第四章_刚架结构

第四章第四章 刚架结构刚架结构建筑结构与选型建筑结构与选型4.1单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点 4.2 刚架结构的对结构内力的影响型式刚架结构的对结构内力的影响型式4.3 刚架结构的构造与布置刚架结构的构造与布置4.4 工程实例工程实例刚架结构是指梁、柱刚性连接的结构。刚架结构是指梁、柱刚性连接的结构。优点：优点：单层刚架结构为梁柱合一的结构，内力小于排架结构，单层刚架结构为梁柱合一的结构，内力小于排架结构，截面高度小，造型轻巧，内部空间较大，广泛应用于中小型厂房、截面高度小，造型轻巧，内部空间较大，广泛应用于中小型厂房、体育馆、礼堂等中小跨度中。体育馆、礼堂等中小跨度中。缺点：缺点：受弯为主，自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。受弯为主，自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。1 14.1单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减小了梁跨中竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减小了梁跨中竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减小了梁跨中竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减小了梁跨中的弯矩和挠度。的弯矩和挠度。的弯矩和挠度。的弯矩和挠度。水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，减小了柱内的水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，减小了柱内的水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，减小了柱内的水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，减小了柱内的弯矩和侧向变位。弯矩和侧向变位。弯矩和侧向变位。弯矩和侧向变位。2 24.1.1 4.1.1 约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响约束条件对结构内力的影响 无铰刚架无铰刚架无铰刚架无铰刚架三次超静定，刚度大、内力小；基础较大、对地基要三次超静定，刚度大、内力小；基础较大、对地基要三次超静定，刚度大、内力小；基础较大、对地基要三次超静定，刚度大、内力小；基础较大、对地基要求高。求高。求高。求高。两铰刚架两铰刚架两铰刚架两铰刚架一次超静定，基础处为铰支承；为常用的一种刚架。一次超静定，基础处为铰支承；为常用的一种刚架。一次超静定，基础处为铰支承；为常用的一种刚架。一次超静定，基础处为铰支承；为常用的一种刚架。3 3三铰刚架三铰刚架三铰刚架三铰刚架 静定结构，刚度较差、内力大；地基条件较差时使用。静定结构，刚度较差、内力大；地基条件较差时使用。静定结构，刚度较差、内力大；地基条件较差时使用。静定结构，刚度较差、内力大；地基条件较差时使用。悬臂刚架悬臂刚架悬臂刚架悬臂刚架 4 44.1.2 4.1.2 梁柱线刚度比对结构内力的影响梁柱线刚度比对结构内力的影响 在跨中竖向荷载作用下在跨中竖向荷载作用下 a)柱对梁端转动的约束作用很小，能阻碍竖向柱对梁端转动的约束作用很小，能阻碍竖向位移，与简支梁相差无几。位移，与简支梁相差无几。b)柱能阻止梁的竖向位移，约束转动，相当于柱能阻止梁的竖向位移，约束转动，相当于固定端作用。固定端作用。c)梁两端的弯矩不等，刚度大的一边，承受的梁两端的弯矩不等，刚度大的一边，承受的弯矩大。弯矩大。顶端水平集中力作用下顶端水平集中力作用下 a)梁柱节点无转动梁柱节点无转动 b)相当于排架作用相当于排架作用 c)刚度大的柱，承受的剪力和弯矩大。刚度大的柱，承受的剪力和弯矩大。5 54.1.3 4.1.3 高跨比对结构内力的影响高跨比对结构内力的影响 高度减小，支座处水平推力增大。高度减小，支座处水平推力增大。4.1.44.1.4结构的构造对结构内力的影响结构的构造对结构内力的影响两铰刚架结构为了减少横梁内部的弯矩。两铰刚架结构为了减少横梁内部的弯矩。在支座处设置水平拉杆在支座处设置水平拉杆把纵向外墙挂在刚架柱的外肢处把纵向外墙挂在刚架柱的外肢处铰支座设在柱轴内侧铰支座设在柱轴内侧4.1.5 4.1.5 温度变化对结构内力影响温度变化对结构内力影响在超静定结构中将产生内力，在超静定结构中将产生内力，4.1.64.1.6支座移动对结构内力影响支座移动对结构内力影响。6 64.2刚架结构的型式刚架结构的型式 结构受力条件：结构受力条件：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架 结构材料：结构材料：胶合木结构、钢结构、混凝土结构胶合木结构、钢结构、混凝土结构 构件截面：构件截面：实腹式刚架、空腹式刚架、格构式刚架、实腹式刚架、空腹式刚架、格构式刚架、等截面、变截面等截面、变截面 建筑型体：建筑型体：平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨 施工技术：施工技术：预应力刚架和非预应力刚架预应力刚架和非预应力刚架预应力刚架和非预应力刚架预应力刚架和非预应力刚架7 74.2.1 4.2.1 胶合木刚架胶合木刚架将厚度为将厚度为2045mm含水率不高于含水率不高于18%的木板刨光后，的木板刨光后，涂胶层叠加压，胶合成各种形状和截面尺寸的层板涂胶层叠加压，胶合成各种形状和截面尺寸的层板胶合木胶合木（Glued-laminated timberGlulam）。用层板）。用层板胶合木胶合木组成桁架、拱、框架及层板组成桁架、拱、框架及层板胶合木胶合木的梁、柱、通称为的梁、柱、通称为胶合胶合木木结构（结构（Structural glued-laminated timber）。）。8 84.2.24.2.2钢刚架钢刚架 实腹式实腹式 跨度不大，两铰式结构，横截面一般为焊接工字跨度不大，两铰式结构，横截面一般为焊接工字形，变截面。梁柱转铰处应力集中，采取构造措施：圆弧形，变截面。梁柱转铰处应力集中，采取构造措施：圆弧过渡并设置必要的加劲肋。过渡并设置必要的加劲肋。h/L约约1/121/20 施加预应力施加预应力时，约为时，约为1/301/40实腹式刚架实腹式刚架9 9 格构式格构式 h/L约约1/151/20跨度较小时，三铰式结构跨度较小时，三铰式结构跨度较大时，无铰或两铰结构跨度较大时，无铰或两铰结构格构式刚架格构式刚架10104.2.3 4.2.3 钢筋混凝土刚架钢筋混凝土刚架 L18m，檐高，檐高10m 无吊车或吊车起重量小（无吊车或吊车起重量小（10t）截面：矩形，工字形。立柱上大下小为锲形构件，横梁为截面：矩形，工字形。立柱上大下小为锲形构件，横梁为直线变截面。梁柱转铰处应力集中，采取构造措施：圆弧直线变截面。梁柱转铰处应力集中，采取构造措施：圆弧过渡或加腋过渡或加腋11114.2.4 预应力钢筋混凝土刚架预应力钢筋混凝土刚架 提高刚度，减小杆件截面，采用预应力混凝土刚架。提高刚度，减小杆件截面，采用预应力混凝土刚架。12124.3刚架结构的构造与布置刚架结构的构造与布置4.3.1 4.3.1 单层刚架结构的外形单层刚架结构的外形平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨。平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨。刚架的横梁坡度主要由屋面材料及排水要求确定。刚架的横梁坡度主要由屋面材料及排水要求确定。13134.3.2 刚架节点的连接构造刚架节点的连接构造节点构造与结构计算简图一致；制造、运输、安装方便节点构造与结构计算简图一致；制造、运输、安装方便 钢刚架钢刚架 实腹式实腹式格构式格构式 混凝土刚架混凝土刚架 接头位置设在铰节点或弯矩为零的部位，接头位置设在铰节点或弯矩为零的部位，倒倒L形、形、F形、形、Y形形14144.3.3 4.3.3 铰节点的构造铰节点的构造 三铰刚架中的顶铰及支座铰。三铰刚架中的顶铰及支座铰。原则：满足力学中的完全铰的受力要求，即应保证节点能传递原则：满足力学中的完全铰的受力要求，即应保证节点能传递竖向压力及水平推力，但不能传递弯矩。竖向压力及水平推力，但不能传递弯矩。支座铰的型式：板式铰、或平衡铰。支座铰的型式：板式铰、或平衡铰。钢筋混凝土柱和基础的铰接：交叉钢筋或垂直销筋钢筋混凝土柱和基础的铰接：交叉钢筋或垂直销筋 预制装配式刚架柱和基础的连接预制装配式刚架柱和基础的连接：15154.3.4 刚架结构的布置刚架结构的布置平行布置、辐射状布置等。平行布置、辐射状布置等。4.3.5 支撑系统支撑系统16163.4 工程实例工程实例马赛公寓马赛公寓马赛公寓马赛公寓底部为重复的刚架底部为重复的刚架底部为重复的刚架底部为重复的刚架 国家体育场国家体育场国家体育场国家体育场 1717马赛公寓马赛公寓马赛公寓马赛公寓底部为重复的刚架底部为重复的刚架底部为重复的刚架底部为重复的刚架 1818马赛公寓马赛公寓马赛公寓马赛公寓1919国家体育场“鸟巢鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为米，短轴为296.4米，最高点高度为米，最高点高度为68.5米，最米，最低点高度为低点高度为42.8米。米。2020国家体育场2121国家体育场2222国家体育场2323国家体育场2424国家体育场2525国家体育场2626国家体育场2727国家体育场2828国家体育场2929国家体育场3030主体钢结构屋顶平面示意图主体钢结构屋顶平面示意图国家体育场国家体育场3131主体钢结构长轴、短轴剖面示意图主体钢结构长轴、短轴剖面示意图国家体育场3232结构空间关系示意图结构空间关系示意图国家体育场3333国家体育场国家国家体育场体育场介绍视频介绍视频3434