刚架结构简介

1、一、刚架,刚架是由若干直杆，部分或全部用刚结点连接而成的结构。,二、刚结点的特点,1.变形：刚结点处的各杆端不能发生相对移动和相对转 动，因而受力变形后，各杆杆断转动了同一角 度，即各杆之间的夹角保持不变。,2.受力：刚结点可承受和传递弯矩,3 静定平面刚架的几何组成及特点,3、刚架整体刚度大，在荷载作用下，变形较小； 4、由于刚架中杆件数量较少，内部空间较大，所以刚架结构便于利用。,三、静定平面刚架类型,1、悬臂刚架,2、简支刚架,3、三铰刚架,4、主从刚架,3 静定平面刚架的几何组成及特点,1、单层刚架 单层骨架结构梁柱之间为刚性连接的是刚架，但在梁跨中间可以断开成为铰接。刚架在结构上属于

2、平面受力体系。刚架结构在平面外的刚度较小，通常适用于跨度不是太大（钢筋混凝土刚架在18左右），檐口高度也不是太高（钢筋混凝土刚架在10左右）的内部空旷的单层建筑中。 这类建筑有小型室内体育场馆、展示场所、车船客运站、库房等。,钢制刚架结构的玻璃暖房,钢制刚架结构的飞机库,柱和重型桁架杆件的截面型式格构式截面,2.组成 格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。缀材分缀条和缀板两种，故格构式构件以分为缀条式和缀板式两种。 当构件截面尺寸较大。构件较长时，为了节约钢材，宜采用格构式。,讨论：,1、约束条件对结构内力的影响 2、梁柱线刚度比对结构内力的影响 3、门式刚架高跨比比结构内力的影响 4、

3、结构构造对结构内力的影响 5、温度变化、支座移动对结构内力的影响,约束条件对内力影响： 刚架受力优于排架，因刚结，在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用而减少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弯矩和侧向位移。 无铰刚架 三次超静定结构，刚度好，内力小，但对基础和地基要求高，因为为超静定，当地基有不均匀沉降时，将使刚架内产生附加内力。地基条件差时慎用。,两铰刚架 一次，在竖向或水平荷载作用下，刚架内弯矩比无铰刚架大，两铰刚架基础为铰支撑，当基础有转角时对基础刚度内力无影响，但因为是超静定，仍会产生附加内力。 三铰刚架 静定，地基的变形和不均匀沉降对刚架内力无影

4、响，但三铰刚架内力大，刚度差，一般只用于中小跨度或地基较差的情况。,综述： 约束越多，内力越分散，内力值越小，变形越小即刚度大，因此通过增加约束，可以提高结构的承载力，增加结构的刚度，或者可减小结构的截面尺寸。 从才尽其用的角度看，钢架结构并不是十分合理的结构，一方面它与连续梁相似，仍利用梁柱截面受弯来承受荷载，另一方面它是一个典型的平面结构，其自身平面内刚度较小，必须布置支撑。,梁柱线刚度比对结构内力的影响 以无铰刚架为例： 竖向荷载作用下， ibic，柱对梁端转动约束很小，相当于铰约束。 Ib ic，柱子不仅能阻止梁端发生竖向位移而且还能约束梁端发生转动，结点可看做刚结点。 当梁端支撑柱刚

5、度不等时，则梁两端负弯矩值不等，柱刚度大的一侧梁端负弯矩大。,第二节 单层刚架的结构形式,一、胶合木刚架 利用较薄的板材拼接而成，不受原木尺寸及缺陷的限制，具有较好的防腐防燃性能，构造简单，造型美观，便于运输。 二、钢刚架结构 实腹式：跨度不大，常用两铰式。 格构式：使用范围大，刚度大，耗钢省。,三、钢筋混凝土刚架 适用于跨度不大于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。截面形式一般矩形工字型。 四、预应力混凝土刚架 为提高结构刚度，减少构件截面，可采用预应力混凝土刚架。跨度可达50米。,第三节 单层刚架结构布置,一、外形 平顶坡顶或拱顶，可以为单跨、双跨、多跨连续。

6、 二、布置 可以是平行布置辐射状布置或以其他方式排列，形成多变的建筑风格。 三、支撑系统,4.2 静定刚架支座反力的计算,【例4.1 】计算图示刚架的支座反力。,解：,【例4.2 】计算图示两跨刚架的支座反力。,解：,4.2 静定刚架支座反力的计算,刚架的内力有M、Q、N,弯矩不规定正负号，只规定弯矩图画在杆件受拉一侧；剪力、轴力的正负号与梁相同。,弯矩M =截面一边所有外力对截面形心的外力矩之和。 外力矩和弯矩使杆同侧受拉时取正，反之取负。 剪力Q =截面一边所有外力沿杆轴法线方向投影代数和。 外力绕截面形心顺时针转动，投影取正，反之取负。 轴力N =截面一边所有外力沿杆轴切线方向投影的代数

7、和。 外力指向截面投影取正，反之取负。,结点处有不同的杆端截面。各截面上的内力用该杆两端字母作为下标来表示，并把该端字母列在前面。,MDA、QDC,Y=0 Y=0 MD0,注意结点的平衡条件！,4.3 用截面法求静定刚架杆端截面内力,【例4.3 】计算图示刚架刚结点处各杆杆端截面的内力。,4.3 用截面法求静定刚架杆端截面内力,【例4.4 】计算图示刚架刚结点C、D处杆端截面的内力。,解：,利用整体平衡方程求出支座反力,4.3 用截面法求静定刚架杆端截面内力,求支座反力。 求控制截面的内力。控制截面一般选在支承点、结点、 集中荷载作用点、分布荷载不连续点。控制截面把刚架划分成 受力简单的区段。

8、 求出各控制截面的内力值，根据每区段内的荷载情况，利用叠加法作出内力图。 求截面的Q、N图有两种方法，一是由截面一边的外力来求；另一种方法是首先作出M 图；然后取杆件为分离体，建立矩平衡方程，由杆端弯矩求杆端剪力；最后取结点为分离 体，利用投影平衡由杆端剪力求杆端轴力。当刚架构造较复杂 （如有斜杆）或者是外力较多时，计算内力较麻烦时，采用第二种方法。,静定刚架内力图有弯矩图、剪力图、轴力图。刚架的内力图是由各杆的内力图组合而成的，因此，只需求出杆端截面的内力值，然后按照梁中绘制内力图的方法画出即可。,4.4 静定刚架内力图的绘制,【例4.6 】作出图示刚架的内力图。,解：,1）求支座反力,2）求各杆端内力,（右边受拉）,（左边受拉）,（下边受拉）,M图（kNm）,并绘制内力图,4.4 静定刚架内力图的绘制,3）校核,a）微分关系的校核,b）平衡条件的校核,在刚结点上,各杆端弯矩和结点集中力偶应满足结点的力矩平衡。尤其是两杆相交的刚结点，无结点集中力偶作用时，两杆端弯矩应等值，同侧拉。,满足：X0，Y0，M0,4.4 静定刚架内力图的绘制,三铰刚架及多层多跨静定刚架内力图的绘制步骤仍然是：计算支座反力；计算杆端截面的内力；绘制内力图。应注意的是：计算支座