剛架結(jié)構(gòu)簡介(1)

1、一、剛架一、剛架 剛架是由若干直桿，部分或全部用剛架是由若干直桿，部分或全部用剛結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)連接而成的結(jié)構(gòu)。連接而成的結(jié)構(gòu)。 二、剛結(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)二、剛結(jié)點(diǎn)的特點(diǎn) 1.1.變形：剛結(jié)點(diǎn)處的各桿端不能發(fā)生相對(duì)移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)變形：剛結(jié)點(diǎn)處的各桿端不能發(fā)生相對(duì)移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)，因而受力變形后，各桿桿斷轉(zhuǎn)動(dòng)了同一角動(dòng)，因而受力變形后，各桿桿斷轉(zhuǎn)動(dòng)了同一角 度，即各桿之間的夾角保持不變。度，即各桿之間的夾角保持不變。 2.2.受力：剛結(jié)點(diǎn)可承受和傳遞彎矩受力：剛結(jié)點(diǎn)可承受和傳遞彎矩 3 靜定平面剛架的幾何組成及特點(diǎn)靜定平面剛架的幾何組成及特點(diǎn) 3 3、剛架整體剛度大，在荷載作用下，變形較小；剛架整體剛度大，在荷

2、載作用下，變形較小； 4 4、由于剛架中桿件數(shù)量較少，內(nèi)部空間較大，所以剛架由于剛架中桿件數(shù)量較少，內(nèi)部空間較大，所以剛架 結(jié)構(gòu)便于利用。結(jié)構(gòu)便于利用。 三、靜定平面剛架類型三、靜定平面剛架類型 1 1、懸臂剛架、懸臂剛架2 2、簡支剛架、簡支剛架 3 3、三鉸剛架、三鉸剛架 4 4、主從剛架、主從剛架 3 靜定平面剛架的幾何組成及特點(diǎn)靜定平面剛架的幾何組成及特點(diǎn) 1、單層剛架、單層剛架 單層骨架結(jié)構(gòu)梁柱之間為剛性連接的是剛架，單層骨架結(jié)構(gòu)梁柱之間為剛性連接的是剛架， 但在梁跨中間可以斷開成為鉸接。但在梁跨中間可以斷開成為鉸接。剛架在結(jié)構(gòu)上剛架在結(jié)構(gòu)上 屬于平面受力體系。屬于平面受力體系。剛架

3、結(jié)構(gòu)在平面外的剛度較剛架結(jié)構(gòu)在平面外的剛度較 小，通常適用于跨度不是太大（鋼筋混凝土剛架小，通常適用于跨度不是太大（鋼筋混凝土剛架 在在18左右），檐口高度也不是太高（鋼筋混凝左右），檐口高度也不是太高（鋼筋混凝 土剛架在土剛架在10左右）的內(nèi)部空曠的單層建筑中。左右）的內(nèi)部空曠的單層建筑中。 這類建筑有小型室內(nèi)體育場(chǎng)館、展示場(chǎng)所、這類建筑有小型室內(nèi)體育場(chǎng)館、展示場(chǎng)所、 車船客運(yùn)站、庫房等。車船客運(yùn)站、庫房等。 鋼制剛架結(jié)構(gòu)的玻璃暖房鋼制剛架結(jié)構(gòu)的玻璃暖房 鋼制剛架結(jié)構(gòu)的飛機(jī)庫鋼制剛架結(jié)構(gòu)的飛機(jī)庫 1.截面形式截面形式 常用的格構(gòu)式構(gòu)件截面形式有兩個(gè)槽鋼或工字鋼組常用的格構(gòu)式構(gòu)件截面形式有兩個(gè)

4、槽鋼或工字鋼組 成的雙肢截面，此外，當(dāng)軸心壓力較小但長度大時(shí)，成的雙肢截面，此外，當(dāng)軸心壓力較小但長度大時(shí)， 還可以采用以鋼管、角鋼組成的三肢、四肢截面，還可以采用以鋼管、角鋼組成的三肢、四肢截面， 如圖所示。如圖所示。 柱和重型桁架桿件的截面型式格構(gòu)式截面柱和重型桁架桿件的截面型式格構(gòu)式截面 2.組成組成 格構(gòu)式構(gòu)件是將肢件用綴材連成一體格構(gòu)式構(gòu)件是將肢件用綴材連成一體 的一種構(gòu)件。綴材分綴條和綴板兩種，的一種構(gòu)件。綴材分綴條和綴板兩種， 故格構(gòu)式構(gòu)件以分為綴條式和綴板式兩故格構(gòu)式構(gòu)件以分為綴條式和綴板式兩 種。種。 當(dāng)構(gòu)件截面尺寸較大。構(gòu)件較長時(shí)，當(dāng)構(gòu)件截面尺寸較大。構(gòu)件較長時(shí)， 為了節(jié)約

5、鋼材，宜采用格構(gòu)式。為了節(jié)約鋼材，宜采用格構(gòu)式。 討論： 1、約束條件對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 2、梁柱線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 3、門式剛架高跨比比結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 4、結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 5、溫度變化、支座移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 約束條件對(duì)內(nèi)力影響： 剛架受力優(yōu)于排架，因剛結(jié)，在豎向荷載作用下，由于 柱對(duì)梁的約束作用而減少了梁跨中的彎矩和撓度，在水 平荷載作用下，由于梁對(duì)柱的約束作用減少了柱內(nèi)彎矩 和側(cè)向位移。 無鉸剛架 三次超靜定結(jié)構(gòu)，剛度好，內(nèi)力小，但對(duì)基礎(chǔ)和地基要 求高，因?yàn)闉槌o定，當(dāng)?shù)鼗胁痪鶆虺两禃r(shí)，將使剛 架內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力。地基條件差時(shí)慎用。 兩鉸剛架 一次，在豎向或水平荷載作用下

6、，剛架內(nèi)彎矩比無鉸剛架大， 兩鉸剛架基礎(chǔ)為鉸支撐，當(dāng)基礎(chǔ)有轉(zhuǎn)角時(shí)對(duì)基礎(chǔ)剛度內(nèi)力 無影響，但因?yàn)槭浅o定，仍會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力。 三鉸剛架 靜定，地基的變形和不均勻沉降對(duì)剛架內(nèi)力無影響，但三鉸 剛架內(nèi)力大，剛度差，一般只用于中小跨度或地基較差的 情況。 綜述： 約束越多，內(nèi)力越分散，內(nèi)力值越小，變形越小 即剛度大，因此通過增加約束，可以提高結(jié)構(gòu)的 承載力，增加結(jié)構(gòu)的剛度，或者可減小結(jié)構(gòu)的截 面尺寸。 從才盡其用的角度看，鋼架結(jié)構(gòu)并不是十分合理 的結(jié)構(gòu)，一方面它與連續(xù)梁相似，仍利用梁柱截 面受彎來承受荷載，另一方面它是一個(gè)典型的平 面結(jié)構(gòu)，其自身平面內(nèi)剛度較小，必須布置支撐。 梁柱線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的

7、影響 以無鉸剛架為例： 豎向荷載作用下， ibic，柱對(duì)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)約束很小，相當(dāng)于鉸約束。 Ib ic，柱子不僅能阻止梁端發(fā)生豎向位移而且還能約束 梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)點(diǎn)可看做剛結(jié)點(diǎn)。 1.當(dāng)梁端支撐柱剛度不等時(shí)，則梁兩端負(fù)彎矩值不等，柱 剛度大的一側(cè)梁端負(fù)彎矩大。 第二節(jié) 單層剛架的結(jié)構(gòu)形式 一、膠合木剛架 利用較薄的板材拼接而成，不受原木尺寸及 缺陷的限制，具有較好的防腐防燃性能， 構(gòu)造簡單，造型美觀，便于運(yùn)輸。 二、鋼剛架結(jié)構(gòu) 實(shí)腹式：跨度不大，常用兩鉸式。 格構(gòu)式：使用范圍大，剛度大，耗鋼省。 三、鋼筋混凝土剛架 適用于跨度不大于18米，高度不大于10米的 無吊車或吊車荷載不大于100KN的

8、建筑。截 面形式一般矩形工字型。 四、預(yù)應(yīng)力混凝土剛架 為提高結(jié)構(gòu)剛度，減少構(gòu)件截面，可采用預(yù) 應(yīng)力混凝土剛架。跨度可達(dá)50米。 第三節(jié) 單層剛架結(jié)構(gòu)布置 一、外形 平頂坡頂或拱頂，可以為單跨、雙跨、多 跨連續(xù)。 二、布置 可以是平行布置輻射狀布置或以其他方式排 列，形成多變的建筑風(fēng)格。 三、支撐系統(tǒng) 4.2 靜定剛架支座反力的計(jì)算靜定剛架支座反力的計(jì)算 整體平衡整體平衡 【例例4.14.1 】計(jì)算圖示剛架的支座反力。計(jì)算圖示剛架的支座反力。 l/2l/2 l/2 l/2 C BA P C BA P XA YA YB XB 解：解： 2 , 0 2 , 0 P YlY l PM BBA 右半邊

9、平衡右半邊平衡 整體平衡整體平衡 2 , 0 2 , 0 P YlY l PM AAB 4 , 0 2 , 0 B P X l YlXM BBC PPXX XXPX BA BA 4 3 , 0 , 0 【例例4.24.2 】計(jì)算圖示兩跨剛架的支座反力。計(jì)算圖示兩跨剛架的支座反力。 2m2m 4m CB A 4m 2kN/m GF E D A 2kN/m E D XA XE YE 2kN/m CB A G F E D XA YBYC XC 解：解： ADE為附屬部分，為附屬部分，BCEFG為基本部分。為基本部分。 kN1, 04122 , 0 AAE XXM kN3, 04322 , 0 CCB

10、 YYM kN7, 04722 , 0 BBC YYM kN1, 0 , 0 CCA XXXX 整體平衡整體平衡 4.2 靜定剛架支座反力的計(jì)算靜定剛架支座反力的計(jì)算 剛架的內(nèi)力有剛架的內(nèi)力有M、Q、N 彎矩不規(guī)定正負(fù)號(hào)，只規(guī)定彎矩圖畫在桿件受拉一側(cè)；彎矩不規(guī)定正負(fù)號(hào)，只規(guī)定彎矩圖畫在桿件受拉一側(cè)； 剪力、軸力的正負(fù)號(hào)與梁相同。剪力、軸力的正負(fù)號(hào)與梁相同。 彎矩彎矩M = =截面一邊所有外力對(duì)截面形心的外力矩之和。截面一邊所有外力對(duì)截面形心的外力矩之和。 外力矩和彎矩使桿同側(cè)受拉時(shí)取正，反之取負(fù)。外力矩和彎矩使桿同側(cè)受拉時(shí)取正，反之取負(fù)。 剪力剪力Q = =截面一邊所有外力沿桿軸法線方向投影代

11、數(shù)和。截面一邊所有外力沿桿軸法線方向投影代數(shù)和。 外力繞截面形心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，投影取正，反之取負(fù)。外力繞截面形心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，投影取正，反之取負(fù)。 軸力軸力N = =截面一邊所有外力沿桿軸切線方向投影的代數(shù)和。截面一邊所有外力沿桿軸切線方向投影的代數(shù)和。 外力指向截面投影取正，反之取負(fù)。外力指向截面投影取正，反之取負(fù)。 結(jié)點(diǎn)處有不同的桿端截面。各截面上的內(nèi)力用該桿兩端結(jié)點(diǎn)處有不同的桿端截面。各截面上的內(nèi)力用該桿兩端 字母作為下標(biāo)來表示，并把該端字母列在前面。字母作為下標(biāo)來表示，并把該端字母列在前面。 MDA、QDC Y=0 Y=0 MD0 8kNA B C D 4m 1m2m 注意結(jié)點(diǎn)的平衡條件！

12、注意結(jié)點(diǎn)的平衡條件！ 4.3 用截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力用截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力 【例例4.34.3 】計(jì)算圖示剛架剛結(jié)點(diǎn)處各桿桿端截面的內(nèi)力。計(jì)算圖示剛架剛結(jié)點(diǎn)處各桿桿端截面的內(nèi)力。 2m2m 4m DCB A 1kN/m 2kN 3kN QCD NCD DC 3kN MCD CB 1kN/m 2kN MCB QCB NCB D C B 1kN/m 2kN 3kN QCA NCA MCA mkN2, 0121 , 0 CBCBC MMM kN2, 02 , 0 CBCB NNX kN2, 021 , 0 CBCB QQY 0 CD N kN3 CD Q mkN4 CA M kN5

13、CA N kN2 CA Q mkN6 CD M 4.3 用截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力用截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力 【例例4.44.4 】計(jì)算圖示剛架剛結(jié)點(diǎn)計(jì)算圖示剛架剛結(jié)點(diǎn)C、D處桿端截面的內(nèi)力。處桿端截面的內(nèi)力。 3kN/m 6m 4m DC B A 解：解： 利用整體平衡方程求出支座反力利用整體平衡方程求出支座反力 4kN4kN 12kN kN4 CA N 04312 CA Q mkN24243412 CA M 04312 CD N kN4 CD Q mkN24243412 CD M 0 DC N kN4 CD Q 0 CD M 0 DB Q 0 DB M kN4 DB N 4.3 用

14、截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力用截面法求靜定剛架桿端截面內(nèi)力 求支座反力。求支座反力。 求控制截面的內(nèi)力?？刂平孛嬉话氵x在支承點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、求控制截面的內(nèi)力?？刂平孛嬉话氵x在支承點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、 集中荷載作用點(diǎn)、分布荷載不連續(xù)點(diǎn)?？刂平孛姘褎偧軇澐殖杉泻奢d作用點(diǎn)、分布荷載不連續(xù)點(diǎn)?？刂平孛姘褎偧軇澐殖?受力簡單的區(qū)段。受力簡單的區(qū)段。 求出各控制截面的內(nèi)力值，根據(jù)每區(qū)段內(nèi)的荷載情況，求出各控制截面的內(nèi)力值，根據(jù)每區(qū)段內(nèi)的荷載情況， 利用疊加法作出內(nèi)力圖。利用疊加法作出內(nèi)力圖。 求截面的求截面的Q、N圖有兩種方法，一是由截面一邊的外力來求；圖有兩種方法，一是由截面一邊的外力來求； 另一種方法是首先作出另一

15、種方法是首先作出M 圖；然后取桿件為分離體，建立矩平圖；然后取桿件為分離體，建立矩平 衡方程，由桿端彎矩求桿端剪力；最后取結(jié)點(diǎn)為分離衡方程，由桿端彎矩求桿端剪力；最后取結(jié)點(diǎn)為分離 體，利用投影平衡由桿端剪力求桿端軸力。當(dāng)剛架構(gòu)造較復(fù)雜體，利用投影平衡由桿端剪力求桿端軸力。當(dāng)剛架構(gòu)造較復(fù)雜 （如有斜桿）或者是外力較多時(shí)，計(jì)算內(nèi)力較麻煩時(shí)，采用第（如有斜桿）或者是外力較多時(shí)，計(jì)算內(nèi)力較麻煩時(shí)，采用第 二種方法。二種方法。 靜定剛架內(nèi)力圖有彎矩圖、剪力圖、軸力圖。剛架的內(nèi)力靜定剛架內(nèi)力圖有彎矩圖、剪力圖、軸力圖。剛架的內(nèi)力 圖是由各桿的內(nèi)力圖組合而成的，因此，只需求出桿端截面的圖是由各桿的內(nèi)力圖組合

16、而成的，因此，只需求出桿端截面的 內(nèi)力值，然后按照梁中繪制內(nèi)力圖的方法畫出即可。內(nèi)力值，然后按照梁中繪制內(nèi)力圖的方法畫出即可。 4.4 靜定剛架內(nèi)力圖的繪制靜定剛架內(nèi)力圖的繪制 【例例4.64.6 】作出圖示剛架的內(nèi)力圖。作出圖示剛架的內(nèi)力圖。 解：解：1） ）求支座反力求支座反力4kN C A B D 4m 1m4m 1kN/m 8kN 7kN 7kN 2）求各桿端內(nèi)力求各桿端內(nèi)力 0 BDADCD MMM mkN2424148 DA M（右邊受拉）（右邊受拉） mkN414 DC M（左邊受拉）（左邊受拉） mkN2847 DB M（下邊受拉）（下邊受拉） C A B D 4 24 28

17、M圖（圖（kNm） kN4 DCCD QQ 并并繪制內(nèi)力圖繪制內(nèi)力圖 kN7 DBBD QQ kN8 AD Q kN4418 DA Q C A B D 8 4 Q圖（圖（kN） 7 4.4 靜定剛架內(nèi)力圖的繪制靜定剛架內(nèi)力圖的繪制 0 BDDBCDDC NNNN kN7 ADDA NN C A B D 7 N圖（圖（kN） 3）校核校核 a）微分關(guān)系的校核微分關(guān)系的校核 b）平衡條件的校核平衡條件的校核 D 4kNm 28kNm 24kNm D 4kN 4kN 7kN 7kN 在剛結(jié)點(diǎn)上在剛結(jié)點(diǎn)上,各桿端彎矩各桿端彎矩 和結(jié)點(diǎn)集中力偶應(yīng)滿足結(jié)和結(jié)點(diǎn)集中力偶應(yīng)滿足結(jié) 點(diǎn)的力矩平衡。尤其是兩點(diǎn)的力

18、矩平衡。尤其是兩 桿相交的剛結(jié)點(diǎn)，無結(jié)點(diǎn)桿相交的剛結(jié)點(diǎn)，無結(jié)點(diǎn) 集中力偶作用時(shí)，兩桿端集中力偶作用時(shí)，兩桿端 彎矩應(yīng)等值，同側(cè)拉。彎矩應(yīng)等值，同側(cè)拉。 滿足：滿足：X0，Y0，M0 4.4 靜定剛架內(nèi)力圖的繪制靜定剛架內(nèi)力圖的繪制 三鉸剛架及多層多跨靜定剛架內(nèi)力圖的繪制步驟仍然是：計(jì)算三鉸剛架及多層多跨靜定剛架內(nèi)力圖的繪制步驟仍然是：計(jì)算 支座反力；計(jì)算桿端截面的內(nèi)力；繪制內(nèi)力圖。應(yīng)注意的是：計(jì)支座反力；計(jì)算桿端截面的內(nèi)力；繪制內(nèi)力圖。應(yīng)注意的是：計(jì) 算支座反力時(shí)，對(duì)三鉸剛架要利用中間鉸算支座反力時(shí)，對(duì)三鉸剛架要利用中間鉸M0的條件；對(duì)多層多的條件；對(duì)多層多 跨靜定剛架，一般應(yīng)按照與幾何組成相反的順序?？珈o定剛架，一般應(yīng)按照與幾何組成相反的順序。 【例例4.74.7 】作出圖示三鉸門式剛架的彎矩圖。作出圖示三鉸門式剛架的彎矩圖。 4m4m 2m 2m B A E C D 1kN/m 2kN 2kN