这种结构主要用于工业与民用建筑物的承重骨架、桥梁构架或工程构筑物,比如工业厂房、高层建筑、刚架桥等。在荷载作用下,结构的刚结点所连接的各个杆件既不能相对移动,也不能相对转动,刚结点既可以传递力,也可以传递力矩。一般来说,刚架结构中的杆件受轴力、弯矩和剪力作用。
刚架结构按跨数、层数可分为单跨刚架、多跨刚架,单层刚架、多层刚架;按立面构成分为对称刚架、不对称刚架;按各杆件轴线和荷载的空间分布分为平面刚架和空间刚架。当各轴线和荷载位于同一平面内时称为平面刚架,否则称为空间刚架;按构造特点和力学性能可分为静定刚架和超静定刚架,分别属于静定结构和超静定结构。单层工业厂房中的横向受力单元,当柱顶横梁全部刚接时称为刚接排架。
当把刚架结构简化为杆系结构进行受力分析时,可以使用传统的结构力学方法来计算。比如,静力作用下的三铰刚架可以通过平衡方程求解所有内力和支座反力,并利用虚力法求解任一截面的位移,超静定刚架可以使用位移法或矩阵位移法进行静力分析。
随着计算力学的发展,有限元法等数值计算方法及相应软件成为刚架结构力学分析的主要方法和工具。刚架结构的构件除去一般按照梁柱单元建模外,必要时还可对某些关键部位按三维实体单元建模。数值模拟中可以引入复杂的材料特性,并考虑初始缺陷、服役环境、极端荷载等更多、更复杂的因素,从而能够更为真实地反映和预测结构的力学性能。