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第 五 章 门式刚架结构 水建学院土木系第一节 门式刚架的结构特点和适用范围 一、门式刚架的组成 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。二、门式刚架的特点与适用范围 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，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。 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。 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。 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。三、影响门式刚架结构内力的因素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、刚架的高跨比对结构内力的影响4、结构构造对结构内力的影响5、温度变化对结构内力的影响6、支座移动对结构内力的影响四、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（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1、门式刚架外形 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。 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）。2、支座构造 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。 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。 3、刚架的建筑尺寸 刚架的纵向柱距一般 6 m，横向跨度以米为单位取整数，一般为 3 m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。4、高跨比 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h/H=0.75是比较合理的。 5、刚架的配筋 钢刚架结构钢刚架结构可分为实腹式和格构式两种。①实腹式：无铰或双铰，横梁的高度L/12~L/40，可设拉杆和施加预应力； 跨度L=50~60m②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。钢筋砼刚架结构 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：第三节 预应力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单层刚架的构造和布置一、单层刚架结构外形多样：单跨、多跨、高低跨； 单坡、双坡， 陡坡、缓坡屋面， 等截面、变截面、加腋， 实腹、空腹、格构梁柱大跨：柱距6~18m，跨度15~72m；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一、单层刚架的设计1、结构布置①纵向长度可达200m，不用设伸 缩缝（螺栓连接）；②纵向构件应保证空间稳定性： 檩条，墙梁，吊车梁，支撑；③支撑：柱间支撑、屋面支撑，墙面支撑，保证稳定，减小计算长度；④屋面和上柱支撑设在端部，下柱