單層剛架結(jié)構(gòu)體系(DOC)講解學(xué)習(xí)

1、單層剛架結(jié)構(gòu)體系在本小節(jié)中我們要給大家介紹單層剛架結(jié)構(gòu)體系的組成、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍；單層剛架 結(jié)構(gòu)體系的合理布置原則及及受力特點(diǎn)。剛架:凡是梁、柱之間為剛性連接的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為剛架。單層剛架也稱為門式剛架。門式剛架外形有水平橫梁式和折線橫梁式兩種，它的選擇主要服從建筑排水和建筑造型的考慮。單層剛架為梁柱合一的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力小于排架結(jié)構(gòu)，梁柱截面高度小，造型輕巧，內(nèi)部?jī)艨蛰^大，故被廣泛應(yīng)用于中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建筑中。一、門式剛架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種類與適用范圍剛架結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)，因剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處為剛接，在豎向荷載作用下，由于柱對(duì)梁的約束作用而減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平

2、荷載作用下，由于梁對(duì)柱的約束作用減少了柱內(nèi)的彎矩和側(cè)向變位，如圖1-13所示。因此，剛架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都大于排架結(jié)構(gòu)，故門式剛架能夠適用于較大的跨度。圖1 13剛性連接與鉸接的彎矩比較a）排架結(jié)構(gòu) b ）無(wú)鉸剛架c）兩鉸剛架d）三鉸剛架門式剛架的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，按構(gòu)件的布置和支座約束條件可分成三種(1 )無(wú)鉸剛架(2 )兩鉸剛架(3 )三鉸剛架(1) 鋼筋混凝土無(wú)鉸剛架(圖 1-13b )無(wú)鉸剛架和排架相比，當(dāng)跨度和荷載相同，且跨度不大于18m時(shí)，剛架比排架結(jié)構(gòu)輕巧，可節(jié)省鋼材約10%，混凝土約20%。無(wú)鉸剛架和兩鉸剛架、三鉸剛架相比，前者基礎(chǔ)承受彎矩較大，因此基礎(chǔ)大、耗料多， 不夠經(jīng)濟(jì)；此

3、外，由于這種剛架屬于超靜定結(jié)構(gòu)，和三鉸剛架相比，對(duì)地基的不均勻沉降和溫度變化引起的內(nèi)力變化較大。所以地基條件較差時(shí)，必須考慮其影響。(2) 鋼筋混凝土兩鉸剛架(圖 1-13C )兩鉸剛架也是超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也必須考慮，但兩鉸剛架基礎(chǔ)材料用量較少和三鉸剛架相比，其結(jié)構(gòu)剛度較大，所以適用跨度較大。(3) 鋼筋混凝土三鉸剛架(圖 1-13d )三鉸剛架為靜定結(jié)構(gòu)。 當(dāng)基礎(chǔ)有不均勻沉降時(shí)， 對(duì)結(jié)構(gòu)不引起附加內(nèi)力。但是當(dāng)跨度較大時(shí)，半榀三鉸剛架的懸臂太長(zhǎng)，吊裝內(nèi)力較大，而且三鉸剛架的剛度也較差，所以它適用于跨度較小及地基較差的情況。由于門式剛架的桿件較少，制作方便，而且結(jié)構(gòu)內(nèi)部

4、空間較大，便于利用，所以它廣泛用于工業(yè)廠房和體育館、禮堂、食堂等建筑。鋼筋混凝土門式剛架的跨度可達(dá)40m左右，最適宜是18m左右。由于門式剛架剛度較差，受荷后產(chǎn)生撓度，故用于工業(yè)廠房時(shí)，吊車起重量不宜超過10t。門式剛架的分類：1. 從構(gòu)件材料看，可分成鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)；2. 從構(gòu)件截面看，可分成實(shí)腹式剛架、空腹式剛架、格構(gòu)式剛架、等截面與變截面；1-14 );3. 從建筑型體看，有平頂、坡頂、拱頂、單跨與多跨(圖4. 從施工技術(shù)看，有預(yù)應(yīng)力剛架和非預(yù)應(yīng)力剛架。圖1 14單層剛架的形式1. 鋼剛架結(jié)構(gòu)鋼剛架結(jié)構(gòu)可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種（圖 1-15 ）。< P>國(guó)外多采用熱軋 H

5、形或其他截面形式的型鋼，可減少焊接工作量，并能節(jié)約材料。< 12 1>< 30 1>格構(gòu)式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍較大，且具有剛度大、耗鋼省等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)跨度較小時(shí)可采用三鉸式結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度較大時(shí)可采用兩鉸式或無(wú)鉸結(jié)構(gòu)。格構(gòu)式剛架的梁高可取跨度的1/151/20,為了節(jié)省材料，增加剛度，減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，也可施加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)整結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力拉桿可布置在支座鉸的平面內(nèi)，也可布置在剛架橫梁內(nèi)僅對(duì)橫梁施加預(yù)應(yīng)力，也可對(duì)整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。2. 鋼筋混凝土剛架鋼筋混凝土剛架一般適用于跨度不超過18m、檐高不超過10m的無(wú)吊車或吊車起重量不超過100kN的建筑中。構(gòu)件的截面形式一般為矩

6、形，也可采用工字形截面。剛架構(gòu)件的截面尺寸可根據(jù)結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變，一般是截面寬度不變而高度呈線性變化。對(duì)于兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，為楔形構(gòu)件，橫梁為直 線變截面，如圖1 - 16所示。鋼筋混凝土剛架的桿件一般采用矩形截面，也可采用I字形截面。其截面尺寸為：(1) 梁高可按連續(xù)梁確定，一般取h=( 1/151/20 ) | ，但不宜小于250 mm;(2) 柱底截面高度 hl，一般不小于300 mm ；柱頂截面高度為(23) hl ;(3) 梁柱截面寬度b(鋼架厚度)，應(yīng)保證屋面構(gòu)件的擱置長(zhǎng)度，并應(yīng)滿足平面外剛度的要求，一般取 b > H/30(H 為柱高)，

7、且b > 200 mm ;(4) 橫梁的加腋長(zhǎng)度一般取自柱邊算起為(0.150.25)1 ;(5) 拱式門架的起拱高度(矢高) f, 一般取為(1/91/7 ) |。1. 結(jié)構(gòu)布置剛架結(jié)構(gòu)為平面受力體系，當(dāng)多榀剛架平行布置時(shí)，為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)在縱向柱間布置連系梁及柱間支撐，同時(shí)在橫梁的頂面設(shè)置上弦橫向水平支撐。柱間支撐和橫梁上弦橫向水平支撐宜設(shè)置在同一開間內(nèi)，如圖1- 17所示。剛架的縱向柱距一般為 6m，橫向跨度以m為單位取整數(shù)，一般為3m的整倍數(shù)，如24m、 27m、30m以至更大的跨度。其跨度由工藝條件確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)的考慮。圖1 17剛架結(jié)構(gòu)的支撐（1）等間距、等跨度

8、的結(jié)構(gòu)布置方案一般情況下，矩形平面建筑都采用等間距、等跨度的剛架布置方案。（2）主次結(jié)構(gòu)在置方案奧地利維也納市大會(huì)堂（圖 1 18）供體育、集會(huì)、電影、戲劇、音樂、文藝演出、展覽等活動(dòng)用的多功能大廳。其平面呈八角形，東西長(zhǎng)98m ,南北長(zhǎng)109m ,最大容量為15400人。屋蓋的主要承重結(jié)構(gòu)是中距為 30m的兩榀東西向93m跨的雙鉸門架，矢高7m,門架頂 高28m。其上支承8榀全長(zhǎng)105m的三跨連續(xù)桁架。圖1-18奧地利維也納市大會(huì)堂(3) 門式剛架的高跨比門式剛架的高度與跨度之比，決定了剛架的基本型式，也直接影響結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。設(shè)想有一條懸索在豎向均布荷載作用下，在平衡狀態(tài)將形成一條懸垂線即

9、所謂的索線，這時(shí)懸索內(nèi)僅有拉力。將索上下倒置，即成為拱的作用，索內(nèi)的拉力也變成為拱的壓力，這條倒置的索線即為推力線。 圖1-19給出了三鉸剛架和兩鉸剛架的推力線及其在豎向均布荷載 作用下的彎矩圖。從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，由于剛架高度的減小將使支座處水平推力增大；從推力線來(lái)看，對(duì)三鉸門架來(lái)說(shuō)，最好的形式是高度大于跨度；但對(duì)兩鉸門架來(lái)說(shuō)，由于跨中彎矩的存在，跨度稍 大于高度就成為合理的了。總的來(lái)說(shuō)，高跨比h/l =0.75比較合理。圖1-19剛架的跨高比對(duì)內(nèi)力的影響2. 岡慄節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造剛架結(jié)構(gòu)的形式較多，其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和連接形式也是多種多樣的，但其設(shè)計(jì)要點(diǎn)基本相同。設(shè)計(jì)時(shí)既要使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖一致，又

10、要使制造、運(yùn)輸、安裝方便。(1 )鋼剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造門式實(shí)腹式剛架，一般在梁柱交接處及跨中屋脊處設(shè)置安裝拼接單元，用螺栓連接。拼接節(jié)點(diǎn)處，有加腋與不加腋兩種。在加腋的形式中又有梯形加腋與曲線形加腋兩種，加腋連接既可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，又便于連接螺栓的布置。圖1 20實(shí)腹式剛架的拼接節(jié)點(diǎn)(2)鋼筋混凝土剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造在實(shí)際工程中，大多采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剛架。剛架拼裝單元的劃分一般根據(jù)內(nèi)力分布決定，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力可靠，制造、運(yùn)輸、安裝方便。一般可把接頭位置設(shè)置在鉸接節(jié)點(diǎn)或彎矩為零的部位，把整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)劃分成形r 、y形拼裝單元，如圖1 21所示。單跨三鉸剛架可分成兩個(gè)“ r

11、 ”形拼裝單元，鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)在基礎(chǔ)和頂部中間拼接點(diǎn)部位。兩鉸剛架的拼接點(diǎn)一般設(shè)在橫梁零彎點(diǎn)截面附近，柱與基礎(chǔ)連接處做成鉸結(jié)點(diǎn)；多跨剛架常采用“ r ”形和“ 丫”形拼裝單元，見圖i 21。剛架承受的荷載一般有恒載和活載兩種。在恒載作用下彎矩零點(diǎn)的位置是固定的，在活 載作用下，對(duì)于各種不同的情況，彎矩零點(diǎn)的位置是變化的。因此，在劃分結(jié)構(gòu)單元時(shí)，接 頭位置應(yīng)根據(jù)剛架在主要荷載作用下的內(nèi)力圖確定。我國(guó)某地曾擬建中型民航客機(jī)的維修車間。修理“伊爾一24”和“安一 24”型客機(jī)。機(jī)身長(zhǎng)24m，翼寬32m，尾高8.4m，槳高5.1 m。機(jī)翼距地3m。設(shè)計(jì)過程曾做三種結(jié)構(gòu)方案比較，如圖1 - 22所示。圖1 - 22某民航客機(jī)維修車間設(shè)計(jì)三種方案(a )桁架方案(b )懸索方案 (c )剛架方案(1 )桁架方案機(jī)尾高8.4m,屋架下弦不能低于8.8m。由于建筑形式與機(jī)身的形狀尺寸不相適應(yīng)，使整個(gè)廠房普遍增高，室內(nèi)空間不能充分利用。因此，這個(gè)方案不經(jīng)濟(jì)。（2）雙曲拋物面懸索方案這個(gè)方案的特點(diǎn)是： 建筑形式符合機(jī)