刚架结构简介课件

*,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,1.,截面形式,常用的格构式构件截面形式有两个槽钢或工字钢组,成的双肢截面，此外，当轴心压力较小但长度大时，,还可以采用以钢管、角钢组成的三肢、四肢截面，,如图所示。,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,、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，,i,b,i,c,，,柱对梁端转动约束很小，相当于铰约束。,I,b,i,c,，,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。,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,整体平衡,【,例,4.1,】,计算图示刚架的支座反力。,l,/2,l,/2,l,/2,l,/2,C,B,A,P,C,B,A,P,X,A,Y,A,Y,B,X,B,解：,右半边平衡,整体平衡,【,例,4.2,】,计算图示两跨刚架的支座反力。,2m,2m,4m,C,B,A,4m,2,kN/m,G,F,E,D,A,2,kN/m,E,D,X,A,X,E,Y,E,2,kN/m,C,B,A,G,F,E,D,X,A,Y,B,Y,C,X,C,解：,ADE,为附属部分，,BCEFG,为基本部分。,整体平衡,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。,M,DA,、,Q,DC,Y=,0,Y=,0,M,D,0,8kN,A,B,C,D,4m,1m,2m,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。,2m,2m,4m,D,C,B,A,1,kN/m,2,kN,3,kN,Q,CD,N,CD,D,C,3,kN,M,CD,C,B,1,kN/m,2,kN,M,CB,Q,CB,N,CB,D,C,B,1,kN/m,2,kN,3,kN,Q,CA,N,CA,M,CA,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。,3,kN/m,6m,4m,D,C,B,A,解：,利用整体平衡方程求出支座反力,4,kN,4,kN,12,kN,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。,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,4kN,C,A,B,D,4m,1m,4m,1,kN/m,8kN,7kN,7kN,2,）,求各杆端内力,（右边受拉）,（左边受拉）,（下边受拉）,C,A,B,D,4,24,28,M,图（,kN,m,）,并,绘制内力图,C,A,B,D,8,4,Q,图（,kN,）,7,4.4,静定刚架内力图的绘制,C,A,B,D,7,N,图（,kN,）,3,）,校核,a,）,微分关系的校核,b,）,平衡条件的校核,D,4,kN,m,28,kN,m,24,kN,m,D,4kN,4kN,7kN,7kN,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：,X,0,，,Y,0,，,M,0,4.4,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：计算支座反力时，对三铰刚架要利用中间铰,M,0,的条件；对多层多跨静定刚架，一般应按照与几何组成相反的顺序。,【,例,4.7,】,作出图示三铰门式刚架的弯矩图。,4m,4m,2m,2m,B,A,E,C,D,1,kN/m,2kN,2kN,4kN,4kN,C,4,B,A,E,D,4,4,4,2,2,M,图（,kN,m,）,4.5,三铰刚架及多层多跨静定刚架的内力图,【,例,4.8,】,作出图示两跨静定刚架的弯矩图。,A,2,kN/m,E,D,1kN,1kN,4kN,2m,2m,4m,C,B,A,4m,2,kN/m,G,F,E,D,1kN,1kN,7kN,3kN,G,F,3kN,1kN,4kN,E,7kN,C,B,C,B,A,G,F,E,D,8,4,4,4,4,M,图（,kN,m,）,校核,4.5,三铰刚架及多层多跨静定刚架的内力图,