第三章 结构的基本体系
适用:以正方形或接近方形的建筑平面且跨 度较小,L≤60m。 (2)两向正交斜放网架 短桁架对长桁架有 嵌固作用,受力有利角 部产生拔力,常取无角 部形式。 适用:建筑平面为 正方形、矩形、周边支 承。 两向正交斜放 两向斜交斜放 (3)两向斜交斜放网架 适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性
能欠佳,节点构造较复杂。 (4)三向交叉网架 三个方向的平面桁架相 互交角60,比两向网架刚度 大,适合大跨度。节间一般 6m以上,常需再分式腹杆。 适用:L>60m的多边形、 圆形、三角形、梯形平面。 正放抽空四角锥网架 三向交叉 正放四角锥网架 2)角锥体系网架 (1)四角锥体网架 a. 正放四角锥体网架 上、下弦杆等长,腹杆也等长,构造简单。
建筑结构是由许多结构构件组成的一个系统, 其中主要的受力系统称为结构总体系。结构总体 系固然千姿百态,形形色色,但是仔细分析总是 由基本水平分体系、基本竖向分体系以及基础体 系三部分组成。 基本水平分体系一般由板、梁、桁(网)架组 成,如板—梁体系和桁(网)架体系。基本水平分 体系也称楼(屋)盖体系,其作用为:(1)在竖向, 承受楼面或屋面的竖向荷载,并把它传给竖向分 体系;(2)在水平方向,起隔板和支承竖向
b. 斜放四角锥体网架
斜放四角锥网架 星形四角锥网架 棋盘形四角锥网架
特点:上弦杆短、下弦杆长,充分发挥材料强度。
(2)三角锥体网架
三角锥网架 蜂窝形三角锥网架 抽空三角锥网架
特点:刚度大,适用于各种建筑平面,上、 下弦杆等长,腹杆等长,构造简单。
(3)六角锥体网架 杆件多、结点构造复杂,仅在有特殊要求时 采用。
(24)+0.2L2 (68)+0.08L2
1014 (68)+0.07L2 (1317)+0.03L2
注:L2 是以米计的网架短向跨度;跨度小于18 米时网格数可适当减少。
3.3.5 网架结构杆件截面与结点 1)杆件有角钢和钢管 2)结点
3)支座结点
3.4 结构竖向体系 3.4.1 结构竖向体系的结构特性
力,并把它们传给地基;(3)限制整个结构的沉 降,避免不允许的不均匀沉降和结构的滑移。 结构水平分体系和竖向分体系之间的基本矛 盾是,竖向结构构件之间的距离愈大,水平结构 构件所需要的材料用量愈多。好的结构概念设计 应该寻求到一个最开阔、最灵活的可利用空间, 满足人们使用的功能和美观的需求,而为此所付 出的材料和施工消耗最少,而且能适合本地区的 自然条件(气候、地质、水文、地形等)。 建筑物、建筑结构总体系、三个基本分体系 、基本结构构件和构件受力状态之间的隶属关系 ,见下图。
2)屋架结构的布置 对于跨度以 3m 为模数的屋架,均有标准图 集可查;屋架的间距一般为柱距,常见的有6m, 也有 7.5m、9m、12m 等;屋架的支座为一般 为铰支座,要考虑铰支座的转动要求。 3)屋架结构的支撑 屋架结构的支撑有:上弦横向水平支撑、下 弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑、 系杆等。其作用是: (1)保证屋盖的整体性,提高空间刚度; (2)避免压杆侧向失稳,防止拉杆产生大的振动;
(3)承担和传递水平荷载(如纵向和横向风荷载、 悬挂吊车水平荷载和地震作用等); 上海证券大厦 (4)保证结构安装时的稳定与方便。 3. 2 .4 桁架结构的其他型式
连接两幢主楼
1)立体桁架 的天桥桁架跨度 2)刚接桁架 63m,共支承着从
17层至26层共8个
楼层,采用了H型
钢重型桁架。
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M02>M2 ),这两点正好与四边支承板相反。 (4)四边支承板受竖向作用力后四角有上翘现象, 在实际工程中必然在四角会引起约束负弯矩产生 的内力。这在概念设计时也应予以注意。 3)板的塑性铰线问题 梁的塑性铰是在某一截面上产生;而板的塑 性铰是在某一点上产生后沿某一条线的截面扩展 形成塑性铰线,从而使板形成机构。
上表说明板有以下规律性现象: (1)两相对边支承板不论简支还是固端均为单向 板;四边支承板当 l2 / l1 2 时,也可近似按单向 板设计(这时 M 1 0.1ql 2, M 2 0.015ql 2 )。 (2)四边支承板都有 Ml > M2,R2 > Rl,且 f 都很 小的情况,说明其主要受力方向为短向,其刚度 比单向简支板和四角支承板大得多。 (3)四角支承板的受力和刚度情况都比四边支承 板更为不利(M1角>Ml边,M2角>>M2边,f角 >>f边), 这在概念设计时应予以特别注意。而且:a.其主 要受力方向是长向。b.支承点附近板带承受的弯 矩大于跨中板带承受的弯矩 (M01 >Ml,
型化、商品化生产。6)网架的平面布置灵活。 发展迅速的原因还有:1)社会发展和工程建 设的需要。2)标准化、工厂化生产。3)电子计算 技术的应用。 3. 3 .2 平板网架的结构型式与适用范围 平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两 类。 网架表示法 两向正交正放 1)交叉桁架体系 (1)两向正交正放网架 上、下弦杆均组成方格,几何可变,需设水 平支撑。
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3. 3 网架结构 3.3.1 网架结构的特点 由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过 节点连接起来的高次超静定空间结构为网架结构。
a 网架 b 单层网壳 c 双层网壳 网架结构的优越性:1)空间工作,传力途径 简捷。2)重量轻,经济指标好。3)刚度大,抗震 性能好。4)施工安装简便。5)网架杆件和节点定
(1)风荷载起控制作用 (2)层间位移和顶点位移必须限制
(3)风振的不适感要加以控制 结构顶点最大加速度不宜大于: 公寓建筑: 0.15m/s2(约0.015g) 公共建筑: 0.25m/s2(约0.025g)
M max ql 2 / 8
Vmax ql cos / 2
α
l´
l
3)平面曲梁 平面曲梁的内力除了弯矩、剪力以外,还有 扭矩。
3.1.2 板 一般把 b/t > 5~8的板称为薄板, 板件剪切变形与弯 曲变相比很微小, 可以忽略不计。 右图为板的各 种支承情况。图3-8为板的实际支承情况。 1)单向板与双向板 从前面图可见若在交叉梁的某一根梁上施加 一集中荷载,周围的梁都会协同受荷,因而双向
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内拉力,相应于梁的翼缘;斜腹杆承受因剪切引 起的斜拉力或斜压力,相应于梁的腹板。由于桁 架的杆件都是全截面受力,材料强度得到充分利 用,故桁架可比梁的跨度大得多(当跨度大于 15m-18m时,常采用桁架)。 桁架结构受力 的特点如图:
平面桁架优点是跨度大、用料省、制作安装 方便;缺点有: (1)节间有斜杆,不利于通过管 道和设置门窗洞口;(2)侧向刚度小.平面外稳 定性差; (3)高度较大,体型笨重。 3. 2 .2 屋架结构的型式 按材料的不同,分为木屋架、钢-木组合屋 架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、钢 筋混凝土-钢组合屋架等。 按外型的不同,分为三角形屋架、梯形屋架、 抛物线型屋架、折线型屋架、平行弦屋架等。
3.1.3 钢筋混凝土板-梁体系的构件截面尺寸估计 表3-2和表3-3供方案设计和初步设计阶段估 计构件截面尺寸时参考。 3.1.4 板梁体系楼盖结构形式
有平板楼盖、密肋楼盖、交叉梁楼盖、次主 梁楼盖、无梁楼盖等。
3. 2 桁架结构(屋架) 3. 2 .1 桁架结构的受力特点 由一系列只承受轴向拉力或压力的杆件连接 而成的平面结构体系,结点均为铰接点,对整个 桁架结构来说,可以受弯、受剪。 由于是平面结构体系,平面外刚度很小,因 此必须在平面外设置支撑,以形成空间结构、加 强结构的空间整体刚度。 平面桁架可看成出工字形截面梁演变而来的: 若将该梁截面中正应力较小的腹板挖去,组成由 上下弦杆和斜腹杆连接的格构式结构,就是平面 桁架。上下弦杆承受因弯曲引起的内压力和
交叉梁比单向梁的强度和刚度都大得多。将双向 交叉梁做成零间距,就成为双向板。 关于板在设计中的基本概念有: (1)单向板只在单方向受力,它和单跨梁、连续 梁的受力概念相同;板的四边只有两相对的边是 支承边时或者板的四边支承但边长比(长边长度 /短边长度) ≥ 2 时才是单向板。 (2)双向板指四边支承板、三边支承板或两相邻 边支承的板,且当板的边长比< 2 时,才称为双向 板或按双向板计算。双向板的强度和刚度也肯定 会比单向板大得多。下面列出 5 种板进行比较: 2)四边支承与四角支承双向板
点支承的柱帽形式
2)网架选型 (1)周边支承的矩形平面形状 长短边之比1.5时:斜放四角锥网架,棋盘 形四角锥网架,正放抽空四角锥网架。 对于中(30m 60m)小(<30m)跨度,亦可选星 形四角锥网架,蜂窝形三角锥网架。 长短边之比>1.5时:宜选正放类网架----两向
正交正放网架,正放四角锥网架,正放抽空四角 锥网架。 (2)点支承的矩形平面形状 两向正交正放网架,正放四角锥网架,正放 抽空四角锥网架。 (3)圆形,多边形平面形状 宜选三向网架,三角锥网架,抽空三角锥网 架。 (4)两边或三边支承的矩形平面形状 自由边作处理后可按周边支承情形考虑。自 由边的两种处理方法:
3. 2 .3 屋架结构的选型和布置 1)确定屋架型式的原则: (1)满足使用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。 (2)满足经济要求 屋架外形应尽量和弯矩图接近,使上下弦杆 内力沿跨度方向分布较均匀,腹杆受力较小; 腹杆的布置宜使短杆受压,长杆受拉; 荷载布置在节点上,减少弦杆局部受弯。 (3)满足制造、安装和运输要求 构造简单,杆件夹角30°~60°;杆件与节 点数量少;分段制造,便于运输与安装。
3.1 板—梁体系 3.1.1 梁 分类: 按支承条件分:简支梁、悬(伸)臂梁、连续梁、 交叉梁等; 按空间几何形状分:水平直梁、斜梁、曲梁等; 按材料分:钢筋混凝土梁、钢梁等。 1)交叉梁 常用的是等截面整体现浇的钢筋混凝土交叉 梁,又分为:正交正放、正交斜放、三向交叉等 几种。
从上述的受力分析可以看出,短边方向的梁 所承担的荷载要大于长边方向的梁所承担的荷载。 板的内力也具有同样的结果。 2)斜直梁——一般为楼梯梁 q 梁的截面内力