建筑结构选型-第三章单层刚架结构.ppt

,*,第三章单层刚架结构,第一节 单层刚架结构的受力特点,第二节 单层刚架结构的型式,第三节 单层刚架结构的构造与布置,教学要求,掌握三种刚架的受力特性及适用范围，了解刚架节点的连接构造，通过受力分析，熟悉梁、柱节点的加强措施，熟悉刚架按材料分类及刚架结构选型时应考虑的影响因素,第四节 单层刚架结构的工程实例,第三章 单层刚架结构,第三章 单层刚架结构,刚架：梁、柱之间为刚性连接的结构称为刚架，单层刚架也称为,门式刚架,；,排架：梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架；,框架：多层多跨的刚架结构称为框架；,第三章 单层刚架结构,门式刚架,第三章 单层刚架结构,排架,第三章 单层刚架结构,钢框架,第三章 单层刚架结构,单层刚架结构,刚架的结构特点,：,1、属于平面结构体系；,2、横梁与柱刚接，梁跨中弯矩值得到降低,，具有良好的受力性能（相对排架结构）,；,3、,杆件较少，,结构内部空间大，便于利用；,4、杆件少，制作方便,，施工方便，造价较低，建筑造型美观,；,5、适于双坡屋面的单层中、小型建筑（如中小型的厂房、体育馆、礼堂、食堂等）；,6,、刚度较差，受荷后易产生挠度,(,吊车起重量不宜超过10吨,)；,7、刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制（相对拱结构）。,3.1,单层刚架结构的受力特点,种类,：刚架随,铰位的变化,-,结构内力不同,无铰刚架,两铰刚架,三铰刚架,3.1 单层刚架结构的受力特点,外形相同的,排架结构与门式刚架在垂直,均布荷载作用受力比较,3.1 单层刚架结构的受力特点,外形相同的门式刚架与排架结构在水平荷载作用受力比较,3.1 单层刚架结构的受力特点,刚架由于横梁与立柱整体刚性连接，减少了横梁中的弯矩值。,排架由于横梁与立柱为铰接，弯矩峰值较刚架大很多。,刚架结构比排架结构轻巧，并可节省钢材约10%，混凝土约20%。,3.1.1 约束条件对结构内力的影响,特点：,梁,的约束减少了柱内弯矩；因此，刚架在竖向荷载作用下，柱对梁的约束减少了梁的跨中弯矩；在水平荷载作用下，梁对柱的承载力和刚度都大于排架结构。,从内力图看，三种铰位不同的刚架各有特点：,1,、无铰刚架：柱脚与基础固结，为超静定（三次）结构，刚度好、但与两铰、三铰拱比，基础承受的弯矩大，基础耗料大，且地基的不均匀沉降将会引起结构内力的变化，因此，地基条件较差时慎用。,2,、两铰刚架：铰接的柱基不承受弯矩作用，构造简单，省工省力，当基础有转角时，对结构内力没有影响。但基础发生不均匀沉降时，同样对结构内力有影响，其刚度较三铰刚架大，故适用于较大跨度。,3.1.1 约束条件对结构内力的影响,3,、,三铰刚架：梁、柱节点弯矩较大，刚度较差，不适合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。当其跨度较大时，半榀三铰刚架的悬臂太长，致使吊装不便，而且吊装内力大，所以，它适用于跨度小于（12m）或地基较差的情况。,4、,在实际工程中，大多采用两铰刚架和三铰刚架及由其组成的多跨结构，无铰刚架很少采用,。,3.1.1 约束条件对结构内力的影响,5,、结构构造对结构内力的影响：采取一些构造措施改变结构内力。（如墙体外挂减少横梁内力）。,6、约束条件：从受力分析可以看出，约束越多，内力变形越小；支座的移动也将使超静定结构产生内力。,3.1.1 约束条件对结构内力的影响,刚架,的高跨比对结构内力,的影响；,梁柱,线刚度比对结构内力的影响：根据力学原理，结构的内力按结构的刚度大小分配。因此，梁柱线刚度的的比不同，它们各自分配的内力也不同，梁柱线刚度比大的，分配到的内力也越大。,温度,变化对结构内力的影响：温度变化对静定结构没有影响，但在超静定结构中将产生,内力。,支座移动等。,其他影响结构内力的因素,3.1.2 梁柱线刚度比对结构内力的影响,3.1.2 梁柱线刚度比对结构内力的影响,3.1.3 门式刚架的高跨比对结构内力的影响,3.1.,4,结构构造对结构内力的影响,3.1.,5,温度变化对结构内力的影响,3.1.,6,支座移动对结构内力的影响,一、外形：外形可分为平顶、坡顶或拱顶，可以是单跨、双跨或多跨连续，可以根据通风、采光的需要设置天窗，通风屋脊和采光带，刚架横梁的坡度由屋面材料及排水确定。,3.2 单层刚架结构的型式,二、平面布置：,1,、一般情况下，矩形平面建筑物都采用等间距、等跨度的平行刚架布置方案。,3.2 单层刚架结构的型式,三,、单层刚架结构的截面形式,刚架杆件的截面应随其内力大小而相应变化（截面h变化），这样，可以充分发挥材料性能，节约材料，减轻自重，外形美观。,3.2 单层刚架结构的型式,1,、钢筋混凝土刚架：适用于,L18m,，檐高不超过,10 m,的无吊车或吊车起重量不超过,100KN,的建筑中。,四,、按材料分,3.2 单层刚架结构的型式,钢筋混凝土刚架,：,适应于跨度不大于18米，高度不大于10米的无吊车或吊车荷载不大于100KN的建筑中，最大跨度可达30米。,3.2 单层刚架结构的型式,3.2 单层刚架结构的型式,2、,钢刚架：钢刚架结构可分为实腹式和格构式,A,、实腹式：,适用于跨度,不很大的结,构，常做成两铰式刚架。,B、格构式刚架：,优点：刚度大，节约材料；,3.2 单层刚架结构的型式,实腹式刚架,3.2 单层刚架结构的型式,格构式刚架,3.2 单层刚架结构的型式,实腹式,适应于跨度不很大的结构，常做成两铰式，截面一般为焊接工字形，少数为Z形，制作安装较方便。当跨度或荷载较大时构件应为变截面，一般使截面高度适应弯矩图的变化。为充分发挥材料的作用，可在支座水平面内设拉杆，并施加预应力使刚架横梁产生卸荷力矩及反拱。,3.2 单层刚架结构的型式,格构式,的适应范围较大，具有刚度大、耗钢省等优点。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，既可布置在刚架横梁内仅对横梁施加预应力，也可对整个刚架施加预应力。,3.2 单层刚架结构的型式,3,、预应力混凝土刚架：,优点：可以提高结构刚度，减小杆件截面，增大适用跨度。,3.2 单层刚架结构的型式,钢筋可通长布置，也可分段布置。,3.2 单层刚架结构的型式,A,、分段布置：梁、柱分别布置。其优点是：受力明确、穿筋方便、施工简单。缺点是：费材料、费锚具、转角处预应力孔道交叉，对截面削弱大。,B,、通长布置：其优点是节省钢材、锚具，孔道对截面削弱少；缺点：穿筋困难，注意在外荷载作用下钢筋蹦出混凝土外的现象（对人字型和,Y,字型构件）。,3.2 单层刚架结构的型式,4,、胶合木刚架,：胶合,木是一种新材料，防腐、防蛀、阻燃性能好，克服了原木尺寸受限，有木节影响强度等缺陷。构造简单、便于运输。,美国康涅狄克州小学，以裸露的两榀胶合木刚架为入口标志,3.2 单层刚架结构的型式,3.3 单层刚架结构的构造与布置,门式刚架节点构造：,1、刚架之间的连接：纵梁及板整体连接,;,2、刚架与支座连接：铰接与刚接,注,：铰接时刚架横梁弯矩较大，梁截面较大；固接时刚架横梁截面较小，基础较大。,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,3.3 单层刚架结构的构造与布置,结构布置时，平面刚架的,侧向稳定,是值得重视的问题。,当多榀刚架平行布置时，在结构纵向实际上为几何可变的铰接四边形结构。因此，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承，同时在横梁的顶面设置上弦横向水平支承，柱间支承和横梁上弦横向水平支承宜设置在同一开间内。,对于独立的刚架结构，如人行天桥，应将平行并列的两榀刚架通过垂直和水平剪刀撑构成稳定牢固的整体。为把各榀刚架连成整体、可将并列的刚架横梁改成相互交叉的斜横梁，这实际上形成了空间结构体系。,3.3 单层刚架结构的构造与布置,中国农业大学体育馆,3.3 单层刚架结构的构造与布置,中国农业大学体育馆,3.3 单层刚架结构的构造与布置,