建筑结构及选型DOCWord文档下载推荐.docx

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*经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只受节点荷载作用的直杆、铰结体系”的工程结构。

*特性：

只有轴力，而没有弯矩和剪力。

轴力又称为主内力。

*整个结构对支座没有横向推力。

桁架结构的特点

桁架的各杆件受力均以单向拉、压为主。

通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。

由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。

结构布置灵活。

应用范围非常广。

桁架梁和实腹梁想比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量。

实现了更大的抗弯强度。

在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。

这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的总建筑屋盖结构。

重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。

空间（二维）桁架——所有组成桁架的杆件以及荷载的作用都在同一平面内。

空间（三维）桁架——组成桁架的杆件不都在同一平面内。

桁架结构的计算假定

（1）组成桁架的所有杆件都是直杆，所有各杆的中心线都在同一平面内。

（2）桁架的杆件与杆件连接节点均视为铰接节点。

（3）所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中总用在节点上。

桁架结构的内力：

桁架的整体为格构式的受弯构件。

（1）弦杆的内力：

上弦杆受压，下弦杆受拉。

（2）腹杆的内力：

竖腹杆和斜腹杆。

桁架杆件的内力

桁架杆件的内力分布与桁架几何形状有关：

（1）平行弦桁架：

弦杆内力两端小中间逐渐增大、腹杆内力由中间向两端增大。

（2）三角形桁架：

弦杆内力由中间向两端逐渐增大，腹杆内力由两端向中间增大。

（3）折线形桁架：

杆件内力分布均匀。

木屋架

木屋架可形成三角形屋架，有两坡式和四坡式的坡屋顶，建筑造型美观。

钢—木屋架

钢木屋架是指受压杆件如上弦杆及斜杆均采用木材制作，受拉杆件如下弦杆及拉杆均采用钢材制作。

拉杆一般用圆钢材料，下弦杆可以采用圆钢或型钢材料的屋架。

钢屋架

屋架的分类：

屋架的外形通常有三角形、梯形、多边形等。

按杆件的布置分类：

豪式、芬克式、再分式。

按外形分类：

平行弦桁架、三角形桁架、抛物线桁架、梯形桁架、下折式。

轻钢屋架

结构形式主要有：

三角形、三铰拱、梭形屋架。

轻型钢屋架的上弦一般用小角钢，下弦和腹杆可用小角钢、圆钢、薄壁型钢或钢杆。

三铰拱屋架：

杆系承压较弱，整体刚度差，适用于跨度不大于18米屋架。

梭形屋架：

易取材。

截面重心低，空间刚度好，稳定性更好。

预应力桁架

（1）降低结构高度，采用高强度钢材。

（2）上弦杆初始受拉，下弦杆初始受压。

（3）恒载作用时弦杆内力很小。

（4）两阶段设计，小变形，线性叠加。

钢筋混凝土—钢组合屋架

组合屋架合理用材（上弦等压杆为混凝土，下弦等拉杆为钢拉杆）充分发挥两种不同材料的力学性能，自重轻。

屋架结构的选型

（1）屋架结构的受力：

抛物状的拱形受力最为合理，梯形屋架具有较好的力学性能，施工方便，在大中跨建筑中被广泛应用，三角形屋架一般仅适用于中小跨度，矩形屋架常用作托架。

（2）屋面防水构造：

三角形屋架多用于自由排水，梯形等屋架用于有组织排水。

（3）材料的耐久性及使用环境：

环境湿度较大、有侵蚀性介质不宜采用木屋架和钢屋架。

（4）跨度18m以下：

钢筋混凝土—钢组合屋架；

36m以上：

钢屋架。

屋架结构的布置

考虑建筑外观及使用功能要求进行包括屋架的跨度、间距、标高等布置。

承重方式为横墙承重。

屋架的节点

钢构件的连接方式：

铆接、焊接、螺栓连接。

钢屋架节点处一般采用节点板将各杆件相连。

构件与节点板采用焊接。

桁架的形式变化与组合

桁架的几何形式可采用对称或不对称形式，以及半跨形式，可水平或倾斜，也可倒置以适应不同的建筑造型需要。

屋架结构的支承

桁架支撑的作用：

（1）保证桁架结构的空间几何的稳定性。

（2）保证桁架结构空间刚度和空间整体性。

（3）为桁架提供必要的侧向支撑。

（4）承受并传递水平荷载。

（5）保证结构安装时的稳定和方便。

立体桁架

立体桁架具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用，接受支撑用材，可取得更大跨度，保证结构的整体性。

但节点的构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。

第3章单层刚架结构

实腹式——门式刚架，轻型钢结构。

格构式——更大跨度，钢管空间框架

门式刚架的适用范围

刚架：

是将梁和柱子通过刚性节点连接起来，形成刚性节点框架结构，属于平面结构体系，用于大跨建筑。

刚架可以是单跨或多跨刚架（称门式钢架），也可是多层刚架（称框架）。

刚架的特点：

梁端存在刚节点，可将梁的端弯矩传递给柱子。

与同样跨度的简支梁相比，由于梁端负弯矩的存在，降低了跨中弯矩，从而可以实现较大跨度。

门式刚架的受力特点

刚架结构与排架的比较：

竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减少了梁中的弯矩和挠度。

水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，兼骚了柱内的弯矩和侧向位移。

门式刚架按约束条件分类

（1）无铰刚架:

三次超静定，刚度好，内力分布均匀，柱底弯矩大。

（2）两较干架：

一次超静定，刚架内弯矩较大，筑基无弯矩。

（3）三铰刚架：

静定，基础不均匀沉降对结构没影响，省材，刚度差。

梁柱线刚比对结构内力的影响

竖向荷载作用：

当两端柱的刚度不等，梁两端的内力不等。

水平荷载作用：

当两端柱的刚度不等，柱承受的的侧向剪力和弯矩不等。

门式刚架的高跨比对结构内力的影响

门式刚架的高度与跨度之比决定了刚架的基本形式。

刚架的高度减小，支座水平推力增大。

构构造对结构内力的影响

（1）两较刚架，为减少横梁内力，可采用设水平拉杆。

（2）悬杆外纵墙，利用墙重的偏心作用，以减少刚架横梁内力。

（3）支座内设，利用支座反力的偏心，以减少刚架横梁内力。

温度变化对结构内力的影响

使用时室外内温差，施工与使用时的季节温差都会引起温度变化，温度变化会使超静定结构产生内力，刚度越大，内力越大。

支座移动对结构内力的影响

支座位移，转动都会使刚架结构内力发生改变。

单层刚架结构的选型

框架、空腹桁架、单层刚架、单柱悬挑、格构式刚架。

胶合木刚架结构

不受原木尺寸的限制，可用短薄的板材拼接成任意合理截面形式的构件；

可剔除木节等缺点以提高强度；

具有较好的防腐和耐燃性能。

钢刚架结构

分类：

实腹式和格构式刚架

实腹式适用于跨度不是很大，构造简单，安装方便；

格构式适用范围广，刚度大、省材。

单层刚架结构的构造与布置

横向布置与物价结构相同，屋架——>

横向刚架。

横向承重，不受模数限制，布置支撑形成整体结构。

矩形平面建筑结构多采用等间距，等跨度的平行刚架布置。

建筑净空高，内部空间大。

刚架节点的连接构造

梁柱交接处及跨中屋脊处设置安装拼接单元，用螺栓连接。

拼接节点处可加腋与不加腋。

刚架柱脚支座构造

空间钢管刚架：

圆管焊接，加工精度高，节点构造复杂。

单层刚架结构的布置

（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，下柱设在中部。

刚架基本形式的变化

构件形式的变化，提高了刚架的刚度，丰富结构的美学表现。

构件的粗细变化与弯矩图协调一致，符合人们审美心理。

第4章拱式结构

造型独特（曲线），支承处有推力，受压为主。

拱结构的优点

（1）弯矩比相应简支梁小，有水平推力。

（2）用料省，自重轻，跨度大。

（3）可用抗压性能强的砖石材料。

（4）构造复杂，施工费用高。

拱结构的薄弱点

拱结构的薄弱点在于它是一种平面结构，整体平面外刚度极差，且在压力作用下，易产生屈曲现象。

为此，一方面要使拱身截面具有足够的宽度，必要时可用立体结构形式，还可设置侧向支撑体系。

或者实行多拱联合，例如形成筒形拱，交叉拱等结构体系，增强结构整体稳定性，以便更好的发挥拱结构在大跨建筑中的独特优势。

拱结构的受力特点

在同一平面内所受的力，有曲线（或折线）形构件组成的拱形结构来承受。

拱来承受整个屋盖的竖向荷载和水平荷载。

拱脚无推力即为曲梁，受力同简支梁。

结构支撑方式

双铰拱：

最常见，受力合理，制作和安装方便，较经济，温度应力低。

无铰拱：

受力最合理，最经济，须设强支座，温度应力高。

三铰拱：

应用不广，拱顶较使结构构造复杂化。

拱脚水平推力的平衡

拱是有推力的结构，当拱脚地基反力不能有效地抵抗其水平推力时，拱变成为曲梁，这时拱截面将产生与梁截面相同的弯矩。

解决拱脚水平推力的常见四种平衡方式：

（1）拉杆拱——水平推力由拉杆直接承受。

（2）水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆。

（3）推力由竖向承重结构承担。

（4）落地拱——利用地基基础直接承受水平推力。

拱结构的形式：

天然石材、烧结砖、土坯、木材、钢筋混凝土、钢材。

实腹拱、桁架拱、拉杆拱、薄壁拱、圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱、轴线与压力线接近

拱式结构的选型与布置

结构支承方式：

双铰拱、无铰拱、三铰拱。

拱的矢高：

在竖向荷载总量相同的情况下，矢高比越小，推力越大。

矢高的选择：

（1）满足建筑造型及建筑使用功能要求。

（2）应使饥饿哦股受力合理。

（3）满足屋面排水构造要求。

支座反力

（1）在竖向荷载作用下，拱支座产生水平推力。

（2）在竖向荷载作用下，水平推力。

H=Mg/f

（3）水平推力与拱的矢高f成反比。

*拱身截面的内力（拱梁与简支梁的内力区别）

（1）弯矩计算：

拱身内的弯矩小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内的弯矩。

（2）剪力计算：

拱身截面内的剪力小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内的剪力。

（3）轴力计算：

拱身截面内存在有较大的轴力，而简支梁中是没有轴力。

合理轴线形式与结构的支承条件、外荷载的作用形式有关。

当拱轴线的竖向坐标与相同跨度、相同荷载作用下的简支梁弯矩值成正比时，可使拱截面内弯矩为零，拱形合理。

（在竖向均布荷载作用下，三铰拱的合理拱线为抛物线；

在径向均布荷载作用下，三铰拱、无铰拱的合理拱线为圆弧线。

拱的合理轴线

合理轴线——可使拱身各截面处于弯矩为零，仅受轴向力的拱轴曲线。

（合理的轴线形式与结构的支承条件、外荷载的作用形式有关。

）

内力分析

（1）采用合理地拱身轴线形式，可使拱身各截面的弯矩为零。

（2）拱脚支座存在较大的推力。

拱身的截面弯矩、剪力小于相同条件下简支梁的弯矩。

剪力。

（3）拱身截面攒在较大轴力。

简支梁轴力为零。

拱截面的主要尺寸

截面形式

拱身有实体和格构式两种形式。

钢结构拱一般采用格构式，钢筋混凝土拱一般