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英文“桁架”一词源于约1200年前的古法语“trousse”，意为“许多东西连接在一起的集合”。现今桁架结构已发展成多种形式，不仅限于屋架，还广泛应用于一些大跨度结构、高层建筑、桥梁等。
桁架是由直杆组成的平面或空间结构，一般为三角形单元。桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而充分利用了材料的强度。当跨度较大时，比实心梁节省材料，并可减轻自重，增加刚度。
桁架的演变
古罗马时期
古罗马人使用桁架建造了横跨多瑙河的特雷根桥的上部结构，这一点在罗马浮雕中可以找到证据。
再生
文艺复兴时期，意大利建筑师帕拉迪奥开始采用木桁架建造桥梁，出现了朗桁架、汤恩桁架、豪桁架。
近代时期
最早的金属桁架于1845年在英国出现，是类似汤姆桁架的格构桁架，次年出现三角形的沃伦桁架。
现代
大多数现代桁架都是从沃伦桁架演变而来的，例如带垂直杆的沃伦桁架和钢桁架标准设计中的菱形桁架。
桁架的分类
三角桁架
2000多年前，人类发现三角形具有良好的稳定性，进而发明了非常实用的三角桁架。三角形是最简单的桁架，经常出现在屋顶上。它由两个倾斜的椽子和一个水平托梁组成一个单元。在自行车和飞机上也可以看到类似的结构。这种桁架具有形状稳定性，并且有方法可以分析其各部分的受力情况，因此由三角形组成的桁架被称为简单桁架。
▲早期人类使用的三角形
平面桁架
平面桁架位于同一平面上，通常将若干平面桁架平行排列，构成屋架、桥梁等结构。平面桁架的深度，即平面桁架上下弦杆之间的距离，是桁架经济耐用的关键。对于相同的跨度，桁架越深，上弦杆和下弦杆所需的材料越少，但竖杆和斜杆所需的材料越多。因此，如果对深度进行优化，桁架的成本也可以节省。
▲平面桁架平行布置
空间桁架
空间桁架是一种三维框架，杆件的末端通过旋转关节连接。最简单的桁架是四面体，由六根杆件和四个关节组成。大型平面结构也可以由四面体制成，空间桁架也用于大型独立输电塔。
▲空间桁架
三角桁架
三角桁架与梁、拱相比，其效率比梁结构高，不会像拱那样对支座产生推力，在古木建筑中应用广泛。但三角桁架也有缺点，最大的缺点是弦杆内力变化较大，材料用量不合理，只有根据实际情况选择合适的桁架，才能最大程度地发挥桁架的作用。
后来，人们通过不断的实践，在三角形中间增加了腹板，演变成两种基本的三角桁架：单柱桁架和双柱桁架。这两种基本形式大大增加了结构的稳定性和承重能力，在桁架漫长的发展过程中从未被淘汰。即使在我国农村的木屋里，仍然可以看到它们的影子。
▲单柱桁架
▲单柱桁架电池示意图
▲双柱桁架
▲双柱桁架电池示意图
平面桁架
随着社会经济的发展，到19世纪中叶，简单的三角桁架已不能满足经济建设的需要。加之钢铁等新材料的广泛应用，各种现代桁架形式相继出现，如豪氏桁架、芬克桁架、沃伦桁架、普拉特桁架等。
芬克桁架
芬克桁架是1837年由法国工程师发明，用于巴黎凡尔赛铁路的屋面，由两根英制柱桁架连接而成。芬克桁架在法国译为波隆索桁架，但在美国译为粉红桁架，以工程师艾伯特平克命名。
下面介绍几种芬克桁架形式及其电池图。第一种是最基本的芬克桁架，也是波隆索提出并应用的桁架原型。这种基本桁架适用于两端跨度不大，承载力不大的场合。
随着跨度的增大，需要增加腹杆的数量，以保证檩条能够以更密的间距布置在桁架的上弦杆上。这是第二种形式，也是目前最常用的形式。虽然这种形式耗材较多，但对跨度、承载力和稳定性都有很大的提高。
芬克桁架的第三种形式，是将桁架下弦杆拱起，这样可以获得更高的内部空间，造型也更加美观，但与桁架下弦杆为直线的形式相比，也有内力增大、效率降低、稳定性降低的缺点。
梁桁架
美国西部开发时期，铁路桥梁的需求量迅速增加。当时的桥梁多为木桥，但由于木材易腐烂、强度低、跨越能力小，在一定程度上限制了铁路运输的发展。因此出现了以钢材为主要材料的梁桁架。桁梁桥一般由两根主桁架及纵、横连接体系组成，形成空间结构，以达到跨越、承载的目的。
芬克梁桁架：
豪氏梁桁架：
沃伦梁桁架：
惠普尔梁桁架：
芬克桁架：
空间桁架
空间桁架是一种轻质刚性结构组成的几何图案，通常采用多向间距，由拉杆和压杆组成。空间桁架结构处于三维受力状态，能承受各个方向的荷载，在抗震倒塌距离较大的建筑中能更好地发挥作用。
空间桁架由于三根弦不在同一平面，属于三维结构，具有较大的抗侧刚度和平面外稳定性，减少侧向支撑，节省钢材，现今在桥梁、体育场馆、机场、车站等大型、异形建筑中得到广泛应用，是一种越来越普遍的施工技术。
与网架结构相比，空间管桁架节点无外构件，采用相贯线焊接而成的相贯节点，能适应多种结构形式，可构建成圆拱等任意曲线造型，视觉效果流畅柔和，不存在难涂刷、易积灰的位置，更利于后期维护。同时，桁架为单向受力结构，对于大多数单向矩形平面建筑，杆件数量较网架少，结构重量较轻，更节省材料。
桁架结构
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项目申请
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3D 打印桁架
德国博士研究员 Robert Kovacs 及其人机交互实验室的团队发明了一种使用塑料瓶和 3D 打印连接件来制造坚固的大型结构的方法，使其制造起来相对容易且相对快速。塑料瓶充当梁，形成结构合理的封闭三角形，这些三角形组合起来形成桁架结构。
上海东方体育中心
上海东方体育中心综合体外观形似层层向上的海浪和扬帆的白帆湖南网架钢结构，被公众称为“海上皇冠”，主要由10个跨度达150米的空间异形管桁架、10个倒三角截面钢框架构成，构成了极具时代感的大空间体系。
新加坡国家体育场
新加坡国家体育场采用活动屋盖和超薄穹顶结构，为全球最大的自由跨度穹顶，跨度达310米。由于传统体育场多采用柱子作为支撑结构，会影响观众的视野，因此新加坡国家体育场的大跨度桁架不仅满足了屋盖的承重要求，还保证了观众席的宽阔视野。
网格和网格壳
说到桁架，不得不提网架、网壳结构。网架是一种空间整体桁架结构，可周边支撑、多点支撑，为双向受力体系。广义上讲，网架是空间桁架的一种，一般有螺栓球节点、焊接球节点等。
从工程上讲，桁架结构抗应力能力优于网架结构，跨度可达100米以上；网架结构跨度一般不超过100米。组成网架结构的基本单元有三棱锥、三棱柱、立方体、四棱台等，这些基本单元可以组合成三角形、四边形、六边形、圆形等平面形状。
▲自适应曲线网格
从形态上看，格栅通常指平面空间结构，而网壳则是指球面或其他曲面形态的网格空间结构。网壳结构的受力特性与薄壳结构类似。根据层数不同，又有单层网壳和双层网壳两种类型。网壳结构形状多样，尤其以空间曲面形状最为常见。
▲网壳结构找形
网格和网格壳
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项目申请
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梅溪湖文化中心
长沙梅溪湖国际文化艺术中心是湖南省地标性建筑，以“芙蓉”造型为设计灵感，主体结构为框架-钢筋混凝土剪力墙结构，屋面钢结构为异形双曲单层网壳结构，外立面由数万块弧形GRC板组成，室内装饰墙面采用不规则渐变GRC拼接。
哈尔滨大剧院
哈尔滨大剧院坐落于松花江北岸，犹如一条飘浮的丝带，成为北国白色地平线的一部分。整个建筑采用多种形式的钢结构构成，包括单层网壳、双层网壳、折梁结构等。钢结构在混凝土结构上设置合理的支撑和连接，有机地结合为一体。
凤凰国际传媒中心
凤凰国际传媒中心的设计灵感来源于西方数学经典立体几何模型“莫比乌斯带”，其正反连接、内外贯通虽来自西方，却与东方天人合一的建筑精神相近。其主体结构为钢筋混凝土结构，外壳采用具有复杂空间曲线的钢结构体系湖南网架钢结构，将两栋混凝土建筑连接在一起。
成都独角兽岛会议中心
扎哈建筑事务所设计的成都独角兽会议中心外形犹如一朵盛开的莲花，中心为雨水花园，用于收集雨水，起到自然环保的作用。结构上采用空间网格，营造出纯粹的异形空间。本项目中的结构优化主要使用Grasshopper等软件，使结构与幕墙框架保持一致。
阿卜杜拉国王金融区地铁站
由扎哈建筑事务所设计的阿卜杜拉国王金融区地铁站，其图案灵感来源于沙漠中的沙丘，交错的正弦波不断重复，为建筑增添了灵动流畅的感觉。外部钢结构为单层网壳结构，建成后将成为该地区的新地标。
