千变万化，仅仅从理论上分析桁架的受力特征和破坏特征，而不进行相应的试验研究是无法取得实质性的进展的。

正是基于这样一个原则，我们需要在理论研究的基础上通过试验来优化桁架的结构模型，在各式各样的桁架结构中挑选出受力合理的结构，最大限度地使材料的强度得以利用。

研究桁架结构模型优化的意义桁架结构中，各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。

由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。

结构布置灵活，应用范围非常广。

桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。

在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。

这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。

更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。

桁架机械手结构和设计分析【摘要】本文主要介绍了桁架机械手的结构和设计分析。

首先阐述了桁架机械手的工作原理，包括桁架结构的支撑作用和运动机理。

其次分析了桁架机械手的结构组成，包括桁架杆件、关节和执行器等部件。

随后探讨了桁架机械手的设计要点，包括刚度优化、运动精度和负载能力等方面。

接着介绍了桁架机械手的性能优势，如高强度、轻量化和高速度等特点。

最后探讨了桁架机械手在工业、医疗和航空航天等领域的应用情况。

结论部分分析了桁架机械手的发展趋势，包括智能化、自适应和灵活性等方向。

未来发展方向包括结构优化、多功能化和自主控制等方面。

桁架机械手具有广阔的发展空间和应用前景，将在未来得到更加广泛的应用。

【关键词】关键词：桁架机械手、结构分析、工作原理、设计要点、性能优势、应用领域、发展趋势、未来发展方向1. 引言1.1 桁架机械手结构和设计分析桁架机械手是一种具有高度灵活性和精准性能的机械装置，能够在工业生产中扮演关键的角色。

本文将对桁架机械手的结构和设计进行深入分析，以揭示其工作原理、优势性能以及未来发展方向。

桁架机械手的工作原理主要基于其结构特点，即由多个连杆和关节组成的桁架结构。

通过控制各个关节的运动，桁架机械手可以实现各种复杂的动作，如抓取、搬运、装配等。

其结构组成包括主体结构、驱动系统、传感器系统和控制系统等部分，每个部分协同工作，实现机械手的高效运转。

在设计要点方面，桁架机械手的轻量化、刚性化和精准化是关键考虑因素。

结构设计需要考虑载荷分布、材料选择和强度分析等技术要求，以确保机械手在各种工作环境下具备稳定性和可靠性。

性能优势方面，桁架机械手具有操作自由度高、精度高、速度快、寿命长等优点，适用于各种自动化生产场景。

桁架机械手的应用领域涵盖了汽车制造、电子设备装配、航空航天等多个领域，为生产效率的提升和生产安全的保障作出了重要贡献。

未来随着技术的不断进步，桁架机械手将更加智能化、柔性化，为人类创造更多可能性。

大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析1. 引言1.1 引言本文旨在分析大跨度钢结构空间管桁架设计的要点，从设计目的、结构形式选择要点、受力特点分析、节点连接设计以及荷载组合分析等方面进行深入探讨，以期能够为相关建筑工程的设计和施工提供一定的参考和指导。

通过对大跨度钢结构空间管桁架设计要点的系统分析，可以更好地把握其设计原则和关键技术，为工程实践提供一定的指导和参考价值。

借助现代建筑材料和工艺的不断发展，大跨度钢结构空间管桁架在今后的建筑工程中将发挥更为重要的作用，为城市建设和发展注入新的活力和动力。

2. 正文2.1 设计目的分析大跨度钢结构空间管桁架的设计目的是为了承受大跨度空间结构的荷载，同时保证结构稳定和安全。

在设计过程中，需要考虑以下几个方面的目的：1. 承载能力：钢结构空间管桁架需要具备足够的承载能力，能够承受自重、风荷载、雪荷载等多种组合荷载。

设计中需要充分考虑荷载的大小、方向和作用位置，确保结构不会发生超载或失稳。

2. 结构稳定性：大跨度钢结构空间管桁架在设计中需要保证结构的稳定性，避免发生屈曲、位移或整体失稳。

通过合理的结构布局和节点连接设计，确保结构能够稳定地工作在各种荷载组合下。

3. 抗震性能：在设计中需要考虑结构的抗震性能，确保在地震等自然灾害发生时，结构能够安全可靠地承受荷载。

通过采用适当的加强措施和设计方法，提高结构的抗震性能。

4. 经济性：设计过程中需要综合考虑结构的经济性，尽量减少材料的使用量和施工成本，同时保证结构的安全性和稳定性。

通过优化设计方案和材料选择，实现结构设计的经济效益。

设计大跨度钢结构空间管桁架的目的是为了确保结构具备足够的承载能力、稳定性、抗震性能和经济性，满足使用功能要求并保证结构的安全可靠运行。

2.2 结构形式选择要点在选择大跨度钢结构空间管桁架的结构形式时，需要考虑以下关键要点：1. 跨度大小：大跨度钢结构空间管桁架适用于跨度较大的建筑，一般跨度在30米以上。

筑造型与结构形态很难契合。

事实上，结构不仅承载着支撑荷载的作用，其本身也清晰地反映了静力的传递方式，因而其在建筑中展现了形与力的特质。

正如自然界中的结构，如表面张力巨大的水泡、肥皂泡和水滴，空中悬吊的蜘蛛网，植物上翻的叶片，被大雪压弯的树枝等，都以特定的结构形态反映了受力的特点。

正因结构对于建筑存在“力场”的呈现作用，因而在建筑设计中，结构形态的设计会给建筑造型带来至关重要的影响。

本文将提出“以结构为先导”的策略，结合桁架建筑案例，探讨结合结构进行建筑创作的可能性。

2从建筑师与工程师的分化看结构作用变迁12—13世纪战争时期，工程师这一名词是欧洲城塞建设者的称呼，法国的柯尔（Kohl）则最先将工程师（engineer）与建筑师（architect）区分开来。

17世纪时，工兵将校被称为工程师。

18世纪中叶，随着第一次工业革命的爆发，社会分工细化，传统建造师的职责被分为建筑师、土木工程师和建造工程师[1]。

在建筑和结构分化的不到200年的历史中，结构形态和建筑造型的研究历史更加短暂。

1824年波特兰水泥被发明，1853年钢筋混凝土第一次应用于结构工程。

材料的发展使得建筑师有了更多的创作余地。

20世纪初，P. L. 奈尔维（P. L. Nervi）凭借其敏锐的结构直觉和对材料的熟悉，在精密计算还没有成熟的时期，创作出优美的钢筋混凝土作品，他充分发挥了混凝土材料在大跨度结构中的潜力，同时也表达了建筑的美和建造方法的巧妙。

奈尔维在他的《建筑的艺术与技术》一书中探索技摘要 随着对结构设计的认识更加深入，结构因其力学性质所展现的丰富形态引起了建筑师的注意，结构也从传统的承重角色转变成建筑设计的重要因素。

在进行建筑造型的构思和设计时，也应对其结构设计进行更深入的研究。

本文以结构设计为先导的设计为起点，以运用桁架结构的建筑为例证，探讨结构形态与建筑造型的统一性。

关键词 结构形态；建筑造型；桁架中图分类号 TU-80 文献标识码 A基金项目 国家自然科学基金项目资助（5207081107）。

内力的概念和表示在平面杆件的任意截面上，将内力一般分为三个分量：轴力F N 、剪力F Q 和弯矩MM A轴力----截面上应力沿杆轴切线方向的合力。

轴力以拉力为正。

剪力----截面上应力沿杆轴法线方向的合力。

剪力以绕微段隔离体顺时针转者为正。

内力的概念和表示弯矩----截面上应力对截面形心的力矩。

在水平杆件中，当弯矩使杆件下部受拉时，弯矩为正。

作图时，轴力图和剪力图要注明正负号，弯矩图规定画在杆件受拉的一侧，不用注明正负号。

内力的计算方法梁的内力的计算方法主要采用截面法。

截面法可用“截开、代替、平衡”六个字来描述：1.截开----在所求内力的截面处截开，任取一部分作为隔离体；隔离体与其周围的约束要全部截断。

2.代替----用截面内力代替该截面的应力之和；用相应的约束力代替截断约束。

3.平衡----利用隔离体的平衡条件，确定该截面的内力。

内力的计算方法利用截面法可得出以下结论：1.轴力等于截面一边的所有外力沿杆轴切线方向的投影代数和；2.剪力等于截面一边所有外力沿杆轴法线方向的投影代数和；3.弯矩等于截面一边所有外力对截面形心力矩的代数和。

以上结论是解决静定结构内力的关键和规律，应熟练掌握和应用。

分段叠加法画弯矩图1.叠加原理：几个力对杆件的作用效果，等于每一个力单独作用效果的总和。

= +=+2.分段叠加原理：上述叠加法同样可用于绘制结构中任意直杆段的弯矩图。

例例：下图为一简支梁，AB段的弯矩可以用叠加法进行计算。

（1）（2）（3）（4）静定多跨连续梁的实例现实生活中，一些梁是由几根短梁用榫接相连而成，在力学中可以将榫接简化成铰约束,这样由几个单跨梁组成几何不变体系，称作为静定多跨连续梁。

下图为简化的静定多跨连续梁。

静定多跨梁的受力特点结构特点：图中AB依靠自身就能保持其几何不变性的部分称为基本部分，如图中AB；而必须依靠基本部分才能维持其几何不变性的部分称为附属部分，如图中CD。

受力特点：作用在基本部分的力不影响附属部分，作用在附属部分的力反过来影响基本部分。

第三章桁架(屋架)结构只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构。

它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的。

它在历史上出现很早，公元前500年罗马人就在多瑙河上修建了桁架桥梁；后来迅速成为普遍的结构形式应用于土木工程大跨度的结构中，在房屋建筑中尤其得到广泛推广。

1．优点：受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，对支座无横向推力，应用广泛。

2．缺点：结构高度大，侧向刚度小。

¾结构高度大增加了屋面及围护墙的用料，同时也增加了采暖、通风、采光等设备的负荷，并给音响控制带来困难。

¾侧向刚度小，对于钢屋架特别明显受压的上弦平面外稳定性差，也难以抵抗房屋纵向的侧向力，这就需要设置支撑。

一般房屋的纵向侧向力并不大，但支撑很多，都按构造(长细比)要求确定截面，故耗钢不少却未能材尽其用。

第三章桁架结构3.1桁架结构的受力特点3.2屋架结构的型式3.3屋架结构的选型与布置3.4立体桁架3.5 张弦结构3.6 桁架结构的其他型式桁架的受力与梁的区别1、上弦受压、下弦受拉，形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。

2、由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡外荷载所产生的剪力。

3、桁架结构中，各杆单元均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。

主桁架（1）直杆：组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。

木材――榫接、钉连接钢桁架――焊接或螺栓连接3.1.2桁架结构计算的假定（2）节点均为铰节点：桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。

钢筋混凝土――刚性连接严格地说，钢桁架和钢筋混凝土桁架都应该按刚架结构计算，各杆件除承受轴力外还承受弯矩的作用。

但进一步的理论分析和工程实践经验表明，上述杆件内的弯矩所产生的应力很小，只要在节点构造上采取适当的措施，该应力对结构或构件不会造成危害，故一般计算中桁架结构节点均按铰接处理。

3.1.2桁架结构计算的假定（2）节点均为铰节点：桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。