钢结构选型与辅助设计门式刚架
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§2.1轻钢门式刚架结构选型分析
• 刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节
点连接起来的结构。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。本章讨论的是单层刚架，因单层单跨刚架“门” 字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。
一、轻钢门式刚架结构的特点
单层刚架为梁柱合一的结构，杆件 较少，结构内部空间较大，便于利 用。而且刚架一般由直杆组成，制 作方便， 弯矩峰值小于排架。但与 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 挥作用，这就造成了刚架结构自重 较大，适用跨度受到限制。
• 温度变化对静定结构的三铰刚架没有影响，但在 无铰刚架、两铰刚架这样的超静定结构中将产生 附加内力。内力的大小与结构的刚度有关，刚度 越大，内力越大。
二、轻钢门式刚架结构的适用范围
轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂ห้องสมุดไป่ตู้房
三、轻钢门式刚架结构
• 钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。
• 实腹式刚架适用于跨度不很大的结构，常做成两铰式结构。
• 当为两铰或三铰刚架时，构件应为变截面，一般是改变截面的 高度使之适应弯矩图的变化。实腹式刚架的横梁高度一般可取 跨度的1／6～1／20，当跨度大时梁高显然太大，为充分发挥 材料作用，可在支座水平面内设置拉杆，并施加预应力对刚架 横梁产生卸荷力矩及反拱，如图所示。这时横梁高度可取跨度 的1／30～l／40，并由拉杆承担了刚架支座处的横向推力，对 支座和基础都有利。
三铰门式刚架在屋脊处设置永久性铰，柱脚也是铰接，为静定结构，温度差、地 基的变形或基础的不均匀沉降对结构内力没有影响。三铰和两铰门式刚架材料用量相差不 多，但三铰刚架的梁柱节点弯矩略大，刚度较差，不适合用于有桥式吊车的厂房，仅用于 无吊车或小吨位悬挂吊车的建筑。
单跨单坡 摇摆柱 多跨（中间摇摆柱）
• 单层刚架结构的布置是十分灵活的，它可以是平行布置、辐射状 布置或以其他的方式排列，形成风格多变的建筑造型。
四、轻钢门式刚架的结构布置
一般情况下，矩形平面建筑都采用等间距、等跨度的平行刚架布置方案。与 桁架相比，由于门架弯矩小，梁柱截面的高度小，且不像桁架有水平下弦，故显 得轻巧、净空高、内部空间大，利于使用。如沈阳民用客机维修车间，38m跨钢 筋混凝土双铰门架跨中升高、造型与机型适应，可充分利用内部空间，适合使用 需要。若将门架横梁外露于室外，则更利于室内灵活布置。
四坡双跨
单跨双坡 多跨（梁柱刚结）
高底跨
双坡双跨
门式刚架的各种结构形式
• 门式刚架的高跨比、梁柱线刚度比、温度变化、 支座移动等均是影响门式刚架结构内力的因素， 门式刚架结构选型时应合理加以考虑。
• 刚架结构在竖向荷载或水平荷载作用下的内力分 布不仅与约束条件有关，而且还与梁柱线刚度比 有关。
• 门式刚架的高度与跨度之比，决定了刚架的基本 形式，也直接影响结构的受力状态。刚架高度的 减小将使支座处水平推力增大。从改善基础受力 的角度考虑，门式刚架的高度与跨度之比不宜取 得过小.
四、轻钢门式刚架的结构布置
• 单层刚架结构的外形可分为平顶、坡顶或拱顶，可以为单跨、双 跨或多跨连续。它可以根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋 脊和采光带。刚架横梁的坡度主要由屋面材料及排水要求确定。
• 由于刚架总体仍属受弯结构，其材料未能发挥作用，结构自重仍 较重，跨度也受到限制。钢筋混凝土门架在跨度≤18m(无吊车者 可适当大些)，柱高H≤10m，吊车起重量Q≤100kN情况下，比排 架结构经济。目前我国6m、15m、18m门架已有国家标准图。 钢筋混凝土门架跨度最大约30m，预应力混凝土门架跨度可达 40～50m，钢门架跨度可达75m。
四、轻钢门式刚架的结构布置
结构选型时要综合考虑建筑的结构形 式、功能要求和经济指标，进行多方 案的比较。 例：飞机修理车间，飞机机身长24m， 机翼宽32m，尾翼高8.1m，螺旋桨高 5.1m，机翼离地3m。
四、轻钢门式刚架的结构布置
对一些大型复杂建筑，有时也可采用门式刚架与其他结构或构件形成主次 结构布置方案。
在进行结构总体布置时，平面刚架的侧向稳定是值得重视的问题，应加强结 构的整体性，保证结构纵横两个方向的刚度。一般情况下，矩形平面建筑都采用 等间距、等跨度的平行刚架布置方案。刚架结构为平面受力体系，当多榀刚架平 行布置时，在结构纵向实际上为几何可变的铰接四边形结构。因此，为保证结构 的整体稳定性，应在纵向柱间布置连系梁及柱间支撑，同时在横梁的顶面设置上 弦横向水平支撑，柱问支撑和横梁上弦横向水平支撑宜设置在同一开间内，如图。
三、轻钢门式刚架结构
• 在刚架结构的梁柱连接转角处，由于弯矩较大，且应 力集中，材料处于复杂应力状态，应特别注意受压翼 缘的平面外稳定和腹板的局部稳定。一般可做成圆弧 过渡并设置必要的加劲肋，如图所示。
三、轻钢门式刚架结构
• 格构式刚架结构的适用范围较大，且具有刚度大、耗钢省等优点。 当跨度较小时可采用三铰式结构，当跨度较大时可采用两铰式或 无铰结构，如图6.12所示。格构式刚架的梁高可取跨度的1／ 15～1／20，为了节省材料，增加刚度，减轻基础负担，也可施 加预应力，以调整结构中的内力。预应力拉杆可布置在支座铰的 平面内，也可布置在刚架横梁内仅对横梁施加预应力，也可对整 个刚架结构施加预应力，如图6.13所示。
门式刚架可以分为：无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种形式
无铰门式刚架的柱脚与基础固接，为三次超静定结构，刚度好，结构内力分布比 较均匀，但柱底弯矩比较大，对基础和地基的要求较高。由于其超静定次数高，结构刚度 较大，当地基发生不均匀沉降时，将在结构内产生附加内力，所以在地基条件较差时需慎 用。
两铰门式刚架的柱脚与基础铰接，为一次超静定结构，在竖向荷载或水平向荷载 作用下，刚架内弯矩均比无铰门式刚架大。当基础有转角时，对结构内力没有影响。但当 两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生附加内力。
• 刚架结构通常是指由直线形杆件（梁和柱）通过刚性节
点连接起来的结构。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。本章讨论的是单层刚架，因单层单跨刚架“门” 字型的外形之故，习惯上称为门式刚架。
一、轻钢门式刚架结构的特点
单层刚架为梁柱合一的结构，杆件 较少，结构内部空间较大，便于利 用。而且刚架一般由直杆组成，制 作方便， 弯矩峰值小于排架。但与 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 挥作用，这就造成了刚架结构自重 较大，适用跨度受到限制。
• 温度变化对静定结构的三铰刚架没有影响，但在 无铰刚架、两铰刚架这样的超静定结构中将产生 附加内力。内力的大小与结构的刚度有关，刚度 越大，内力越大。
二、轻钢门式刚架结构的适用范围
轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂ห้องสมุดไป่ตู้房
三、轻钢门式刚架结构
• 钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。
• 实腹式刚架适用于跨度不很大的结构，常做成两铰式结构。
• 当为两铰或三铰刚架时，构件应为变截面，一般是改变截面的 高度使之适应弯矩图的变化。实腹式刚架的横梁高度一般可取 跨度的1／6～1／20，当跨度大时梁高显然太大，为充分发挥 材料作用，可在支座水平面内设置拉杆，并施加预应力对刚架 横梁产生卸荷力矩及反拱，如图所示。这时横梁高度可取跨度 的1／30～l／40，并由拉杆承担了刚架支座处的横向推力，对 支座和基础都有利。
三铰门式刚架在屋脊处设置永久性铰，柱脚也是铰接，为静定结构，温度差、地 基的变形或基础的不均匀沉降对结构内力没有影响。三铰和两铰门式刚架材料用量相差不 多，但三铰刚架的梁柱节点弯矩略大，刚度较差，不适合用于有桥式吊车的厂房，仅用于 无吊车或小吨位悬挂吊车的建筑。
单跨单坡 摇摆柱 多跨（中间摇摆柱）
• 单层刚架结构的布置是十分灵活的，它可以是平行布置、辐射状 布置或以其他的方式排列，形成风格多变的建筑造型。
四、轻钢门式刚架的结构布置
一般情况下，矩形平面建筑都采用等间距、等跨度的平行刚架布置方案。与 桁架相比，由于门架弯矩小，梁柱截面的高度小，且不像桁架有水平下弦，故显 得轻巧、净空高、内部空间大，利于使用。如沈阳民用客机维修车间，38m跨钢 筋混凝土双铰门架跨中升高、造型与机型适应，可充分利用内部空间，适合使用 需要。若将门架横梁外露于室外，则更利于室内灵活布置。
四坡双跨
单跨双坡 多跨（梁柱刚结）
高底跨
双坡双跨
门式刚架的各种结构形式
• 门式刚架的高跨比、梁柱线刚度比、温度变化、 支座移动等均是影响门式刚架结构内力的因素， 门式刚架结构选型时应合理加以考虑。
• 刚架结构在竖向荷载或水平荷载作用下的内力分 布不仅与约束条件有关，而且还与梁柱线刚度比 有关。
• 门式刚架的高度与跨度之比，决定了刚架的基本 形式，也直接影响结构的受力状态。刚架高度的 减小将使支座处水平推力增大。从改善基础受力 的角度考虑，门式刚架的高度与跨度之比不宜取 得过小.
四、轻钢门式刚架的结构布置
• 单层刚架结构的外形可分为平顶、坡顶或拱顶，可以为单跨、双 跨或多跨连续。它可以根据通风、采光的需要设置天窗、通风屋 脊和采光带。刚架横梁的坡度主要由屋面材料及排水要求确定。
• 由于刚架总体仍属受弯结构，其材料未能发挥作用，结构自重仍 较重，跨度也受到限制。钢筋混凝土门架在跨度≤18m(无吊车者 可适当大些)，柱高H≤10m，吊车起重量Q≤100kN情况下，比排 架结构经济。目前我国6m、15m、18m门架已有国家标准图。 钢筋混凝土门架跨度最大约30m，预应力混凝土门架跨度可达 40～50m，钢门架跨度可达75m。
四、轻钢门式刚架的结构布置
结构选型时要综合考虑建筑的结构形 式、功能要求和经济指标，进行多方 案的比较。 例：飞机修理车间，飞机机身长24m， 机翼宽32m，尾翼高8.1m，螺旋桨高 5.1m，机翼离地3m。
四、轻钢门式刚架的结构布置
对一些大型复杂建筑，有时也可采用门式刚架与其他结构或构件形成主次 结构布置方案。
在进行结构总体布置时，平面刚架的侧向稳定是值得重视的问题，应加强结 构的整体性，保证结构纵横两个方向的刚度。一般情况下，矩形平面建筑都采用 等间距、等跨度的平行刚架布置方案。刚架结构为平面受力体系，当多榀刚架平 行布置时，在结构纵向实际上为几何可变的铰接四边形结构。因此，为保证结构 的整体稳定性，应在纵向柱间布置连系梁及柱间支撑，同时在横梁的顶面设置上 弦横向水平支撑，柱问支撑和横梁上弦横向水平支撑宜设置在同一开间内，如图。
三、轻钢门式刚架结构
• 在刚架结构的梁柱连接转角处，由于弯矩较大，且应 力集中，材料处于复杂应力状态，应特别注意受压翼 缘的平面外稳定和腹板的局部稳定。一般可做成圆弧 过渡并设置必要的加劲肋，如图所示。
三、轻钢门式刚架结构
• 格构式刚架结构的适用范围较大，且具有刚度大、耗钢省等优点。 当跨度较小时可采用三铰式结构，当跨度较大时可采用两铰式或 无铰结构，如图6.12所示。格构式刚架的梁高可取跨度的1／ 15～1／20，为了节省材料，增加刚度，减轻基础负担，也可施 加预应力，以调整结构中的内力。预应力拉杆可布置在支座铰的 平面内，也可布置在刚架横梁内仅对横梁施加预应力，也可对整 个刚架结构施加预应力，如图6.13所示。
门式刚架可以分为：无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架等三种形式
无铰门式刚架的柱脚与基础固接，为三次超静定结构，刚度好，结构内力分布比 较均匀，但柱底弯矩比较大，对基础和地基的要求较高。由于其超静定次数高，结构刚度 较大，当地基发生不均匀沉降时，将在结构内产生附加内力，所以在地基条件较差时需慎 用。
两铰门式刚架的柱脚与基础铰接，为一次超静定结构，在竖向荷载或水平向荷载 作用下，刚架内弯矩均比无铰门式刚架大。当基础有转角时，对结构内力没有影响。但当 两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生附加内力。