钢结构原理教案.doc

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1、第9章大跨度房屋结构大跨度房屋结构常用于公共建筑。公共建筑如大会堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、市场、火车站、航空港等，受使用要求和建筑造型要求所制约，具有大的跨度。它们是为了满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产生的。大跨度房屋结构也用于工业建筑。特别是在航空工业和造船工业中，更多地采用大跨度结构如飞机制造厂的总装配车间、飞机库，造船厂的船体结构车间等等。这些建筑采用大跨度结构是受装配机器（如船舶、飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。大跨钢结构按几何形状、组成方法、结构材料及受力特点的不同可分为平面结构体系

2、和空间结构体系两大类。属于平面结构体系的有：梁式结构、平面刚架和拱式结构；属于空间结构体系的有：平板网架结构、网壳结构、索膜结构等9.1平面承重的大跨屋盖结构9.1.1梁式大跨结构在支座不能承受水平推力的情况下，如屋盖支承于墙体、砌体柱或钢筋混凝柱上时，可采用梁式大跨结构。跨度大时，梁式体系比框架体系及拱式体系重，但制造和安装较为简单。梁式大跨体系主要用于公共建筑，如影剧院、音乐厅、体育建筑。跨度在50~70m及更大时，桁架按常规是梁式体系的主要承重构件，大跨实腹梁从用钢量看是不合适的。大跨屋盖的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面

3、型式及在公共建筑物里通常设置的吊天棚结构。按重量最优的屋架高跨比为1/6~l/8，大跨度（大于40~50m）屋架按运输条件不合乎轮廓尺寸的要求（h＞3.85m），如图9-1所示；当采用短尺寸屋面材料以及需要吊天棚时，必须具有较小节间而设置复杂的再分式腹杆体系。图9-1梁式屋盖结构预应力三角形截面的桁架便于制造、运输和安装（见图9-2），给设置大跨梁式结构体系以良好的基础。铺设于屋架上的钢筋混凝土屋面板可参与受压的共同工作，采用管材（方管、圆管）杆件以及施加预应力都使这种结构体系钢材用量比较经济。图9-2有三角形截面梁式屋架的屋盖

4、a）剖面b）~d）纵剖面（方案）跨度大于35~40m时，梁式结构的支座之一必须做成可移动的，以便排除向支承墙体或支柱传递横向反力的可能性，该横向反力由屋架下弦的弹性变形产生。吊天棚一般相对于屋架下弦要下降一些，以便完全可以接近屋架进行检修、维护、涂装等。9.1.2框架结构1．框架的体系及形式覆盖大跨度常采用两铰及无铰框架。无铰框架刚度更好，用钢量省、便于安装，但这种框架需要强大的基础及密实的地基，并对温度作用比较敏感。框架的横梁高度可以取比屋架高度小，这在跨度大时有重要意义。例如在车库和展览馆里，减小横梁高度可使墙体高度降低，缩

5、小房屋体积，因而降低维护费和使用费。大跨屋盖的框架体系可以有各种各样的外形。汽车库及飞机库的框架，与跨度尺寸相比其高度不大。展览馆及某些工业厂房的框架一般都有很大的高度。大跨屋盖中既可用实腹式也可用格构式框架。实腹式框架采用较少且仅在跨度不太大时（L=50~60m）采用。它的优点是用工量较少，可装运性好，还能降低房屋高度。实腹框架常设计成双铰的。为了减轻支座结构，可以在地板水平之下的支座铰处设置拉杆，以承受框架的横向水平力，如图9-3所示。张紧拉杆可以使框架横梁卸载。由于框架支座弯矩的卸载作用使实腹框架的横梁高度不大，可取跨度的

6、l/30~1/40。图9-3有拉杆的双铰实腹框架具有强大的横梁和立柱、高度不大的格构式框架（见图9-4），在飞机库建设中得到应用，跨度常设计成100~120m。格构式框架可以是双铰的：铰设在横梁与柱连接处（见图9-4b）或设在基础水平顶部（见图9-4a），也可以是无铰的（见图9-4c）。铰设于横梁与柱连接处时，结构安装大大简化，但是需要很强大的基础，并且没有使横梁卸载的支座负弯矩。当跨度在120~150m、特别需要减小横梁跨中弯矩时，应采用无铰框架（见图9-4c）。格构式框架立柱的宽度，取等于横梁节间长度，一般为5~7m。在取这

7、样的宽度及不大的立柱高度情况下，立柱的线刚度比横梁的线刚度大得多，因而支座处弯矩的卸载影响是非常显著的。为使结构重量最小，格构式框架横梁的高跨比在1/12~1/20范围内选取。但是即使横梁取这样的高度，按运输条件横梁尺寸仍然不合乎要求，不得不零散运送。减小框架横梁中的弯矩因而也是减小横梁高度，可以通过向框架柱的外部节点传递墙体重量或传递主跨旁偏跨屋盖重量的方法（如图9-5α），或通过使双铰框架中的支座铰向房间内偏离柱轴线的方法（见图9-5b）来实现。在此种情况下支座的垂直反力与框架柱轴压力组成使横梁卸载的附加弯矩。也可以用钢丝绳

8、从下面拉紧横梁，或用拉杆给横梁施加预应力。格构式框架的横梁可以是梯形外形的（见图9-4），也可以是平行弦外形的。当跨度及荷载都大时，格构式框架的横梁可为双壁式重型桁架。跨度较小时（40~50m），它们的截面和节点可以和普通单壁式桁架一样。图9-4格构式框架体系图