管桁架结构组成及其材料

管桁架结构分类

管桁架以桁架结构为基础，因此其结构形式与桁架的形式基本相同，外形与其用途有关。
就屋架来说，外形一般为三角形、梯形、平行弦及拱形桁架。桁架的腹杆形式常用的有芬克氏、人字式、豪式（也叫单向斜杆式）、再分式、交叉式。其中前四种为单系腹杆，第五种交叉腹杆又称为复系腹杆。
1.按受力特点和杆件布置分类
根据受力特点和杆件布置不同，分为平面管桁架结构[普拉特(Pratt)式桁架、华伦(Warren)式桥架、芬克(Fink)式桁架和拱形桁架，及其各种演变形式，和空间管桁架结构(通常为三角形截面)。
平面管桁架结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内，结构平面外刚度较差，一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定，普拉特(Pratt)式桁架、华伦(Warren)式桁架、芬克(Fink)式桁架和拱形桁架，及其他各种演变形式，都可以用作平面管桁架结构。在现有管桁结构的工程中，多采用华伦桁架和普拉特桁架形式，华伦桁架一般是经济的布置，与普拉特桁架相比华伦桁架只有它一半数量的腹杆与节点，且腹杆下料长度统一，这样可节约材料与加工工时，此外华伦桁架较容易使用有间隙的接头，这种接头容易布置。同样，形状规则的华伦桁架具有更大的空间去满足放置机械、电气及其他设备的需要。
三角形空间管桁架结构截面分正三角形和倒三角形两种，两种截面形式的桁架各有优缺点。倒三角形截面中，上弦有两根杆件，而通常上弦是受压构件，从杆件的稳定性考虑，上弦受压容易失稳，下弦受拉不存在稳定性问题，因而倒三角截面形式是-种比较合理的截面形式。这种截面形式，由两根上弦杆通过斜腹杆与下弦杆连接后，再在节点处设置水平连杆，而且支座支点多在上弦处，从而构成了上弦侧向刚度较大的屋架。另外，这种形式的两根上弦贴靠屋面，下弦只有一根杆件，给人以轻巧的感觉。除此之外，这种倒三角截面形式也会减少檩条的跨度。因此，实际工程中大量采用的是倒三角截面形式的桁架。
正三角截面桁架的主要优点在于上弦是一根杆件，檩条和天窗架支柱与上弦的连接较简单，多用于屋架及输管栈道。
2.按连接构件的不同截面分类
根据连接构件的截面不同，分为C—C型桁架、R—R型桁架和R—C型桁架。
C—C型桁架：主管和支管均为圆管相贯，相贯线为空间马鞍形曲线。
C—C型桁架是目前国内应用广泛的一种，一方面因为圆管出现及对其研究较早，应用也比较成熟。20世纪50年代美国就开始进行管节点的研究，从60年代起管节点的研究在许多国家广泛开展，60年代末、70年代初一些规范开始纳入圆管节点的设计。除了具有空心管材普遍的优点外，圆钢管与其他截面管材相比具有较高的惯性半径及有效的抗扭截面。圆管相交的节点相贯线为空间的马鞍形曲线，设计、加工、放样比较复杂，但由于钢管相贯自动切割机的发明和使用，促进了管桁结构的发展与应用。

R—R型桁架：主管和支管均为方钢管或矩形管相贯。

方钢管和矩形钢管用作抗压、抗扭构件有突出的优点，用其直接焊接组成的方管桁架具有节点形式简单、外形美观的优点，在国外得以广泛的应用，近年在国内也开始使用，如吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪艺术展览馆、上海“东方明珠”电视塔等。我国现行钢结构设计规范中加入了矩形管的设计公式，这将进一步推进管桁结构的应用。
R—C型桁架：矩形截面主管与圆形截面支管直接相贯焊接。
圆管与矩形管的杂交型管节点构成的桁架形式新颖，能充分利用圆形截面管作轴心受力构件，矩形截面管作压弯和拉弯构件。矩形管与圆管相交的节点相贯线均为椭圆曲线，比圆管相贯的空间曲线易于设计与加工。

按桁架的外形分类
直线形与曲线形管桁架结构，随着社会对美学要求的不断提高，为了满足空间造型的多样性，管桁架结构多做成各种曲线形状，丰富结构的立体效果。当设计曲线形管桁架结构时，有时为了降低加工成本，杆件仍然加工成直杆，由折线近似代替曲线。如果要求较高，可以采用弯管机将钢管弯成曲管，这样可以获得更好的建筑效果。