1. Putkiristikkorakenteet (tunnetaan myös teräsputkirakenteina, putkiristikkoina tai putkirakenteina) jaetaan tasomaisiin tai spatiaalisiin ristikkojärjestelmiin.
Ero yleisistä ristikoista on tavassa, jolla ne yhdistävät solmut. Ristikkorakenne käyttää pultattuja pallo- tai onttoja kuulasolmuja, kun taas putkiristikkorakenne käyttää risteäviä solmuja, jotka on hitsattu suoraan teräsputkilla (pyöreillä teräsputkilla tai neliömäisillä teräsputkilla) solmuissa.
Putkiristikkorakenteen etuna on yksinkertainen solmumuoto, yksinkertainen ja tyylikäs ulkonäkö. Samaan aikaan risteävän hitsauksen käytön ansiosta siitä on hyötyä myös ruosteenestossa ja puhdistuskunnossapidossa. Leikkaushitsauksella on kuitenkin tiettyjä vaatimuksia prosessi- ja prosessointilaitteille, joten putkiristikon rakenteeseen liittyy myös joitain rajoituksia:
1) Leikkaavien solmujen jänteen suunta tulee suunnitella niin, että se on mahdollisimman yhdenmukainen teräsputken ulkohalkaisijan kanssa. Erilaisia sisävoimia omaaville elementeille käytetään usein samaa teräsputken ulkohalkaisijaa ja eri seinämänpaksuuksia. Seinämän paksuus ei saa muuttua liikaa, muuten teräsputkien välinen jatkosmäärä on liian suuri. Tästä syystä materiaalin lujuutta ei voida täysin hyödyntää, mikä lisää käytetyn teräksen määrää. Tämä on yksi syy siihen, miksi putkiristikkorakenteissa käytetään usein enemmän terästä kuin ristikkorakenteissa.
2) Leikkaavien solmujen käsittely ja asettelu ovat monimutkaisia, ja risteävien linjojen urat ovat vaihtelevia, mikä tekee manuaalisesta leikkaamisesta vaikeaa ja vaatii siten korkeita mekaanisia vaatimuksia.
3) Putkiristikkorakenteet ovat kaikki hitsattuja solmuja, jotka edellyttävät hitsauskutistumisen hallintaa ja korkeat hitsauksen laatuvaatimukset. Lisäksi ne kaikki hitsataan paikan päällä, mikä johtaa suureen hitsaustyömäärään.
Moniulotteisen CNC-leikkaustekniikan kehityksen myötä putkiristikkorakenteiden käsittelyssä on voitettu joitakin vaikeuksia. Tällä hetkellä jotkut kotimaiset yritykset ovat asentaneet tämän tekniikan, mikä mahdollistaa risteävien putkiristikkojen käytön käytännön suunnittelussa.
Putkiristikkorakenteen tulee olla poikkileikkaukseltaan kolmion muotoinen, tilallinen ristikkomuoto, joka koostuu ylemmästä jänteestä, alemmasta jänteestä ja uumakappaleesta (kuva 2). Napaosaa kutsutaan myös pääputkeksi ja uumaosaa kutsutaan haaraputkeksi. Pääputkella on paksu ja liitetty halkaisija, mikä on kätevä haaraputkien leikkaus ja hitsaus. Ristikon asettelu, leveys ja korkeusmitat tulee valita järkevästi, jotta hitsauslinjat eivät törmää vierekkäisten haaraputkien välillä mahdollisimman paljon. Hiilen varastorakenne voidaan varustaa useilla kolmiulotteisilla putkiristikoilla kuvan 2 (a) mukaisesti, ja kunkin ristikon väliin on asetettava kiertokanget ja vinotuki.
Putkiristikkorakenteiden laskennassa ja analysoinnissa käytetty malli liittyy pääasiassa solmujen jäykkyyteen. On olemassa kolme analyysimallia, jotka perustuvat tangon päässä olevaan taivutusmomenttiin ja solmun jäykkyyden kokoon:
① Olettaen, että kaikki osat ovat saranoituja;
② Olettaen, että kaikki osat ovat jäykkiä ja niitä pidetään palkkielementteinä;
③ Olettaen, että pääputki on jäykästi yhdistetty palkkielementti, haaraputki on saranoitu pääputkeen ja haaraputki kantaa vain aksiaalista voimaa.
2. Teräsputkiristikon rakenteen solmut
Teräsputkiristikkorakenteissa on käytettävä erityisiä putkiristikkosolmuja. Tässä mainittu putkiristikkosolmu ei vaadi solmulevyjä, onttoja palloja tai pulttiliitoksia. Sen sijaan se viittaa teräsputkiin (pyöreä teräsputki tai neliömäinen teräsputki), jotka leikkaavat ja hitsataan suoraan risteävässä solmukohdassa. Vain kaksi samalla akselilla olevaa pääputkea on kytketty, ja loput osat (eli haaraputket) käsitellään risteävän linjan läpi ja hitsataan suoraan läpimenevän osan (eli pääputken) ulkopintaan; Ei-läpäisemättömissä elimissä voi olla tiettyjä rakoja (rakotyyppiset solmut) tai osittainen limitys (läpäisytyyppiset solmut) solmukohdassa.
Leikkaavien solmujen muoto liittyy yhdistettyjen jäsenten lukumäärään. Kun rainaosa ja jänneelin ovat samassa tasossa, se on yksitasoinen solmu. Kun rainaosa ja jänneelin eivät ole samassa tasossa, se on monitasoinen solmu.
Esimerkkinä otetaan ristikkorakenne, jossa pää- ja haaraputki ovat molemmat pyöreitä putkia, jotka leikkaavat toisiaan
Leikkauslinjan leikkaamista pidettiin aikoinaan vaikeana valmistusprosessina, sillä risteävien teräsputkien lukumäärä, kulma ja koko vaihteli, mikä johti erimuotoisiin leikkauslinjoihin ja urien käsittelyn vaikeuteen, mikä teki siitä entistä haastavampaa tilaristikkorakenteissa. Mutta moniulotteisen CNC-leikkaustekniikan kehityksen myötä nämä vaikeudet on voitettu. Tällä hetkellä osa kotimaisista yrityksistä on varustettu tällä tekniikalla, joten putkiristikkorakenteella on hyvät sovellusmahdollisuudet suurivälisissä rakenteissa.