第三章單層剛架結(jié)構(gòu)剛架結(jié)構(gòu)是指梁、柱之間為剛性連接的結(jié)構(gòu)；當(dāng)梁與柱之間為鉸接的單層結(jié)構(gòu)，一般稱為排架，多層多跨的剛架結(jié)構(gòu)則常稱為框架，單層剛架也稱為門式剛架。單層剛架為梁柱合一（剛性連接）的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力小于排架結(jié)構(gòu)，梁柱截面高度小，造型輕巧，內(nèi)部?jī)艨蛰^大，故被廣泛應(yīng)用于中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建筑中。但與拱相比，剛架仍然屬于以受彎為主的結(jié)構(gòu)，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮作用，這就造成了剛架結(jié)構(gòu)自重較大，用料較多，適用跨度受到限制。剛架結(jié)構(gòu)與排架結(jié)構(gòu)的比較剛架結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)，因剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處為剛接，在豎向荷載作用下，由于柱對(duì)梁的約束作用而減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，由于梁對(duì)柱的約束作用減少了柱內(nèi)的彎矩和側(cè)向變位。因此，剛架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都大于排架結(jié)構(gòu)。

第一節(jié)、單層剛架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

一、約束條件對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響單層單跨剛架的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，按構(gòu)件的布置和支座約束條件可分成無(wú)鉸剛架、兩鉸剛架、三鉸剛架三種。

一、約束條件對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響在單層單跨剛架結(jié)構(gòu)中，無(wú)鉸剛架為三次超靜定結(jié)構(gòu)，剛度好，結(jié)構(gòu)內(nèi)力小，但對(duì)基礎(chǔ)和地基的要求較高。因柱腳處有彎矩、軸向壓力和水平剪力共同作用于基礎(chǔ)，故基礎(chǔ)用料較多。由于其超靜定次數(shù)高，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降時(shí)，將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，所以在地基條件較差時(shí)宜慎用。兩鉸剛架為一次超靜定結(jié)構(gòu)，在豎向荷載或水平方向荷載作用下，剛架內(nèi)彎矩均比無(wú)鉸剛架大。兩鉸剛架在基礎(chǔ)處為鉸支承，故當(dāng)基礎(chǔ)有轉(zhuǎn)角時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有影響，但當(dāng)兩柱腳發(fā)生不均勻沉降時(shí)，則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力。三鉸剛架為靜定結(jié)構(gòu)，地基的變形或不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有影響，但三鉸剛架剛度較差，內(nèi)力大，故一般適用于跨度較小或地基較差的情況。剛架結(jié)構(gòu)并不是十分合理的結(jié)構(gòu)。一方面它與連續(xù)梁相似。仍為利用梁柱受彎來(lái)承受荷載的結(jié)構(gòu)，另一方面因?yàn)樗且粋€(gè)典型的平面結(jié)構(gòu)，在其自身平面外剛度極小，必須布置適當(dāng)?shù)闹?。二、梁柱線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響三、高跨比的合理選定門式剛架的跨度與柱高的比例問(wèn)題，即高跨比h/L，從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，由于柱高的減少將使推力增大，從推力線來(lái)看，對(duì)三鉸門架來(lái)說(shuō)，最好的形式是高度大于跨度；但對(duì)兩鉸門架來(lái)說(shuō)，由于跨中彎矩的存在，跨度稍大于高度就成為合理的了。總的來(lái)說(shuō)，高跨比H/L=0.75是比較合理的。溫度變化、支座移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響第二節(jié)單層剛架結(jié)構(gòu)的型式單層剛架結(jié)構(gòu)的型式從受力條件看，可分為無(wú)鉸鋼架、兩鉸鋼架、三鉸鋼架；從結(jié)構(gòu)材料看，有膠合木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)；從構(gòu)件截面看，可分為實(shí)腹式剛架、空腹式剛架、格構(gòu)式剛架、等截面與變截面；從建筑體型看，有平頂、坡頂、拱頂、單跨與多跨；從施工技術(shù)看，由預(yù)應(yīng)力剛架和非預(yù)應(yīng)力剛架。一、膠合木結(jié)構(gòu)膠合木結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，它不受原木尺寸限制，可用短薄的板材拼接成任意合理截面形式的構(gòu)件，可剔除木節(jié)等缺陷以提高強(qiáng)度；具有較好的防腐和阻燃性能。二、鋼剛架結(jié)構(gòu)鋼剛架結(jié)構(gòu)可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。實(shí)腹式剛架用于跨度不很大的結(jié)構(gòu)，常做成兩鉸式結(jié)構(gòu)。外形比較美觀，制造安裝方便。實(shí)腹式剛架的橫梁高度一般可取跨度的1/12~1/20。當(dāng)跨度很大時(shí)，可在支座平面內(nèi)設(shè)置拉桿，并施加預(yù)應(yīng)力對(duì)剛架橫梁產(chǎn)生卸荷力矩及反拱，這時(shí)橫梁高度可取跨度的1/30~1/30，并由拉桿承擔(dān)了剛架支座處的橫向推力，對(duì)支座和基礎(chǔ)都有利。鋼剛架（實(shí)腹式）鋼剛架（格構(gòu)式）格構(gòu)式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍較大，具有剛度大、耗鋼省等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)跨度小時(shí)可采用三鉸式結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度大時(shí)可采用兩鉸式或無(wú)鉸式結(jié)構(gòu)。格構(gòu)式剛架的梁高可取跨度的1/15~1/20，為了節(jié)省材料，增加剛度，減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，也可施加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)整結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力。三、鋼筋砼剛架鋼筋砼剛架一般適用跨度不超過(guò)50m、檐高不超過(guò)10m的無(wú)吊車或吊車起重量不超過(guò)100KN的建筑中。構(gòu)件的截面形式一般為矩形，也可用工字形。截面尺寸可根據(jù)結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變。一般是寬度不變而高度呈現(xiàn)性變化。對(duì)于兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，橫梁為直線邊截面。四、預(yù)應(yīng)力砼剛架為了提高結(jié)構(gòu)剛度，減小桿件截面，可采用預(yù)應(yīng)力砼剛架。預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，應(yīng)根據(jù)豎向荷載作用下剛架結(jié)構(gòu)的彎矩圖，布置在構(gòu)件的受拉部位。砼剛架預(yù)應(yīng)力筋的布置第三節(jié)單層剛架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與布置一、單層剛架結(jié)構(gòu)的外形單層剛架結(jié)構(gòu)可為平頂、坡頂或拱頂，可為單跨或多跨連續(xù)。剛架橫梁的坡度主要由屋面材料及排水要求確定。對(duì)于常見(jiàn)的中小跨度的雙坡門式剛架，其屋面材料一般多用石棉波形瓦、瓦楞鐵及其他輕型瓦材，通常用的屋面坡度為1/3。鋼

剛

架

節(jié)

點(diǎn)

構(gòu)

造砼

剛

架

節(jié)

點(diǎn)

連

構(gòu)

造剛

架

鉸

節(jié)

點(diǎn)

構(gòu)

造鋼筋砼柱腳鉸支座形式單層剛架結(jié)構(gòu)的布置單層剛架結(jié)構(gòu)的布置是十分靈活的，它可以平行布置，輻射狀布置或以其他形式排列，形成風(fēng)格多變的建筑造型。剛

架

結(jié)

構(gòu)

布

置剛架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)工程實(shí)例1剛架工程實(shí)例2剛架工程實(shí)例3剛架工程實(shí)例4本章小結(jié)門式剛架是在中小跨度的單層工業(yè)建筑和公共建筑中得到較為廣泛應(yīng)用的一種平面結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)鉸位設(shè)置的不同，可分為無(wú)鉸剛架、兩餃剛架和三鉸剛架等三種型式。前兩者是超靜定結(jié)構(gòu)，后者是靜定結(jié)構(gòu)。目前較常見(jiàn)的是鋼筋混凝土門式剛架和鋼結(jié)構(gòu)門式剛架。門式剛架的類型不同，它們的受力特點(diǎn)不同，性能也有差異，決定了各自的適用范圍。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的功能要求，環(huán)境莢學(xué)的考慮，以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過(guò)方案比較，合理選擇門式剛架的外形和類型、材料、截面尺寸、構(gòu)造做法。思考題與習(xí)題1、平面門式剛架與平面捧架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有什么不同?這對(duì)它們的內(nèi)力狀態(tài)有什么影響?2、平面門式剛架可分為哪幾種主要類型?它們的適用范圍是什么?3、試觀察你所能遇到的平面門式剛架的工程實(shí)例，注意它們的外形尺寸。構(gòu)件的截面形式、使用的材料，以及建筑物的用途和功能要求．第四章拱式結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：拱結(jié)構(gòu)比桁架結(jié)構(gòu)具有更大的力學(xué)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殍旒芙Y(jié)構(gòu)從整體來(lái)看還是相當(dāng)一個(gè)受彎構(gòu)件（弦桿承受彎矩，腹桿承受剪力），而拱結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生了與梁結(jié)構(gòu)根本不同的受力改變。梁結(jié)構(gòu)是受彎為主，拱結(jié)構(gòu)已根本不是受彎了。拱在外荷載作用下，主要產(chǎn)生壓力，如果用抗壓性能較好的材料（如磚石或鋼筋砼）去做拱，正好利用發(fā)揮材料的抗壓有利性能。拱結(jié)構(gòu)是使結(jié)構(gòu)擺脫彎曲變形的一種突破性發(fā)展，因此，拱結(jié)構(gòu)比桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)優(yōu)點(diǎn)更加顯著。但是，拱結(jié)構(gòu)的支座（拱腳）會(huì)產(chǎn)生水平推力，跨度大時(shí)這個(gè)推力不小，要對(duì)付這個(gè)推力將是一件麻煩而又耗費(fèi)材料的事，故實(shí)際應(yīng)用上，桁架還是比拱用的更普遍。第一節(jié)拱的受力特點(diǎn)按結(jié)構(gòu)支承方式分類，拱可分成三鉸拱、兩鉸拱和無(wú)鉸拱三種。一、支座反力一、支座反力由以上分析可知：1、在豎向荷載作用下，拱腳支座內(nèi)將產(chǎn)生水平推力。2、在豎向荷載作用下，拱腳水平推力的大小等于相同跨度簡(jiǎn)支梁在相同豎向荷載作用下所產(chǎn)生的相應(yīng)于頂鉸C截面上的彎矩Mc除以拱的矢高fc。即：3、當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度與荷載條件一定時(shí)（Mc為定值），拱腳水平推力(Ha=Hb)與拱的矢高f成反比。二、拱身截面的內(nèi)力1、拱身內(nèi)的彎矩小于跨度相同荷載作用下簡(jiǎn)支梁內(nèi)的剪力。2、拱身截面內(nèi)的剪力小于相同跨度相同荷載作用下簡(jiǎn)支梁內(nèi)的剪力。3、拱身截面內(nèi)存在有較大的軸力，而簡(jiǎn)支梁中是沒(méi)有軸力的。（用軸力承擔(dān)外荷載，這是拱式結(jié)構(gòu)比梁式結(jié)構(gòu)受力合理的地方）三、水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)第三節(jié)拱式結(jié)構(gòu)的型式從力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖看，可分成無(wú)鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱；按應(yīng)用材料分類，由鋼筋砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)、磚石砌體結(jié)構(gòu)；從拱身截面看，有格構(gòu)式和實(shí)腹式，等截面和變截面。一、鋼結(jié)構(gòu)拱（實(shí)腹式、格構(gòu)式）二、鋼筋混凝土拱第四節(jié)拱式結(jié)構(gòu)的選型一、結(jié)構(gòu)支承方式拱可分成無(wú)鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱。三鉸拱為靜定結(jié)構(gòu)，由于跨中存在著頂鉸，使拱本身和屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，因而較少采用。兩鉸拱和無(wú)鉸拱均為超靜定結(jié)構(gòu)，兩鉸拱的優(yōu)點(diǎn)是受力合理、用料經(jīng)濟(jì)、制作和安裝比較簡(jiǎn)單，對(duì)溫度變化和地基變形的適應(yīng)性較好，目前較為常用。無(wú)鉸拱受力最為合理，但對(duì)支座要求高，當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí)，不宜采用。二、拱的矢高（重點(diǎn)）1、矢高應(yīng)滿足建筑使用功能和建筑造型的要求。拱的矢高直接決定拱的外形，因此矢高必須滿足建筑造型的要求。2、矢高的確定應(yīng)使結(jié)構(gòu)受力合理（合理控制）。3、矢高應(yīng)滿足屋面排水的要求。三、拱軸線方程設(shè)計(jì)要求根據(jù)荷載選定一條合理的拱軸線，但荷載是隨時(shí)變化的，因此只能根據(jù)主要的荷載組合，確定一個(gè)相對(duì)合理的拱軸線方程，使拱身主要承受軸力，減少?gòu)澗亍＠鐚?duì)于大跨度公共建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，合理的拱軸線方程為：三、拱軸線方程從上式可看出當(dāng)時(shí)，拱軸形式即為半圓，半圓拱的水平推力為零，稱“無(wú)推力拱”。拱而無(wú)推力，受力是經(jīng)濟(jì)合理的。但半圓拱的矢高為跨度的一半，大跨度時(shí)顯得非常高聳，故很少用于建筑屋蓋上。合理矢高的大小：用于屋蓋上：拱

式

結(jié)

構(gòu)

的

布

置拱式結(jié)構(gòu)的布置

拱式結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)工程實(shí)例1工程實(shí)例2工

程

實(shí)

例

3工程實(shí)例4本章小結(jié)拱是一種古老的結(jié)構(gòu)形式，它有利于充分發(fā)揮抗壓材料的特性，建造較大跨度的建筑物或橋梁等。水平推力的平衡是影響拱結(jié)構(gòu)選型的一個(gè)重要問(wèn)題，拱推力和拱的矢高成反比，拱越高，椎力越小。按結(jié)構(gòu)組成和支承方式分類，拱有無(wú)鉸拱、兩鉸拱和三鉸拱，無(wú)拉桿拱和有拉桿拱之分，它們的特性不同，適用范圍也不同。拱軸形式和矢高的選擇，必須根據(jù)