桁架结构，一种由众多直杆在端点以特定方式相连结的几何稳定结构，因其独特的构造方式而备受推崇。这种结构类似于“空腹式大梁”，通过众多小截面杆件的协同作用，不仅充分利用了材料的强度，还能在大型跨度中实现材料的节约，同时增强了结构的刚度，减轻了自重。正因如此，桁架结构在大型公共建筑如厂房、展览馆、体育馆以及桥梁等领域得到了广泛的应用。
以福斯湾铁路桥为例，这座始建于1890年的桥梁便是桁架结构的杰出代表。作为世界上第二长的多跨悬臂桥，福斯桥以其519米的主跨跨径、47.8米的高铁路水位以及独特的塔形设计，成为了桥梁设计和建筑史上的一个重要里程碑。其三个桥塔、六个伸臂以及206米的悬跨长度，都彰显了桁架结构在大型跨度桥梁中的卓越性能。至今，这座大桥仍然承载着客货火车的通行，见证着历史的沧桑与变迁。
图1展示了英国福斯湾桥，这座桥于1890年建成，跨度达到了521米，是桁架结构的又一典范。而除了这座桥梁，桁架结构还广泛应用于众多建筑领域。例如，在北京首都机场的航空港内，钢结构飞机库的屋顶便采用了这种结构，展现了其稳固与高效的特点。此外，塔式起重机以及著名的法国埃菲尔铁塔等建筑，也都巧妙地运用了桁架原理，从而确保了结构的稳固与美观。
图2展示了北京首都国际机场航空港内的钢结构飞机库，其屋顶仅依靠几根钢管便支撑起了沉重的重量。这种结构的安全性令人不禁产生疑问：这几根钢管真的能够“稳如泰山”吗？然而，事实恰恰相反。桁架桥等建筑结构经过精心设计与计算，能够承受巨大的压力和重量，确保安全无误。因此，尽管看起来简单，这些结构却蕴含着深厚的科学原理和工程智慧。
图3展示了桁架桥的简化模型。
图4展示了桁架桥及其截面简图。基于图3所示的桥梁简化模型，我们可以在其上施加一个向下的力F。在这种情况下，桥梁截面上主要承受弯曲正应力，其分布规律为从截面两侧向中线线性递减，至中线处受力接近于0。基于这一特点，我们可以初步将长方体简化为“工”字形截面梁，如图4所示。
图5展示了截面上弯曲正应力的分布规律。通过有限元方法，我们分析了三点弯曲状态下桥梁的内部应力分布，并得出了各处应力的具体大小，如图6所示。由此可见，在三点弯曲状态下，桥梁内部受力最大的部位集中在几根杆上。在这些关键位置焊接上强度足够的钢管，不仅能够有效增强支撑效果，还能显著节省材料、减轻整体结构的自重。桁架结构的广泛运用，无疑标志着制造工艺的一大进步。
图6展示了桥梁内部应力的详细分布。随着制造工艺的进步，桁架结构也经历了从平面到空间的发展。早期的平面桁架通过水平支撑解决稳定性问题，而现代的空间桁架则在三个维度上布置构件，其横断面常采用三角形或矩形，显著提升了整体稳定性，适用于大跨度空间结构。空间桁架具有出色的刚度和轻便的自重，能够在三维空间内承受各方荷载，因此展现出优越的抗震性能。
以旧金山国际机场航站楼为例，该建筑主屋顶由5道三跨连续的鱼腹空间桁架构成，总长262米，无任何支柱支撑中心部位，展现了空间桁架的卓越承重能力。航站楼的标志性结构不仅塑造了机场和城市的独特形象，还体现了现代制造工艺的高水平。
图7展示了航站楼设计的草图。通过这张草图，我们可以更直观地理解航站楼的结构布局和设计理念。
图8展示了旧金山国际机场航站楼的实景。这座航站楼采用了桁架结构，其设计理念和结构特点在图7的草图中得到了直观的体现。桁架结构以其明确的几何形状、受力状态和出色的整体刚度，成为了承载能力高、稳定性好的理想选择。同时，其造型优美、构型多变，杆件均匀，节点连接便捷可靠，使得桁架结构在建筑领域具有广泛的应用前景。