钢结构选型与辅助设计2-门式刚架.ppt

第二章 常见钢结构选型分析 第二章 常见钢结构选型分析 §2.1轻钢门式刚架结构选型分析 刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节点连接起来的结构。建筑工程中习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架。本章讨论的是单层刚架，因单层单跨刚架“门”字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。 门式刚架的高跨比、梁柱线刚度比、温度变化、支座移动等均是影响门式刚架结构内力的因素，门式刚架结构选型时应合理加以考虑。 刚架结构在竖向荷载或水平荷载作用下的内力分布不仅与约束条件有关，而且还与梁柱线刚度比有关。 门式刚架的高度与跨度之比，决定了刚架的基本形式，也直接影响结构的受力状态。刚架高度的减小将使支座处水平推力增大。从改善基础受力的角度考虑，门式刚架的高度与跨度之比不宜取得过小. 温度变化对静定结构的三铰刚架没有影响，但在无铰刚架、两铰刚架这样的超静定结构中将产生附加内力。内力的大小与结构的刚度有关，刚度越大，内力越大。 钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。 实腹式刚架适用于跨度不很大的结构，常做成两铰式结构。 当为两铰或三铰刚架时，构件应为变截面，一般是改变截面的高度使之适应弯矩图的变化。实腹式刚架的横梁高度一般可取跨度的1／6～1／20，当跨度大时梁高显然太大，为充分发挥材料作用，可在支座水平面内设置拉杆，并施加预应力对刚架横梁产生卸荷力矩及反拱，如图所示。这时横梁高度可取跨度的1／30～l／40，并由拉杆承担了刚架支座处的横向推力，对支座和基础都有利。 在刚架结构的梁柱连接转角处，由于弯矩较大，且应力集中，材料处于复杂应力状态，应特别注意受压翼缘的平面外稳定和腹板的局部稳定。一般可做成圆弧过渡并设置必要的加劲肋，如图所示。 格构式刚架结构的适用范围较大，且具有刚度大、耗钢省等优点。当跨度较小时可采用三铰式结构，当跨度较大时可采用两铰式或无铰结构，如图6.12所示。格构式刚架的梁高可取跨度的1／15～1／20，为了节省材料，增加刚度，减轻基础负担，也可施加预应力，以调整结构中的内力。预应力拉杆可布置在支座铰的平面内，也可布置在刚架横梁内仅对横梁施加预应力，也可对整个刚架结构施加预应力，如图6.13所示。 单层刚架结构的外形可分为平顶、坡顶或拱顶，可以为单跨、双跨或多跨连续。它可以根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋脊和采光带。刚架横梁的坡度主要由屋面材料及排水要求确定。 由于刚架总体仍属受弯结构，其材料未能发挥作用，结构自重仍较重，跨度也受到限制。钢筋混凝土门架在跨度≤18m(无吊车者可适当大些)，柱高H≤10m，吊车起重量Q≤100kN情况下，比排架结构经济。目前我国6m、15m、18m门架已有国家标准图。钢筋混凝土门架跨度最大约30m，预应力混凝土门架跨度可达40～50m，钢门架跨度可达75m。 单层刚架结构的布置是十分灵活的，它可以是平行布置、辐射状布置或以其他的方式排列，形成风格多变的建筑造型。 墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。 * 1.轻钢门式刚架结构选型分析 2.钢框架结构选型分析 3.管桁架结构选型分析 4.网架结构选型分析 5.膜结构选型分析 6.开合结构选型分析 7.玻璃结构选型分析 8.薄壳结构选型分析 9.悬索结构选型分析 10.张弦结构选型分析 11.高层建筑钢结构选型分析 12.钢结构住宅选型分析 一、轻钢门式刚架结构的特点 单层刚架为梁柱合一的结构，杆件较少，结构内部空间较大，便于利用。而且刚架一般由直杆组成，制作方便， 弯矩峰值小于排架。但与拱结构相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发挥作用，这就造成了刚架结构自重较大，适用跨度受到限制。 门式刚架可以分为：无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种形式 无铰门式刚架的柱脚与基础固接，为三次超静定结构，刚度好，结构内力分布比较均匀，但柱底弯矩比较大，对基础和地基的要求较高。由于其超静定次数高，结构刚度较大，当地基发生不均匀沉降时，将在结构内产生附加内力，所以在地基条件较差时需慎用。 两铰门式刚架的柱脚与基础铰接，为一次超静定结构，在竖向荷载或水平向荷载作用下，刚架内弯矩均比无铰门式刚架大。当基础有转角时，对结构内力没有影响。但当两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生附加内力。 三铰门式刚架在屋脊处设置永久性铰，柱脚也是铰接，为静定结构，温度差、地基的变形或基础的不均匀沉降对结构内力没有影响。三铰和两铰门式刚架材料用量相差不多，但三铰刚架的梁柱节点弯矩略大，刚度较差，不适合用于有桥式吊车的厂房，仅用于无吊车或小吨位悬挂吊车的建筑。 单跨单坡 单跨双坡 多跨（中间摇摆柱）