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1、第第3 3章章 单层刚架结构单层刚架结构1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例刚架结构刚架结构?梁和柱之间的连接为刚性连接的结构梁和柱之间的连接为刚性连接的结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构若多层多跨刚架结构，称为框架结构排架结构排架结构?梁和柱之间的连接为铰接的结构梁和柱之间的连接为铰接的结构刚结点处的变形特点刚结点处的变形特点刚架结构刚架结构弯矩分布均匀，弯矩分布均匀，可利用空间大可利用空间大刚架示意图刚架示意图刚架计算简图
2、刚架计算简图刚架结构刚架结构内力分布内力分布均匀均匀刚架结构刚架结构变形小变形小刚架结构的特点刚架结构的特点1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点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1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点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两铰刚架两铰刚架无铰刚架无铰刚架1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点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1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点2 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梁柱线刚度梁
3、柱线刚度=截面刚度截面刚度/杆长杆长线刚度线刚度i=EI/Li=EI/L框架结构中，竖向荷载作用下，节点弯矩是按照交汇于该节点杆框架结构中，竖向荷载作用下，节点弯矩是按照交汇于该节点杆件的线刚度比值分配的。谁的线刚度大，谁分配到的弯矩多。件的线刚度比值分配的。谁的线刚度大，谁分配到的弯矩多。一般情况梁跨不大时，它的线刚度大，梁端分配的弯矩大，一般情况梁跨不大时，它的线刚度大，梁端分配的弯矩大，容易形成强梁弱柱，这是不符合抗震概念的。容易形成强梁弱柱，这是不符合抗震概念的。1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点2 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i i
4、梁梁ii柱柱i i梁梁iii柱柱i i梁梁ii柱柱i i柱柱1 1i i柱柱2 2梁柱节点没有转动，柱子只有相对梁柱节点没有转动，柱子只有相对平移没有相对转动平移没有相对转动梁无法约束柱的转动，相当于两梁无法约束柱的转动，相当于两端铰接，内力与排架接近端铰接，内力与排架接近刚度大的柱子，承受的剪力和弯刚度大的柱子，承受的剪力和弯矩大矩大1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点3 3）高跨比对结构内力的影响）高跨比对结构内力的影响索线索线推力线推力线在均布荷载作用下，任意截面只承受拉力，没有弯矩，在均布荷载作用下，任意截面只承受拉力，没有弯矩，绳子自然下垂的线称为索线，倒置即为推力线
5、。绳子自然下垂的线称为索线，倒置即为推力线。1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点3 3）高跨比对结构内力的影响）高跨比对结构内力的影响高跨比减小，支座处水平推力增大高跨比减小，支座处水平推力增大1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点4 4）结构构造对结构内力的影响）结构构造对结构内力的影响用以减小刚架横梁的跨中弯矩用以减小刚架横梁的跨中弯矩纵向外墙挂在刚架柱的外肢处纵向外墙挂在刚架柱的外肢处铰支座设在柱轴线内侧铰支座设在柱轴线内侧1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点5 5）温度变化对结构内力的影响）温度变化对结构内力的影响温度变化只对超静定结构产生
6、内力温度变化只对超静定结构产生内力温差的形式温差的形式季节温差季节温差（刚架在施工时和使用时的温差）（刚架在施工时和使用时的温差）室内外温差室内外温差1.1.单层刚架结构的受力特点单层刚架结构的受力特点6 6）支座移动对结构内力的影响）支座移动对结构内力的影响2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式1 1）胶合木刚架结构）胶合木刚架结构胶合木定义：胶合木定义：同一种木材经锯材加工干燥后，根据不同需求规格，同一种木材经锯材加工干燥后，根据不同需求规格，由小块板方材通过指接、胶拼、层积，通常在常温条件由小块
7、板方材通过指接、胶拼、层积，通常在常温条件下加压胶合，顺纹方向粘结而成而成的木质材料。下加压胶合，顺纹方向粘结而成而成的木质材料。2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式1 1）胶合木刚架结构）胶合木刚架结构结构用胶合木优点：结构用胶合木优点：（1 1）因为使用干燥材，可防止在使用过程中产生变形、）因为使用干燥材，可防止在使用过程中产生变形、开裂等；开裂等；（2 2）尺寸自由度大，能满足要求跨度和断面形状的梁；）尺寸自由度大，能满足要求跨度和断面形状的梁；（3 3）充分发挥木材特性，可以吸收震动、装饰随意；）充分发挥木材特性，可以吸收震动、装饰随意；（4 4）易于进行防腐防虫处理，且效果好
8、。）易于进行防腐防虫处理，且效果好。2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式2 2）钢刚架结构）钢刚架结构实腹式两铰刚架实腹式两铰刚架跨度比较大时，可以设拉杆，并跨度比较大时，可以设拉杆，并施加预应力，此时，横梁高度取施加预应力，此时，横梁高度取跨度的跨度的1/40-1/301/40-1/30实腹式两铰刚架实腹式两铰刚架2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式2 2）钢刚架结构）钢刚架结构格构式刚架格构式刚架格构式刚架格构式刚架为了节省材料、提高刚度，为了节省材料、提高刚度，减轻基础负担，还可以做减轻基础负担，还可以做预应力格构式刚架预应力格构式刚架2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结
9、构的型式3 3）钢筋混凝土刚架结构）钢筋混凝土刚架结构构件截面尺寸一般都是宽度不变，高度线性变化构件截面尺寸一般都是宽度不变，高度线性变化2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3 3）钢筋混凝土刚架结构）钢筋混凝土刚架结构广州体育馆广州体育馆2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3 3）钢筋混凝土刚架结构）钢筋混凝土刚架结构2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式3 3）钢筋混凝土刚架结构）钢筋混凝土刚架结构空腹式钢筋混凝土刚架结构空腹式钢筋混凝土刚架结构2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式4 4）预应力混凝土刚架结构）预应力混凝土刚架结构优点：优点：提高结构刚度，减小
10、构件截面，增大适用跨度。提高结构刚度，减小构件截面，增大适用跨度。预应力钢筋布置在构件受拉部位预应力钢筋布置在构件受拉部位2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式4 4）预应力混凝土刚架结构）预应力混凝土刚架结构预制吊装构件：预制吊装构件：倒倒L L形形，人字形，人字形，Y Y形等形等2.2.单层刚架结构的型式单层刚架结构的型式4 4）预应力混凝土刚架结构）预应力混凝土刚架结构3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置1 1）结构外形）结构外形平顶、坡顶、拱顶、单跨或者多跨平顶、坡顶、拱顶、单跨或者多跨刚架横梁外形主要由屋面材料和排刚架横梁外形主要由屋面材料和排水要求来定水要
11、求来定单跨双坡单跨双坡双跨双坡双跨双坡四跨双坡四跨双坡双跨双坡带毗屋双跨双坡带毗屋双跨单坡双跨单坡双跨四坡双跨四坡3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置2 2）刚架节点的连接构造）刚架节点的连接构造格构刚架格构刚架节点的连接构造节点的连接构造刚架转角截面的应力分布刚架转角截面的应力分布3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置2 2）刚架节点的连接构造）刚架节点的连接构造实腹式钢刚架节点的连接构造实腹式钢刚架节点的连接构造3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置2 2）刚架节点的连接构造）刚架节点的连接构造拼装单元的划分拼装单元的划分 倒倒L L
12、形，形，F F形，形，Y Y形形钢筋混凝土刚架一般采用预制装配式结构钢筋混凝土刚架一般采用预制装配式结构3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置2 2）刚架节点的连接构造）刚架节点的连接构造接点的连接方式：接点的连接方式：3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置3 3）刚架铰节点的连接构造）刚架铰节点的连接构造顶铰节点的构造顶铰节点的构造3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置3 3）刚架铰节点的连接构造）刚架铰节点的连接构造顶铰节点的构造顶铰节点的构造3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置4 4）刚架柱脚支座构造）刚架柱脚支座
13、构造3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置4 4）刚架柱脚支座构造）刚架柱脚支座构造钢柱铰接柱脚的构造一：两对锚栓的铰接柱脚钢柱铰接柱脚的构造一：两对锚栓的铰接柱脚3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置4 4）刚架柱脚支座构造）刚架柱脚支座构造钢柱铰接柱脚的构造二钢柱铰接柱脚的构造二：一对锚栓的铰接柱脚：一对锚栓的铰接柱脚钢柱刚接柱脚钢柱刚接柱脚3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置4 4）刚架柱脚支座构造）刚架柱脚支座构造现浇钢筋混凝土柱和基础的铰接现浇钢筋混凝土柱和基础的铰接3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置5 5
14、）单层刚架结构的布置）单层刚架结构的布置一般情况下，矩形平一般情况下，矩形平面建筑物采用等间距、面建筑物采用等间距、等跨度的平行刚架布等跨度的平行刚架布置置也有辐射状或其他更也有辐射状或其他更复杂的形状复杂的形状奥地利维也纳大会堂奥地利维也纳大会堂3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置6 6）刚架结构的支撑系统）刚架结构的支撑系统3.3.单层刚架结构的构造与布置单层刚架结构的构造与布置6 6）刚架结构的支撑系统）刚架结构的支撑系统4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例马赛公寓马赛公寓4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例马赛公寓马赛公寓34根大柱子
15、4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例马赛公寓马赛公寓4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例中国农业大学体育馆中国农业大学体育馆4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例中国农业大学体育馆中国农业大学体育馆 主比赛厅采用了门式钢架结构，形成高低错落的造型，并充分地利用了屋面的造型特征，形成了效果极佳的自然采光和通风效果。在奥运会后学校使用场馆进行教学活动时，白天是不用开灯的，可完全依靠自然光满足使用。天窗设计除了可以采光，还能够增强室内对流通风，有效降低温度，减少空调使用。当屋顶的400多个高低错落分层排列的玻璃窗打开后，可以让体育馆内的空气和馆外的空气形成自然的对流，通过自然通风使得体育馆内的温度和馆外的温度基本一致。4.4.单层刚架结构的工程实例单层刚架结构的工程实例国家体育场国家体育场The End!