本申请涉及一种双层钢桁梁结构，包括上层横梁、下层横梁、上弦杆、下弦杆、连接上弦杆和下弦杆的腹杆、与上层横梁交叉设置的上纵梁、与下层横梁交叉设置的下纵梁、竖向连杆；上层横梁包括上层节点横梁，上层节点横梁与上弦杆连接；上层节点横梁为变高度的节点横梁；下层横梁包括下层节点横梁，下层节点横梁与下弦杆连接；竖向连杆的一端设于上纵梁与上层节点横梁的交点处，另一端设于下纵梁与下层节点横梁的交点处。本发明提供一种双层钢桁梁结构，设有变高度的上层节点横梁和竖向连杆，形成顺延的受力路径，使上下层桥面系共同受力，增加单层桥面活载下的刚度，有效降低下层桥面系的高度，使得下层桥面的梁高满足桥面活载下横桥向刚度的要求。