空间桁架式承重支撑钢结构构件

　　做结构设计快十年，经手的桁架类构件少说也有几十套，这类空间桁架式的承重支撑，最常见的应用场景就是展会临时搭建的灯光架、舞台背景支撑，还有厂房内的轻型管线吊挂架、户外临时围挡的支撑骨架，甚至小型输送线的侧边承重架也会用到同类型的结构，核心就是用最少的材料实现足够的纵向抗弯刚度，控制整体自重的同时保证长跨度下的挠度在允许范围内。

　　这套构件的设计思路完全是从受力逻辑出发的，上下弦采用连续的通长型材作为主要的抗弯承力部件，承受纵向荷载下的拉压应力，斜向和竖向的腹杆按照三角形稳定结构排布，把上下弦之间的剪力逐层传递分解，避免长弦杆出现局部失稳。和实腹式的钢梁比起来，这种桁架结构的迎风面更小，户外使用的时候风阻荷载能降低六成以上，而且自重只有同等抗弯强度实腹梁的三分之一不到，不管是运输还是现场拼装都省很多人力，不需要大型吊装设备，两个人配合就能完成单段的对接安装。

　　从结构细节来看，腹杆和上下弦的连接节点都做了贴合处理，每根腹杆的端部都和弦杆的型面完全贴合，没有多余的突出结构，避免节点处出现应力集中，长期受交变荷载的时候也不容易在焊缝位置出现疲劳开裂。构件两端做了封板结构，封板上预留了对接安装的孔位，多段同规格的桁架可以通过端部的连接板直接拼接，不需要额外做过渡连接件，拼接之后的整体直线度能控制在千分之一以内，满足长跨度连续搭建的精度要求。

　　实际选型的时候要特别注意安装边界的尺寸匹配，单段桁架的截面宽度和高度要和端部的连接座尺寸完全对应，安装的时候要保证上下弦的轴线和支撑座的受力中心线重合，避免出现偏心荷载，不然很容易导致弦杆局部受力过大出现变形。如果是用在吊挂场景，吊点的位置必须设置在竖向腹杆和上下弦的交汇节点处，不能直接把吊点设在弦杆的中间段，否则弦杆在集中荷载下很容易出现局部弯曲，影响整体的承载能力。

　　这类桁架结构的腹杆排布角度也有讲究，斜腹杆的角度一般控制在40度到60度之间，这个角度区间下腹杆的传力效率最高，腹杆本身的长细比也能控制在规范允许的范围内，不需要额外给腹杆加加强筋就能满足受压稳定性要求。上下弦的型材选型是根据总跨度和设计荷载来算的，常规的轻型吊挂场景用小规格的矩形管就能满足，要是需要承受更大的集中荷载，比如吊挂重型音响或者显示屏，就需要加大弦杆的截面规格，同时加密腹杆的排布间距，缩小每个节间的长度，提升弦杆的抗失稳能力。

　　现场安装的时候还要注意，多段拼接完成后要先调直整体的水平度和直线度，再把连接螺栓完全紧固，不能先紧螺栓再调直，不然会在结构内部产生装配内应力，后期受荷载的时候容易出现节点变形。如果是户外长期使用的场景，还要在弦杆的合适位置预留排水孔，避免雨水积在型材内部造成锈蚀，缩短构件的使用寿命。另外这种桁架结构的侧向刚度相对弱一点，如果搭建的高度比较高，需要在侧面加设斜向的支撑拉杆，提升整体的抗侧倾能力，避免受侧向风荷载的时候出现整体失稳垮塌。

　　从建模的角度来说，这类桁架模型的搭建要先把上下弦的中心轨迹线画出来，再按照节间尺寸排布腹杆的定位线，之后再给每根杆件赋予对应的截面型材，节点处的处理要符合实际的焊接工艺要求，不能出现杆件互相穿透的情况，不然导出的工程图没法直接用于生产下料。还要注意每根杆件的下料长度要预留焊接收缩余量，不过三维建模的时候可以先按理论尺寸建模，出下料图的时候再统一加上收缩补偿值，提升建模的效率。