桁架設計需考慮結構穩定性、材料強度及經濟性。設計前需分析載荷類型和大小，確定支撐方式，并選擇合適材料如鋼或鋁。設計時需計算各桿件長度、截面尺寸及連接方式，確保整體結構符合力學原理。還需注意制造與安裝的可行性，以及后期維護成本。合理設計桁架能提高承載力、剛度和穩定性，降低維護難度，延長使用壽命。

建筑桁架合理設計的原則

一、明確設計目標與要求

桁架設計首先要滿足建筑的使用和功能需求，明確結構的強度、穩定性、剛度和耐久性等要求，同時兼顧建筑造型、空間和美觀等因素，使設計符合實際需求。

二、合理選取材料

• 考慮材料特性：常見材料有鋼材、木材和混凝土等。要充分考慮材料的強度、耐久性、施工可行性以及經濟性等因素來選擇合適的材料用于桁架設計。

三、優化節點設計

• 節點功能與連接方式：節點是桁架結構的關鍵部分，起連接桿件和傳遞荷載的作用。應根據桿件連接方式及受力情況，采用適當的節點形式和連接方法，如焊接、螺栓連接等。
• 保證節點性能：要保證節點的剛性和可靠性，防止節點發生變形和松動，從而提高結構的整體剛度和穩定性。

四、合理布置荷載路徑

• 均勻分散荷載：荷載傳遞路徑應合理布置，使荷載能夠均勻分散和傳遞，避免荷載集中或引起局部應力過大。
• 特殊結構的荷載考慮：對于大跨度的桁架結構，還應考慮荷載在橫向和縱向的分布以及側向位移的限制。

五、考慮施工和維護

• 施工因素：在設計過程中需要考慮施工的可行性、難易程度以及施工過程中的安全性等因素。
• 維護因素：要考慮桁架結構的維護和檢修，以便日后對結構進行必要的維護和修復工作。

不同類型桁架的特殊設計要點

一、木結構桁架

• 高跨比：桁架跨度中央的高度h與跨度l的比值稱為高跨比。應保證桁架具有足夠的剛度，不同外形的木桁架、鋼木桁架高跨比有最小限值要求，符合要求則不必再核算其撓度。
• 預起拱度：為消除桁架可見的撓度，木桁架或鋼木桁架在制造時應預先向上起拱，起拱度通常取為桁架跨度的1/200。
• 節間劃分：根據荷載、跨度及所用木材強度設計值的大小進行節間劃分，要充分利用上弦的承載能力，避免因節間劃分不當增加桁架撓度或制造工作量。對于無下弦荷載的鋼木桁架，應盡量擴大下弦節間長度，減少下弦節點數。
• 桁架自重：桁架自重可按經驗公式估算，且由于桁架自重在全部荷載中所占比率小，設計完畢后若實際自重與估算自重略有出入，一般不必重算。同時要根據荷載情況合理考慮桁架自重的分配方式。
• 荷載組合：求桁架桿件內力時，恒荷載按全跨分布，要考慮不同活荷載作用下桿件內力的變化情況，屋面活荷載與雪荷載取二者較大者與恒荷載進行組合。
• 內力計算：可假定節點為鉸接，將荷載集中于各個節點上計算各桿件軸向力，節間荷載對上弦桿引起的彎矩在選擇桿件截面時再考慮。
• 壓桿計算長度：在結構平面內，弦桿及腹桿取節點中心間的距離；在結構平面外，上弦取錨固檁條間的距離，腹桿取節點中心間的距離。
• 上弦計算原則：當檁條布置在節點處時，除按軸心受壓桿件計算外，還要驗算支座偏心對上弦的不利影響；當節點之間布置有檁條時，上弦因節間荷載承受彎矩，應按壓彎構件計算，并且上弦彎矩計算要考慮相關試驗測定結果。

二、鋼桁架（以跨度在40m以內為例）

• 軟件輔助設計：可利用PKPM或者MIDAS等軟件，一般PKPM可滿足要求。通過PKPM模型，由于均為軸力，所有節點可簡化為鉸接節點。
• 桿件選擇：桿件可以全為角鋼或者上下弦桿為H型鋼、腹桿為方鋼管。
• 荷載取值：恒荷載根據具體情況取值（如一般取值1.0KN/m2），走道板活荷載取值2.0KN/m2，風荷載對鋼桁架提供橫向作用力使水平撐受力，三種荷載均轉換為節點荷載輸入。
• 參數取值：拉桿長細比可取350，強度應力和穩定應力可取0.85，凈毛截面在螺栓連接或焊縫連接時可取0.85。還要按PKPM結果查看穩定應力和強度應力。
• 桁架對支座影響考慮：要考慮桁架對支座有豎向和側向的作用力，尤其是桁架跨度較大時，側向作用力會很大。

桁架設計中如何優化節點？

木結構桁架設計的注意事項

鋼桁架設計的軟件應用

桁架荷載路徑的合理布置