3单层刚架结构

1、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应考虑的影响因素第四节 单层刚架结构的工程实例第三知识单元第三知识单元 单层刚架结构单层刚架结构刚架：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，单层刚架也称为层刚架

2、也称为门式刚架门式刚架；v 排架：梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架；排架：梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架；v 框架：多层多跨的刚架结构称为框架；框架：多层多跨的刚架结构称为框架； 刚架结构刚架结构? ?梁和柱之间的连接为刚性连接的结构梁和柱之间的连接为刚性连接的结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构排架结构排架结构? ?梁和柱之间的连接为铰接的结构梁和柱之间的连接为铰接的结构刚结点处的变形特点刚结点处的变形特点刚架结构刚架结构弯矩分布均匀，弯矩分布均匀，可利用空间大可利用空间大刚架示意图刚架示意图刚架计算简图刚架计算简图刚架结构刚架结构内力分布内力分布均匀均

3、匀刚架结构刚架结构变形小变形小3.1 3.1 单层刚架结构的受力特点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。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排架由于横梁与立柱为铰接，弯矩峰值较刚架大很多。多。&刚架结构比排架结构轻巧，并可节省钢材约刚架结构比排架结构轻巧，并可节省钢材约10%10%，混凝土约混凝土约20%20%。 门式刚架门式刚架 排架排架 钢框架钢框架3.1 单层刚架结构的种类与受力特点v一、种类：刚架随铰位的变化一、种类：刚架随铰位的变化-结构内力不同结构内力不同无铰刚架无铰刚架两铰刚

4、架两铰刚架三铰刚架三铰刚架 单层刚架结构单层刚架结构刚架的结构特点刚架的结构特点：1 1、属于平面结构体系；、属于平面结构体系；2 2、横梁与柱刚接，梁跨中弯矩值得到降低、横梁与柱刚接，梁跨中弯矩值得到降低，具有良，具有良好的受力性能（相对排架结构）好的受力性能（相对排架结构）；3 3、杆件较少，杆件较少，结构内部空间大，便于利用；结构内部空间大，便于利用；4 4、杆件少，制作方便、杆件少，制作方便，施工方便，造价较低，建筑，施工方便，造价较低，建筑造型美观造型美观；5 5、适于双坡屋面的单层中、小型建筑（如中小型的、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）；厂房

5、、体育馆、礼堂、食堂等）；6 6、刚度较差，受荷后易产生挠度、刚度较差，受荷后易产生挠度( (吊车起重量不宜超吊车起重量不宜超过过1010吨吨) )；7 7、刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限、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）。制（相对拱结构）。3.1.1 3.1.1 约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响v特点：特点：梁梁的约束减少了柱内弯矩；因此，刚架在竖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；在水平荷载作用下，梁对柱

6、的承载力和刚度都大于排架结构。于排架结构。v从内力图看，三种铰位不同的刚架各有特点：从内力图看，三种铰位不同的刚架各有特点： v1 1、无铰刚架无铰刚架：柱脚与基础固结，为超静定（三次）：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。构内力的变化，因此，地基条件较差时慎用。v 2 2、两铰刚架两铰刚架：铰接的柱基不承受弯矩作用，构造简：铰接的柱基不承受弯矩作用，构造简单，省工省力，当基础

7、有转角时，对结构内力没有影单，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。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。响，其刚度较三铰刚架大，故适用于较大跨度。 3.1.1 3.1.1 约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响v3 3、三铰刚架三铰刚架：梁、柱节点弯矩较大，刚度较差，：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

8、，致使吊装不便，而且吊装内力大，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（所以，它适用于跨度小于（12m12m）或地基较差的情）或地基较差的情况。况。 v4 4、在实际工程中，在实际工程中，大多采用两铰刚架和三铰刚架大多采用两铰刚架和三铰刚架及由其组成的多跨结构，及由其组成的多跨结构，无铰刚架很少采用无铰刚架很少采用。3.1.1 3.1.1 约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响v5 5、结构构造对结构内力的影响：采取一些构造措、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）施改变结构内力。（如墙体外挂减少横梁内力）。v6

9、 6、约束条件：从受力分析可以看出，约束越多，、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变形越小；支座的移动也将使超静定结构产生内力。内力。3.1.1 3.1.1 约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响v刚架的高跨比刚架的高跨比对结构内力的影响：对结构内力的影响：v梁柱线刚度比梁柱线刚度比对结构内力的影响：根据力学原理，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

10、的，分配到的内力也越大。柱线刚度比大的，分配到的内力也越大。v温度变化温度变化对结构内力的影响：温度变化对静定结构对结构内力的影响：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。没有影响，但在超静定结构中将产生内力。3.1.1 3.1.1 其他结构内力的影响因素其他结构内力的影响因素v一、一、外形外形：外形可分为平顶、坡顶或拱顶，可：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、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。架横梁的坡度由屋面材料及排水确

11、定。3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式二、平面布置：v1 1、一般情况下，矩形平面建筑物都采用等间、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。距、等跨度的平行刚架布置方案。3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式三三、单层刚架结构的截面形式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刚架杆件的截面应随其内力大小而相应变化（截面化（截面h h变化），这样，可以充分发挥材料性变化），这样，可以充分发挥材料性能，节约材料，减轻自重，外形美观。能，节约材料，减轻自重，外形美观。3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式1

12、1、钢筋混凝土、钢筋混凝土刚架：适用于刚架：适用于L18mL18m，檐高，檐高不超过不超过10 m10 m的的无吊车或吊车无吊车或吊车起重量不超过起重量不超过100KN100KN的建筑的建筑中。中。四四、按材料分按材料分3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式钢筋混凝土刚架钢筋混凝土刚架：适应于跨度不大于适应于跨度不大于1818米，高度米，高度不大于不大于1010米的无吊车或吊车荷载不大于米的无吊车或吊车荷载不大于100KN100KN的建筑中，的建筑中，最大跨度可达最大跨度可达3030米。米。 3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式 3.2 3.2 单层刚架结构的型式

13、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 A、实腹式：、实腹式：适用于跨度适用于跨度不很大的结不很大的结构，常做成两铰式刚架。构，常做成两铰式刚架。B B、格构式刚、格构式刚架：架：优点：刚度优点：刚度大，节约材大，节约材料；料；3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式 实腹式刚架3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式 格构式刚架3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式实腹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，少数为为焊接工字形，少数为Z形，制作安装较方便。当

14、跨度或荷载形，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。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。应力使刚架横梁产生卸荷力矩及反拱。 3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式 格构式格构式的适应范围较大，具有刚度大、耗钢省等优点。为的适应范围较大，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

15、的内力。预应力拉杆可布置在支座铰的平面内，既调整结构中的内力。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。加预应力。 3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3、预应力混凝土刚架：v优点：可以提高结构刚度，减小杆件截优点：可以提高结构刚度，减小杆件截面，增大适用跨度。面，增大适用跨度。3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式钢筋可通长布置，也可分段布置。3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式vA A、分段布置：梁、柱分别布置。其优、分段布置：梁、柱

16、分别布置。其优点是：受力明确、穿筋方便、施工简单点是：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。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。应力孔道交叉，对截面削弱大。vB B、通长布置：其优点是节省钢材、锚、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（对人字型和土外的现象（对人字型和Y Y字型构件）字型构件）。 3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式v4 4、胶合木刚架：前面说过，胶合木是一种、胶合木刚架：前

17、面说过，胶合木是一种新材料，防腐、防蛀、阻燃性能好，克服了新材料，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。构原木尺寸受限，有木节影响强度等缺陷。构造简单、便于运输。造简单、便于运输。美国康涅狄美国康涅狄克州小学，克州小学，以裸露的两以裸露的两榀胶合木刚榀胶合木刚架为入口标架为入口标志志3.2 3.2 单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3.3 3.3 单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置 门式刚架门式刚架节点构造节点构造：1、刚架之间的连接：纵梁及板整体连接、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、刚架与支座连接：铰接与刚接注注：铰接时刚架横梁弯矩较大，梁截面较大；固接时：铰接时刚架横梁弯矩较大，梁截面较大