单层刚架结构体系.doc

单层刚架结构体系 在本小节中我们要给大家介绍单层刚架结构体系的组成、优缺点及适用范围；单层刚架结构体系的合理布置原则及及受力特点。 刚架:凡是梁、柱之间为刚性连接的结构，统称为刚架。 单层刚架也称为门式刚架。门式刚架外形有水平横梁式和折线横梁式两种，它的选择主要服从建筑排水和建筑造型的考虑。 单层刚架为梁柱合一的结构，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。 一、门式刚架的结构特点、种类与适用范围 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，如图1-13所示。因此，刚架结构的承载力和刚度都大于排架结构，故门式刚架能够适用于较大的跨度。 图1－13 刚性连接与铰接的弯矩比较a)排架结构 b）无铰刚架 c)两铰刚架 d）三铰刚架 门式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三种: （1）无铰刚架 （2）两铰刚架 （3）三铰刚架 （1）钢筋混凝土无铰刚架（图1-13b） 无铰刚架和排架相比，当跨度和荷载相同，且跨度不大于18m时，刚架比排架结构轻巧，可节省钢材约10％，混凝土约20％。 无铰刚架和两铰刚架、三铰刚架相比，前者基础承受弯矩较大，因此基础大、耗料多，不够经济；此外，由于这种刚架属于超静定结构，和三铰刚架相比，对地基的不均匀沉降和温度变化引起的内力变化较大。所以地基条件较差时，必须考虑其影响。 （2）钢筋混凝土两铰刚架（图1-13c） 两铰刚架也是超静定结构，对地基不均匀沉降引起的结构内力也必须考虑，但两铰刚架基础材料用量较少和三铰刚架相比，其结构刚度较大，所以适用跨度较大。 （3）钢筋混凝土三铰刚架（图1-13d） 三铰刚架为静定结构。当基础有不均匀沉降时，对结构不引起附加内力。但是当跨度较大时，半榀三铰刚架的悬臂太长，吊装内力较大，而且三铰刚架的刚度也较差，所以它适用于跨度较小及地基较差的情况。 由于门式刚架的杆件较少，制作方便，而且结构内部空间较大，便于利用，所以它广泛用于工业厂房和体育馆、礼堂、食堂等建筑。钢筋混凝土门式刚架的跨度可达40m左右，最适宜是18m左右。由于门式刚架刚度较差，受荷后产生挠度，故用于工业厂房时，吊车起重量不宜超过10t。 门式刚架的分类: 1.从构件材料看，可分成钢结构、混凝土结构； 2.从构件截面看，可分成实腹式刚架、空腹式刚架、格构式刚架、等截面与变截面； 3.从建筑型体看，有平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨（图1-14）； 4.从施工技术看，有预应力刚架和非预应力刚架。 图1－14单层刚架的形式 1.钢刚架结构 钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种（图1-15）。 p 国外多采用热轧H形或其他截面形式的型钢，可减少焊接工作量，并能节约材料。 12～1 30～1 图1－15 格构式刚架结构及实腹式双铰刚架 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。 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。 2.钢筋混凝土刚架 钢筋混凝土刚架一般适用于跨度不超过18m、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，也可采用工字形截面。 刚架构件的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，一般是截面宽度不变而高度呈线性变化。对于两铰或三铰刚架，立柱上大下小，为楔形构件，横梁为直线变截面，如图1－16所示。 图1－16 广州体育馆，钢筋混凝土刚架结构 钢筋混凝土刚架的杆件一般采用矩形截面，也可采用I字形截面。其截面尺寸为： （1）梁高可按连续梁确定，一般取h=（1/15～1/20）l ，但不宜小于250mm; （2）柱底截面高度hl，一般不小于300mm；柱顶截面高度为 (2～3) hl； （3）梁柱截面宽度b(钢架厚度)，应保证屋面构件的搁置长度，并应满足平面外刚度的要求，一般取b≥H/30(H为柱高)，且b≥200mm; （4）横梁的加腋长度一般取自柱边算起为(0.15～0.25)l ； （5）拱式门架的起拱高度（矢高）f，一般取为（1/9～1/7）l 。 1.结构布置 刚架结构为平面受力体系，当多榀刚架平行布置时，为保证结构的整体稳定性，应在纵向柱间布置连系梁及柱间支撑，同时在横梁的顶面设置上弦横向水平支撑。 柱间