結構選型3-4課件

第三章單層剛架結構剛架結構是指梁、柱之間為剛性連接的結構；當梁與柱之間為鉸接的單層結構，一般稱為排架，多層多跨的剛架結構則常稱為框架，單層剛架也稱為門式剛架。單層剛架為梁柱合一（剛性連接）的結構，其內力小于排架結構，梁柱截面高度小，造型輕巧，內部凈空較大，故被廣泛應用于中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建筑中。但與拱相比，剛架仍然屬于以受彎為主的結構，材料強度不能充分發(fā)揮作用，這就造成了剛架結構自重較大，用料較多，適用跨度受到限制。剛架結構與排架結構的比較剛架結構的受力優(yōu)于排架結構，因剛架梁柱節(jié)點處為剛接，在豎向荷載作用下，由于柱對梁的約束作用而減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，由于梁對柱的約束作用減少了柱內的彎矩和側向變位。因此，剛架結構的承載力和剛度都大于排架結構。

第一節(jié)、單層剛架結構的受力特點

一、約束條件對結構內力的影響單層單跨剛架的結構計算簡圖，按構件的布置和支座約束條件可分成無鉸剛架、兩鉸剛架、三鉸剛架三種。

一、約束條件對結構內力的影響在單層單跨剛架結構中，無鉸剛架為三次超靜定結構，剛度好，結構內力小，但對基礎和地基的要求較高。因柱腳處有彎矩、軸向壓力和水平剪力共同作用于基礎，故基礎用料較多。由于其超靜定次數高，當地基發(fā)生不均勻沉降時，將在結構內產生附加內力，所以在地基條件較差時宜慎用。兩鉸剛架為一次超靜定結構，在豎向荷載或水平方向荷載作用下，剛架內彎矩均比無鉸剛架大。兩鉸剛架在基礎處為鉸支承，故當基礎有轉角時，對結構內力沒有影響，但當兩柱腳發(fā)生不均勻沉降時，則將在結構內產生附加內力。三鉸剛架為靜定結構，地基的變形或不均勻沉降對結構內力沒有影響，但三鉸剛架剛度較差，內力大，故一般適用于跨度較小或地基較差的情況。剛架結構并不是十分合理的結構。一方面它與連續(xù)梁相似。仍為利用梁柱受彎來承受荷載的結構，另一方面因為它是一個典型的平面結構，在其自身平面外剛度極小，必須布置適當的支撐。二、梁柱線剛度比對結構內力的影響三、高跨比的合理選定門式剛架的跨度與柱高的比例問題，即高跨比h/L，從結構觀點看，由于柱高的減少將使推力增大，從推力線來看，對三鉸門架來說，最好的形式是高度大于跨度；但對兩鉸門架來說，由于跨中彎矩的存在，跨度稍大于高度就成為合理的了?？偟膩碚f，高跨比H/L=0.75是比較合理的。溫度變化、支座移動對結構內力的影響第二節(jié)單層剛架結構的型式單層剛架結構的型式從受力條件看，可分為無鉸鋼架、兩鉸鋼架、三鉸鋼架；從結構材料看，有膠合木結構、鋼結構、砼結構；從構件截面看，可分為實腹式剛架、空腹式剛架、格構式剛架、等截面與變截面；從建筑體型看，有平頂、坡頂、拱頂、單跨與多跨；從施工技術看，由預應力剛架和非預應力剛架。一、膠合木結構膠合木結構有很多優(yōu)點，它不受原木尺寸限制，可用短薄的板材拼接成任意合理截面形式的構件，可剔除木節(jié)等缺陷以提高強度；具有較好的防腐和阻燃性能。二、鋼剛架結構鋼剛架結構可分為實腹式和格構式兩種。實腹式剛架用于跨度不很大的結構，常做成兩鉸式結構。外形比較美觀，制造安裝方便。實腹式剛架的橫梁高度一般可取跨度的1/12~1/20。當跨度很大時，可在支座平面內設置拉桿，并施加預應力對剛架橫梁產生卸荷力矩及反拱，這時橫梁高度可取跨度的1/30~1/30，并由拉桿承擔了剛架支座處的橫向推力，對支座和基礎都有利。鋼剛架（實腹式）鋼剛架（格構式）格構式剛架結構的適用范圍較大，具有剛度大、耗鋼省等優(yōu)點。當跨度小時可采用三鉸式結構，當跨度大時可采用兩鉸式或無鉸式結構。格構式剛架的梁高可取跨度的1/15~1/20，為了節(jié)省材料，增加剛度，減輕基礎負擔，也可施加預應力，以調整結構中的內力。三、鋼筋砼剛架鋼筋砼剛架一般適用跨度不超過50m、檐高不超過10m的無吊車或吊車起重量不超過100KN的建筑中。構件的截面形式一般為矩形，也可用工字形。截面尺寸可根據結構在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變。一般是寬度不變而高度呈現(xiàn)性變化。對于兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，橫梁為直線邊截面。四、預應力砼剛架為了提高結構剛度，減小桿件截面，可采用預應力砼剛架。預應力鋼筋的位置，應根據豎向荷載作用下剛架結構的彎矩圖，布置在構件的受拉部位。砼剛架預應力筋的布置第三節(jié)單層剛架結構的構造與布置一、單層剛架結構的外形單層剛架結構可為平頂、坡頂或拱頂，可為單跨或多跨連續(xù)。剛架橫梁的坡度主要由屋面材料及排水要求確定。對于常見的中小跨度的雙坡門式剛架，其屋面材料一般多用石棉波形瓦、瓦楞鐵及其他輕型瓦材，通常用的屋面坡度為1/3。鋼

剛

架

節(jié)

點

構

造砼

剛

架

節(jié)

點

連

構

造剛

架

鉸

節(jié)

點

構

造鋼筋砼柱腳鉸支座形式單層剛架結構的布置單層剛架結構的布置是十分靈活的，它可以平行布置，輻射狀布置或以其他形式排列，形成風格多變的建筑造型。剛

架

結

構

布

置剛架結構的支撐系統(tǒng)工程實例1剛架工程實例2剛架工程實例3剛架工程實例4本章小結門式剛架是在中小跨度的單層工業(yè)建筑和公共建筑中得到較為廣泛應用的一種平面結構體系。根據鉸位設置的不同，可分為無鉸剛架、兩餃剛架和三鉸剛架等三種型式。前兩者是超靜定結構，后者是靜定結構。目前較常見的是鋼筋混凝土門式剛架和鋼結構門式剛架。門式剛架的類型不同，它們的受力特點不同，性能也有差異，決定了各自的適用范圍。在進行結構選型時應根據建筑物的功能要求，環(huán)境莢學的考慮，以及經濟指標，通過方案比較，合理選擇門式剛架的外形和類型、材料、截面尺寸、構造做法。思考題與習題1、平面門式剛架與平面捧架結構的節(jié)點構造有什么不同?這對它們的內力狀態(tài)有什么影響?2、平面門式剛架可分為哪幾種主要類型?它們的適用范圍是什么?3、試觀察你所能遇到的平面門式剛架的工程實例，注意它們的外形尺寸。構件的截面形式、使用的材料，以及建筑物的用途和功能要求．第四章拱式結構拱結構的優(yōu)點與缺點：拱結構比桁架結構具有更大的力學優(yōu)點，因為桁架結構從整體來看還是相當一個受彎構件（弦桿承受彎矩，腹桿承受剪力），而拱結構的受力狀態(tài)發(fā)生了與梁結構根本不同的受力改變。梁結構是受彎為主，拱結構已根本不是受彎了。拱在外荷載作用下，主要產生壓力，如果用抗壓性能較好的材料（如磚石或鋼筋砼）去做拱，正好利用發(fā)揮材料的抗壓有利性能。拱結構是使結構擺脫彎曲變形的一種突破性發(fā)展，因此，拱結構比桁架結構的力學優(yōu)點更加顯著。但是，拱結構的支座（拱腳）會產生水平推力，跨度大時這個推力不小，要對付這個推力將是一件麻煩而又耗費材料的事，故實際應用上，桁架還是比拱用的更普遍。第一節(jié)拱的受力特點按結構支承方式分類，拱可分成三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱三種。一、支座反力一、支座反力由以上分析可知：1、在豎向荷載作用下，拱腳支座內將產生水平推力。2、在豎向荷載作用下，拱腳水平推力的大小等于相同跨度簡支梁在相同豎向荷載作用下所產生的相應于頂鉸C截面上的彎矩Mc除以拱的矢高fc。即：3、當結構跨度與荷載條件一定時（Mc為定值），拱腳水平推力(Ha=Hb)與拱的矢高f成反比。二、拱身截面的內力1、拱身內的彎矩小于跨度相同荷載作用下簡支梁內的剪力。2、拱身截面內的剪力小于相同跨度相同荷載作用下簡支梁內的剪力。3、拱身截面內存在有較大的軸力，而簡支梁中是沒有軸力的。（用軸力承擔外荷載，這是拱式結構比梁式結構受力合理的地方）三、水平推力由豎向承重結構承擔第三節(jié)拱式結構的型式從力學計算簡圖看，可分成無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱；按應用材料分類，由鋼筋砼結構、鋼結構、膠合木結構、磚石砌體結構；從拱身截面看，有格構式和實腹式，等截面和變截面。一、鋼結構拱（實腹式、格構式）二、鋼筋混凝土拱第四節(jié)拱式結構的選型一、結構支承方式拱可分成無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱。三鉸拱為靜定結構，由于跨中存在著頂鉸，使拱本身和屋蓋結構構造復雜，因而較少采用。兩鉸拱和無鉸拱均為超靜定結構，兩鉸拱的優(yōu)點是受力合理、用料經濟、制作和安裝比較簡單，對溫度變化和地基變形的適應性較好，目前較為常用。無鉸拱受力最為合理，但對支座要求高，當地基條件較差時，不宜采用。二、拱的矢高（重點）1、矢高應滿足建筑使用功能和建筑造型的要求。拱的矢高直接決定拱的外形，因此矢高必須滿足建筑造型的要求。2、矢高的確定應使結構受力合理（合理控制）。3、矢高應滿足屋面排水的要求。三、拱軸線方程設計要求根據荷載選定一條合理的拱軸線，但荷載是隨時變化的，因此只能根據主要的荷載組合，確定一個相對合理的拱軸線方程，使拱身主要承受軸力，減少彎矩。例如對于大跨度公共建筑的屋蓋結構，合理的拱軸線方程為：三、拱軸線方程從上式可看出當時，拱軸形式即為半圓，半圓拱的水平推力為零，稱“無推力拱”。拱而無推力，受力是經濟合理的。但半圓拱的矢高為跨度的一半，大跨度時顯得非常高聳，故很少用于建筑屋蓋上。合理矢高的大?。河糜谖萆w上：拱

式

結

構

的

布

置拱式結構的布置

拱式結構的支撐系統(tǒng)工程實例1工程實例2工

程

實

例

3工程實例4本章小結拱是一種古老的結構形式，它有利于充分發(fā)揮抗壓材料的特性，建造較大跨度的建筑物或橋梁等。水平推力的平衡是影響拱結構選型的一個重要問題，拱推力和拱的矢高成反比，拱越高，椎力越小。按結構組成和支承方式分類，拱有無鉸拱、兩鉸拱和三鉸拱，無拉桿拱和有拉桿拱之分，它們的特性不同，適用范圍也不同。拱軸形式和矢高的選擇，必須根據