巴黎及整个法国的象征之一——埃菲尔铁塔，是世界最著名的建筑之一。该塔的建造始于1887年，1889年完工。其桁架结构由约18,000个构件组成，总重超过7,000吨，绘制设计图纸达5,300余张。完工时，埃菲尔铁塔高度约300米，成为当时世界上最高的桁架结构建筑，直到1930年才被超越。埃菲尔铁塔的诞生，标志着人类建筑从木石时代迈入现代钢筋混凝土与钢结构时代。
本文将帮助您深入了解桁架结构的定义、特点及建筑中的典型应用。
桁架结构简介：
空间桁架结构是一种由杆件组成的框架体系，各构件在端部以铰接连接。所有构件基本位于同一平面内，主要承受轴向拉力或压力，通过节点将荷载高效传递。通常，这些杆件按照三角形单元排列，因为三角形的几何稳定性能够保证整体刚度。然而，现代建筑中也可根据造型采用其他几何组合。
桁架结构的分类：
- 空间桁架结构：主要用于大跨度空间建筑，通过多向连接形成三维受力体系，整体刚度高、跨度大、受力均匀。常用于展馆、机场航站楼、体育馆等大型建筑。
- 特殊形状空间桁架结构：用于需要大跨度和独特造型的建筑，常见于地标性或艺术性建筑中，具有独特的建筑美感与视觉冲击力。
- 特殊形状空间管桁架结构：此类结构灵活性强、适应性高，能够满足各种复杂空间设计需求，实现大空间无柱设计，增强建筑艺术价值。
桁架结构的主要特征：
空间桁架结构能够承受来自多个方向的荷载。与只能在自身平面内受力的平面桁架不同，空间桁架能高效地分配和传递垂直与水平荷载。其构件之间的相互约束形成稳定的空间体系。例如，在不均匀荷载作用下，平面桁架容易发生扭曲屈曲，而空间桁架结构则因三维杆件的约束作用而能有效抵抗变形。
此外，桁架结构通常属于超静定结构，即使个别杆件失效，也能保持部分承载能力，从而保证整体安全。
特殊形状空间桁架结构：此类结构较传统桁架更具自由度。设计时通过非对称杆件布置与特殊节点连接，可实现多方向弯曲和复杂曲面造型。例如，某些建筑屋顶呈波浪状，不同波峰波谷形成丰富的空间层次。此设计不仅满足功能需求，还能提升空间体验与视觉动感。
由于形状不规则，特殊形状桁架结构的受力情况更复杂，其抗水平荷载的能力也受到形态影响。
特殊形状空间管桁架结构：不受常规几何限制，可实现自由扭转与大角度构造。其曲面结构柔和流畅，可通过精准计算充分发挥材料的抗拉抗压性能。与实心杆件相比，管状杆件在同等材料条件下拥有更高的强度与刚度。
若建筑对外观要求较高，还需将节点造型与整体结构协调处理，例如在特殊造型的管桁架建筑中，可通过隐藏或装饰节点，使整体视觉效果更统一。
*阳澄湖大闸蟹博物馆位于江苏省苏州市，由苏州吴江XTD钢结构工程有限公司承建，建筑面积约4630平方米，采用不规则空间桁架结构设计。
*浙江东运河博物馆位于绍兴市，由苏州吴江XTD钢结构工程有限公司承建，建筑面积约34,000平方米，同样采用不规则空间桁架结构体系。
桁架结构建筑实例：
1867年巴黎世博会机械馆
*机械馆由工程师J.B. Krantz与埃菲尔设计，1867年建成，采用三组钢铰接拱桁架结构，共20个钢拱，跨度115米，长度420米，形成极为宽阔的室内空间。
1973年悉尼歌剧院
*悉尼歌剧院由建筑师Jørn Utzon设计，1973年建成。其独特外形由三组大型壳体组成，采用预制混凝土与钢桁架结构结合，是20世纪最具代表性的建筑之一。
*旧金山国际机场航站楼由SOM等设计团队设计，1995年启动设计，2000年完工。其天窗结构采用空间桁架结构体系，兼顾采光与受力平衡。
