空间框架

在建筑和结构工程中，空间框架或空间结构（3D桁架）是一种刚性、轻质、类似桁架的结构，由几何图案中的互锁支柱构成。空间框架可用于跨越大面积而几乎没有内部支撑。与桁架一样，由于三角形固有的刚性，空间框架很坚固；挠曲载荷（弯曲力矩）作为发送张力和压缩沿着每个支柱的长度载荷。

空间框架通常使用刚度矩阵进行设计。建筑空间框架刚度矩阵的特点是角度因素的独立性。如果接头足够刚性，则可以忽略角偏转，从而简化计算。

空间框架的最简单形式是由铝或管状钢支柱建造的互锁方形金字塔和四面体的水平板。在许多方面，这看起来就像塔式起重机的水平臂重复多次以使其更宽。更强的形式由互锁四面体组成，其中所有支柱都具有单位长度。从技术上讲，这被称为各向同性向量矩阵或单个单位宽度的八位组桁架。更复杂的变化会改变支柱的长度以弯曲整体结构，或者可能包含其他几何形状。

在空间框架的含义内，我们可以发现它们之间明显不同的三个系统：

曲率分类

• 空间平面覆盖：这些空间结构由平面子结构组成。它们的行为类似于板的行为，其中平面中的挠度通过水平杆引导，剪切力由对角线支撑。

这个火车站由桶形拱顶结构支撑。

• 桶形拱顶：这种类型的拱顶具有简单拱形的横截面。通常这种类型的空间框架不需要使用四面体模块或金字塔作为其背衬的一部分。
• 球形穹顶和其他复合曲线通常需要使用四面体模块或金字塔以及来自皮肤的额外支撑。

按元素排列分类

• 单层网格：所有元素都位于要近似的表面上。
• 双层网格：元素被组织成两层，彼此平行，相隔一定距离。每一层形成三角形、正方形或六边形的格子，其中一层中的节点的投影可彼此重叠或相对位移。对角线连接空间不同方向的两层节点。在这种类型的网格中，元素被分为三组：上警戒线、警戒线和警戒线下对角线。
• 三层网格：元素放置在三个平行层中，由对角线连接。它们几乎总是平坦的。

可归类为空间框架的其他示例如下：

• 褶皱金属结构：出现试图解决模板和浇筑混凝土存在的问题。通常与焊接接头一起运行，但可能会增加预制接头，这一事实使它们成为空间网格。
• 悬挂式覆盖物：电缆绷紧、脊柱和悬链线拱反索道上的设计在理论上比任何其他替代方案都表现出更好的引导力的能力，具有无限的组合可能性和对任何类型植物覆盖物的适应性或确保徒劳无功。然而，加载绞合线的形状不精确（理想情况下动态适应充电状态）和电弧弯曲到意外应力的风险是需要预压缩和预应力元件的问题。虽然在大多数情况下往往是最便宜的技术解决方案，但最适合有盖外壳的声学和通风，但容易受到振动的影响。
• 气动结构：在该组中可考虑承受加压状态的封闭膜。

• 工业建筑、工厂
• 体育馆
• 仓库
• 游泳池
• 会议厅和展览中心
• 大跨距体育场
• 博物馆和展览馆
• 购物中心和商场
• 机场和机盖
• 中庭