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1、第二篇大跨度建筑屋盖结构平面结构体系：梁桁架拱悬索空间结构：薄壳结构薄膜结构网架结构悬索结构网壳结构网架不仅应用于大面积的厂房，还应用于高层建筑楼盖结构。n第五章门式刚架结构n水建学院土木系n一、门式刚架的组成n门式刚架结构：通常是指由直线形杆件通过刚性节点连接起来的结构。在建筑工程中，习惯把梁与柱之间为铰接的单层结构称为排架，多层多跨的刚架结构则常称为框架。因单层单跨刚架具有“门”字型的外形之故，习称门式刚架。n n第一节门式刚架的结构特点和适用范围n门式刚架、薄腹梁、桁架、拱结构都同属平面结构体系。不过，薄腹梁、桁架、拱是与柱子铰接的，而门式刚架的横梁是与柱子刚性连接的。由于刚性连接的缘故
2、，横梁弯矩比铰接情况下的弯矩得以减少，故门式刚架能够适用于较大的跨度，在结构上与框架同属一类结构问题，不过在大跨度建筑屋盖上的应用，主要就是“门式刚架”这种型式。n门式刚架的优点是：杆件较少，制作方便，而且结构内部空间较大，便于利用，所以它广泛用于工业厂房和体育馆、礼堂、食堂等建筑上。 n钢筋混凝土门式刚架跨度可达40m左右，最适宜18m左右。由于门式刚架刚度较差，受荷后产生挠度，故用于工业厂房时，吊车起重量不宜超过10t。 n二、门式刚架的特点与适用范围缺点：门式刚架刚度较差，受荷载后产生挠度。用于工业厂房时，吊车起重量不能过大。与拱结构相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发
3、挥作用，这就造成了刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。第二节门式刚架的类型与构造一、门式刚架的受力特点梁和柱整体刚性连接，受力时相互约束，因而刚度得到提高。二、门式刚架类型按其结构组成和构造的不同，可以分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种形式。n1、约束条件对结构内力的影响n2、梁柱线刚度比对结构内力的影响n3、刚架的高跨比对结构内力的影响n4、结构构造对结构内力的影响n5、温度变化对结构内力的影响n6、支座移动对结构内力的影响n三、影响门式刚架结构内力的因素四、门式刚架结构的经济指标刚架形式刚架用料基础用料总材料用量钢（kg）混凝土（m3)钢（kg）混凝土（m3)钢（kg）混凝土
4、（m3)无铰3643.0068.04.284327.28两铰3652.9835.00.874003.76三铰3802.4235.00.874153.29五、门式刚架的构造n1、门式刚架外形n有水平横梁式和折线横梁式两种，它的选择主要服从建筑排水和建筑造型的考虑。n刚架之间是以纵梁及板整体连接（即屋盖相当于一肋形屋盖，刚架的横梁相当于肋形楼盖的主梁）。n2、支座构造n根据支座的构造，刚架分铰接与刚接两种。铰接时刚架横梁弯矩较大，梁截面大些，柱一般做成变截面，基础较小。固接时刚架横梁截面较小，柱为不变断面而基础较大。n选择支座构造，这不仅是经济上的考虑，土壤条件更是一个重要的因素。当土壤的压缩性为
5、可塑或不可靠时，铰接支座比固接好，因为支座有任何位移时，固接刚架的内力比铰接刚架的影响大得多。铰接刚架柱截面向上逐渐增大，目的是与弯矩的变化相适应。 n3、刚架的建筑尺寸n刚架的纵向柱距一般6m，横向跨度以米为单位取整数，一般为3m的整倍数，如24m，27m，30m以至更大的跨度。其跨度由工艺条件所确定，而部分决定于经济的考虑。n4、高跨比n门式刚架的跨度与柱高的比例问题，即高跨比了，从结构观点看，由于柱高的减少将使推力增大，从推力线来看，对三铰门架来说，最好的形式是高度大于跨度；但对两铰门架来说，由于跨中弯矩的存在，跨度稍大于高度就成为合理的了。总的来说，高跨比是比较合理的。 n5、刚架的配
6、筋 钢刚架结构钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。n实腹式：无铰或双铰，横梁的高度L/12L/40，可设拉杆和施加预应力；跨度L=5060mn格构式：双铰式，当L100m时可为无铰式，还可做成折线形；L较小时采用换算刚度，按实腹式框架求内力；L较大时按杆件的多次超静定体系求解内力。钢筋混凝土刚架构件的截面形式一般为矩形，也可采用工字形截面。特点：n钢筋砼刚架结构为了提高结构刚度，减小杆件截面，可采用预应力混凝土刚架特点n第三节预应力刚架结构单层刚架的构造和布置n一、单层刚架结构外形n多样：单跨、多跨、高低跨；n单坡、双坡，n陡坡、缓坡屋面，n等截面、变截面、加腋，n实腹、空腹、格构梁柱n大跨：
7、柱距618m，跨度1572m；二、刚架节点的连接构造1、钢刚架节点的连接构造2、混凝土刚架节点的连接构造三、刚架铰节点的构造刚架铰节点包括三铰刚架中的顶铰及支座铰。铰节点的构造应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。四、刚架结构的支撑系统单层刚架的设计与应用实例支撑：柱间支撑、屋面支撑，墙面支撑，保证稳定，减小计算长度；屋面和上柱支撑设在端部，下柱设在中部；n一、单层刚架的设计n1、结构布置n纵向长度可达200m，不用设伸n缩缝（螺栓连接）；n纵向构件应保证空间稳定性：n檩条，墙梁，吊车梁，支撑；n2、结构设计要点n按平面有侧移刚架计算，线弹性分析
8、；n利用支撑和围护结构提高空间整体稳定性；n工字形实腹焊接截面，腹板高厚比较大；n考虑屈曲后强度，按有效截面计算；n3、主要研究方向n变截面构件的稳定性n刚架整体稳定性n蒙皮效应n冷弯薄壁n型钢结构n72m跨度刚架（机库）跨度刚架（机库）二、应用实例72m跨度刚架（机库）n n专题：轻型门式刚架结构设计n轻钢门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小，房门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小，房屋高度相应降低，减轻了建筑体积和重量。构件可以在工厂批量生产，工地屋高度相应降低，减轻了建筑体积和重量。构件可以在工厂批量生产，工地安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短。同时
9、，门式刚架造型简洁美安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短。同时，门式刚架造型简洁美观，在房屋建筑中可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公观，在房屋建筑中可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公共建筑。共建筑。n n1、建筑特点n n（1 1）轻型化：屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻）轻型化：屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻n n建筑自重；建筑自重；n n（2 2）吊车吨位：）吊车吨位：n nA1A5A1A5工作级别的桥式吊车工作级别的桥式吊车 20t；n n悬挂式起重机悬挂式起重机 3t。n n（3 3）常用跨度：）常用跨度：1818 30m30m，高度，高度4.59m4
10、.59m。规程规程规定跨度可作规定跨度可作到到36m36m。n n2、结构特点n（1）主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、双跨或多跨，还可带附跨。主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、双跨或多跨，还可带附跨。n n n n （2 2）采采用用变变化化构构件件截截面面的的手手段段以以适适应应弯弯矩矩变变化化是是门门式式刚刚架架轻轻型型化化的的技技术术措施之一。柱脚常用铰接（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。措施之一。柱脚常用铰接（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。n n（3 3）刚架间距一般）刚架间距一般 6m6m左右，亦可采用左右，亦可采用7.59m7.59m，间距太大将增加檩，间距太大
11、将增加檩条的用钢量。条的用钢量。n n温度区段长度：温度区段长度：n n纵向纵向 300m300m；横向横向 150m150m。 n n 当当不不超超过过以以上上数数值值时时，一一般般情情况况下下可可不不考考虑虑温温度度应应力力和和温温度度变变形形的的影影响。响。n n 柱柱间间支支撑撑的的纵纵向向水水平平刚刚度度较较单单独独柱柱大大得得多多（约约10102020倍倍），故故厂厂房房纵纵向向温温度度变变形形的的不不动动点点接接近近于于柱柱间间支支撑撑的的中中点点（有有两两道道柱柱间间支支撑撑时时，为为两两支支撑距离的中点）。撑距离的中点）。n n 新新规规范范增增加加：“当当有有计计算算依依据
12、据时时，温温度度区区段段长长度度可可适适当当加加大大”，是是考考虑虑到到影影响响温温度度区区段段长长度度限限值值的的因因素素较较多多，在在规规范范中中无无法法逐逐一一反反映映，让让设设计计人人员员根根据据具具体体情情况考虑增减。况考虑增减。n n 当当温温度度区区段段长长度度超超过过规规范范规规定定的的数数值值时时，应应进进行行温温度度应应力力的的计计算算或或设设置置温温度度伸缩缝。伸缩缝。n n温度伸缩缝的两种做法：温度伸缩缝的两种做法：n na.a.在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔；在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔；n nb.b.设置双柱。设置双柱。n n此外，吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔
13、。此外，吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔。n n （4 4）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一般）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一般i i=1/81/20=1/81/20。n n 减减小小构构件件腹腹板板厚厚度度，一一般般腹腹板板壁壁厚厚在在4410mm10mm，（4mm4mm是是规规程程规规定定的的下下限），主要利用腹板截面的屈曲后强度。限），主要利用腹板截面的屈曲后强度。 n n 门门式式刚刚架架轻轻型型房房屋屋钢钢结结构构技技术术规规程程CECSCECS102102：20022002 推推荐荐采采用用Q235Q235、Q345Q345钢材。钢材。n n （5 5）檩檩条条采采用用冷冷弯
14、弯薄薄壁壁型型钢钢，截截面面一一般般为为C C型型钢钢或或Z Z型型钢钢（坡坡度度较较大大时时，可以做到主轴与地面平行）。檩条壁厚一般，为规范规定的下限。可以做到主轴与地面平行）。檩条壁厚一般，为规范规定的下限。n n（6 6）支撑体系：）支撑体系：n n必须设屋盖支撑系统和柱间支撑系统。屋盖支撑布置在温度区段的两端必须设屋盖支撑系统和柱间支撑系统。屋盖支撑布置在温度区段的两端或端部第二开间（此时第一开间设刚性系杆）。或端部第二开间（此时第一开间设刚性系杆）。n n柱间支撑设在与屋盖支撑相同的柱间，无吊车时，间距一般柱间支撑设在与屋盖支撑相同的柱间，无吊车时，间距一般3045m3045m，不大于不大于60m60m。有吊车时柱间支撑宜设在温度区段中部。有吊车时柱间支撑宜设在温度区段中部。n n
