结构选型3-4.ppt

第三章 单层刚架结构 刚架结构是指梁、柱之间为刚性连接的结构；当梁与柱之间为铰接的单层结构，一般称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架，单层刚架也称为门式刚架。 单层刚架为梁柱合一（刚性连接）的结构，其内力小于排架结构，梁柱截面高度小，造型轻巧，内部净空较大，故被广泛应用于中小型厂房、体育馆、礼堂、食堂等中小跨度的建筑中。但与拱相比，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，用料较多，适用跨度受到限制。 刚架结构与排架结构的比较 刚架结构的受力优于排架结构，因刚架梁柱节点处为刚接，在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用而减小了梁跨中的弯矩和挠度。在水平荷载作用下，由于梁对柱的约束作用减少了柱内的弯矩和侧向变位。因此，刚架结构的承载力和刚度都大于排架结构。 第一节、单层刚架结构的受力特点 一、约束条件对结构内力的影响 单层单跨刚架的结构计算简图，按构件的布置和支座约束条件可分成无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架三种。 一、约束条件对结构内力的影响 在单层单跨刚架结构中，无铰刚架为三次超静定结构，刚度好，结构内力小，但对基础和地基的要求较高。因柱脚处有弯矩、轴向压力和水平剪力共同作用于基础，故基础用料较多。由于其超静定次数高，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宜慎用。 两铰刚架为一次超静定结构，在竖向荷载或水平方向荷载作用下，刚架内弯矩均比无铰刚架大。两铰刚架在基础处为铰支承，故当基础有转角时，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。 三铰刚架为静定结构，地基的变形或不均匀沉降对结构内力没有影响，但三铰刚架刚度较差，内力大，故一般适用于跨度较小或地基较差的情况。 刚架结构并不是十分合理的结构。一方面它与连续梁相似。仍为利用梁柱受弯来承受荷载的结构，另一方面因为它是一个典型的平面结构，在其自身平面外刚度极小，必须布置适当的支撑。 二、梁柱线刚度比对结构内力的影响 三、高跨比的合理选定 门式刚架的跨度与柱高的比例问题，即高跨比h/L，从结构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，从推力线来看，对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度；但对两铰门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。总的来说，高跨比H/L=0.75是比较合理的。 温度变化、支座移动对结构内力的影响 第二节 单层刚架结构的型式 单层刚架结构的型式从受力条件看，可分为无铰钢架、两铰钢架、三铰钢架； 从结构材料看，有胶合木结构、钢结构、砼结构； 从构件截面看，可分为实腹式刚架、空腹式刚架、格构式刚架、等截面与变截面； 从建筑体型看，有平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨； 从施工技术看，由预应力刚架和非预应力刚架。 一、胶合木结构 胶合木结构有很多优点，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构件，可剔除木节等缺陷以提高强度；具有较好的防腐和阻燃性能。 二、钢刚架结构 钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。 实腹式刚架用于跨度不很大的结构，常做成两铰式结构。外形比较美观，制造安装方便。 实腹式刚架的横梁高度一般可取跨度的1/12~1/20。 当跨度很大时，可在支座平面内设置拉杆，并施加预应力对刚架横梁产生卸荷力矩及反拱，这时横梁高度可取跨度的1/30~1/30，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。 钢刚架（实腹式） 钢刚架（格构式） 格构式刚架结构的适用范围较大，具有刚度大、耗钢省等优点。 当跨度小时可采用三铰式结构，当跨度大时可采用两铰式或无铰式结构。 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。 三、钢筋砼刚架 钢筋砼刚架一般适用跨度不超过50m、檐高不超过10m的无吊车或吊车起重量不超过100KN的建筑中。 构件的截面形式一般为矩形，也可用工字形。截面尺寸可根据结构在竖向荷载作用下的弯矩图的大小而改变。 一般是宽度不变而高度呈现性变化。对于两铰或三铰刚架，立柱上大下小，横梁为直线边截面。 四、预应力砼刚架 为了提高结构刚度，减小杆件截面，可采用预应力砼刚架。预应力钢筋的位置，应根据竖向荷载作用下刚架结构的弯矩图，布置在构件的受拉部位。 砼刚架预应力筋的布置 第三节 单层刚架结构的构造与布置 一、单层刚架结构的外形 单层刚架结构可为平顶、坡顶或拱顶，可为单跨或多跨连续。刚架横梁的坡度主要由屋面材料及排水要求确定。对于常见的中小跨度的双坡门式刚架，其屋面材料一般多用石棉波形瓦、瓦楞铁及其他轻型瓦材，通常用的屋面坡度为1/3。 钢刚架节点构造 砼刚架节点连构造 刚架铰