图 8 2 二 力 平 衡 必 共 线 效 应 推 论 Ⅰ: 力 的 可 传 性 作 用 于 刚 体 上 的 力 可 沿 其 作 用 线 滑 移 至 刚 体 内 任 意 点 而 不 改 变 力 对 刚 体 的 作 用 效 应 推 论 Ⅱ: 三 力 平 衡 汇 交 定 理 作 用 于 刚 体 上 三

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1 第 八 章 建 筑 力 学 建 筑 力 学 包 括 静 力 学 材 料 力 学 结 构 力 学 三 部 分 内 容 第 一 节 静 力 学 基 本 知 识 和 基 本 方 法 静 力 学 研 究 物 体 在 力 作 用 下 的 平 衡 规 律, 主 要 包 括 物 体 的 受 力 分 析 力 系 的 等 效 简 化 力 系 的 平 衡 条 件 及 其 应 用 一 静 力 学 基 本 知 识 ( 一 ) 静 力 学 的 基 本 概 念 1. 力 的 概 念 力 是 物 体 间 相 互 的 机 械 作 用, 这 种 作 用 将 使 物 体 的 运 动 状 态 发 生 变 化 运 动 效 应, 或 使 物 体 的 形 状 发 生 变 化 变 形 效 应 力 的 量 纲 为 牛 顿 (N) 力 的 作 用 效 果 取 决 于 力 的 三 要 素 : 力 的 大 小 方 向 作 用 点 力 是 矢 量, 满 足 矢 量 的 运 算 法 则 当 求 共 点 二 力 之 合 力 时, 采 用 力 的 平 行 四 边 形 法 则 : 其 合 力 可 由 两 个 共 点 力 为 边 构 成 的 平 行 四 边 形 的 对 角 线 确 定, 见 图 8 1( 犪 ) 或 者 说, 合 力 矢 等 于 此 二 力 的 几 何 和, 即 犉 R = 犉 1+ 犉 2 (8 1) 显 然, 求 犉 R 时, 只 需 画 出 平 行 四 边 形 的 一 半 就 够 了, 即 以 力 矢 犉 1 的 尾 端 犅 作 为 力 矢 犉 2 的 起 点, 连 接 犃 犆 所 得 矢 量 即 为 合 力 犉 R 如 图 8 1( 犫 ) 所 示 三 角 形 犃 犅 犆 称 为 力 三 角 形 这 种 求 合 力 的 方 法 称 为 力 的 三 角 形 法 则 2. 刚 体 的 概 念 在 物 体 受 力 以 后 的 变 形 对 其 运 动 和 平 衡 的 影 响 小 到 可 以 忽 略 不 计 的 情 况 下, 便 可 把 物 体 抽 象 成 为 不 变 形 的 力 学 模 型 刚 体 3. 力 系 的 概 念 同 时 作 用 在 刚 体 上 的 一 群 力, 称 为 力 系 4. 平 衡 的 概 念 平 衡 是 指 物 体 相 对 惯 性 参 考 系 静 止 或 作 匀 速 直 线 平 行 移 动 的 状 态 ( 二 ) 静 力 学 的 基 本 原 理 图 8 1 力 的 平 行 1. 二 力 平 衡 原 理 四 边 形 法 则 不 计 自 重 的 刚 体 在 二 力 作 用 下 平 衡 的 必 要 和 充 分 条 件 是 : 二 力 沿 着 同 一 作 用 线, 大 小 相 等, 方 向 相 反 仅 受 两 个 力 作 用 且 处 于 平 衡 状 态 的 物 体, 称 为 二 力 体, 又 称 二 力 构 件 二 力 杆, 见 图 加 减 平 衡 力 系 原 理 在 作 用 于 刚 体 的 力 系 中, 加 上 或 减 去 任 意 一 个 平 衡 力 系, 不 改 变 原 力 系 对 刚 体 的 作 用 1

2 图 8 2 二 力 平 衡 必 共 线 效 应 推 论 Ⅰ: 力 的 可 传 性 作 用 于 刚 体 上 的 力 可 沿 其 作 用 线 滑 移 至 刚 体 内 任 意 点 而 不 改 变 力 对 刚 体 的 作 用 效 应 推 论 Ⅱ: 三 力 平 衡 汇 交 定 理 作 用 于 刚 体 上 三 个 相 互 平 衡 的 力, 若 其 中 两 个 力 的 作 用 线 汇 交 于 一 点, 则 此 三 力 必 在 同 一 平 面 内, 且 第 三 个 力 的 作 用 线 通 过 汇 交 点, 如 图 8 3 所 示 图 8 3 三 力 平 衡 必 汇 交 ( 三 ) 约 束 与 约 束 力 ( 约 束 反 力 ) 阻 碍 物 体 运 动 的 限 制 条 件 称 为 约 束, 约 束 对 被 约 束 物 体 的 机 械 作 用 称 为 约 束 力 ( 或 约 束 反 力 ) 约 束 反 力 的 方 向 永 远 与 主 动 力 的 运 动 趋 势 相 反 工 程 中 常 见 的 几 种 类 型 约 束 的 性 质 以 及 相 应 约 束 力 的 确 定 方 法 见 表 8 1 几 种 典 型 约 束 的 性 质 及 相 应 约 束 力 的 确 定 方 法 表 8 1 约 束 的 类 型 约 束 的 性 质 约 束 力 的 确 定 柔 体 约 束 只 能 限 制 物 体 沿 着 柔 体 的 中 心 线 伸 长 方 向 的 运 动, 而 不 能 限 制 物 体 沿 其 他 方 向 的 运 动 柔 体 约 束 ( 如 绳 索 胶 带 链 条 等 ) 约 束 力 必 定 沿 柔 体 的 中 心 线, 且 背 离 被 约 束 的 物 体 光 滑 接 触 约 束 光 滑 接 触 约 束 只 能 限 制 物 体 沿 接 触 面 的 公 法 线 指 向 支 承 面 的 运 动, 而 不 能 限 制 物 体 沿 接 触 面 或 离 开 支 承 面 的 运 动 光 滑 接 触 面 的 约 束 力 通 过 接 触 点, 沿 接 触 面 的 公 法 线 并 指 向 被 约 束 的 物 体 2

3 续 表 约 束 的 类 型 约 束 的 性 质 约 束 力 的 确 定 可 动 铰 支 座 ( 辊 轴 支 座 ) 可 动 铰 支 座 不 能 限 制 物 体 绕 销 钉 的 转 动 和 沿 支 承 面 的 运 动, 而 只 能 限 制 物 体 在 支 承 面 垂 直 方 向 的 运 动 可 动 铰 支 座 的 约 束 反 力 通 过 销 钉 中 心 且 垂 直 于 支 承 面, 指 向 待 定 链 杆 约 束 链 杆 约 束 只 能 限 制 物 体 沿 连 杆 中 心 线 方 向 的 运 动, 而 其 他 方 向 的 运 动 都 不 能 限 制 链 杆 约 束 的 约 束 反 力 沿 着 链 杆 中 心 线, 指 向 待 定 铰 链 约 束 只 能 限 制 物 体 在 垂 直 于 销 钉 轴 线 的 平 面 内 任 意 方 向 的 运 动, 而 不 能 限 制 物 体 绕 销 钉 的 转 动 约 束 反 力 作 用 在 垂 直 于 销 钉 轴 线 的 平 面 内, 通 过 销 钉 中 心, 而 方 向 待 定 定 向 支 座 定 向 支 座 只 能 限 制 物 体 沿 支 座 链 杆 方 向 的 运 动 和 物 体 绕 支 座 的 转 动, 而 不 能 限 制 物 体 沿 支 承 面 的 运 动 约 束 力 可 表 示 为 一 个 垂 直 于 支 承 面 的 力 和 一 个 约 束 力 偶, 指 向 与 主 动 力 相 反 固 定 端 约 束 固 定 端 约 束 既 能 限 制 物 体 移 动, 又 能 限 制 物 体 绕 固 定 端 转 动 约 束 反 力 可 表 示 为 两 个 互 相 垂 直 的 分 力 和 一 个 约 束 力 偶, 指 向 均 待 定 口 诀 1,2,3 即 : 第 1 类 约 束, 有 1 个 约 束 力 ; 第 2 类 约 束, 有 2 个 约 束 力 ; 第 3 类 约 束, 有 3 个 约 束 力 ( 约 束 力 偶 可 当 作 广 义 力 ) 例 8 1 (2010 年 ) 图 8 4 所 示 固 定 铰 支 座 的 4 种 画 法 中, 错 误 的 是 : 提 示 : 固 定 铰 支 座 所 能 约 束 的 位 移 为 水 平 位 移 竖 向 位 移 A B C 正 确,D 错 误 答 案 :D 3

4 图 8 4 例 8 2 图 8 5 所 示 支 承 可 以 简 化 为 下 列 哪 一 种 支 座 形 式? 图 8 5 提 示 : 支 承 所 能 约 束 的 位 移 为 转 动 和 竖 向 位 移 答 案 :A 例 8 3 (2009 年 ) 图 8 6 所 示 结 构 固 定 支 座 犃 处 竖 向 反 力 为 : A 犘 B 2 犘 C 0 D 0.5 犘 提 示 : 犅 处 的 定 向 支 座 只 能 传 递 水 平 力 和 力 偶, 不 能 传 递 竖 向 力 答 案 :C ( 四 ) 力 在 坐 标 轴 上 的 投 影 过 力 矢 犉 的 两 端 犃 犅, 向 坐 标 轴 作 垂 线, 在 坐 标 轴 上 得 到 垂 足 犪 犫, 线 段 犪 犫, 再 冠 之 以 正 负 号, 便 称 为 力 犉 在 坐 标 轴 上 的 投 影 如 图 8 7 中 所 示 的 犡 犢 即 为 力 犉 分 别 在 狓 与 狔 轴 上 的 投 影, 其 值 为 力 犉 的 模 乘 以 力 与 投 影 轴 正 向 间 夹 角 的 余 弦, 即 : 犡 = 狘 犉 狘 cosα (8 2) 犢 = 狘 犉 狘 cosβ= 狘 犉 狘 sinα 若 力 与 任 一 坐 标 轴 狓 平 行, 即 α=0 或 α=180 时 : 图 8 7 图 8 6 犡 = 狘 犉 狘 或 犡 =- 狘 犉 狘 若 力 与 任 一 坐 标 轴 狓 垂 直, 即 α=90 时 : 犡 =0 4

5 合 力 投 影 定 理 平 面 汇 交 力 系 的 合 力 在 某 坐 标 轴 上 的 投 影 等 于 其 各 分 力 在 同 一 坐 标 轴 上 的 投 影 的 代 数 和 犉 x =Σ 犡 犻 犉 y =Σ 犢 犻 (8 3) 例 8 4 (2004 年 ) 平 面 力 系 犘 1 犘 2 汇 交 在 犗 点, 其 合 力 的 水 平 分 力 和 垂 直 分 力 分 别 为 犘 x 犘 y, 如 图 8 8 所 示 试 判 断 以 下 犘 x 犘 y 值 哪 项 正 确? A 犘 x =3 槡 3, 犘 y=1 B 犘 x=3, 犘 y =3 槡 3 C 犘 x=3, 犘 y =-槡 3 D 犘 x =3 槡 3, 犘 y=3 提 示 : 犘 x= 犘 1sin30 + 犘 2sin30 =3 犘 y=- 犘 1cos30 + 犘 2 cos30 =- 槡 3 答 案 :C 例 8 5 (2004 年 ) 图 示 平 面 平 衡 力 系 中, 犘 2 的 正 确 数 值 是 多 少?( 与 图 8 9 中 方 向 相 同 为 正 值, 反 之 为 负 值 ) 图 8 8 图 8 9 A 犘 2=-2 C 犘 2=2 提 示 : Σ 犉 y=- 犘 1-2 犘 2sin30 =0 答 案 :A ( 五 ) 力 矩 及 其 性 质 B 犘 2=-4 D 犘 2=4 犘 2=- 犘 1=-2 1. 力 对 点 之 矩 力 使 物 体 绕 某 支 点 ( 或 矩 心 ) 转 动 的 效 果 可 用 力 对 点 之 矩 度 量 设 力 犉 作 用 于 刚 体 上 的 犃 点, 如 图 8 10 所 示, 用 狉 表 示 空 间 任 意 点 犗 到 犃 点 的 矢 径, 于 是, 力 犉 对 犗 点 的 力 矩 定 义 为 矢 径 狉 与 力 矢 犉 的 矢 量 积, 记 为 犕 O( 犉 ) 即 犕 O( 犉 )= 狉 犉 (8 4) 式 (8 4) 中 点 犗 称 作 力 矩 中 心, 简 称 矩 心 力 犉 使 刚 体 绕 犗 点 转 动 效 果 的 强 弱 取 决 于 :1 力 矩 的 大 小 ;2 力 矩 的 转 向 ;3 力 和 矢 径 所 组 成 平 面 的 方 位 因 此, 力 矩 是 一 个 矢 量, 矢 量 的 模 即 力 矩 的 大 小 为 狘 犕 O( 犉 ) 狘 = 狘 狉 犉 狘 = 狉 犉 sinθ= 犉 犱 (8 5) 矢 量 的 方 向 与 犗 犃 犅 平 面 的 法 线 狀 一 致, 按 右 手 螺 旋 法 则 确 定 力 矩 的 单 位 为 N m 或 kn m 5

6 图 8 10 力 对 点 之 矩 图 8 11 在 平 面 问 题 中, 如 图 8 11 所 示, 力 对 点 之 矩 为 代 数 量, 表 示 为 : 犕 O( 犉 )=± 犉 犱 (8 6) 式 中 犱 为 力 到 矩 心 犗 的 垂 直 距 离, 称 为 力 臂 习 惯 上, 力 使 物 体 绕 矩 心 逆 时 针 转 动 时, 式 (8 6) 取 正 号, 反 之 取 负 号 2. 力 矩 的 性 质 (1) 力 对 点 之 矩, 不 仅 取 决 于 力 的 大 小, 同 时 还 取 决 于 矩 心 的 位 置, 故 不 明 确 矩 心 位 置 的 力 矩 是 无 意 义 的 (2) 力 的 数 值 为 零, 或 力 的 作 用 线 通 过 矩 心 时, 力 矩 为 零 (3) 合 力 矩 定 理 : 合 力 对 一 点 之 矩 等 于 各 分 力 对 同 一 点 之 矩 的 代 数 和, 即 : 犕 O( 犚 )= 犕 O( 犉 1)+ 犕 O( 犉 2)+ + 犕 O( 犉 n)=σ 犕 O( 犉 ) (8 7) 例 8 6 (2011 年 ) 建 筑 立 面 如 图 8 12 ( 犪 ) 所 示, 在 图 示 荷 载 作 用 下 的 基 底 倾 覆 力 矩 为 : A 270kN m/m ( 逆 时 针 ) B 270kN m/m ( 顺 时 针 ) C 210kN m/m ( 逆 时 针 ) D 210kN m/m ( 顺 时 针 ) 提 示 : 考 虑 到 此 建 筑 立 面 纵 深 厚 度 为 1m, 可 以 把 图 ( 犪 ) 中 的 面 荷 载 视 为 线 荷 载 图 8 12 (0.2kN/m) 这 样 其 合 力 犘 等 于 三 角 形 的 面 积 =6kN, 合 力 犘 的 作 用 线 位 于 三 角 形 的 形 心 处, 距 顶 点 为 =20m, 如 图 ( 犫 ) 所 示 对 基 底 的 倾 覆 力 矩 犕 A ( 犘 )= 犘 犺 =6 45=270kN m, 为 逆 时 针 方 向 答 案 :A ( 六 ) 力 偶 力 偶 矩 1. 力 偶 大 小 相 等 方 向 相 反 作 用 线 平 行 但 不 重 合 的 两 个 力 组 成 的 力 系, 称 为 力 偶 用 符 号 ( 犉, 犉 ) 表 示, 如 图 8 13 所 示 图 中 的 犔 平 面 为 力 偶 作 用 平 面, 犱 为 两 力 之 间 的 距 离, 称 为 力 偶 臂 图

7 2. 力 偶 的 性 质 (1) 力 偶 无 合 力, 即 不 能 简 化 为 一 个 力, 或 者 说 不 能 与 一 个 力 等 效 故 力 偶 对 刚 体 只 产 生 转 动 效 应 而 不 产 生 移 动 效 应 (2) 力 偶 对 刚 体 的 转 动 效 应 用 力 偶 矩 度 量 在 空 间 问 题 中, 力 偶 矩 为 矢 量, 其 方 向 由 右 手 定 则 确 定, 如 图 8 13 所 示 在 平 面 问 题 中, 力 偶 矩 为 代 数 量, 表 示 为 : 犿 =± 犉 犱 (8 8) 通 常 取 逆 时 针 转 向 的 力 偶 矩 为 正, 反 之 为 负 (3) 作 用 在 刚 体 上 的 两 个 力 偶, 其 等 效 的 充 分 必 要 条 件 是 此 二 力 偶 的 力 偶 矩 矢 相 等 由 此 性 质 可 得 到 如 下 推 论 : 推 论 Ⅰ 只 要 力 偶 矩 矢 保 持 不 变, 力 偶 可 在 其 作 用 面 内 任 意 移 动 和 转 动, 亦 可 在 其 平 行 平 面 内 移 动, 而 不 改 变 其 对 刚 体 的 作 用 效 果 因 此 力 偶 矩 矢 为 自 由 矢 量 推 论 Ⅱ 只 要 力 偶 矩 矢 保 持 不 变, 力 偶 中 的 两 个 力 及 力 偶 臂 均 可 改 变, 而 不 改 变 其 对 刚 体 的 作 用 效 果 由 力 偶 的 上 述 性 质 可 知, 力 偶 对 刚 体 的 作 用 效 果 取 决 于 力 偶 的 三 要 素, 即 力 偶 矩 的 大 小 力 偶 作 用 平 面 的 方 位 及 力 偶 在 其 作 用 面 内 的 转 向 图 8 14( 犪 ) ( 犫 ) 表 示 的 为 同 一 个 力 偶, 其 力 偶 矩 为 犿 = 犉 犱 图 8 14 在 平 面 力 系 中, 力 偶 对 平 面 内 任 一 点 的 力 偶 矩 都 相 同, 与 点 的 位 置 无 关 ( 七 ) 力 的 平 移 定 理 显 然, 力 可 沿 作 用 线 移 动, 而 不 改 变 其 对 刚 体 的 作 用 效 果, 现 在 要 来 研 究 如 何 将 力 的 作 用 线 进 行 平 移 如 图 8 15 所 示, 在 犅 点 加 一 对 与 力 犉 等 值 平 行 的 平 衡 力, 并 使 犉 = 犉 =- 犉, 其 中 犉 与 犉 构 成 一 力 偶, 称 为 附 加 力 偶, 其 力 偶 矩 犿 = 犉 犱 = 犿 B( 犉 ) 这 样, 作 用 于 犃 点 的 力 犉 与 作 用 于 犅 点 的 力 犉 和 一 个 力 偶 矩 为 犿 的 附 加 力 偶 等 效 由 此 得 出 结 论 : 作 用 于 刚 体 上 的 力 犉 可 平 移 至 体 内 任 一 指 定 点, 但 同 时 必 须 附 加 一 力 偶, 其 力 偶 矩 等 于 原 力 犉 对 于 新 作 用 点 犅 之 矩 这 就 是 力 的 平 移 定 理 图

8 力 的 平 移 定 理 在 力 系 的 简 化 和 工 程 计 算 中 有 广 泛 的 应 用 例 8 7 图 8 16 所 示 为 工 业 厂 房 中 常 见 的 牛 腿 柱 偏 心 压 力 犘 可 以 平 行 移 动 到 牛 腿 柱 的 轴 线 上, 成 为 一 个 轴 向 压 力 犘 和 一 个 力 偶 犿 = 犘 犲, 牛 腿 柱 的 计 算 可 简 化 为 轴 向 压 缩 和 弯 曲 的 组 合 变 形 利 用 力 的 平 移 定 理 可 以 把 任 意 力 系 简 化 为 一 个 主 矢 犉 R 和 一 个 主 矩 犕 O 的 简 化 结 果 二 静 力 学 基 本 方 法 口 诀 取, 画, 列 图 8 16 ( 一 ) 选 取 适 当 的 研 究 对 象 可 以 选 取 整 体, 也 可 獉 以 选 取 某 一 部 分 选 取 的 原 则 是 能 够 通 过 已 知 力 求 得 未 知 力 ( 二 ) 画 出 研 究 对 象 的 受 力 图 一 般 先 画 已 知 的 主 动 力, 后 画 未 知 的 约 束 反 力 约 束 獉 反 力 的 方 向 永 远 与 主 动 力 的 运 动 趋 势 相 反 只 画 研 究 对 象 的 外 力, 不 画 其 内 力 作 用 力 与 反 作 用 力 大 小 相 等 方 向 相 反, 作 用 在 一 条 直 线 上, 作 用 在 两 个 物 体 上 ( 三 ) 列 出 平 衡 方 程 求 未 知 力 獉 根 据 平 衡 条 件 犉 R=0, 犕 O=0, 可 得 平 面 任 意 力 系 和 平 面 特 殊 力 系 的 几 种 不 同 形 式 的 平 衡 方 程 ( 表 8 2) 平 面 力 系 的 平 衡 方 程 表 8 2 力 ( 偶 ) 系 平 面 任 意 力 系 平 面 汇 交 力 系 平 面 平 行 力 系 ( 取 狔 轴 与 各 力 作 用 线 平 行 ) 平 面 力 偶 系 平 衡 条 件 主 矢 主 矩 同 时 为 零 犉 R=0, 犕 O=0 合 力 为 零 犉 R=0 主 矢 主 矩 同 时 为 零 犉 R=0 犕 O=0 合 力 偶 矩 为 零 犕 =0 基 本 形 式 平 衡 方 程 Σ 犉 x=0 Σ 犉 y=0 Σ 犿 O( 犉 )=0 Σ 犉 x=0 Σ 犉 y=0 Σ 犉 y=0 Σ 犿 O( 犉 )=0 Σ 犿 =0 二 力 矩 形 式 平 衡 方 程 Σ 犉 x=0( 或 Σ 犉 y=0) Σ 犿 A( 犉 )=0 Σ 犿 B( 犉 )=0 犃 犅 两 点 连 线 不 垂 直 于 狓 轴 ( 或 狔 轴 ) Σ 犿 A( 犉 )=0 Σ 犿 B( 犉 )=0 犃 犅 两 点 与 力 系 的 汇 交 点 不 在 同 一 直 线 上 Σ 犿 A( 犉 )=0 Σ 犿 B( 犉 )=0 犃 犅 两 点 连 线 不 与 各 力 平 行 无 三 力 矩 形 式 平 衡 方 程 Σ 犿 A( 犉 )=0 Σ 犿 B( 犉 )=0 Σ 犿 C( 犉 )=0 犃 犅 犆 三 点 不 在 同 一 直 线 上 无 无 无 注 意 重 点 掌 握 平 面 力 系 基 本 形 式 平 衡 方 程 的 本 质, 就 是 要 使 物 体 保 持 静 止 不 动 : Σ 犉 x=0: 水 平 方 向 合 力 为 零, 向 左 力 = 向 右 力 ; Σ 犉 y=0: 铅 垂 方 向 合 力 为 零, 向 上 力 = 向 下 力 ; ΣΜO( 犉 )=0: 对 任 选 点 犗 合 力 矩 为 零, 顺 时 针 力 矩 = 逆 时 针 力 矩 8

9 掌 握 了 这 个 本 质, 就 可 以 融 会 贯 通, 灵 活 运 用 例 8 8 两 圆 管 重 量 分 别 为 12kN 和 4kN, 放 在 支 架 犃 犅 犆 上 图 8 17( 犪 ) 所 示 位 置 试 判 断 犅 犆 杆 内 力 为 何 值? 图 8 17 A 20 槡 3kN B 10kN C 10 槡 3kN D 20kN 提 示 : 取 犃 犅 为 研 究 对 象, 画 犃 犅 杆 受 力 图 如 图 8 17( 犫 ) 所 示, 对 支 点 犃 取 力 矩 犛 =20kN 答 案 :D 注 意 在 应 用 力 矩 方 程 时, 选 未 知 力 的 交 点 ( 往 往 是 支 点 ) 为 矩 心, 计 算 是 最 简 单 最 方 便 的 静 力 学 创 始 人 阿 基 米 德 的 名 言 : 给 我 一 个 支 点, 我 可 以 撬 起 地 球 他 讲 的 就 是 杠 杆 原 理, 也 就 是 力 矩 方 程, 这 是 静 力 学 的 精 华 所 在 例 8 9 节 点 法 解 简 单 桁 架, 如 图 8 18( 犪 ) 所 示 桁 架 特 点 : (1) 荷 载 作 用 于 节 点 ( 铰 链 ) 处 (2) 各 杆 自 重 不 计, 是 二 力 杆 ( 受 拉 或 受 压 ) 节 点 法 : 以 节 点 为 研 究 对 象, 由 已 知 力 依 次 求 出 各 未 知 力 注 意 : 所 选 节 点, 其 未 知 力 不 能 超 过 两 个 在 画 节 点 的 受 力 图 和 杆 的 受 力 图 中, 既 要 考 虑 节 点 的 平 衡, 又 要 考 虑 杆 的 平 衡 在 桁 架 中, 杆 和 节 点 之 间 的 作 用 力 和 反 作 用 力, 如 果 一 个 是 拉 力, 另 一 个 Σ 犕 A=0: 犛 0.5= 图

10 也 是 拉 力 ; 如 果 一 个 是 压 力, 另 一 个 也 是 压 力 见 图 8 18( 犫 ) 节 点 A: 求 出 : 见 图 8 18( 犮 ) 节 点 B: 见 图 8 18( 犱 ) 节 点 C: 烄 Σ 犡 =0: 犜 2- 犜 1cosα=0 烅 烆 Σ 犢 =0: 犜 1sinα- 犘 =0 犘 犜 1= sinα, 犜 2= 犘 cotα 烄 犜 4= 犜 2= 犘 cotα 烅 烆 犜 3=犘 烄 犜 1cosα= 犜 5cosα+ 犜 6cosα 烅 犜 6sinα= 犜 5sinα+ 犜 1sinα+ 犜 烆 3 求 出 : 犜 6= 3 犘 2sinα, 犘 犜 5=- 2sinα ( 与 所 设 方 向 相 反 ) 图 8 19 例 8 10 截 面 法 求 指 定 杆 所 受 的 力 : 不 需 逐 一 求 所 有 的 杆 已 知 : 犘 =1200N, 犉 =400N, 犪 =4m, 犫 =3m 求 杆 所 受 的 力 (1) 取 整 体 平 衡, 求 支 反 力, 如 图 8 19( 犪 ) 所 示 Σ 犿 A=0: - 犘 2 犪 - 犉 犫 + 犢 B 3 犪 =0 犢 B= 2 犘 犪 + 犉 犫 =900N 3 犪 Σ 犡 =0: 犡 A= 犉 =400N Σ 犢 =0: 犢 A+ 犢 B- 犘 =0 选 取 一 部 分 作 为 研 究 对 象, 如 图 8 19( 犫 ) 所 示, 求 犛 1, 犛 2, 犛 3 10 犢 A= 犘 - 犢 B=300N (2) 假 想 一 适 当 截 面, 把 桁 架 截 开 成 两 部 分, Σ 犿 D=0: 犛 1 犫 - 犡 A 犫 - 犢 A 犪 =0 犡 A 犫 + 犢 A 犪 犛 1= =800N ( 拉 力 ) 犫

11 Σ 犢 =0: 犢 A- 犛 2 sinα=0 3 ( ) 犢 A 犛 2= sinα =500N ( 拉 力 ) sinα= Σ 犿 G=0: 5 - 犛 3 犫 - 犢 A 2 犪 =0 犛 3=- 2 犪 犢 A =-800N ( 压 力 ) 犫 (3) 最 后 再 用 节 点 法 求 犛 4: 取 节 点 犌, 如 图 8 19( 犮 ) 所 示 注 意 零 杆 的 判 断 Σ 犢 =0: 犛 4+ 犛 2sinα- 犘 =0 犛 4= 犘 - 犛 2sinα=900N ( 拉 力 ) 在 桁 架 的 计 算 中, 有 时 会 遇 到 某 些 杆 件 内 力 为 零 的 情 况 这 些 内 力 为 零 的 杆 件 称 为 零 杆 出 现 零 杆 的 情 况 可 归 结 如 下 : (1) 两 杆 节 点 犃 上 无 荷 载 作 用 时 [ 图 8 20( 犪 )], 则 该 两 杆 的 内 力 都 等 于 零, 犖 1= 犖 2=0; (2) 三 杆 节 点 犅 上 无 荷 载 作 用 时 [ 图 8 20( 犫 )], 如 果 其 中 有 两 杆 在 一 直 线 上, 则 另 一 杆 必 为 零 杆, 犖 3=0 上 述 结 论 都 不 难 由 节 点 平 衡 条 件 得 以 证 实, 在 分 析 桁 架 时, 可 先 利 用 它 们 判 断 出 零 杆, 以 简 化 计 算 设 以 代 表 受 拉 杆, 代 表 受 压 杆, 代 表 零 杆, 则 下 图 所 示 桁 架 在 图 示 荷 载 作 用 下 内 力 符 号 如 图 8 21 所 示 图 8 20 图 8 21 注 意 四 杆 节 点 的 受 力 特 点 四 杆 节 点 无 荷 载 作 用 时, 要 注 意 以 下 两 种 情 况 : (1) X 形 节 点 犆 [ 图 8 22 ( 犪 )], 其 中 犖 1= 犖 2 ( 受 拉 或 受 压 ), 犖 3= 犖 4 ( 受 拉 或 受 压 ) (2) K 形 节 点 犇 [ 图 8 22 ( 犫 )], 其 中 犖 1=- 犖 2, 属 于 反 对 称 的 受 力 特 点 图

12 例 8 11 (2010 年 ) 图 8 23 所 示 桁 架 在 竖 向 外 力 犘 作 用 下 的 零 杆 根 数 为 : A 1 根 B 3 根 C 5 根 D 7 根 提 示 : 图 示 结 构 为 对 称 结 构 受 对 称 荷 载 作 用, 在 对 称 图 8 23 轴 上 反 对 称 内 力 应 该 为 零 由 零 杆 判 别 法 可 知, 三 根 竖 杆 为 零 杆 三 根 竖 杆 去 掉 后, 犃 点 成 为 K 形 节 点, 属 于 反 对 称 的 受 力 特 点, 故 通 过 犃 点 的 二 根 斜 杆 内 力 也 是 零 答 案 :C 例 8 12 (2010 年 ) 图 8 24 ( 犪 ) 所 示 结 构 固 定 支 座 犃 的 竖 向 反 力 为 : 图 8 24 A 30kN B 20kN C 15kN D 0kN 提 示 : 这 是 一 个 物 体 系 统 的 平 衡 问 题 首 先, 根 据 零 件 判 别 法, 由 犅 点 的 受 力 分 析 可 知 犅 犆 杆 为 零 杆, 可 以 把 犅 犆 杆 撤 去 以 简 化 计 算 然 后, 取 犆 犇 犈 杆 为 研 究 对 象, 画 出 杆 犆 犇 犈 的 受 力 图, 如 图 8 24 ( 犫 ) 所 示 由 Σ 犕 D=0, 可 得 : 犉 C 4=15 8 犉 C=30kN 再 取 犃 犆 杆, 画 犃 犆 杆 受 力 图, 如 图 8 24 ( 犮 ) 所 示, 由 Σ 犉 Y=0: 犉 A= 犉 C=30kN 答 案 :A 第 二 节 静 定 梁 的 受 力 分 析 剪 力 图 与 弯 矩 图 12 单 跨 静 定 梁 分 为 悬 臂 梁 简 支 梁 外 伸 梁 三 种 形 式 例 8 13 见 图 8 25 ( 犪 ) 所 示 烄 Σ 犿 A=0: 犢 B 犔 = 犘 2 犔 得 犢 B= 2 犘 3 3 烅 Σ 犿 B=0: 犢 A 犔 = 犘 犔 得 犘 犢 A= 3 3 烆 Σ 犡 =0: 犡 A=0 检 验 :Σ 犢 = 犢 A+ 犢 B- 犘 =0 一 截 面 法 求 指 定 狓 截 面 剪 力 犞, 弯 矩 犕 (1) 截 开 : 如 图 8 25 ( 犫 ) 所 示 ;

13 (2) 取 左 ( 或 右 ) 为 研 究 对 象 ; (3) 画 左 ( 或 右 ) 的 受 力 图 ; (4) 列 左 ( 或 右 ) 的 平 衡 方 程 Σ 犢 =0: 犞 = 犢 A Σ 犕 O=0: 犕 = 犢 A 狓 注 意 犞 犕 方 向 按 正 向 假 设 画 出 剪 力 与 弯 矩 + - 号 规 定 : 如 图 8 25 ( 犮 ) 所 示 剪 力 犞 : 顺 时 针 为 正, 反 之 为 负 弯 矩 犕 : 如 图 向 上 弯 为 正, 反 之 为 负 上 题 中, 如 犔 犡 = 时 : 3 则 犘 犞 = 犢 A= 3 犔 犕 = 犢 A 3 = 犘 犔 9 从 左 从 右 计 算 结 果 相 同 例 8 14 犞 C 左, 犕 C 左, 犞 C 右, 犕 C 右 外 伸 梁 如 图 8 26( 犪 ) 所 示, 求 Σ 犕 A=0: 狇 犪 2 + 狇 犪 3 犪 = 犢 B 2 犪 + 狇 犪 犪 2 犢 B= 7 4 狇 犪 图 8 25 Σ 犕 B=0: 犢 A 2 犪 + 狇 犪 2 + 狇 犪 犪 = 狇 犪 5 犪 2 犢 A= 1 狇 犪 4 检 验 : Σ 犢 = 犢 A+ 犢 B- 狇 犪 - 狇 犪 =0 如 图 8 26( 犫 ) 所 示 : Σ 犢 =0: 1 4 狇 犪 = 犞 C 左 + 狇 犪 犞 C 左 = 1 狇 犪 - 狇 犪 =- 3 狇 犪 (8 9) 4 4 Σ 犕 O=0: 犕 C 左 + 狇 犪 3 犪 = 1 狇 犪 犪 2 4 犕 C 左 = 1 狇 犪 犪 - 3 狇 犪 2 =- 5 2 狇 犪 图 8 26 (8 10) 13

14 如 图 8 26( 犮 ) 所 示 : Σ 犢 =0: 犞 C 右 狇 犪 = 狇 犪 犞 C 右 = 狇 犪 - 7 狇 犪 =- 3 狇 犪 (8 11) 4 4 Σ 犕 O=0: 犕 C 右 + 狇 犪 2 犪 = 7 4 狇 犪 犪 犕 C 右 = 7 狇 犪 犪 - 狇 犪 2 犪 =- 1 2 狇 犪 (8 12) 4 4 由 式 (8 9), 式 (8 10), 式 (8 11), 式 (8 12) 可 以 看 出 以 下 求 剪 力 和 弯 矩 的 规 律 二 直 接 法 求 犞 犕 : 剪 力 犞 = 截 面 一 侧 ( 左 侧 或 右 侧 ) 所 有 竖 向 外 力 的 代 数 和, 弯 矩 犕 = 截 面 一 侧 ( 左 侧 或 右 侧 ) 所 有 外 力 对 截 面 形 心 犗 力 矩 的 代 数 和 式 中 各 项 的 + - 号 : 如 图 8 27 所 示 为 + 反 之 为 - 图 8 27 剪 力 图 与 弯 矩 图 : 根 据 剪 力 方 程 犞 = 犞 ( 狓 ), 弯 矩 方 程 犕 = 犕 ( 狓 ) 画 出 在 图 8 28 中 列 出 了 几 种 常 用 的 剪 力 图 和 弯 矩 图 14 图 8 28

15 狇 ( 狓 ), 犞 ( 狓 ), 犕 ( 狓 ) 的 微 分 关 系 : d 犞 = 狇 ( 狓 ), d 犕 = 犞 ( 狓 ), d2 犕 2 = 狇 ( 狓 ) 根 据 微 分 关 d 狓 d 狓 d 狓 系 可 以 得 到 荷 载 图 剪 力 图 弯 矩 图 之 间 的 规 律, 如 图 8 29 所 示 图 8 29 从 图 8 28 图 8 29 可 以 看 出 不 同 荷 载 情 况 下 梁 式 直 杆 的 内 力 图 的 形 状 特 征 如 下 : 口 诀 : 零 平 斜 ; 平 斜 抛 (1) 无 荷 载 区 段 : 犞 图 为 平 直 线, 犕 图 为 斜 直 线 ; 当 犞 为 正 时, 犕 图 线 相 对 于 基 线 为 顺 时 针 转 ( 锐 角 方 向 ), 当 犞 为 负 时, 为 逆 时 针 转, 当 犞 =0 时, 犕 图 为 平 直 线 (2) 均 布 荷 载 区 段 : 犞 图 为 斜 直 线, 犕 图 为 二 次 抛 物 线, 抛 物 线 的 凸 出 方 向 与 荷 载 指 向 一 致, 犞 =0 处 犕 有 极 值 (3) 集 中 荷 载 作 用 处 : 犞 图 有 突 变, 突 变 值 等 于 该 集 中 荷 载 值, 犕 图 为 一 尖 角, 尖 角 方 向 与 荷 载 指 向 一 致 ; 若 犞 发 生 变 化, 则 犕 有 极 值 (4) 集 中 力 偶 作 用 处 : 犕 图 有 突 变, 突 变 值 等 于 该 集 中 力 偶 值, 犞 图 无 变 化 (5) 铰 节 点 一 侧 截 面 上 : 若 无 集 中 力 偶 作 用, 则 弯 矩 等 于 零 ; 若 有 集 中 力 偶 作 用, 则 弯 矩 等 于 该 集 中 力 偶 值 (6) 自 由 端 截 面 上 : 若 无 集 中 力 ( 力 偶 ) 作 用, 则 剪 力 ( 弯 矩 ) 等 于 零 ; 若 有 集 中 力 ( 力 偶 ) 作 用, 则 剪 力 ( 弯 矩 ) 值 等 于 该 集 中 力 ( 力 偶 ) 值 内 力 图 的 上 述 特 征 适 用 于 梁 刚 架 组 合 结 构 等 各 类 结 构 的 梁 式 直 杆, 并 且 与 结 构 是 静 定 还 是 超 静 定 无 关 三 快 速 作 图 法 ( 简 易 作 图 法 ) 快 速 作 图 法 又 称 简 易 作 图 法, 如 图 8 30 图 8 31 所 示, 其 步 骤 如 下 : (1) 求 支 反 力, 并 校 核 ; (2) 根 据 外 力 不 连 续 点 分 段 ; (3) 确 定 各 段 犞 犕 图 的 大 致 形 状 ; (4) 由 直 接 法 求 分 段 点 极 值 点 的 犞 犕 值 例 8 15 如 图 8 30 所 示 例 8 16 如 图 8 31 所 示 取 整 体 : Σ 犕 A=0: 犉 B 8+40=20 2+ (10 4) 6 犉 B=30kN 15

16 Σ 犢 =0: 犉 A+ 犉 B= 犉 A=30kN 图 8 30 图 8 31 直 接 法 ( 截 面 法 ): 犞 1=30-20=10kN 犞 2= =10kN 犕 1= =80kN m 犕 2=30 4- (10 4) 2=40kN m 犞 ( 狓 )=10 狓 -30=0, 狓 =3m 犕 ( 狓 )= =45kN m 四 叠 加 法 作 弯 矩 图 梁 上 同 时 作 用 几 个 荷 载 时 所 产 生 的 弯 矩 等 于 各 荷 载 单 独 作 用 时 的 弯 矩 的 代 数 和 如 图 8 32~ 图 8 34 所 示 例 8 17 如 图 8 32 所 示 图

17 例 8 18 如 图 8 33 所 示 图 8 33 例 8 19 如 图 8 34 所 示 图 8 34 本 例 中 求 犅 犆 段 弯 矩 图 的 方 法 称 为 区 段 叠 加 法, 可 推 广 到 求 任 一 杆 段 的 弯 矩 图 : 獉 獉 獉 獉 獉 (1) 先 求 出 杆 段 两 端 的 弯 矩 值, 画 出 杆 段 在 杆 端 弯 矩 作 用 下 对 应 的 直 线 图 形 (2) 再 叠 加 上 将 杆 段 视 为 简 支 梁 在 杆 段 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 图, 就 可 以 了 叠 加 时 注 意 獉 獉 獉 獉 獉 应 是 对 应 点 处 弯 矩 值 代 数 相 加,( 参 见 例 8 16) 第 三 节 静 定 结 构 的 受 力 分 析 剪 力 图 与 弯 矩 图 静 定 结 构 包 括 静 定 桁 架 静 定 梁 多 跨 静 定 梁 静 定 刚 架 三 铰 刚 架 三 铰 拱 等 一 多 跨 静 定 梁 多 跨 静 定 梁 是 由 若 干 根 梁 用 铰 相 连, 并 与 基 础 用 若 干 个 支 座 连 接 而 成 的 静 定 结 构 例 如 图 8 35 中 的 多 跨 静 定 梁, 犃 犅 部 分 ( 在 竖 向 荷 载 作 用 下 ) 不 依 赖 于 其 他 部 分 的 存 在 就 能 17

18 独 立 维 持 其 自 身 的 平 衡, 故 称 为 基 本 部 分 ; 犅 犆 部 分 则 必 须 依 赖 于 基 本 部 分 才 能 维 持 其 自 身 的 平 衡, 故 称 为 附 属 部 分 受 力 分 析 时 要 从 中 间 铰 链 处 断 开, 首 先 分 析 比 较 简 单 的 附 属 部 分, 然 后 分 别 按 单 跨 静 定 梁 处 理 如 图 8 35~ 图 8 38 所 示 图 8 35 图 8 36 图 8 37 图 8 38 二 静 定 刚 架 静 定 平 面 刚 架 的 常 见 形 式 有 悬 臂 刚 架 简 支 刚 架 外 伸 刚 架, 它 们 是 由 单 片 刚 接 杆 件 与 基 础 直 接 相 连, 各 有 三 个 支 座 反 力 弯 矩 犕 画 在 受 拉 一 侧, 剪 力 犞 轴 力 犖 要 标 明 + - 号 实 际 上, 如 果 观 察 者 站 在 刚 架 内 侧, 把 正 弯 矩 画 在 刚 架 内 侧, 把 负 弯 矩 画 在 刚 架 外 侧, 那 么 与 弯 矩 画 在 受 拉 一 侧 是 完 全 一 致 的 如 图 8 39 图 8 40 所 示 校 核 : 利 用 刚 节 点 犆 的 平 衡 18

19 三 三 铰 刚 架 图 8 39 图 8 40 三 铰 刚 架 由 两 片 刚 接 杆 件 与 基 础 之 间 通 过 三 个 铰 两 两 铰 接 而 成, 有 4 个 支 座 反 力 ( 图 8 41) 三 铰 刚 架 的 一 个 重 要 受 力 特 性 是 在 竖 向 荷 载 作 用 下 会 产 生 水 平 反 力 ( 即 推 力 ) 多 跨 ( 或 多 层 ) 静 定 刚 架 则 与 多 跨 静 定 梁 类 似, 其 各 部 分 可 以 分 为 基 本 部 分 [ 如 图 8 42( 犪 ) 中 的 犃 犆 犇 部 分 ] 和 附 属 部 分 [ 如 图 8 42( 犪 ) 中 的 犅 犆 部 分 ] 如 图 8 43( 犪 ) 所 示 的 三 铰 刚 架, 可 先 取 整 体 研 究 平 衡 : Σ 犿 A=0: 犢 B 2 犪 = 狇 犪 3 犪, 犢 B= 3 狇 犪 2 4 Σ 犿 B=0: 犢 A 2 犪 = 狇 犪 犪 2, 狇 犪 犢 A= 4 再 取 犃 犆 平 衡 : 19

20 图 8 41 图 8 42 图 狇 犪 Σ 犿 C=0: 犡 A 犪 = 犢 A 犪. 犡 A= 犢 A= 4 狇 犪 Σ 犡 =0: 犡 C= 犡 A= 4 狇 犪 Σ 犢 =0: 犢 C= 犢 A= 4

21 最 后 取 犅 犆, 平 衡 : 狇 犪 犡 B= 犡 C= 4, 令 犞 ( 狇 犪 狓 )= 4 - 狇 狓 =0, 得 犪 狓 = 4 四 三 铰 拱 犕 ( 狇 犪 犪 狓 )= 狇 2 2 犪 ( ) 4 2 狇 犪 = 32 三 铰 拱 是 一 种 静 定 的 拱 式 结 构, 它 由 两 片 曲 杆 与 基 础 间 通 过 三 个 铰 两 两 铰 接 而 成, 与 三 铰 刚 架 的 组 成 方 式 类 似, 都 属 于 推 力 结 构 拱 结 构 与 梁 结 构 的 区 别, 不 仅 在 于 外 形 不 同, 更 重 要 的 还 在 于 在 竖 向 荷 载 作 用 下 是 否 产 生 水 平 推 力 为 避 免 产 生 水 平 推 力, 有 时 在 三 铰 拱 的 两 个 拱 脚 间 设 置 拉 杆 来 消 除 支 座 所 承 受 的 推 力, 这 就 是 所 谓 的 带 拉 杆 的 三 铰 拱 如 图 8 44( 犪 ) 所 示 三 铰 拱 的 水 平 推 力 犉 x 等 0 于 相 应 简 支 梁 [ 图 8 44( 犮 )] 上 与 拱 的 中 间 铰 位 置 相 对 应 的 截 面 犆 的 弯 矩 犕 C 除 以 拱 高 犳, 犕 0 C 即 犉 x= 拱 的 合 理 轴 线, 可 以 在 给 定 荷 载 作 用 下, 使 拱 上 各 截 面 只 承 受 轴 力, 而 弯 矩 犳 为 零 图 8 44 五 应 力 惯 性 矩 极 惯 性 矩 截 面 模 量 和 面 积 矩 的 概 念 应 力 是 横 截 面 上 内 力 分 布 的 集 度, 数 值 上 等 于 单 位 面 积 上 的 内 力 应 力 的 单 位 与 压 强 相 同, 量 纲 是 Pa,1Pa=1N/m 2,1kPa=10 3 Pa,1MPa=10 6 Pa=1N/mm 2,1GPa= 10 9 Pa 正 应 力 σ 是 与 横 截 面 垂 直 ( 正 交 ) 的 应 力 分 量, 剪 应 力 τ 是 与 横 截 面 相 切 的 应 力 分 量 惯 性 矩 极 惯 性 矩 截 面 模 量 和 面 积 矩 都 是 只 与 截 面 的 形 状 与 尺 寸 有 关 的 截 面 图 形 的 几 何 性 质, 参 见 图 8 45, 图 中 犃 为 截 面 面 积 惯 性 矩 犐 z = 狔 2 d 犃, 犐 y = 狕 2 d 犃 (8 13) A A 极 惯 性 矩 犐 P = A ρ2 d 犃 = 犐 z+ 犐 y (8 14) 21

22 抗 弯 截 面 模 量 犠 z = 犐 z 狔 max 抗 扭 截 面 模 量 犠 P = 犐 P ρ max (8 15) (8 16) 面 积 矩 犛 z = A 狔 d 犃 = 犃 狔 c = 犃 1 狔 1+ 犃 2 狔 2+ 犃 3 狔 3+ (8 17) 图 惯 性 矩 的 平 行 移 轴 公 式 犐 z= 犐 zc+ 犪 犃 (8 18) 其 中 狕 c 为 形 心 轴, 犪 为 两 平 行 轴 狕 轴 与 狕 轴 之 间 的 距 离 c 六 杆 的 四 种 基 本 变 形 一 览 表 ( 表 8 3) 杆 的 四 种 基 本 变 形 一 览 表 类 型 轴 向 拉 伸 ( 压 缩 ) 剪 切 扭 转 平 面 弯 曲 表 8 3 外 力 特 点 横 截 面 内 力 轴 力 犖 等 于 截 面 一 侧 所 有 轴 向 外 力 代 数 和 剪 力 犞 等 于 犘 扭 矩 犜 等 于 截 面 一 侧 对 狓 轴 外 力 偶 矩 代 数 和 弯 矩 犕 等 于 截 面 一 侧 外 力 对 截 面 形 心 力 矩 代 数 和 剪 力 犞 等 于 截 面 一 侧 所 有 竖 向 外 力 代 数 和 应 力 分 布 情 况 均 布 假 设 均 布 线 性 分 布 线 性 分 布 抛 物 线 分 布 应 力 公 式 犖 σ= 犃 犞 τ= 犃 s 犘 bs σbs= 犃 bs 犜 τ ρ = 犐 ρ p 犕 σ= 狔 犐 z 犞 犛 z τ= 犫 犐 z 强 度 条 件 犖 max σmax= [σ] 犃 犞 τ= 犃 [τ] s 犘 bs σbs= 犃 [σbs] bs 犜 max τmax= 犠 [τ] P 犕 max σmax= 犠 [σ] z 犞 max 犛 zmax τmax= 犫 犐 狕 [τ] 矩 形 τmax= 3 犞 max 2 犃 22

23 续 表 类 型 轴 向 拉 伸 ( 压 缩 ) 剪 切 扭 转 平 面 弯 曲 变 形 犖 犾 Δ 犾 = 犈 犃 犜 犾 = 犌 犐 P 犳 c= 5 狇 犾 犈 犐 3 狇 犾 θa= 24 犈 犐 刚 度 条 件 犜 θmax= 犌 犐 [θ] P 犳 max 犳 犾 [ 犾 ] θmax [θ] 其 中 矩 形 截 面 如 图 8 46( 犪 ) 所 示 : 3 犫 犺 犐 z= 12 2 犫 犺 犠 z= 犺 犫 犺 犫 犐 y= 犠 12 y= 6 ( 抗 弯 ) (8 19) 圆 形 截 面 如 图 8 46 ( 犫 ) 所 示 : 犐 z= 犐 y= π 4 犇 64 犠 z= 犠 y= π 32 犇 3 ( 抗 弯 ) (8 20) 犐 P= π 4 犇 32 犠 P= π 16 犇 3 ( 抗 扭 ) (8 21) 空 心 圆 截 面 如 图 8 46 ( 犮 ) 所 示, 设 犱 α= 犇 犐 z= 犐 y= π 犇 4 (1-α 4 ) 犠 z= 犠 64 y= π 犇 3 (1-α 4 ) ( 抗 弯 ) 32 图 8 46 (8 22) 犐 P= π 犇 4 (1-α 4 ) 犠 P= π 犇 3 (1-α 4 ) ( 抗 扭 ) (8 23) 表 中 犈 为 材 料 拉 压 弹 性 模 量, 犃 为 横 截 面 面 积, 犌 为 材 料 剪 变 模 量 犈 犃 为 杆 件 的 抗 拉 刚 度, 犌 犐 P 为 杆 件 的 抗 扭 刚 度, 犈 犐 为 杆 件 的 抗 弯 刚 度 七 静 定 结 构 的 基 本 特 征 在 几 何 组 成 方 面, 静 定 结 构 是 没 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 在 静 力 学 方 面, 静 定 结 构 的 全 部 反 力 和 内 力 均 可 由 静 力 平 衡 条 件 确 定 其 反 力 和 内 力 只 与 荷 载 以 及 结 构 獉 獉 的 几 何 形 状 和 尺 寸 有 关, 而 与 构 件 所 用 材 料 及 其 截 面 形 状 和 尺 寸 无 关, 与 各 杆 间 的 刚 度 比 无 关 由 于 静 定 结 构 不 存 在 多 余 约 束, 因 此 可 能 发 生 的 支 座 位 移 温 度 改 变 或 制 造 误 差 会 导 致 结 构 产 生 位 移, 而 不 会 产 生 反 力 和 内 力 常 用 的 几 类 静 定 结 构 的 内 力 特 点 : (1) 梁 梁 为 受 弯 构 件, 由 于 其 截 面 上 的 应 力 分 布 不 均 匀, 故 材 料 的 效 用 得 不 到 充 分 发 挥 简 支 梁 一 般 多 用 于 小 跨 度 的 情 况 在 同 样 跨 度 并 承 受 同 样 均 布 荷 载 的 情 况 下, 悬 臂 23

24 梁 的 最 大 弯 矩 值 和 最 大 挠 度 值 都 远 大 于 简 支 梁, 故 悬 臂 梁 一 般 只 宜 作 跨 度 很 小 的 阳 台 雨 篷 挑 廊 等 承 重 结 构 (2) 桁 架 在 理 想 的 情 况 下, 桁 架 各 杆 只 产 生 轴 力, 其 截 面 上 的 应 力 分 布 均 匀 且 能 同 时 达 到 极 限 值, 故 材 料 效 用 能 得 到 充 分 发 挥, 与 梁 相 比 它 能 跨 越 较 大 的 跨 度 (3) 三 铰 拱 三 铰 拱 也 是 受 弯 结 构, 由 于 有 水 平 推 力, 所 以 拱 的 截 面 弯 矩 比 相 应 简 支 梁 的 弯 矩 要 小, 利 用 空 间 也 比 简 支 梁 优 越, 常 用 作 屋 面 承 重 结 构 ( 图 8 44) (4) 三 铰 刚 架 内 力 特 点 与 三 铰 拱 类 似, 且 具 有 较 大 的 空 间, 多 用 于 屋 面 的 承 重 结 构 第 四 节 图 乘 法 求 位 移 结 构 在 荷 载 或 其 他 一 些 因 素 ( 如 温 度 改 变 支 座 移 动 材 料 收 缩 制 造 误 差 等 ) 的 作 用 下 会 产 生 变 形 和 位 移 结 构 位 移 计 算 的 常 用 方 法 是 单 位 荷 载 法, 它 是 基 于 变 形 体 系 的 虚 功 原 理 建 立 的 利 用 虚 功 原 理 计 算 结 构 的 位 移, 首 先 要 虚 设 一 个 单 位 力 状 态, 即 在 原 结 构 所 求 位 移 处 沿 位 移 方 向 虚 设 一 个 与 所 求 位 移 对 应 的 单 位 力 这 样, 力 状 态 的 外 力 ( 包 括 单 位 力 及 所 引 起 的 支 座 反 力 ) 在 实 际 状 态 的 位 移 上 所 做 的 虚 功, 就 等 于 力 状 态 的 内 力 在 实 际 位 移 状 态 的 变 形 上 所 做 的 虚 功 ( 或 称 虚 变 形 能 ), 即 : 或 1 Δ+Σ 犚 犮 =Σ 犖 d 狌 +Σ 犕 dφ+σ 犙 d 狏 Δ=Σ 犖 d 狌 +Σ 犕 dφ+σ 犙 d 狏 -Σ 犚 犮 式 中 Δ 为 所 求 位 移 ; 犚 和 犖 犕 犙 分 别 为 虚 拟 力 状 态 中 的 支 座 反 力 轴 力 弯 矩 和 剪 力, 犮 为 实 际 状 态 的 支 座 位 移 对 于 梁 和 刚 架 结 构, 荷 载 作 用 下 杆 件 的 剪 切 和 轴 向 变 形 对 位 移 的 贡 献 一 般 较 小, 可 以 忽 略 这 样 梁 和 刚 架 在 荷 载 作 用 下 的 位 移 计 算 公 式 可 以 简 化 为 ( 因 梁 截 面 的 弯 曲 变 形 为 犕 dφ= d 狓 ) 犈 犐 犕 犕 P Δ=Σ d 狓 (8 24) 犈 犐 利 用 上 式 计 算 梁 和 刚 架 的 位 移 时, 如 果 结 构 满 足 以 下 三 个 条 件, 则 可 采 用 图 乘 法 代 替 公 式 中 的 积 分 运 算 : (1) 杆 轴 为 直 线 ; (2) 杆 段 犈 犐 = 常 数 ; (3) 各 杆 段 的 两 个 弯 矩 图 至 少 有 一 个 为 直 线 图 形 利 用 图 乘 法, 各 杆 段 的 上 述 积 分 式 就 等 于 一 个 图 形 的 面 积 乘 以 其 形 心 对 应 位 置 的 另 一 图 形 的 竖 标, 但 取 竖 标 的 图 形 必 须 为 直 线 ( 图 8 47) 24

25 狀 犕 P 犕 Δ= d 狓 = 犻 =1 Li 犈 犐 犻 式 中 犕 P 外 荷 载 作 用 时 的 弯 矩 图 ; 犕 单 位 荷 载 作 用 时 的 弯 矩 图 ; ω P 犕 P 图 的 面 积 ; 狔 C 犕 P 图 形 心 对 应 的 犕 图 的 坐 标 注 意 1. 结 果 按 ω P 与 狔 在 基 线 的 同 一 侧 时 为 C 正, 否 则 为 负 ; 2. 狔 C 必 须 从 直 线 图 形 上 取 得 ; 1 ω 犈 犐 P 狔 C 3. 叠 加 法 :Δ= 1 (ω 犈 犐 1 狔 1+ω 2 狔 2+ω 3 狔 ) 3 其 中 犕 P 犕 都 可 以 是 几 个 图 形 组 成, 求 代 数 和 ; 图 常 遇 图 形 的 面 积 及 其 形 心 的 位 置 如 下 ( 图 8 48 中 曲 线 为 二 次 抛 物 线 ) (8 25) 图 8 48 例 8 20 试 求 图 8 49 所 示 简 支 梁 犃 端 的 角 位 移 ΦA 和 中 点 犆 的 竖 向 位 移 ΔC, 犈 犐 为 常 数 ( ) ΦA = 犔 狇 犔 犈 犐 狇 犔 = ( ) 24 犈 犐 ΔC = 1 (ω 犈 犐 1 狔 1+ω 2 狔 ) 2 = 2 ω 犈 犐 1 狔 1 ( ) = 犔 狇 犔 犈 犐 犔 8 32 = 5 4 狇 犔 ( ) 384 犈 犐 图

26 第 五 节 超 静 定 结 构 一 平 面 体 系 的 几 何 组 成 分 析 ( 一 ) 几 何 不 变 体 系 几 何 可 变 体 系 1. 几 何 不 变 体 系 在 不 考 虑 材 料 应 变 的 条 件 下, 任 何 荷 载 作 用 后 体 系 的 位 置 和 形 状 均 能 保 持 不 变 [ 图 8 50 ( 犪 ) ( 犫 ) ( 犮 )] 这 样 的 体 系 称 为 几 何 不 变 体 系 2. 几 何 可 变 体 系 在 不 考 虑 材 料 应 变 的 条 件 下, 即 使 在 微 小 的 荷 载 作 用 下, 也 会 产 生 机 械 运 动 而 不 能 保 持 其 原 有 形 状 和 位 置 的 体 系 [ 图 8 50 ( 犱 ) ( 犲 ) ( 犳 )] 称 为 几 何 可 变 体 系 ( 也 称 常 变 体 系 ) ( 二 ) 自 由 度 和 约 束 的 概 念 图 自 由 度 在 介 绍 自 由 度 之 前, 先 了 解 一 下 有 关 刚 片 的 概 念 在 几 何 组 成 分 析 中, 把 体 系 中 的 任 何 杆 件 都 看 成 是 不 变 形 的 平 面 刚 体, 简 称 刚 片 显 然, 每 根 杆 件 或 每 根 梁 柱 都 可 以 看 作 是 一 个 刚 片, 建 筑 物 的 基 础 或 地 球 也 可 看 作 是 一 个 大 刚 片, 某 一 几 何 不 变 部 分 也 可 视 为 一 个 刚 片 这 样, 平 面 杆 系 的 几 何 组 成 分 析 就 在 于 分 析 体 系 各 个 刚 片 之 间 的 连 接 方 式 能 否 保 证 体 系 的 几 何 不 变 性 自 由 度 是 指 确 定 体 系 位 置 所 需 要 的 独 立 坐 标 ( 参 数 ) 的 数 目 例 如, 一 个 点 在 平 面 内 运 动 时, 其 位 置 可 用 两 个 坐 标 来 确 定, 因 此 平 面 内 的 一 个 点 有 两 个 自 由 度 [ 图 8 51 ( 犪 )] 又 如, 一 个 刚 片 在 平 面 内 运 动 时, 其 位 置 要 用 狓 狔 φ 三 个 独 立 参 数 来 确 定, 因 此 平 面 内 的 一 个 刚 片 有 三 个 自 由 度 图 8 51 [ 图 8 51 ( 犫 )] 由 此 看 出, 体 系 几 何 不 变 的 必 要 条 件 是 自 由 度 等 于 或 小 于 零 那 么, 如 何 适 当 合 理 地 给 体 系 增 加 约 束, 使 其 成 为 几 何 不 变 体 系 是 以 下 要 解 决 的 问 题 26

27 2. 约 束 和 多 余 约 束 减 少 体 系 自 由 度 的 装 置 称 为 约 束 减 少 一 个 自 由 度 的 装 置 即 为 一 个 约 束, 并 以 此 类 推 约 束 主 要 有 链 杆 ( 一 根 两 端 铰 接 于 两 个 刚 片 的 杆 件 称 为 链 杆, 如 直 杆 曲 杆 和 折 杆 ) 单 铰 ( 即 连 接 两 个 刚 片 的 铰 ) 和 刚 结 点 三 种 形 式 假 设 有 两 个 刚 片, 其 中 一 个 不 动, 设 为 基 础, 此 时 体 系 的 自 由 度 为 3 若 用 一 链 杆 将 它 们 连 接 起 来, 如 图 8 52 ( 犪 ) 所 示, 则 除 了 确 定 链 杆 连 接 处 犃 的 位 置 需 一 转 角 坐 标 φ 外, 确 定 刚 片 绕 1 犃 转 动 时 的 位 置 还 需 一 转 角 坐 标 φ ; 2 此 时 只 需 两 个 独 立 坐 标 就 能 确 定 该 体 系 的 运 动 位 置, 则 体 系 的 自 由 度 为 2, 它 比 没 有 链 杆 时 减 少 了 一 个 自 由 度, 所 以 一 根 链 杆 相 图 8 52 当 于 一 个 约 束 若 用 一 个 单 铰 把 刚 片 同 基 础 连 接 起 来, 如 图 8 52 ( 犫 ) 所 示, 则 只 需 转 角 坐 标 φ 就 能 确 定 体 系 的 运 动 位 置, 这 时 体 系 比 原 体 系 减 少 了 两 个 自 由 度, 所 以 一 个 单 铰 相 当 于 两 个 约 束 若 将 刚 片 同 基 础 刚 性 连 接 起 来, 如 图 8 52 ( 犮 ), 则 它 们 将 成 为 一 个 整 体, 都 不 能 动 ; 体 系 的 自 由 度 为 0, 因 此 刚 结 点 相 当 于 三 个 约 束 一 个 平 面 体 系, 通 常 都 是 由 若 干 个 构 件 加 入 一 定 约 束 组 成 的 加 入 约 束 的 目 的 是 为 了 减 少 体 系 的 自 由 度 如 果 在 体 系 中 增 加 一 个 约 束, 而 体 系 的 自 由 度 并 不 因 此 而 减 少, 则 该 约 束 被 称 为 多 余 约 束 应 当 指 出, 多 余 约 束 只 说 明 为 保 持 体 系 几 何 不 变 是 多 余 的, 但 在 几 何 体 系 中 增 设 多 余 约 束, 往 往 可 以 改 善 结 构 的 受 力 状 况, 并 非 真 是 多 余 如 图 8 53 所 示, 平 面 内 有 一 自 由 点 犃, 在 图 8 53 ( 犪 ) 中 犃 点 通 过 两 根 链 杆 与 基 础 相 连, 这 时 两 根 链 杆 分 别 使 犃 点 减 少 一 个 自 由 度, 而 使 犃 点 固 定 不 动, 因 而 两 根 链 杆 都 非 多 余 约 束 在 图 8 53 ( 犫 ) 中, 犃 点 通 过 三 根 链 杆 与 基 础 相 连, 这 时 犃 虽 然 固 图 定 不 动, 但 减 少 的 自 由 度 仍 然 为 , 显 然 三 根 链 杆 中 有 一 根 没 有 起 到 减 少 自 由 度 的 作 用, 因 而 是 多 余 约 束 ( 可 把 其 中 任 意 一 根 作 为 多 余 约 束 ) 又 如 图 8 54 ( 犪 ) 表 示 在 点 犃 加 一 根 水 平 的 支 座 链 杆 1 后, 犃 点 还 可 以 移 动, 是 几 何 可 变 体 系 图 8 54 ( 犫 ) 是 用 两 根 不 在 一 条 直 线 上 的 支 座 链 杆 1 和 2 把 犃 点 连 接 在 基 础 上, 犃 点 上 下 左 右 移 动 的 自 由 度 全 被 限 制 住 了, 不 能 发 生 移 动 故 图 8 54 ( 犫 ) 是 约 束 数 目 恰 好 图

28 够 用 的 几 何 不 变 体 系, 称 为 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 图 8 54 ( 犮 ) 是 在 图 8 54 ( 犫 ) 的 基 础 上 又 增 加 一 根 水 平 的 支 座 链 杆 3, 这 第 三 根 链 杆, 就 保 持 几 何 不 变 而 言, 是 多 余 的, 故 图 8 54 ( 犮 ) 是 有 一 个 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 图 8 54 ( 犱 ) 是 用 在 一 条 水 平 直 线 上 的 两 根 链 杆 1 和 2 把 犃 点 连 接 在 基 础 上, 保 持 几 何 不 变 的 约 束 数 目 是 够 用 的 但 是 这 两 根 水 平 链 杆 只 能 限 制 犃 点 的 水 平 位 移, 不 能 限 制 犃 点 的 竖 向 位 移 在 图 8 54 ( 犱 ) 两 根 链 杆 处 于 水 平 线 上 的 瞬 时, 犃 点 可 以 发 生 很 微 小 的 竖 向 位 移 到 犃 点 处, 这 时, 链 杆 1 和 2 不 再 在 一 直 线 上, 犃 点 就 不 继 续 向 下 移 动 了 这 种 本 来 是 几 何 可 变 的, 经 微 小 位 移 后 又 成 为 几 何 不 变 的 体 系, 称 为 瞬 变 体 系 瞬 变 体 系 是 约 束 数 目 够 用, 由 于 约 束 的 布 置 不 恰 当 而 形 成 的 体 系 瞬 变 体 系 在 工 程 中 也 是 不 能 被 采 用 的 ( 三 ) 几 何 不 变 体 系 的 基 本 组 成 规 则 基 本 规 则 是 几 何 组 成 分 析 的 基 础, 在 进 行 几 何 组 成 分 析 之 前 先 介 绍 一 下 虚 铰 的 概 念 图 8 55 如 果 两 个 刚 片 用 两 根 链 杆 连 接 [ 图 8 55 ( 犪 )], 则 这 两 根 链 杆 的 作 用 就 和 一 个 位 于 两 杆 交 点 犗 的 铰 的 作 用 完 全 相 同 由 于 在 这 个 交 点 犗 处 的 并 不 是 真 正 的 铰, 所 以 称 它 为 虚 铰 虚 铰 的 位 置 即 在 这 两 根 链 杆 的 交 点 上, 如 图 8 55 ( 犪 ) 的 犗 点 如 果 连 接 两 个 刚 片 的 两 根 链 杆 并 没 有 相 交, 则 虚 铰 在 这 两 根 链 杆 延 长 线 的 交 点 上, 如 图 8 55 ( 犫 ) 所 示 下 面 就 分 别 叙 述 组 成 几 何 不 变 平 面 体 系 的 三 个 基 本 规 则 : 1. 二 元 体 概 念 及 二 元 体 规 则 图 8 56 ( 犪 ) 所 示 为 一 个 三 角 形 铰 接 体 系, 假 如 链 杆 Ⅰ 固 定 不 动, 那 么 通 过 前 面 的 叙 述, 我 们 已 知 它 是 一 个 几 何 不 变 体 系 将 图 8 56 ( 犪 ) 中 的 链 杆 Ⅰ 看 作 是 一 个 刚 片, 成 为 图 8 56 ( 犫 ) 所 示 的 体 系 从 而 得 出 : 规 则 1 ( 二 元 体 规 则 ): 一 个 点 与 一 个 刚 片 用 两 根 不 共 线 的 链 杆 相 连, 则 组 成 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 由 两 根 不 共 线 的 链 杆 连 接 一 个 节 点 的 构 造, 称 为 二 元 体 [ 如 图 8 56 ( 犫 ) 中 的 犅 犃 犆 ] 推 论 1: 在 一 个 平 面 杆 件 体 系 上 增 加 或 减 少 若 干 个 二 元 体, 都 不 会 改 变 原 体 系 的 几 何 组 成 性 质 如 图 8 56 ( 犮 ) 所 示 的 桁 架, 就 是 在 铰 接 三 角 形 犃 犅 犆 的 基 础 上, 依 次 增 加 二 元 体 而 形 成 的 一 个 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 同 样, 我 们 也 可 以 对 该 桁 架 从 犎 点 起 依 次 拆 除 二 28 图 8 56

29 元 体 而 成 为 铰 接 三 角 形 犃 犅 犆 2. 两 刚 片 规 则 将 图 8 56 ( 犪 ) 中 的 链 杆 Ⅰ 和 链 杆 Ⅱ 都 看 作 是 刚 片, 就 成 为 图 8 57 ( 犪 ) 所 示 的 体 系 从 而 得 出 : 规 则 2 ( 两 刚 片 规 则 ): 两 刚 片 用 不 在 一 条 直 线 上 的 一 个 铰 ( 犅 铰 ) 和 一 根 链 杆 ( 犃 犆 链 杆 ) 连 接, 则 组 成 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 例 如 简 支 梁 外 伸 梁 就 是 实 例 图 8 57 如 果 将 图 8 57 ( 犪 ) 中 连 接 两 刚 片 的 铰 犅 用 虚 铰 代 替, 即 用 两 根 不 共 线 不 平 行 的 链 杆 犪 犫 来 代 替, 就 成 为 图 8 57 ( 犫 ) 所 示 体 系, 则 有 : 推 论 2: 两 刚 片 用 既 不 完 全 平 行 也 不 交 于 一 点 的 三 根 链 杆 连 接, 则 组 成 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 如 果 三 根 链 杆 完 全 平 行 或 交 于 一 点, 则 成 为 可 变 体 系 3. 三 刚 片 规 则 将 图 8 56 ( 犪 ) 中 的 链 杆 Ⅰ 链 杆 Ⅱ 和 链 杆 Ⅲ 都 看 作 是 刚 片, 就 成 为 图 8 58 ( 犪 ) 所 示 的 体 系 从 而 得 出 : 规 则 3 ( 三 刚 片 规 则 ): 三 刚 片 用 不 在 一 条 直 线 上 的 三 个 铰 两 两 连 接, 则 组 成 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 例 如 三 铰 刚 架 三 铰 拱 就 是 实 例 如 果 三 个 铰 在 一 条 直 线 上, 则 成 为 瞬 变 体 系 如 果 将 图 中 连 接 三 刚 片 之 间 的 铰 犃 犅 犆 全 部 用 虚 铰 代 替, 即 都 用 两 根 不 共 线 不 平 行 的 链 杆 来 代 替, 就 成 为 图 8 58 ( 犫 ) 所 示 体 系, 则 有 : 推 论 3: 三 刚 片 分 别 用 不 完 全 平 行 也 不 共 线 的 二 根 链 杆 两 两 连 接, 且 所 形 成 的 三 个 虚 铰 不 在 同 一 条 直 线 上, 则 组 成 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 图 8 58 从 以 上 叙 述 可 知, 这 三 个 规 则 及 其 推 论, 实 际 上 都 是 三 角 形 规 律 的 不 同 表 达 方 式, 即 三 个 不 共 线 的 铰, 可 以 组 成 无 多 余 约 束 的 铰 接 三 角 形 体 系 例 8 21 (2011 年 ) 下 列 图 8 59 所 示 结 构 属 于 何 种 体 系? A 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 B 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 图

30 C 常 变 体 系 D 瞬 变 体 系 提 示 : 方 法 一, 依 次 拆 除 二 元 体 , 得 到 一 个 简 支 梁 犃 犅 和 一 个 铰 链 支 座 犆 ( 也 是 一 个 二 元 体 ) 显 然 是 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 方 法 二 : 把 三 角 形 结 构 看 作 刚 片 Ⅰ, 把 三 角 形 看 作 刚 片 Ⅱ, 把 三 角 形 结 构 犃 犅 与 地 面 连 接 在 一 起, 看 作 刚 片 Ⅲ 这 三 个 刚 片 用 铰 链 5 铰 链 8 和 虚 铰 犇 这 三 个 铰 链 两 两 相 连, 组 成 一 个 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 答 案 :A 注 意 从 本 题 可 以 看 到, 采 用 不 同 的 基 本 组 成 规 则, 分 析 的 结 果 是 唯 一 的 在 分 析 具 体 问 题 时, 要 根 据 不 同 情 况 灵 敏 运 用, 尽 可 能 采 用 最 简 捷 的 方 法 二 超 静 定 结 构 的 特 点 和 优 点 : ( 一 ) 特 点 (1) 反 力 和 内 力 只 用 静 力 平 衡 条 件 不 能 全 部 确 定 獉 獉 獉 (2) 具 有 多 余 约 束 ( 多 余 联 系 ) 的 几 何 不 变 体 系 (3) 超 静 定 结 构 在 荷 载 作 用 下 的 反 力 和 内 力 仅 与 各 杆 的 相 对 刚 度 有 关, 一 般 相 对 刚 度 较 大 的 杆, 其 反 力 和 内 力 也 较 大 ; 各 杆 内 力 之 比 等 于 各 杆 刚 度 之 比 例 8 22 (2011 年 ) 图 8 60 所 示 结 构 中 哪 根 杆 剪 力 最 大? 图 8 60 A 杆 1 B 杆 2 C 杆 3 D 杆 4 提 示 : 此 结 构 显 然 是 一 个 超 静 定 结 构 100kN 的 外 力 要 按 照 各 杆 的 刚 度 比 来 分 配 各 杆 所 受 的 外 力 分 别 是 10kN 20kN 30kN 40kN, 显 然 杆 4 的 内 力 最 大, 剪 力 也 最 大 答 案 :D (4) 超 静 定 结 构 在 温 度 变 化 和 支 座 位 移 时 会 产 生 内 力 ; 一 般 各 杆 刚 度 绝 对 值 增 大, 内 力 也 随 之 增 大 例 8 23 (2008 年 ) 设 图 8 61 所 示 结 构 建 造 时 温 度 为 狋, 使 用 时 外 部 温 度 降 为 - 狋, 内 部 温 度 仍 为 狋, 则 为 减 少 温 度 变 化 引 起 的 弯 矩, 正 确 的 措 施 为 : A 减 少 犈 犐 值 B 增 加 犈 犐 值 C 减 少 犈 犃 值 D 增 加 犈 犃 值 提 示 : 图 示 结 构 两 个 固 定 铰 链 支 座 有 4 个 支 座 反 力, 是 超 静 定 结 构 为 了 减 少 温 度 变 化 引 起 的 弯 矩, 应 该 减 30 图 8 61

31 少 各 杆 的 抗 弯 刚 度 犈 犐 的 绝 对 值 答 案 :A ( 二 ) 优 点 (1) 防 护 能 力 强 ; (2) 内 力 和 变 形 分 布 较 均 匀, 内 力 和 变 形 的 峰 值 较 小 三 超 静 定 次 数 的 确 定 超 静 定 次 数 = 多 余 约 束 ( 多 余 反 力 ) 的 数 目 确 定 方 法 : 去 掉 结 构 的 多 余 约 束, 使 原 结 构 变 成 一 个 静 定 的 基 本 结 构, 则 所 去 掉 的 约 束 ( 联 系 ) 的 数 目 即 为 结 构 的 超 静 定 次 数 在 结 构 上 去 掉 多 余 约 束 的 方 法, 通 常 有 如 下 几 种 : (1) 切 断 一 根 链 杆, 或 撤 去 一 个 支 座 链 杆, 相 当 于 去 掉 一 个 联 系 ( 图 8 62 及 图 8 63) (2) 去 掉 一 个 固 定 铰 或 中 间 铰, 相 当 于 去 掉 两 个 联 系 ( 图 8 64) 图 8 62 图 8 63 图 8 64 (3) 将 一 刚 接 处 切 断, 或 者 撤 去 一 个 固 定 支 座, 相 当 于 去 掉 三 个 联 系 ( 图 8 65 图 8 66) (4) 将 一 固 定 支 座 改 成 铰 支 座, 或 将 受 弯 杆 件 某 处 改 成 铰 接, 相 当 于 去 掉 一 个 联 系 ( 图 8 65) 图 8 65 图

32 四 用 力 法 求 解 超 静 定 结 构 步 骤 : (1) 确 定 基 本 未 知 量 多 余 力 的 数 目 狀 (2) 去 掉 结 构 的 多 余 联 系 得 出 一 个 静 定 的 基 本 结 构, 并 以 多 余 力 代 替 相 应 多 余 联 系 的 作 用 (3) 根 据 基 本 结 构 在 多 余 力 和 原 有 荷 载 的 共 同 作 用 下, 在 去 掉 多 余 联 系 处 ( 犅 点 ) 的 位 移 应 与 原 结 构 中 相 应 的 位 移 相 同 的 条 件, 建 立 力 法 典 型 方 程 : 烄 Δ1=δ11 犡 1+δ12 犡 2+ +Δ1P=0 Δ2=δ21 犡 1+δ22 犡 2+ +Δ2P=0 烅 烆 Δ 狀 =δ 狀 1 犡 1+δ 狀 2 犡 2+ +Δ 狀 P=0 式 中 δ11 δ21 δ 狀 1 分 别 表 示 当 犡 1=1 单 独 作 用 于 基 本 结 构 时, 犅 点 沿 犡 1 犡 2 和 犡 狀 方 向 的 位 移 δ12 δ22 δ 狀 2 分 别 表 示 当 犡 2=1 单 独 作 用 于 基 本 结 构 时, 犅 点 沿 犡 1 犡 2 和 犡 狀 方 向 的 位 移 Δ1P Δ2P Δ 狀 P 分 别 表 示 当 荷 载 单 独 作 用 于 基 本 结 构 时, 犅 点 沿 犡 1 犡 2 和 犡 狀 方 向 的 位 移 Δ1 Δ2 Δ 狀 分 别 表 示 去 掉 多 余 联 系 处 ( 犅 点 ) 沿 犡 1 犡 2 犡 狀 方 向 的 总 位 移 其 中 各 系 数 和 自 由 项 都 为 基 本 结 构 的 位 移, 因 而 可 用 图 乘 法 求 得, 如 : δ11= 1 犕 1 犕 1d 狓 犈 L 犐 δ12 =δ21 = 1 犕 1 犕 2d 狓 犈 L 犐 δ22 = 1 犕 2 犕 2d 狓 犈 L 犐 Δ1P = 1 犕 1 犕 Pd 狓 犈 L 犐 Δ2P = 1 犕 2 犕 Pd 狓, 犈 L 犐 为 此, 需 要 做 出 基 本 结 构 的 单 位 内 力 图 犕 1 犕 2 和 荷 载 内 力 图 犕 P (4) 解 典 型 方 程, 求 出 各 多 余 力 (5) 多 余 力 确 定 后, 即 可 按 分 析 静 定 结 构 的 方 法, 给 出 原 结 构 的 内 力 图 ( 最 后 内 力 图 ), 按 叠 加 原 理 : 犕 = 犡 1 犕 1+ 犡 2 犕 2+ 犕 P 32 例 8 24 图 8 67( 犪 ) 所 示 梁 超 静 定 次 数 狀 =1, 力 法 典 型 方 程 : Δ1=δ11 犡 1+Δ1P=0 图 8 67( 犮 ) 中 Δ11=δ11 犡 1

33 式 中 δ11= 犔 犔 犔 = 犈 犐 犈 犐 ( ) Δ1P= 狇 犔 犔 犈 犐 狇 犔 犔 = 犈 犐 犡 1 - Δ1P 4 狇 犔 = 3 犈 犐 3 = 3 狇 犔 δ11 8 犈 犐 犔 8 图 而 狇 犔 犕 A= 犡 1 犔 - 2 =3 狇 犔 狇 犔 =-1 2 狇 犔 8 例 8 25 图 8 68 所 示 超 静 定 次 数 狀 =1 图

34 力 法 方 程 : Δ1=δ11 犡 1+Δ1P=0 δ11= 1 犕 1 犕 1d 狓 = 2 2 犪 2 犪 + 1 犪 2 犪 = 5 3 犪 犈 L 犐 犈 犐 2 3 犈 犐 3 犈 犐 Δ1P= 狇 犪 狇 犪 犪 犈 犐 ( 3 ) 犪 = 犈 犐 Δ1= 犪 狇 犪 犡 1- =0 3 犈 犐 12 犈 犐 狇 犪 犡 1= 20 犕 = 犡 1 犕 1+ 犕 P 五 利 用 对 称 性 求 解 超 静 定 结 构 图 8 69( 犪 ) ( 犫 ) 对 称 结 构 受 正 对 称 荷 载 作 用 图 8 69( 犮 ) ( 犱 ) 对 称 结 构 受 反 对 称 荷 载 作 用 不 难 发 现, 对 称 结 构 在 正 对 称 荷 载 作 用 下, 其 内 力 和 位 移 都 是 正 对 称 的, 且 在 对 称 轴 上 反 对 称 的 多 余 力 为 零 ; 对 称 结 构 在 反 对 称 荷 载 作 用 下, 其 内 力 和 位 移 都 是 反 对 称 的, 且 在 对 称 轴 上 对 称 的 多 余 力 为 零 注 意 : 轴 力 和 弯 矩 是 对 称 内 力, 剪 力 是 反 对 称 内 力 实 际 上, 如 果 结 构 对 称 荷 载 对 称, 则 轴 力 图 弯 矩 图 对 称, 剪 力 图 反 对 称, 在 对 称 轴 上 剪 力 为 零 如 果 结 构 对 称 荷 载 反 对 称, 则 轴 力 图 弯 矩 图 反 对 称, 剪 力 图 对 称, 在 对 称 轴 上 轴 力 弯 矩 均 为 零 图 8 69 例 8 26 图 8 70( 犪 ) 所 示 为 3 次 超 静 定 结 构 依 对 称 性 取 一 半 为 研 究 对 象, 如 图 8 70 ( 犫 ) 所 示, 其 中 反 对 称 力 犡 2=0 用 Δ1 表 示 切 口 两 边 截 面 的 水 平 相 对 线 位 移,Δ2 表 示 其 铅 垂 相 对 线 位 移,Δ3 表 示 其 Δ1=δ11 犡 1+δ13 犡 3+Δ1P=0 相 对 转 角, 由 于 犡 2=0, 则 力 法 方 程 化 简 为 { Δ3=δ31 犡 1+δ33 犡 3+Δ3P =0 由 图 8 70( 犮 ) ( 犱 ) ( 犲 ) 所 示 犕 P 犕 1 犕 3 的 图 形, 可 得 : 34 δ11= 1 δ33= 犪 2 犪 犪 = 犈 犐 23 3 犈 犐 ( ) 犪 犈 犐 犪 1 1 = 3 犪 2 犈 犐

35 图 8 70 δ13=δ31= 1 犈 犐 2 犪 2 犪 2 1= 2 犈 犐 Δ1P= 犪 狇 犪 犈 犐 2 8 =- 狇 犪 16 犈 犐 ( ) Δ3P=- 1 1犪 狇 犪 2 犈 犐 狇 犪 2 8 犪 1 =- 7 3 狇 犪 48 犈 犐 烄 犪 犪 狇 犪 犡 1+ 犡 3- =0 3 犈 犐 2 犈 犐 16 犈 犐 代 回 力 法 方 程, 得 烅 2 犪 犡 1+ 3 犪 犡 狇 犪 =0 烆 2 犈 犐 2 犈 犐 48 犈 犐 解 出 狇 犪 犡 1= 12, 犡 3= 5 2 狇 犪 72 由 犕 ( 狓 )= 犕 P+ 犡 1 犕 1+ 犡 3 犕 3 可 得 到 最 后 弯 矩 图 犕, 如 图 8 70( 犳 ) 所 示 ; 根 据 荷 载 图 与 弯 矩 图 可 知 位 移 变 形 图, 如 图 8 70( 犪 ) 中 虚 线 所 示 例 8 27 图 8 71( 犪 ) 原 为 3 次 超 静 定 结 构, 但 可 把 它 分 解 成 图 8 71( 犫 ) 和 图 8 71( 犮 ) 的 叠 加 而 图 8 71( 犫 ) 不 产 生 弯 矩, 所 以 图 8 71( 犪 ) 的 弯 矩 与 图 8 71( 犮 ) 相 同 利 用 图 8 71 ( 犮 ) 的 反 对 称 性, 把 它 从 对 称 轴 切 断, 则 对 称 内 力 犡 1=0, 犡 3=0, 力 法 方 程 化 简 为 一 次 : Δ2=δ22 犡 2+Δ2P=0 ( ) 取 左 半 部 分 计 算 :δ22= 1 1 犪 犪 犪 犈 犐 犪 犪 犪 2 2 = 7 3 犪 24 犈 犐 35

36 代 回 力 法 方 程, 可 得 犡 2= 3 7 犘 图 8 71 ( ) Δ2P=- 1 1 犪 犘 犪 犪 犈 犐 =- 3 犘 犪 8 犈 犐 利 用 犕 = 犕 P+ 犡 2 犕 2 画 出 弯 矩 图 8 71( 犵 ), 其 中 右 半 部 分 可 利 用 反 对 称 性 画 出 根 据 荷 载 图 与 弯 矩 图 可 知 位 移 变 形 图 如 图 8 71( 犪 ) 中 虚 线 所 示 例 8 28 奇 数 跨 和 偶 数 跨 两 种 对 称 刚 架 的 简 化 图 8 72( 犪 ) 中 犆 截 面 不 会 发 生 转 角 和 水 平 线 位 移, 但 可 发 生 竖 向 线 位 移 ; 同 时 在 犆 面 36 图 8 72

37 上 将 有 弯 矩 和 轴 力, 但 无 剪 力 故 可 用 图 8 72( 犮 ) 中 犆 处 的 定 向 支 撑 来 代 替 图 8 72( 犫 ) 中 犆 犇 杆 只 有 轴 力 和 轴 向 变 形 ( 否 则 不 对 称 ) 在 刚 架 分 析 中, 一 般 忽 略 轴 力 的 影 响, 所 以 犆 点 将 无 任 何 位 移 发 生 故 可 用 图 8 72( 犱 ) 中 犆 处 的 固 定 支 座 来 代 替 图 8 72( 犪 ) ( 犫 ) 的 弯 矩 图 的 大 致 形 状 如 图 8 72( 犲 ) ( 犳 ) 所 示 六 多 跨 超 静 定 连 续 梁 的 活 载 布 置 应 用 结 构 力 学 的 影 响 线 理 论, 可 以 找 到 多 跨 超 静 定 连 续 梁 相 应 内 力 量 值 的 最 不 利 荷 载 位 置 我 们 以 图 8 73( 犪 ) 所 示 五 跨 连 续 梁 有 关 弯 矩 的 最 不 利 活 载 的 布 置 为 例, 说 明 其 规 律 性 图 8 73 (1) 从 图 8 73( 犫 ) ( 犮 ) 中 可 知 : 求 某 跨 跨 中 附 近 的 最 大 正 弯 矩 时, 应 在 该 跨 布 满 活 载, 獉 獉 獉 獉 其 余 每 隔 一 跨 布 满 活 载 (2) 从 图 8 73( 犱 ) ( 犲 ) ( 犳 ) ( 犵 ) 中 可 知 : 求 某 支 座 的 最 大 负 弯 矩 时, 应 在 该 支 座 相 獉 獉 邻 两 跨 布 满 活 载, 其 余 每 隔 一 跨 布 满 活 载 掌 握 上 述 规 律 后, 对 于 有 关 多 跨 连 续 梁 的 相 应 问 题, 就 可 以 迎 刃 而 解 了, 例 如 参 考 习 题 8 94 等 对 于 不 同 的 超 静 定 结 构, 有 时 使 用 位 移 法 和 力 矩 分 配 法 也 很 方 便 由 于 篇 幅 所 限, 兹 不 赘 述 第 六 节 压 杆 稳 定 轴 向 拉 压 杆 组 成 的 桁 架 结 构 在 建 筑 物 和 桥 梁 中 有 着 广 泛 的 应 用 19 世 纪 末 以 来, 单 纯 的 强 度 计 算 已 不 能 满 足 工 程 中 压 杆 设 计 的 需 要, 压 杆 稳 定 问 题 日 益 显 得 重 要 所 谓 压 杆 稳 定 是 指 中 心 受 压 直 杆 直 线 平 衡 的 状 态 在 微 小 外 力 干 扰 去 除 后 自 我 恢 复 的 能 力 压 杆 失 稳 37

38 是 指 压 杆 在 轴 向 压 力 作 用 下 不 能 维 持 直 线 平 衡 状 态 而 突 然 变 弯 的 现 象 压 杆 的 临 界 力 犉 cr 是 使 压 杆 直 线 形 式 的 平 衡 由 稳 定 开 始 转 化 为 不 稳 定 的 最 小 轴 向 压 力 也 可 以 说, 临 界 力 犉 cr 是 压 杆 保 持 直 线 形 式 的 稳 定 平 衡 所 能 够 承 受 的 最 大 荷 载 不 同 杆 端 约 束 下 细 长 中 心 受 压 直 杆 的 临 界 力 表 达 式, 可 通 过 平 衡 或 类 比 的 方 法 推 出 本 节 给 出 几 种 典 型 的 理 想 支 承 约 束 条 件 下, 细 长 中 心 受 压 直 杆 的 欧 拉 公 式 表 达 式 ( 表 8 4) 各 种 支 承 约 束 条 件 下 等 截 面 细 长 压 杆 临 界 力 的 欧 拉 公 式 表 8 4 支 端 情 况 两 端 铰 支 一 端 固 定 另 端 铰 支 两 端 固 定 一 端 固 定 另 端 自 由 两 端 固 定 但 可 沿 横 向 相 对 移 动 失 稳 时 挠 曲 线 形 状 犆 挠 曲 线 拐 点 犆 犇 挠 曲 线 拐 点 犆 挠 曲 线 拐 点 临 界 力 犉 cr 欧 拉 公 式 犉 cr= π2 犈 犐 犾 2 犉 cr π2 犈 犐 (0.7 犾 ) 2 犉 cr= π2 犈 犐 (0.5 犾 ) 2 犉 cr= π2 犈 犐 (2 犾 ) 2 犉 cr= π2 犈 犐 犾 2 长 度 因 数 μ μ=1 μ 0.7 μ=0.5 μ=2 μ=1 由 表 8 4 所 给 的 结 果 可 以 看 出, 中 心 受 压 直 杆 的 临 界 力 犉 cr 受 到 杆 端 约 束 情 况 的 影 响 杆 端 约 束 越 强, 杆 的 抗 弯 能 力 就 越 大, 其 临 界 力 也 越 高 对 于 各 种 杆 端 约 束 情 况, 细 长 中 心 受 压 等 直 杆 临 界 力 的 欧 拉 公 式 可 写 成 统 一 的 形 式 犉 cr = π2 犈 犐 (8 26) ( μ 犾 ) 2 式 中, 犈 犐 为 杆 的 抗 弯 刚 度 因 数 μ 为 压 杆 的 长 度 因 数, 与 杆 端 的 约 束 情 况 有 关 μ 犾 为 原 压 杆 的 相 当 长 度, 其 物 理 意 义 可 从 表 8 4 中 各 种 杆 端 约 束 下 细 长 压 杆 失 稳 时 挠 曲 线 形 状 的 比 拟 来 说 明 : 由 于 压 杆 失 稳 时 挠 曲 线 上 拐 点 处 的 弯 矩 为 零, 故 可 设 想 拐 点 处 有 一 铰, 而 将 压 杆 在 挠 曲 线 两 拐 点 间 的 一 段 看 作 为 两 端 铰 支 压 杆, 并 利 用 两 端 铰 支 压 杆 临 界 力 的 欧 拉 公 式 (8 26), 得 到 原 支 承 条 件 下 压 杆 的 临 界 力 犉 cr 这 两 拐 点 之 间 的 长 度, 即 为 原 压 杆 的 相 当 长 度 μ 犾 或 者 说, 相 当 长 度 为 各 种 支 承 条 件 下 的 细 长 压 杆 失 稳 时, 挠 曲 线 中 相 当 于 半 波 正 弦 曲 线 的 一 段 长 度 应 当 注 意, 细 长 压 杆 临 界 力 的 欧 拉 公 式 (8 26) 中, 犐 是 横 截 面 对 某 一 形 心 主 惯 性 轴 的 惯 性 矩 若 杆 端 在 各 个 方 向 的 约 束 情 况 相 同 ( 如 球 形 铰 等 ), 则 犐 应 取 最 小 的 形 心 主 惯 性 38

39 矩 若 杆 端 在 不 同 方 向 的 约 束 情 况 不 同 ( 如 柱 形 铰 ), 则 犐 应 取 挠 曲 时 横 截 面 对 其 中 性 轴 的 惯 性 矩 在 工 程 实 际 问 题 中, 支 承 约 束 程 度 与 理 想 的 支 承 约 束 条 件 总 有 所 差 异, 因 此, 其 长 度 因 数 μ 值 应 根 据 实 际 支 承 的 约 束 程 度, 以 表 8 4 作 为 参 考 加 以 选 取 在 有 关 的 设 计 规 范 中, 对 各 种 压 杆 的 μ 值 多 有 具 体 的 规 定 例 8 29 (2011 年 ) 对 于 相 同 材 料 的 等 截 面 轴 心 受 压 杆 件, 在 图 8 74 中 的 三 种 情 况 下, 其 承 载 能 力 犘 1 犘 2 犘 3 的 比 较 结 果 为 : A 犘 1= 犘 2< 犘 3 B 犘 1= 犘 2> 犘 3 C 犘 1> 犘 2> 犘 3 D 犘 1< 犘 2< 犘 3 提 示 : 图 中 杆 1 的 相 当 长 度 为 1 犾 = 犾, 杆 2 的 相 当 长 度 为 犾 2 2 = 犾, 杆 3 的 相 当 长 度 为 0.7 犾 由 公 式 犉 cr= π2 犈 犐 可 知, 当 ( μ 犾 ) 犈 犐 相 同 时, 2 μ 犾 越 小, 犉 cr 越 大, 故 杆 3 的 临 界 力 犘 3 最 大, 而 杆 1 和 杆 2 的 临 界 力 犘 1= 犘 2 答 案 :A 图 8 74 习 题 8 1 图 示 桁 架 杆 1 杆 2 杆 3 所 受 的 力 为 ( ) A 犛 1=-707N, 犛 2=500N, 犛 3=500N B 犛 1=707N, 犛 2=-500N, 犛 3=-500N C 犛 1=1414N, 犛 2=500N, 犛 3=1000N D 犛 1=-707N, 犛 2=1000N, 犛 3=500N 题 8 1 图 题 8 2 图 8 2 图 示 桁 架 杆 1 杆 2 杆 3 所 受 的 力 为 ( ) A 犛 1=4kN, 犛 2=-6.928kN, 犛 3=8kN B 犛 1=2kN, 犛 2=-3.464kN, 犛 3=4kN C 犛 1=-4kN, 犛 2=6.928kN, 犛 3=-8kN D 犛 1=-2kN, 犛 2=3.464kN, 犛 3=-4kN 8 3 图 示 桁 架 中 上 弦 杆 拉 力 最 大 者 为 ( ) 8 4 图 示 桁 架 犘 犪 犺 已 知, 则 杆 内 力 为 ( ) 39

40 题 8 3 图 犺 A 犛 1=3 犘, 犺 犛 2= 犘, 犺 犛 3=2 犘 犪 犪 犪 犺 B 犛 1=5 犘, 犺 犛 2=3 犘, 犺 犛 3=-3 犘 犪 犪 犪 犺 C 犛 1=-2 犘, 槡 犪 犺 犛 2= 犘, 犺 犛 3=3 犘 犪 犪 犪 犺 D 犛 1=2 犘, 槡 犪 2 + 犺 犛 2= 犘, 犺 犛 3=-3 犘 犪 犪 犪 8 5 图 示 桁 架 已 知 犘, 犪, 则 1,2,3,4 杆 受 力 为 ( ) A 犛 1=-9 犘, 犛 2=0, 犛 3=1.414 犘, 犛 4=8 犘 B 犛 1=9 犘, 犛 2=0, 犛 3= 犘, 犛 4=-8 犘 C 犛 1=-4.5 犘, 犛 2=0, 犛 3=0.707 犘, 犛 4=4 犘 D 犛 1=4.5 犘, 犛 2=0, 犛 3= 犘, 犛 4=-4 犘 8 6 图 示 桁 架 中 零 杆 的 个 数 是 ( ) A 1 B 2 C 3 D 4 题 8 4 图 题 8 5 图 题 8 6 图 8 7 下 列 四 个 静 定 梁 的 荷 载 图 中,( ) 可 能 产 生 图 示 弯 矩 图 8 8 下 图 所 示 的 四 对 弯 矩 图 和 剪 力 图 中,( ) 是 可 能 同 时 出 现 的 40

41 题 8 7 图 题 8 8 图 8 9 梁 上 无 集 中 力 偶 作 用, 剪 力 图 如 图 示, 则 梁 上 的 最 大 弯 矩 为 ( ) 2 A 4 狇 犪 B 狇 犪 C 2 狇 犪 D 2-3 狇 犪 若 梁 的 荷 载 及 支 承 情 况 对 称 于 梁 的 中 央 截 面 犆 如 图 所 示, 则 下 列 结 论 中 ( ) 是 正 确 的 A 犞 图 对 称, 犕 图 对 称, 且 犞 C =0 B 犞 图 对 称, 犕 图 反 对 称, 且 犕 C=0 C 犞 图 反 对 称, 犕 图 对 称, 且 犞 C=0 D 犞 图 反 对 称, 犕 图 反 对 称, 且 犕 C=0 题 8 9 图 题 8 10 图 题 8 11 图 41

42 8 11 若 使 图 示 梁 弯 矩 图 上 下 最 大 值 相 等, 应 使 :( ) A 犪 = 犫 /4 B 犪 = 犫 /2 C 犪 = 犫 D 犪 =2 犫 8 12 图 示 四 种 截 面 的 面 积 相 同, 则 扭 转 剪 应 力 最 小 的 是 ( ) 题 8 12 图 8 13 已 知 梁 的 荷 载 作 用 在 铅 垂 纵 向 对 称 面 内, 图 示 四 种 截 面 的 面 积 相 同, 则 最 合 理 的 截 面 是 ( ) 题 8 13 图 8 14 图 示 正 方 形 截 面 木 梁, 用 两 根 木 料 拼 成, 两 根 木 料 之 间 无 联 系, 也 无 摩 擦 力, 则 图 ( 犪 ) 中 的 最 大 正 应 力 与 图 ( 犫 ) 中 的 最 大 正 应 力 之 比 为 ( ) A 1 1 B 1 4 C 1 2 D 2 1 题 8 14 图 8 15 设 工 字 形 截 面 梁 的 截 面 面 积 和 截 面 高 度 固 定 不 变, 下 列 四 种 截 面 设 计 中, 受 剪 承 载 能 力 最 大 者 为 ( ) A 翼 缘 宽 度 确 定 后, 腹 板 厚 度 尽 可 能 薄 B 翼 缘 宽 度 确 定 后, 翼 缘 厚 度 尽 可 能 薄 C 翼 缘 厚 度 确 定 后, 翼 缘 宽 度 尽 可 能 大 D 翼 缘 厚 度 确 定 后, 腹 板 厚 度 尽 可 能 薄 8 16 图 示 矩 形 对 其 底 边 狕 轴 的 惯 性 矩 为 ( ) A 3 犫 犺 3 B 3 犫 犺 6 C 3 犫 犺 12 D 3 犫 犺 图 示 刚 架 中 有 错 的 弯 矩 图 有 ( ) A 1 个 B 2 个 C 3 个 D 4 个 8 18 图 示 结 构 中 有 错 的 弯 矩 图 有 ( ) 题 8 16 图 A 1 个 B 2 个 C 3 个 D 4 个 8 19 图 示 结 构 为 ( ) 结 构 A 几 何 可 变 B 静 定 C 一 次 超 静 定 D 二 次 超 静 定 42

43 题 8 17 图 题 8 18 图 题 8 19 图 题 8 20 图 8 20 图 示 结 构 为 ( ) 超 静 定 结 构 A 3 次 B 4 次 C 5 次 D 6 次 8 21 图 示 结 构 为 ( ) 超 静 定 结 构 A 3 次 B 4 次 C 5 次 D 6 次 8 22 图 示 结 构 为 ( ) 超 静 定 结 构 A 3 次 B 4 次 C 5 次 D 6 次 8 23 图 示 结 构 为 ( ) 超 静 定 结 构 A 3 次 B 4 次 C 5 次 D 6 次 题 8 21 图 43

44 题 8 22 图 题 8 23 图 题 8 24 图 8 24 图 示 结 构 为 ( ) 超 静 定 结 构 A 2 次 B 3 次 C 4 次 D 5 次 8 25 刚 架 受 垂 直 荷 载 如 图 示, 下 列 四 种 弯 矩 图 中 ( ) 是 正 确 的 8 26 图 示 刚 架 正 确 的 弯 矩 图 应 是 ( ) 题 8 25 图 8 27 图 示 双 跨 结 构 正 确 的 弯 矩 图 应 是 ( ) 题 8 26 图 题 8 27 图 44

45 8 28 图 示 二 层 框 架 在 垂 直 荷 载 作 用 下 的 各 弯 矩 图 ( ) 为 正 确 的 题 8 28 图 8 29 图 示 二 层 框 架 在 水 平 荷 载 作 用 下 的 各 弯 矩 图 中 ( ) 为 正 确 的 题 8 29 图 8 30 图 示 二 层 框 架 在 水 平 荷 载 作 用 下 的 各 剪 力 图 中 ( ) 为 正 确 的 题 8 30 图 8 31 斜 梁 犃 犅 承 受 荷 载 如 图 所 示, 哪 一 个 是 正 确 的 剪 力 图?( ) 题 8 31 图 45

46 8 32 图 示 结 构 承 受 一 组 平 衡 力 系 作 用, 下 列 哪 种 论 述 是 正 确 的?( ) A 各 杆 内 力 均 不 为 0 B 各 杆 内 力 均 为 0 C 仅 犃 犅 杆 内 力 不 为 0 D 仅 犃 犅 杆 内 力 为 图 示 哪 一 种 结 构 不 属 于 拱 结 构?( ) 8 34 图 示 结 构 犪 犫 犮 犱 杆 中 哪 一 根 破 坏 后, 结 构 变 成 几 何 可 变 体 系?( ) A 犪 杆 B 犫 杆 C 犮 杆 D 犱 杆 题 8 32 图 题 8 33 图 题 8 34 图 8 35 图 示 拱 具 有 合 理 拱 轴 线, 哪 一 种 措 施 对 于 减 少 犆 点 的 竖 向 位 移 是 无 效 的?( ) A 增 加 犃 1 值 B 增 加 犐 值 C 增 加 犃 2 值 D 增 加 犈 值 题 8 35 图 46

47 8 36 图 示 两 种 三 铰 拱 结 构 的 水 平 推 力 有 哪 种 关 系?( ) A 犎 1= 犎 2 B 不 能 确 定 C 犎 1> 犎 2 D 犎 1< 犎 2 题 8 36 图 8 37 刚 架 的 支 座 犃 产 生 沉 陷 Δ, 犇 点 有 哪 一 种 位 移?( ) A 向 上 的 位 移 B 向 下 的 位 移 C 向 左 的 位 移 D 向 右 的 位 移 8 38 图 示 结 构 中, 所 有 杆 件 的 犈 犃 和 犈 犐 值 均 相 同, 哪 一 种 结 构 的 犃 犅 杆 的 弯 矩 最 大?( ) 8 39 图 示 4 种 结 构 中 假 定 各 杆 件 截 面 一 样, 跨 度 和 荷 载 一 样, 问 哪 种 结 构 的 跨 中 挠 度 最 大?( ) 题 8 37 图 题 8 38 图 题 8 39 图 47

48 8 40 图 示 排 架 中, 哪 一 种 排 架 的 柱 顶 水 平 侧 移 最 小?( ) 题 8 40 图 8 41 图 示 两 端 固 定 梁 犅 支 座 发 生 沉 陷 Δ, 则 以 下 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 8 41 图 8 42 刚 架 的 支 座 犪 产 生 沉 陷 Δ, 则 下 列 弯 矩 图, 正 确 的 是 ( ) 48 题 8 42 图

49 8 43 图 示 结 构 跨 中 点 犪 处 的 弯 矩 最 接 近 下 列 何 值?( ) A 犕 a= 1 2 狇 犾 8 B 犕 a= 1 2 狇 犾 4 C 犕 a= 1 2 狇 犾 24 D 犕 a= 1 2 狇 犾 图 示 结 构 Ⅰ 和 Ⅱ 除 支 座 外 其 余 条 件 均 相 同, 则 ( ) Ⅰ Ⅱ A 犕 a = 犕 a Ⅰ Ⅱ B 犕 a > 犕 a Ⅰ Ⅱ C 犕 a < 犕 a D 不 能 确 定 Ⅰ 犕 a 及 Ⅱ 犕 a 的 相 对 大 小 题 8 43 图 题 8 44 图 8 45 图 示 梁 自 重 不 计, 在 荷 载 作 用 下, 下 列 关 于 支 座 反 力 的 叙 述 何 者 正 确?( ) Ⅰ. 犚 A< 犚 B;Ⅱ. 犚 A= 犚 B;Ⅲ. 犚 A 向 上, 犚 B 向 下 ;Ⅳ. 犚 A 向 下, 犚 B 向 上 A Ⅰ Ⅲ B Ⅱ Ⅲ C Ⅰ Ⅳ D Ⅱ Ⅳ 8 46 图 示 结 构 各 杆 截 面 相 同, 各 杆 温 度 均 匀 升 高 狋, 则 ( ) A 犕 a= 犕 b= 犕 c C 犕 a< 犕 b= 犕 c B 犕 a> 犕 b> 犕 c D 犕 a> 犕 b= 犕 c 题 8 45 图 题 8 46 图 8 47 关 于 下 列 结 构 Ⅰ 和 Ⅱ 中 犪 犮 点 的 弯 矩 正 确 的 是 ( ) A 犕 a= 犕 c B 犕 a> 犕 c C 犕 a< 犕 c D 无 法 判 断 题 8 47 图 8 48 图 示 对 称 结 构 中, 犐 点 处 的 弯 矩 为 下 列 何 值?( ) A 0 B 1 2 狇 犪 2 2 C 狇 犪 D 1 2 狇 犪 12 49

50 8 49 图 示 结 构 中, 犐 点 处 弯 矩 为 何 值?( ) A 0 B 1 犘 犪 C 犘 犪 D 2 3 犘 犪 2 题 8 48 图 8 50 图 示 结 构, 犘 位 置 处 梁 的 弯 矩 为 下 列 何 值?( ) A 0 B 1 犘 犪 4 C 1 犘 犪 2 题 8 49 图 D 犘 犪 题 8 50 图 8 51 图 示 三 铰 拱 两 铰 拱 无 铰 拱 截 面 特 性 相 同, 荷 载 相 同, 则 下 述 ( ) 结 论 正 确 A 各 拱 支 座 推 力 相 同 B 各 拱 支 座 推 力 差 别 较 大 C 各 拱 支 座 推 力 接 近 D 各 拱 支 座 推 力 不 具 可 比 性 题 8 51 图 8 52 关 于 图 示 索 结 构 柱 底 a b c 三 点 的 弯 矩, 说 法 正 确 的 是 ( ) A 犕 a= 犕 b= 犕 c=0 B 犕 a= 犕 b= 犕 c 0 C 犕 a= 犕 c 0, 犕 b=0 D 犕 a 犕 b 犕 c 均 远 大 于 图 示 结 构 中,1 点 处 的 水 平 位 移 为 何 值?( ) 50 A 0 C B 1 3 犘 犪 3 / 犈 犐 2 犘 犪 3 / 犈 犐 D 犘 犪 3 / 犈 犐 3

51 题 8 52 图 题 8 53 图 8 54 图 示 梁 的 弯 矩 图 形 为 下 列 何 图?( ) 题 8 54 图 8 55 图 示 对 称 结 构 中, 柱 1 的 轴 力 为 下 列 何 值?( ) A 狇 犪 /4 B 狇 犪 /2 C 狇 犪 D 2 狇 犪 8 56 图 示 体 系 为 ( ) A 几 何 不 变 无 多 余 约 束 B 几 何 不 变 有 多 余 约 束 C 几 何 常 变 D 几 何 瞬 变 题 8 55 图 题 8 56 图 51

52 8 57 图 示 结 构 中, 犅 点 的 弯 矩 是 ( ) A 使 柱 左 侧 受 拉 B 使 柱 右 侧 受 拉 C 为 零 D 以 上 三 种 可 能 都 存 在 8 58 三 铰 拱 在 图 示 荷 载 作 用 下, 支 座 犃 的 水 平 反 力 为 ( ) A 犘 ( 方 向 向 左 ) B 犘 ( 方 向 向 右 ) C 犘 2 ( 方 向 向 右 ) D 0 题 8 57 图 题 8 58 图 8 59 图 (1) 结 构 的 最 后 弯 矩 图 为 ( ) A 图 (2) B 图 (3) C 图 (4) D 都 不 是 题 8 59 图 8 60 图 示 桁 架 杆 犪 的 轴 力 为 ( ) A -槡 2 犘 B 槡 2 犘 C 槡 2 - 犘 2 D 槡 2 犘 图 示 结 构 的 超 静 定 次 数 为 ( ) 题 8 60 图 题 8 61 图 A 1 次 B 2 次 C 3 次 D 4 次 52

53 8 62 图 示 结 构 属 于 下 列 何 种 体 系?( ) 题 8 62 图 A 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 B 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 C 常 变 体 系 D 瞬 变 体 系 8 63 矩 形 截 面 梁 在 狔 向 荷 载 作 用 下, 横 截 面 上 剪 应 力 的 分 布 为 ( ) 题 8 63 图 8 64 判 断 下 列 图 示 结 构 何 者 为 静 定 结 构 体 系?( ) 题 8 64 图 8 65 图 示 结 构 属 于 下 列 何 种 结 构 体 系?( ) A 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 B 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 C 常 变 体 系 D 瞬 变 体 系 8 66 判 断 图 示 结 构 属 于 下 列 何 种 结 构 体 系?( ) A 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 B 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 C 常 变 体 系 D 瞬 变 体 系 8 67 图 示 结 构 被 均 匀 加 热 狋, 产 生 的 犃 犅 支 座 内 力 为 ( ) A 水 平 力 竖 向 力 均 不 为 零 B 水 平 力 为 零, 竖 向 力 不 为 零 C 水 平 力 不 为 零, 竖 向 力 为 零 D 水 平 力 竖 向 力 均 为 零 题 8 65 图 题 8 66 图 题 8 67 图 53

54 8 68 图 示 结 构 在 外 荷 狇 作 用 下, 产 生 的 正 确 剪 力 图 是 ( ) 题 8 68 图 题 8 69 图 8 69 图 示 矩 形 截 面 梁 在 纯 扭 转 时, 横 截 面 上 最 大 剪 应 力 发 生 在 下 列 何 处?( ) A Ⅰ 点 B Ⅱ 点 C 截 面 四 个 角 顶 点 D 沿 截 面 外 周 圈 均 匀 相 等 8 70 图 示 两 个 矩 形 截 面 梁, 在 相 同 的 竖 向 剪 力 作 用 下, 两 个 截 面 的 平 均 剪 应 力 关 系 为 ( ) 题 8 70 图 A τ1 = 1 τⅡ B τⅠ =τⅡ C τ1 =2τⅡ D τ1 =4τⅡ 图 示 一 圆 球, 重 量 为 犘, 放 在 两 个 光 滑 的 斜 面 上 静 止 不 动, 斜 面 斜 角 分 别 为 30 和 60, 产 生 的 犚 A 和 犚 B 分 别 为 ( ) A 犚 A =tan30 犘, 犚 B = 1 犘 tan30 B 犚 A = 1 犘, 犚 B =tan30 犘 tan30 C D 犚 A =sin30 犘, 犚 B =cos30 犘 犚 A =cos30 犘, 犚 B =sin30 犘 8 72 图 示 结 构 在 荷 载 犘 作 用 下 ( 自 重 不 计 ), 正 确 的 弯 矩 图 为 ( ) 题 8 71 图 题 8 72 图 54

55 8 73 同 一 桁 架 在 图 示 两 种 荷 载 作 用 下, 哪 些 杆 件 内 力 发 生 变 化?( ) A 仅 DE 杆 B AC BC DE 杆 C CD CE DE 杆 D 所 有 杆 件 题 8 73 图 8 74 图 示 结 构 支 座 犅 的 反 力 为 下 列 何 项?( ) 题 8 74 图 A 犘 B 2 犘 C 3 犘 D 4 犘 8 75 图 示 变 截 面 柱, 下 柱 柱 顶 犃 点 的 变 形 特 征 为 下 列 何 项?( ) A 犃 点 仅 向 右 移 动 C 犃 点 向 右 移 动 且 有 顺 时 针 转 动 B 犃 点 仅 有 顺 时 针 转 动 D 犃 点 无 侧 移 无 转 动 8 76 图 示 结 构, 犃 支 座 竖 向 反 力 犚 A 为 下 列 何 项 数 值?( ) A 犚 A=3 犘 B 犚 A=2 犘 C 犚 A= 犘 D 犚 A=0 题 8 75 图 题 8 76 图 8 77 下 列 各 项 中, 何 者 为 图 Ⅰ 的 弯 矩 图?( ) 题 8 77 图 55

56 8 78 下 列 各 项 中, 何 者 为 结 构 图 Ⅰ 的 弯 矩 图?( ) 题 8 78 图 8 79 图 示 结 构, 已 知 支 座 犃 的 竖 向 反 力 犚 A=0, 则 犘 为 下 列 何 值?( ) A 犘 =0 B 犘 = 1 2 狇 犪 C 犘 = 狇 犪 D 犘 =2 狇 犪 题 8 79 图 8 80 图 示 圆 弧 拱 结 构, 当 犪 < 犔 /2 时, 下 列 关 于 拱 脚 犃 点 水 平 推 力 犎 A 的 描 述 何 项 正 确?( ) A 犎 A 与 犪 成 正 比 B 犎 A 与 犪 成 反 比 C 犎 A 与 犪 无 关 D 犎 A= 图 示 结 构 中 零 杆 数 应 为 下 列 何 值?( ) A 1 B 2 C 3 D 4 题 8 80 图 题 8 81 图 56

57 8 82 下 列 各 项 中, 何 者 为 图 Ⅰ 的 弯 矩 图?( ) 题 8 82 图 8 83 图 示 结 构 中, 支 座 犅 的 反 力 犚 B 为 下 列 何 值?( ) A 犚 B=0 B 犚 B= 犘 C 犚 B=- 犘 /2 D 犚 B=- 犘 8 84 图 A 与 图 B 仅 荷 载 不 同, 则 关 于 犃 点 与 犅 点 的 竖 向 变 形 数 值 ( 犳 A 和 犳 ) B 的 关 系, 下 列 何 项 正 确?( ) 题 8 83 图 题 8 84 图 A 犳 A = 犳 B B 犳 A > 犳 B C 犳 A < 犳 B D 无 法 判 别 8 85 图 示 结 构, 支 座 犅 的 反 力 犚 B 为 下 列 何 值?( ) A 犚 B=0 B 犚 B = 犕 / 犪 C 犚 B = 犕 /2 犪 D 犚 B = 犕 8 86 图 示 结 构, 当 犃 犇 点 同 时 作 用 外 力 犘 时, 下 述 对 犈 点 变 形 特 征 的 描 述 何 者 正 确?( ) A 犈 点 不 动 B 犈 点 向 上 C 犈 点 向 下 D 无 法 判 断 题 8 85 图 题 8 86 图 57

58 8 87 图 示 结 构 中, 杆 犪 的 轴 力 犖 a 为 下 列 何 值?( ) A 犖 a=0 B 犖 a = 犘 /2 C 犖 a = 犘 D 犖 a =3 犘 / 图 示 结 构, 犆 点 的 竖 向 变 形 为 犳, C 转 角 为, θc 则 犃 点 的 竖 向 变 形 犳 A 应 为 下 列 何 值?( ) A 犳 A=0 B 犳 A= 犳 C C 犳 A= 犳 C+ θc 犔 2 D 犳 A= 犳 C- θc 犔 2 题 8 87 图 题 8 88 图 8 89 图 示 结 构 中, 下 列 关 于 顶 点 犃 水 平 位 移 的 描 述, 何 项 正 确?( ) A 与 犺 成 正 比 B 与 2 犺 成 正 比 C 与 3 犺 成 正 比 D 与 4 犺 成 正 比 8 90 图 示 结 构 外 侧 温 度 无 变 化, 而 内 侧 温 度 升 高 10 时, 下 列 对 犆 点 变 形 的 描 述 何 者 正 确?( ) A 犆 点 无 水 平 位 移 C 犆 点 向 右 B 犆 点 向 左 D 犆 点 无 转 角 题 8 89 图 题 8 90 图 题 8 91 图 8 91 图 示 结 构 中, 杆 犫 的 内 力 犖 b 应 为 下 列 何 项 数 值?( ) A 犖 b=0 槡 2 B 犖 b= 犘 2 C 犖 b= 犘 D 犖 b =槡 2 犘 8 92 关 于 图 示 结 构 Ⅰ Ⅱ 的 跨 中 挠 度 Δ Ⅰ Δ Ⅱ 说 法 正 确 的 是 ( ) 题 8 92 图 58 A Δ Ⅰ >Δ Ⅱ B Δ Ⅰ <Δ Ⅱ C Δ Ⅰ =Δ Ⅱ D 无 法 判 断

59 8 93 图 示 桁 架 中 犃 犅 杆 截 面 积 变 为 原 来 的 3 倍, 其 余 杆 件 变 为 原 来 的 2 倍, 其 他 条 件 不 变, 则 关 于 犃 犅 杆 轴 力 的 说 法 正 确 的 是 ( ) 8 94 A 为 原 来 的 1/3 B 为 原 来 的 3/2 C 为 原 来 的 2/3 D 不 变 图 示 等 跨 连 续 梁 在 哪 一 种 荷 载 布 置 作 用 下, 犫 犮 跨 的 跨 中 弯 矩 最 大?( ) 题 8 93 图 题 8 94 图 8 95 关 于 三 铰 拱 在 竖 向 荷 载 作 用 下 的 受 力 特 点, 以 下 说 法 错 误 的 是 ( ) A 在 不 同 竖 向 荷 载 作 用 下, 其 合 理 轴 线 不 同 B 在 均 布 竖 向 荷 载 作 用 下, 当 其 拱 线 为 合 理 轴 线 时, 拱 支 座 仍 受 推 力 C 拱 推 力 与 拱 轴 的 曲 线 形 式 有 关, 且 与 拱 高 成 反 比, 拱 越 低 推 力 越 大 D 拱 推 力 与 拱 轴 是 否 为 合 理 轴 线 无 关, 且 与 拱 高 成 反 比, 拱 越 低 推 力 越 大 8 96 对 于 图 示 Ⅰ Ⅱ 拱 结 构 正 确 的 说 法 是 ( ) A 两 者 拱 轴 力 完 全 一 样 B 随 Ⅰ 中 犈 1 犃 1 的 增 大, 两 者 拱 轴 力 趋 于 一 致 C 随 Ⅰ 中 犈 1 犃 1 的 减 少, 两 者 拱 轴 力 趋 于 一 致 D 两 者 受 力 完 全 不 同, 且 Ⅰ 中 拱 轴 力 小 于 Ⅱ 中 的 拱 轴 力 题 8 95 图 题 8 96 图 8 97 图 示 结 构 使 用 时 外 部 温 度 降 为 - 狋, 内 部 温 度 仍 为 狋 ( 建 造 时 为 狋 ), 则 温 度 变 化 引 起 的 正 确 弯 矩 图 为 ( ) 8 98 图 示 刚 架 的 弯 矩 图 中, 正 确 的 有 ( ) 59

60 题 8 97 图 题 8 98 图 A Ⅰ Ⅱ Ⅲ B Ⅱ Ⅲ C Ⅰ Ⅱ D Ⅲ Ⅳ 8 99 图 示 刚 架 中, 哪 一 个 刚 架 的 横 梁 跨 中 弯 矩 最 大?( ) 题 8 99 图 60

61 8 100 对 图 示 刚 架 结 构, 当 横 梁 犪 犫 的 刚 度 由 犈 犐 变 为 10 犈 犐 时, 则 横 梁 犪 犫 的 跨 中 弯 矩 犕 O ( ) A 增 加 B 减 少 C 不 变 D 无 法 判 断 图 示 刚 架 梁 柱 线 刚 度 比 值 犓 =1, 则 关 于 弯 矩 犕 1 犕 2 的 说 法, 以 下 哪 条 是 正 确 的?( ) A 犕 1> 犕 2 B 犕 1= 犕 2 C 犕 1< 犕 2 D 无 法 判 断 犕 1 犕 2 的 相 对 大 小 题 图 题 图 图 示 简 支 梁, 跨 中 犆 点 的 弯 矩 是 :( ) A 20kN m B 25kN m C 30kN m D 40kN m 图 示 楼 面 工 字 钢 次 梁, 钢 材 弹 性 模 量 犈 = N/mm 2, 要 满 足 犾 /250 的 挠 度 限 值 ( ) 犘 犾 3 犳 =, 至 少 应 选 用 下 列 何 种 型 号 的 工 字 钢?( ) 48 犈 犐 A Ⅰ20a ( 犐 x=2369cm 4 ) B Ⅰ22a ( 犐 x=3406cm 4 ) C Ⅰ25a ( 犐 x=5017cm 4 ) D Ⅰ28a ( 犐 x=7115cm 4 ) 题 图 题 图 图 示 结 构 属 于 何 种 体 系?( ) A 无 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 B 有 多 余 约 束 的 几 何 不 变 体 系 C 常 变 体 系 D 瞬 变 体 系 图 示 结 构 为 几 次 超 静 定?( ) A 二 次 B 三 次 C 四 次 D 五 次 题 图 题 图 61

62 8 106 图 示 结 构 的 超 静 定 次 数 为 :( ) A 零 次 B 一 次 C 二 次 D 三 次 题 图 图 示 结 构 在 两 种 外 力 作 用 下, 哪 些 杆 件 内 力 发 生 了 变 化?( ) A 1 杆 B 3 杆 C 24 杆 D 2345 杆 题 图 图 示 桁 架 在 竖 向 外 力 犘 作 用 下 的 零 杆 根 数 为 :( ) A 1 根 B 3 根 C 5 根 D 7 根 题 图 判 断 下 列 四 个 结 构 体 系 哪 一 个 不 是 静 定 结 构?( ) 题 图 图 示 结 构 在 竖 向 荷 载 犘 作 用 下, 犃 支 座 反 力 应 为 :( ) A 犕 A=0, 犚 A= 犘 /2 ( ) B 犕 A=0, 犚 A= 犘 ( ) C 犕 A= 犘 犪, 犚 A= 犘 /2 ( ) D 犕 A= 犘 犪, 犚 A= 犘 ( ) 62

63 题 图 根 据 图 示 梁 的 弯 矩 图 和 剪 力 图, 判 断 为 下 列 何 种 外 力 产 生 的?( ) 题 图 图 示 刚 架 在 外 力 作 用 下, 下 列 何 组 犕 犙 图 正 确?( ) 题 图 63

64 8 113 图 示 梁 在 所 示 荷 载 作 用 下, 其 剪 力 图 为 下 列 何 项? 提 示 : 梁 自 重 不 计 ( ) 题 图 图 示 刚 架 在 外 力 作 用 下 ( 刚 架 自 重 不 计 ), 判 断 下 列 弯 矩 图 哪 一 个 正 确?( ) 题 图 图 示 结 构 在 均 布 扭 矩 作 用 下, 下 列 扭 矩 图 何 项 正 确?( ) 题 图 64

65 8 116 图 示 结 构 在 外 力 狇 作 用 下, 下 列 弯 矩 图 何 项 正 确?( ) 题 图 图 示 结 构 梁 的 最 大 弯 矩 是 :( ) A 2 狇 犔 16 B 2 狇 犔 8 C 2 狇 犔 4 D 2 狇 犔 图 示 结 构 梁 犪 点 处 的 弯 矩 是 :( ) A 2 狇 犔 16 B 2 狇 犔 12 C 2 狇 犔 8 D 2 狇 犔 4 题 图 题 图 图 示 梁 的 最 大 剪 力 是 :( ) A 20kN B 15kN C 10kN D 5kN 图 示 结 构 的 等 效 图 是 :( ) 题 图 题 图 65

66 8 121 图 示 结 构 的 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 图 下 列 图 示 结 构 在 荷 载 作 用 下 的 各 弯 矩 图 中 何 者 为 正 确?( ) 题 图 图 示 结 构 中 杆 犪 的 内 力 犖 犪 (kn) 应 为 下 列 何 项?( ) A 犖 犪 =0 B 犖 犪 =10 ( 拉 力 ) C 犖 犪 =10 ( 压 力 ) D 犖 犪 =10 槡 2 ( 拉 力 ) 图 示 结 构 的 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 图 题 图 66

67 8 125 图 示 结 构 连 续 梁 的 刚 度 为 犈 犐, 梁 的 变 形 形 式 为 :( ) 图 示 结 构 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 图 题 图 67

68 8 127 图 示 结 构 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 图 图 示 结 构 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 68 题 图

69 8 129 图 示 三 铰 拱 支 座 的 水 平 推 力 是 :( ) 题 图 A 犘 /4 B 犘 C 2 犘 D 3 犘 图 示 结 构 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 图 示 桁 架 零 杆 判 定 全 对 的 是 :( ) 题 图 A B C D 无 零 杆 图 示 结 构, 杆 Ⅰ 的 内 力 为 下 列 何 值?( ) A 拉 力 犘 2 B 压 力 犘 2 C 拉 力 犘 D 压 力 犘 题 图 题 图 69

70 8 133 图 示 结 构 中, 哪 种 结 构 柱 顶 水 平 位 移 最 小?( ) 题 图 图 示 结 构 中, 杆 犫 的 内 力 犖 b 应 为 下 列 何 项 数 值?( ) A 犖 b=0 B 犖 b= 犘 /2 C 犖 b= 犘 D 犖 b =槡 2 犘 图 示 框 架 结 构 弯 矩 图 正 确 的 是 :( ) 题 图 题 图 70

71 8 136 图 示 刚 架 结 构 右 支 座 竖 向 下 沉 Δ, 则 结 构 的 弯 矩 图 是 :( ) 题 图 图 示 框 架 结 构 中, 柱 的 刚 度 均 为 犈 c 犐 c, 梁 的 刚 度 为 犈 b 犐 b, 当 地 面 以 上 结 构 温 度 均 匀 升 高 狋 时 下 列 表 述 正 确 的 是 :( ) 题 图 A 温 度 应 力 由 结 构 中 间 向 两 端 逐 渐 增 大 B 温 度 应 力 由 结 构 中 间 向 两 端 逐 渐 减 小 C 梁 柱 的 温 度 应 力 分 别 相 等 D 结 构 不 产 生 温 度 应 力 图 示 两 结 构 因 梁 的 高 宽 不 同 而 造 成 抗 弯 刚 度 的 不 同, 梁 跨 中 弯 矩 最 大 的 位 置 是 :( ) 题 图 A 犃 点 B 犅 点 C 犆 点 D 犇 点 71

72 8 139 柱 受 力 如 图, 柱 顶 将 产 生 下 列 何 种 变 形?( ) A 水 平 位 移 B 竖 向 位 移 C 水 平 位 移 + 转 角 D 水 平 位 移 + 竖 向 位 移 + 转 角 图 示 结 构 在 水 平 外 力 犘 作 用 下, 各 支 座 竖 向 反 力 哪 组 正 确?( ) A 犚 A=0, 犚 B=0 B 犚 A=- 犘 /2, 犚 B= 犘 /2 C 犚 A=- 犘, 犚 B= 犘 题 图 D 犚 A=-2 犘, 犚 B=2 犘 图 示 单 层 大 跨 框 架 结 构, 当 采 用 多 桩 基 础 时, 由 桩 的 水 平 位 移 Δ 引 起 的 附 加 弯 矩 将 使 框 架 的 哪 个 部 位 因 弯 矩 增 加 而 首 先 出 现 抗 弯 承 载 力 不 足?( ) A 犪 B 犫 C 犮 D 犱 题 图 题 图 图 示 四 种 门 式 刚 架 的 材 料 与 构 件 截 面 均 相 同, 哪 种 刚 架 柱 顶 犪 点 弯 矩 最 小?( ) 题 图 图 示 四 种 刚 架 中, 哪 一 种 横 梁 跨 中 犪 点 弯 矩 最 大?( ) 题 图 屋 架 在 外 力 犘 作 用 下 时, 下 列 关 于 各 杆 件 的 受 力 状 态 的 描 述, 哪 一 项 正 确?( ) 72

73 Ⅰ. 上 弦 杆 受 压 下 弦 杆 受 拉 Ⅱ. 上 弦 杆 受 拉 下 弦 杆 受 压 Ⅲ. 各 杆 件 均 为 轴 力 杆 Ⅳ. 斜 腹 杆 均 为 零 杆 A Ⅰ Ⅲ B Ⅱ Ⅲ C Ⅰ Ⅳ D Ⅱ Ⅳ 图 示 双 跨 刚 架 各 构 件 刚 度 相 同, 正 确 的 弯 矩 图 是 :( ) 题 图 题 图 图 示 刚 架, 位 移 Δ 相 同 的 是 :( ) 题 图 A (Ⅰ) 与 (Ⅲ) B (Ⅰ) 与 (Ⅳ) C (Ⅱ) 与 (Ⅳ) D (Ⅲ) 与 (Ⅳ) 图 示 结 构 支 座 犪 发 生 沉 降 Δ 时, 正 确 的 剪 力 图 是 :( ) 题 图 73

74 8 148 图 示 桁 架 杆 件 的 内 力 规 律, 以 下 论 述 哪 一 条 是 错 误 的?( ) 题 图 A 上 弦 杆 受 压 且 其 轴 力 随 桁 架 高 度 犺 增 大 而 减 小 B 下 弦 杆 受 拉 且 其 轴 力 随 桁 架 高 度 犺 增 大 而 减 小 C 斜 腹 杆 受 拉 且 其 轴 力 随 桁 架 高 度 犺 增 大 而 减 小 D 竖 腹 杆 受 压 且 其 轴 力 随 桁 架 高 度 犺 增 大 而 减 小 图 示 双 层 框 架, 正 确 的 弯 矩 图 是 :( ) 题 图 图 示 双 层 框 架 杆 件 刚 度 相 同, 则 正 确 的 弯 矩 图 是 :( ) 题 图 74

75 8 151 图 示 结 构 各 杆 温 度 均 匀 降 低 Δ 狋, 引 起 杆 件 轴 向 拉 力 最 大 的 是 :( ) 题 图 图 示 管 道 支 架 承 受 均 布 荷 载 狇, 犃 犅 犇 点 为 铰 接 点, 杆 件 犅 犇 受 到 的 压 力 为 :( ) 题 图 A 12kN B 12 槡 3kN C 16kN D 16 槡 3kN 图 示 三 铰 刚 架 转 角 犃 处 弯 矩 为 :( ) 题 图 A 80kN m B 120kN m C 160kN m D 200kN m 图 示 多 跨 静 定 梁 犅 点 弯 矩 为 :( ) 题 图 A -40kN m B -50kN m C -60kN m D -90kN m 参 考 答 案 8 1 A 8 2 B 8 3 B 8 4 D 8 5 C 8 6 D 75

76 8 7 D 8 8 D 8 9 C 8 10 C 8 11 A 8 12 A 8 13 B 8 14 C 8 15 B 8 16 A 8 17 D 8 18 D 8 19 C 8 20 C 8 21 C 8 22 A 8 23 A 8 24 B 8 25 A 8 26 D 8 27 B 8 28 D 8 29 B 8 30 B 8 31 C 8 32 C 8 33 B 8 34 B 8 35 B 8 36 A 8 37 A 8 38 A 8 39 B 8 40 C 8 41 A 8 42 B 8 43 A 8 44 C 8 45 D 8 46 B 8 47 B 8 48 B 8 49 C 8 50 B 8 51 B 8 52 C 8 53 C 8 54 A 8 55 C 8 56 B 8 57 D 8 58 D 8 59 A 8 60 A 8 61 A 8 62 C 8 63 D 8 64 D 8 65 A 8 66 C 8 67 D 8 68 C 8 69 B 8 70 B 8 71 D 8 72 C 8 73 C 8 74 B 8 75 D 8 76 D 8 77 C 8 78 C 8 79 B 8 80 B 8 81 C 8 82 C 8 83 C 8 84 C 8 85 B 8 86 C 8 87 D 8 88 C 8 89 C 8 90 C 8 91 A 8 92 A 8 93 D 8 94 C 8 95 C 8 96 B 8 97 B 8 98 C 8 99 B A C C C B B C B C B D C D C C C C B A D B C B B D D C D C A B A D D A B D A B C C D A B A A B D D A D B C C C 76

77 第 九 章 建 筑 结 构 与 结 构 选 型 第 一 节 概 述 一 建 筑 结 构 的 总 概 念 ( 一 ) 建 筑 结 构 的 定 义 建 筑 物 用 来 形 成 一 定 空 间 及 造 型, 并 具 有 抵 御 人 为 和 自 然 界 施 加 于 建 筑 物 的 各 种 作 用 力, 使 建 筑 物 得 以 安 全 使 用 的 骨 架, 即 称 为 结 构 ( 二 ) 建 筑 结 构 的 组 成 ( 图 9 1) 建 筑 结 构 一 般 都 是 由 以 下 结 构 构 件 组 成 的 ; 1. 水 平 构 件 用 以 承 受 竖 向 荷 载 的 构 件 一 般 有 : (1) 板 包 括 平 板 曲 面 板 斜 板 ; (2) 梁 直 梁 曲 梁 斜 梁 ; (3) 桁 架 网 架 等 2. 竖 向 构 件 用 以 支 承 水 平 构 件 或 承 担 水 平 荷 载 的 构 件 一 般 有 : (1) 柱 ; (2) 墙 体 ; (3) 框 架 3. 基 础 用 以 将 建 筑 物 所 承 受 的 所 有 荷 载 传 至 地 基 上 ( 三 ) 建 筑 结 构 的 类 型 图 9 1 结 构 骨 架 简 图 1. 按 组 成 建 筑 结 构 的 主 要 建 筑 材 料 划 分 (1) 钢 筋 混 凝 土 结 构 ; (2) 砌 体 结 构 : 砖 砌 体, 石 砌 体, 小 型 砌 块, 大 型 砌 块, 多 孔 砖 砌 体 等 ; (3) 钢 结 构 ; (4) 木 结 构 ; (5) 塑 料 结 构 ; (6) 薄 膜 充 气 结 构 2. 按 组 成 建 筑 结 构 的 主 体 结 构 形 式 划 分 (1) 墙 体 结 构 : 以 墙 体 作 为 支 承 水 平 构 件 及 承 担 水 平 力 的 结 构 ; (2) 框 架 结 构 ; (3) 框 架 剪 力 墙 ( 抗 震 墙 ); 77

78 (4) 筒 体 结 构 ; (5) 桁 架 结 构 ; (6) 拱 形 结 构 ; (7) 网 架 结 构 ; (8) 空 间 薄 壁 结 构 ( 包 括 : 薄 壳 折 板 幕 式 结 构 ); (9) 钢 索 结 构 ( 悬 索 结 构 ); (10) 薄 膜 结 构 3. 按 组 成 建 筑 结 构 的 体 形 划 分 (1) 单 层 结 构 ( 多 用 于 单 层 厂 房 食 堂 影 剧 场 仓 库 等 ); (2) 多 层 结 构 (2~6 层 ); (3) 高 层 结 构 ( 一 般 为 7 层 以 上 ); (4) 大 跨 度 结 构 ( 跨 度 在 40~50m 以 上 ) 此 外 尚 可 按 建 筑 结 构 的 受 力 特 点 划 分 为 : 平 面 结 构 体 系 与 空 间 结 构 体 系 两 大 类 二 建 筑 结 构 基 本 构 件 与 结 构 设 计 组 成 结 构 体 系 的 单 元 体 称 为 基 本 构 件 按 受 力 特 征 来 划 分 主 要 有 以 下 三 类 : 轴 心 受 力 构 件 偏 心 受 力 构 件 和 受 弯 构 件 按 其 主 要 受 力 性 质 常 常 又 划 分 为 : 拉 杆 压 杆 和 受 弯 构 件 ( 一 ) 轴 心 受 力 构 件 当 构 件 所 受 外 力 的 作 用 点 与 构 件 截 面 的 形 心 重 合 时, 则 构 件 横 截 面 产 生 的 应 力 为 均 匀 分 布, 这 种 构 件 称 为 轴 心 受 力 构 件 可 分 为 : 1. 轴 心 受 拉 构 件 ( 图 9 2) 构 件 所 受 的 力, 使 构 件 横 断 面 仅 产 生 均 匀 拉 应 力 时 即 为 轴 心 受 拉 构 件 常 用 于 桁 架 的 下 弦 杆 及 受 拉 斜 腹 杆 如 图 构 件 内 的 应 力 此 构 件 的 承 载 能 力 为 σ1 [σ] [σ] 材 料 的 允 许 应 力 这 种 构 件 最 能 充 分 发 挥 材 料 的 强 度 2. 轴 心 受 压 构 件 ( 图 9 3) 外 力 以 压 力 的 方 式 作 用 在 构 件 的 轴 心 处, 使 构 件 产 生 均 匀 压 应 力 时, 即 为 轴 心 受 压 构 件 78 犉 σ1= 犫 犺 图 9 2 图 9 3 轴 心 受 拉 构 件 轴 心 受 压 构 件 (9 1) 其 截 面 应 力 为 : 犉 σ1= (9 2) 犫 犺 但 轴 心 受 压 构 件 的 实 际 承 载 力 是 由 稳 定 性 控 制, 稳 定 系 数 ψ<1, 故 其 承 载 力 的 表 达 式 为 : 犉 σ2= [σ] (9 3) ψ 犫 犺

79 这 是 因 为 受 压 构 件 承 载 时, 截 面 应 力 尚 未 达 到 材 料 的 强 度 设 计 值 前 就 会 因 弯 折 而 失 去 承 载 能 力 这 种 现 象 称 为 丧 失 稳 定 性 上 式 中 的 ψ 值 即 为 按 稳 定 考 虑 的 承 载 力 与 强 度 承 载 力 的 比 值, 称 为 稳 定 系 数 由 此 可 见 相 同 材 料 的 拉 杆 与 压 杆 受 同 样 的 荷 载 犉 作 用 时, 拉 杆 所 需 的 截 面 尺 寸 要 比 压 杆 小 拉 杆 所 需 截 面 为 犉 犃 1= [σ] 压 杆 所 需 截 面 为 : 犉 犃 2= ψ [ σ] [σ] 材 料 的 强 度 设 计 值 ( 即 允 许 应 力 ) ψ<1, 故 犃 2> 犃 1 犾 0 ψ 值 与 杆 件 的 长 细 比 λ 有 关 ;λ= 犻 犾 0 杆 件 计 算 长 度 ; 犻 截 面 的 回 转 半 径 ; 犐 犻 = ; 槡 犃 犐 截 面 的 惯 性 矩 ; 矩 形 截 面 时 犐 = 1 犫 犺 3, 犃 = 犫 犺 12 犻 = 12 1 犫 犺 3 / 犫 犺 = 槡 12 1 犺 槡 2 =槡 1 犺 =0.289 犺 12 λ 越 大, ψ 越 小, 则 实 际 承 载 力 越 小 一 般 提 高 压 杆 承 载 力 的 措 施 为 : (1) 选 用 有 较 大 犻 值 的 截 面, 即 面 积 分 布 尽 量 远 离 中 和 轴 ; (2) 改 变 柱 端 固 接 条 件 或 增 设 中 间 支 承 以 改 变 杆 件 计 算 长 度 犾 0 ( 二 ) 偏 心 受 力 构 件 偏 心 受 力 构 件 分 为 两 种 : 偏 心 受 拉 和 偏 心 受 压 构 件 1. 偏 心 受 拉 构 件 ( 图 9 4) (1) 定 义 : 构 件 承 受 的 拉 力 作 用 点 与 构 件 的 轴 心 偏 离, 使 构 件 产 生 既 受 拉 又 受 弯 时, 即 为 偏 心 受 拉 构 件 ( 亦 称 拉 弯 构 件 ) 常 见 于 屋 架 下 弦 有 节 间 荷 载 时 (2) 构 件 的 受 力 状 态 图 9 4 偏 心 受 拉 构 件 由 上 图 可 知 其 截 面 产 生 的 应 力 是 由 两 种 应 力 叠 加 的, 其 边 沿 应 力 公 式 为 : σmin= max 构 件 的 承 载 能 力 应 满 足 σmax [σ] σmax 边 沿 最 大 拉 应 力 ; σmin 边 沿 最 小 拉 应 力 ; ( ) 犉 犕 犉 犉 犲 犉 犫 ± = ± = 犺 犠 犫 犺 1 2 犫 犫 犺 1± 6 犲 犺 犺 6 (9 4) 79

80 犠 截 面 抵 抗 矩 由 上 式 可 见 在 受 同 样 的 外 拉 力 时 偏 心 受 拉 构 件, 其 应 力 要 比 轴 心 受 拉 构 件, 增 大 许 多, 因 此 在 结 构 设 计 应 尽 量 避 免 出 现 这 种 构 件 2. 偏 心 受 压 构 件 ( 图 9 5) (1) 定 义 : 构 件 承 受 的 压 力 作 用 点 与 构 件 的 轴 心 偏 离, 使 构 件 产 生 既 受 压 又 受 弯 时 即 为 偏 心 受 压 构 件 ( 亦 称 压 弯 构 件 ) 常 见 于 屋 架 的 上 弦 杆 框 架 结 构 柱, 砖 墙 及 砖 垛 等 (2) 构 件 的 受 力 状 态 截 面 产 生 的 边 沿 应 力 公 式 为 : σmax 边 沿 最 大 压 应 力 ; σmin= max 图 9 5 偏 心 受 压 构 件 ( ) 犉 犕 犉 ± = 犫 犺 犠 犫 犺 1± 6 犲 犺 (9 5) σmin 边 沿 最 小 压 应 力 由 上 式 可 见, 在 受 同 样 的 压 力 犉 时, 当 作 用 点 与 截 面 轴 心 偏 离 时, 截 面 内 的 压 应 力 增 加 甚 多, 而 且 当 偏 心 距 较 大 时 截 面 内 除 压 应 力 外 将 产 生 一 部 分 拉 应 力 在 实 践 中 尚 有 双 向 偏 心 构 件 ( 三 ) 受 弯 构 件 1. 定 义 当 一 水 平 构 件 在 跨 间 承 受 荷 载, 使 其 产 生 弯 曲, 构 件 将 产 生 弯 矩 和 剪 力, 截 面 内 将 产 生 弯 曲 应 力 和 剪 应 力 这 种 构 件 即 称 为 受 弯 构 件 这 是 结 构 设 计 中 最 常 见 的 构 件 2. 受 弯 构 件 的 受 力 状 态 (1) 简 支 梁 在 不 同 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 犕 及 剪 力 犞 ( 图 9 6); (2) 多 跨 连 续 梁 在 均 布 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 和 剪 力 ( 图 9 7) 图 9 6 简 支 梁 在 不 同 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 犕 及 剪 力 犞 80

81 在 跨 度 范 围 内 弯 矩 和 剪 力 都 是 变 化 的 (3) 梁 截 面 内 的 应 力 分 布 1) 弯 曲 应 力 ( 图 9 8) 犕 犢 σ=± 犐 (9 6) 边 沿 最 大 应 力 : +σmax 边 沿 最 大 拉 应 力 ; 图 9 7 图 9 8 弯 曲 应 力 分 布 图 ±σmax=± 犕 犺 2 =± 6 犕 犫 犺 犫 犺 12 -σmax 边 沿 最 大 压 应 力 弯 曲 应 力 沿 截 面 高 度 为 三 角 形 分 布, 中 和 轴 处 应 力 为 零 ; 向 下 弯 曲 时 ( ) 中 和 轴 以 上 为 压 应 力, 中 和 轴 以 下 为 拉 应 力 ; 向 上 弯 曲 时 ( ), 中 和 轴 以 上 为 拉 应 力, 以 下 为 压 应 力 2) 剪 应 力 剪 应 力 在 截 面 上 的 分 布 也 是 不 均 匀 的, 其 分 布 规 律 见 图 9 9 平 均 剪 应 力 : 截 面 上 的 剪 应 力 犐 截 面 惯 性 矩 ; 犞 τ= 犫 犺 犞 犛 τ= 犐 犫 犛 计 算 点 以 上 截 面 对 中 和 轴 的 面 积 矩 (9 7) (9 8) 图 9 9 剪 应 力 分 布 规 律 图 1 剪 应 力 在 梁 高 方 向 的 分 布 是 中 和 轴 处 最 大, 以 近 抛 物 线 的 形 状 分 布, 在 截 面 边 沿 处 剪 应 力 为 零 2 沿 梁 长 度 方 向, 支 座 处 剪 力 最 大, 剪 应 力 也 最 大 3 截 面 的 抗 剪 主 要 靠 腹 板 ( 即 梁 的 截 面 中 部 ) (4) 受 弯 构 件 的 变 形 ( 图 9 10) 受 弯 构 件 在 荷 载 作 用 下 要 产 生 弯 曲, 于 是 将 产 生 弯 曲 变 形, 使 梁 产 生 挠 度 1) 梁 的 挠 度 跨 中 最 大 2) 挠 度 的 大 小 与 正 弯 矩 成 正 比 81

82 于 强 度 设 计 值 图 ) 跨 度 相 同 荷 载 相 同 时, 简 支 梁 的 挠 度 比 连 续 梁 两 端 固 定 或 一 端 固 定 一 端 简 支 的 梁 要 大 4) 挠 度 的 大 小 与 梁 的 犈 犐 成 反 比 (5) 受 弯 构 件 的 设 计 要 点 1) 要 满 足 弯 曲 应 力 不 超 过 材 料 的 强 度 设 计 值 即 最 大 弯 矩 处 的 最 大 弯 曲 应 力 必 须 小 犕 max σmax= 犠 [σ] 2) 梁 内 最 大 剪 力 的 断 面 平 均 剪 应 力 不 超 过 材 料 抗 剪 的 设 计 值 3) 梁 的 最 大 挠 度 值 不 得 超 过 规 范 规 定 的 数 值 ( 四 ) 几 种 基 本 构 件 的 比 较 上 述 几 种 基 本 构 件 的 合 理 应 用, 就 能 取 得 合 理 的 结 构 设 计 (9 9) 1. 轴 心 受 拉 构 件 是 受 力 最 好 的 构 件 (1) 最 能 充 分 发 挥 材 料 性 能 因 在 外 力 作 用 下, 沿 构 件 全 长 及 截 面 的 内 力 及 应 力 都 是 均 匀 分 布 (2) 在 承 受 相 同 的 荷 载 下, 与 受 压 和 受 弯 构 件 相 比 所 需 的 断 面 最 小 (3) 只 有 具 有 最 多 数 量 的 轴 拉 构 件 和 较 少 轴 压 和 受 弯 构 件 组 成 的 结 构 体 系 才 是 最 省 材 料 和 经 济 合 理 的 体 系 2. 轴 压 构 件 承 载 力 受 稳 定 的 影 响, 故 应 避 免 长 杆 受 压, 设 计 时 要 特 别 注 意 侧 向 稳 定 3. 偏 心 受 压 构 件 在 相 同 截 面 下, 因 受 偏 心 弯 矩 的 影 响, 其 承 载 力 将 随 偏 心 距 的 加 大 而 大 为 减 小 而 且 也 要 考 虑 侧 向 稳 定 的 影 响 4. 受 弯 构 件 (1) 构 件 内 的 内 力 不 均 匀 分 布, 因 此 不 能 充 分 发 挥 材 料 的 作 用 (2) 还 存 在 变 形 能 否 满 足 要 求 的 问 题, 有 时 虽 已 满 足 强 度 要 求, 变 形 不 能 满 足 时, 则 应 按 变 形 要 求 增 大 构 件 断 面 尺 寸 第 二 节 多 层 与 高 层 建 筑 结 构 体 系 9 层 及 9 层 以 下 为 多 层 建 筑,10 层 及 10 层 以 上 或 高 度 超 过 28m 的 住 宅 建 筑 和 高 度 大 于 24m 的 其 他 高 层 民 用 建 筑 为 高 层 建 筑 一 多 层 砌 体 结 构 ( 一 ) 概 述 1. 混 合 结 构 房 屋 是 指 同 一 房 屋 结 构 体 系 中, 采 用 两 种 或 两 种 以 上 不 同 材 料 组 成 的 承 重 结 构 体 系 砖 砌 体 结 构 是 指 由 钢 筋 混 凝 土 楼 ( 屋 ) 盖 和 砖 墙 承 重 的 结 构 体 系 ( 亦 称 砖 混

83 结 构 ) 3. 砌 体 结 构 一 般 是 指 采 用 钢 筋 混 凝 土 楼 ( 屋 ) 盖 和 用 砖 或 其 他 块 体 ( 如 : 混 凝 土 砌 块 ) 砌 筑 的 承 重 墙 组 成 的 结 构 体 系 4. 过 去 曾 有 过 用 木 楼 ( 屋 ) 盖 与 砖 墙 承 重 的 结 构 体 系, 称 为 砖 木 结 构 目 前 已 很 少 采 用 ( 二 ) 砌 体 结 构 的 优 缺 点 和 应 用 范 围 1. 主 要 优 点 (1) 主 要 承 重 结 构 ( 承 重 墙 ) 是 用 砖 ( 或 其 他 块 体 ) 砌 筑 而 成 的, 这 种 材 料 任 何 地 区 都 有, 便 于 就 地 取 材 常 用 的 墙 体 材 料 有 : 犪. 烧 结 普 通 砖 : 黏 土 砖 煤 矸 石 砖 页 岩 獉 獉 獉 獉 獉 獉 砖 煤 矸 石 页 岩 砖 ; 犫. 烧 结 多 孔 砖 : 黏 土 多 孔 砖 (P 型 M 型 ) 煤 矸 石 多 孔 砖 页 岩 多 孔 砖 ; 犮. 蒸 压 灰 砂 砖 蒸 压 粉 煤 灰 砖 ; 犱. 混 凝 土 小 型 空 心 砌 块 (2) 墙 体 既 是 围 护 和 分 隔 的 需 要, 又 可 作 为 承 重 结 构, 一 举 两 得 (3) 多 层 房 屋 的 纵 横 墙 体 布 置 一 般 很 容 易 达 到 刚 性 方 案 的 构 造 要 求, 故 砌 体 结 构 的 刚 度 较 大 (4) 施 工 比 较 简 单, 进 度 快, 技 术 要 求 低, 施 工 设 备 简 单 2. 主 要 缺 点 (1) 砌 体 强 度 比 混 凝 土 强 度 低 得 多, 故 建 造 房 屋 的 层 数 有 限, 一 般 不 超 过 7 层 (2) 砌 体 是 脆 性 材 料, 抗 压 能 力 尚 可, 抗 拉 抗 剪 强 度 都 很 低, 因 此 抗 震 性 能 较 差 (3) 多 层 砌 体 房 屋 一 般 宜 采 用 刚 性 方 案, 故 其 横 墙 间 距 受 到 限 制, 因 此 不 可 能 获 得 较 大 的 空 间, 故 一 般 只 能 用 于 住 宅 普 通 办 公 楼 学 校 小 型 医 院 等 民 用 建 筑 以 及 中 小 型 工 业 建 筑 ( 三 ) 砖 砌 体 房 屋 的 墙 体 布 置 方 案 1. 横 墙 承 重 方 案 楼 层 的 荷 载 通 过 板 梁 传 至 横 墙, 横 墙 作 为 主 要 承 重 竖 向 构 件, 纵 墙 仅 起 围 护 分 隔 自 承 重 及 形 成 整 体 作 用 优 点 : 横 墙 较 密, 房 屋 横 向 刚 度 较 大, 整 体 刚 度 好 外 纵 墙 不 是 承 重 墙 立 面 处 理 比 较 方 便, 可 以 开 设 较 大 的 门 窗 洞 口 抗 震 性 能 较 好 缺 点 : 横 墙 间 距 较 密, 房 间 布 置 的 灵 活 性 差, 故 多 用 于 宿 舍 住 宅 等 居 住 建 筑 2. 纵 墙 承 重 方 案 其 受 力 特 点 是 : 板 荷 载 传 给 梁, 再 由 梁 传 给 纵 墙 这 时 纵 墙 是 主 要 承 重 墙 横 墙 只 承 受 小 部 分 荷 载, 横 墙 的 设 置 主 要 为 了 满 足 房 屋 刚 度 和 整 体 性 的 需 要, 其 间 距 比 较 大 优 点 : 房 间 的 空 间 可 以 较 大, 平 面 布 置 比 较 灵 活 缺 点 : 房 屋 的 刚 度 较 差, 纵 墙 受 力 集 中, 纵 墙 较 厚 或 要 加 壁 柱 适 用 于 : 教 学 楼 实 验 室 办 公 楼 医 院 等 3. 纵 横 墙 承 重 方 案 根 据 房 间 的 开 间 和 进 深 要 求, 有 时 需 采 取 纵 横 墙 同 时 承 重 的 方 案 横 墙 的 间 距 比 纵 墙 承 重 方 案 小 所 以 房 屋 的 横 向 刚 度 比 纵 墙 承 重 方 案 有 所 提 高 4. 内 框 架 承 重 方 案 在 外 墙 承 重 的 同 时, 有 一 部 分 内 墙 采 用 钢 筋 混 凝 土 柱 代 替, 以 取 得 较 大 的 空 间 83

84 其 特 点 :(1) 横 墙 较 少, 房 屋 的 空 间 刚 度 较 差 ;(2) 墙 的 带 形 基 础 与 柱 的 单 独 柱 基 沉 降 不 容 易 一 致 ;(3) 钢 筋 混 凝 土 柱 与 砖 墙 的 压 缩 性 能 不 一 样, 容 易 造 成 不 均 匀 变 形 而 产 生 次 应 力, 当 层 数 较 多 时, 在 设 计 上 应 给 予 考 虑 ;(4) 以 柱 代 替 内 承 重 墙, 在 使 用 上 可 以 取 得 较 大 的 空 间 ;(5) 有 抗 震 设 防 要 求 的 地 区, 不 能 采 用 此 结 构 形 式 适 用 于 : 教 学 楼 医 院 商 店 旅 馆 等 建 筑 物 5. 底 部 框 架 抗 震 墙 结 构 方 案 在 砌 体 结 构 的 底 部 1~2 层 砌 体 墙 不 落 地, 而 采 用 框 架 抗 震 墙 支 承 上 部 砌 体 承 重 墙 适 用 于 : 住 宅 带 底 商 的 建 筑 ( 四 ) 砌 体 房 屋 的 构 造 要 求 1. 要 满 足 墙 体 的 高 厚 比 (1) 砌 体 结 构 设 计 规 范 (GB ) ( 以 下 简 称 砌 体 规 范 ) 规 定, 砖 墙 ( 或 砖 柱 ) 的 允 许 高 厚 比 应 按 下 式 验 算 [ 砌 体 规 范 式 (6.1.1)]: 犎 0 β= 犺 μ 1 μ [ 2 β ] (9 10) 式 中 犎 0 墙 柱 的 计 算 高 度, 应 按 砌 体 规 范 第 条 采 用 ; 犺 墙 厚 或 矩 形 柱 与 犎 0 相 对 应 的 边 长 ; μ 1 非 承 重 墙 允 许 高 厚 比 的 修 正 系 数 ; 犺 =240, μ 1=1.2; 犺 =90, μ 1=1.5; μ 有 门 窗 洞 口 墙 允 许 高 厚 比 的 修 正 系 数 ; 2 μ 2=1-0.4 ; 狊 犫 s 在 宽 度 狊 范 围 内 的 门 窗 洞 口 总 宽 度 ; 狊 相 邻 窗 间 墙 或 壁 柱 之 间 的 距 离 ; [ β ] 墙 柱 的 允 许 高 厚 比, 应 按 砌 体 规 范 表 采 用, 当 与 墙 连 接 的 相 邻 两 横 墙 间 的 距 离 狊 μ 1 μ [ 2 β ] 犺 时, 墙 的 高 度 可 不 受 上 述 限 制 注 :1. 上 端 为 自 由 端 时, 墙 的 允 许 高 厚 比, 除 按 上 述 规 定 提 高 外, 尚 可 提 高 30%; 2. 对 厚 度 小 于 90mm 的 墙, 当 双 面 用 不 低 于 M10 的 水 泥 砂 浆 抹 面, 包 括 抹 面 层 的 墙 厚 不 小 于 90mm 时, 可 按 墙 厚 等 于 90mm 验 算 高 厚 比 (2) 当 高 厚 比 不 能 满 足 要 求 时, 可 采 取 以 下 措 施 : 1) 增 加 墙 体 厚 度 ; 2) 加 设 壁 柱 ( 即 墙 垛 ); 3) 加 设 构 造 柱 ; 4) 减 小 横 墙 间 距 2. 要 注 意 控 制 横 墙 的 间 距 砖 砌 体 房 屋 的 静 力 计 算 有 三 种 计 算 方 案 ( 表 9 1): (1) 刚 性 方 案 在 荷 载 作 用 下, 楼 层 视 为 墙 柱 的 不 动 铰 支 座 即 认 为 房 屋 不 产 生 水 平 位 移 ( 图 9 11) (2) 刚 弹 性 方 案 在 荷 载 作 用 下, 楼 层 视 为 墙 柱 可 动 铰 支 座, 楼 盖 平 面 较 大, 可 考 虑 空 间 工 作 的 平 面 排 架 或 框 架 计 算 其 空 间 影 响 系 数 可 按 砌 体 规 范 表 采 用 (3) 弹 性 方 案 房 屋 在 水 平 力 作 用 下 将 产 生 水 平 位 移, 房 屋 的 静 力 计 算 可 按 屋 架 大 梁 与 墙 ( 柱 ) 为 铰 接 的 不 考 虑 空 间 工 作 的 平 面 排 架 或 框 架 计 算 ( 图 9 12) 84 犫 s

85 图 9 11 刚 性 方 案 房 屋 静 力 计 算 方 案 确 定 表 表 屋 盖 或 楼 盖 类 别 刚 性 方 案 刚 弹 性 方 案 弹 性 方 案 整 体 式 : 装 配 整 体 式 和 装 配 式 无 檩 体 系 钢 筋 混 凝 土 屋 盖 或 楼 盖 狊 <32 32 狊 72 狊 >72 2 装 配 式 有 檩 体 系 钢 筋 混 凝 土 屋 盖 轻 钢 屋 盖 和 有 密 铺 望 板 的 木 层 盖 或 木 楼 盖 狊 <20 20 狊 48 狊 >48 3 冷 摊 瓦 木 屋 盖 和 石 棉 水 泥 瓦 轻 钢 屋 盖 狊 <16 16 狊 36 狊 >36 注 : 狊 为 房 屋 横 墙 间 距, 单 位 为 m 3. 纵 墙 尽 可 能 贯 通 4. 预 制 钢 筋 混 凝 土 板 在 混 凝 土 圈 梁 上 的 支 承 长 度 不 应 小 于 80mm, 板 端 伸 出 的 钢 筋 应 与 圈 梁 可 靠 连 接, 且 同 时 浇 筑 ; 预 制 钢 筋 混 凝 土 板 在 墙 上 的 支 承 长 度 不 应 小 于 100mm, 并 应 按 下 列 方 法 进 行 连 接 : (1) 板 支 承 于 内 墙 时, 板 端 钢 筋 伸 出 长 度 不 应 小 于 70mm, 且 与 支 座 处 沿 墙 配 置 的 纵 筋 绑 扎, 用 强 度 等 级 不 应 低 于 C25 的 混 凝 土 浇 筑 成 板 带 ; 图 9 12 弹 性 方 案 (2) 板 支 承 于 外 墙 时, 板 端 钢 筋 伸 出 长 度 不 应 小 于 100mm, 且 与 支 座 处 沿 墙 配 置 的 纵 筋 绑 扎, 并 用 强 度 等 级 不 应 低 于 C25 的 混 凝 土 浇 筑 成 板 带 ; (3) 预 制 钢 筋 混 凝 土 板 与 现 浇 板 对 接 时, 预 制 板 端 钢 筋 应 伸 入 现 浇 板 中 进 行 连 接 后, 再 浇 筑 现 浇 板 5. 墙 体 转 角 处 和 纵 横 墙 交 接 处 应 沿 竖 向 每 隔 400~500mm 设 拉 结 钢 筋, 其 数 量 为 每 120mm 墙 厚 不 少 于 1 根 直 径 6mm 的 钢 筋 ; 或 采 用 焊 接 钢 筋 网 片, 埋 入 长 度 从 墙 的 转 角 或 交 接 处 算 起, 对 实 心 砖 墙 每 边 不 小 于 500mm, 对 多 孔 砖 墙 和 砌 块 墙 不 小 于 700mm 6. 填 充 墙 隔 墙 应 分 别 采 取 措 施 与 周 边 主 体 结 构 构 件 可 靠 连 接, 连 接 构 造 和 嵌 缝 材 料 应 能 满 足 传 力 变 形 耐 久 和 防 护 要 求 7. 在 砌 体 中 留 槽 洞 及 埋 设 管 道 时, 应 遵 守 下 列 规 定 : 85

86 (1) 不 应 在 截 面 长 边 小 于 500mm 的 承 重 墙 体 独 立 柱 内 埋 设 管 线 ; (2) 不 宜 在 墙 体 中 穿 行 暗 线 或 预 留 开 凿 沟 槽, 当 无 法 避 免 时 应 采 取 必 要 的 措 施 或 按 削 弱 后 的 截 面 验 算 墙 体 的 承 载 力 注 : 对 受 力 较 小 或 未 灌 孔 的 砌 块 砌 体, 允 许 在 墙 体 的 竖 向 孔 洞 中 设 置 管 线 8. 承 重 的 独 立 砖 柱 截 面 尺 寸 不 应 小 于 240mm 370mm 毛 石 墙 的 厚 度 不 宜 小 于 350mm, 毛 料 石 柱 较 小 边 长 不 宜 小 于 400mm 注 : 当 有 振 动 荷 载 时, 墙 柱 不 宜 采 用 毛 石 砌 体 9. 支 承 在 墙 柱 上 的 吊 车 梁 屋 架 及 跨 度 大 于 或 等 于 下 列 数 值 的 预 制 梁 的 端 部, 应 采 用 锚 固 件 与 墙 柱 上 的 垫 块 锚 固 : (1) 对 砖 砌 体 为 9m; (2) 对 砌 块 和 料 石 砌 体 为 7.2m 10. 跨 度 大 于 6m 的 屋 架 和 跨 度 大 于 下 列 数 值 的 梁, 应 在 支 承 处 砌 体 上 设 置 混 凝 土 或 钢 筋 混 凝 土 垫 块 ; 当 墙 中 设 有 圈 梁 时, 垫 块 与 圈 梁 宜 浇 成 整 体 (1) 对 砖 砌 体 为 4.8m; (2) 对 砌 块 和 料 石 砌 体 为 4.2m; (3) 对 毛 石 砌 体 为 3.9m 11. 当 梁 跨 度 大 于 或 等 于 下 列 数 值 时, 其 支 承 处 宜 加 设 壁 柱, 或 采 取 其 他 加 强 措 施 : (1) 对 240mm 厚 的 砖 墙 为 6m; 对 180mm 厚 的 砖 墙 为 4.8m; (2) 对 砌 块 料 石 墙 为 4.8m 12. 山 墙 处 的 壁 柱 或 构 造 柱 宜 砌 至 山 墙 顶 部, 且 屋 面 构 件 应 与 山 墙 可 靠 拉 结 13. 砌 块 砌 体 应 分 皮 错 缝 搭 砌, 上 下 皮 搭 砌 长 度 不 应 小 于 90mm 当 搭 砌 长 度 不 满 足 上 述 要 求 时, 应 在 水 平 灰 缝 内 设 置 不 小 于 2 根 直 径 不 小 于 4mm 的 焊 接 钢 筋 网 片 ( 横 向 钢 筋 的 间 距 不 应 大 于 200mm, 网 片 每 端 应 伸 出 该 垂 直 缝 不 小 于 300mm) 14. 砌 块 墙 与 后 砌 隔 墙 交 接 处, 应 沿 墙 高 每 400mm 在 水 平 灰 缝 内 设 置 不 少 于 2 根 直 径 不 小 于 4mm 横 筋 间 距 不 应 大 于 200mm 的 焊 接 钢 筋 网 片 ( 图 9 13) 混 凝 土 砌 块 房 屋, 宜 将 纵 横 墙 交 接 处, 距 墙 中 心 线 每 边 不 小 于 300mm 范 围 内 的 孔 洞, 采 用 不 低 于 Cb20 混 凝 土 沿 全 墙 高 灌 实 图 9 13 砌 块 墙 与 后 砌 隔 墙 交 接 处 钢 筋 网 片 1 砌 块 墙 ;2 焊 接 钢 筋 网 片 ; 3 后 砌 隔 墙 16. 混 凝 土 砌 块 墙 体 的 下 列 部 位, 如 未 设 圈 梁 或 混 凝 土 垫 块, 应 采 用 不 低 于 Cb20 混 凝 土 将 孔 洞 灌 实 : (1) 搁 栅 檩 条 和 钢 筋 混 凝 土 楼 板 的 支 承 面 下, 高 度 不 应 小 于 200mm 的 砌 体 ; (2) 屋 架 梁 等 构 件 的 支 承 面 下, 长 度 不 应 小 于 600mm, 高 度 不 应 小 于 600mm 的 砌 体 ; (3) 挑 梁 支 承 面 下, 距 墙 中 心 线 每 边 不 应 小 于 300mm, 高 度 不 应 小 于 600mm 的 砌 体 17. 夹 心 墙 的 夹 层 厚 度, 不 宜 大 于 120mm 18. 外 叶 墙 的 砖 及 混 凝 土 砌 块 的 强 度 等 级, 不 应 低 于 MU10

87 19. 夹 心 墙 的 有 效 面 积, 应 取 承 重 或 主 叶 墙 的 面 积 厚 比 验 算 时, 夹 心 墙 的 有 效 厚 度, 按 下 式 计 算 : 式 中 犺 犾 夹 心 复 合 墙 的 有 效 厚 度 ; 犺 1 犺 2 分 别 为 内 外 叶 墙 的 厚 度 2 2 犺 犾 = 槡 犺 1+ 犺 2 (9 11) 20. 夹 心 墙 外 叶 墙 的 最 大 横 向 支 承 间 距, 宜 按 下 列 规 定 采 用 : 设 防 烈 度 为 6 度 时 不 宜 大 于 9m,7 度 时 不 宜 大 于 6m,8 9 度 时 不 宜 大 于 3m 21. 夹 心 墙 的 内 外 叶 墙, 应 由 拉 结 件 可 靠 拉 结, 拉 结 件 宜 符 合 下 列 规 定 : (1) 当 采 用 环 形 拉 结 件 时, 钢 筋 直 径 不 应 小 于 4mm, 当 为 Z 形 拉 结 件 时, 钢 筋 直 径 不 应 小 于 6mm; 拉 结 件 应 沿 竖 向 梅 花 形 布 置, 拉 结 件 的 水 平 和 竖 向 最 大 间 距 分 别 不 宜 大 于 800mm 和 600mm; 对 有 振 动 或 有 抗 震 设 防 要 求 时, 其 水 平 和 竖 向 最 大 间 距 分 别 不 宜 大 于 800mm 和 400mm; (2) 当 采 用 可 调 拉 结 件 时, 钢 筋 直 径 不 应 小 于 4mm, 拉 结 件 的 水 平 和 竖 向 最 大 间 距 均 不 宜 大 于 400mm 叶 墙 间 灰 缝 的 高 差 不 大 于 3mm, 可 调 拉 结 件 中 孔 眼 和 扣 钉 间 的 公 差 不 大 于 1.5mm; (3) 当 采 用 钢 筋 网 片 作 拉 结 件 时, 网 片 横 向 钢 筋 的 直 径 不 应 小 于 4mm; 其 间 距 不 应 大 于 400mm; 网 片 的 竖 向 间 距 不 宜 大 于 600mm; 对 有 振 动 或 有 抗 震 设 防 要 求 时, 不 宜 大 于 400mm; (4) 拉 结 件 在 叶 墙 上 的 搁 置 长 度, 不 应 小 于 叶 墙 厚 度 的 2/3, 并 不 应 小 于 60mm; (5) 门 窗 洞 口 周 边 300mm 范 围 内 应 附 加 间 距 不 大 于 600mm 的 拉 结 件 22. 在 正 常 使 用 条 件 下, 应 在 墙 体 中 设 置 伸 缩 缝 伸 缩 缝 应 设 在 因 温 度 和 收 缩 变 形 引 起 应 力 集 中 砌 体 产 生 裂 缝 可 能 性 最 大 处 伸 缩 缝 的 间 距 可 按 表 9 2 采 用 砌 体 房 屋 伸 缩 缝 的 最 大 间 距 (m) 表 9 2 整 体 式 或 装 配 整 体 式 钢 筋 混 凝 土 结 构 装 配 式 无 檩 体 系 钢 筋 混 凝 土 结 构 装 配 式 有 檩 体 系 钢 筋 混 凝 土 结 构 屋 盖 或 楼 盖 类 别 间 距 有 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 楼 盖 50 无 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 40 有 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 楼 盖 60 无 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 50 有 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 75 无 保 温 层 或 隔 热 层 的 屋 盖 60 瓦 材 屋 盖 木 屋 盖 或 楼 盖 轻 钢 屋 盖 100 注 :1 对 烧 结 普 通 砖 烧 结 多 孔 砖 配 筋 砌 块 砌 体 房 屋, 取 表 中 数 值 ; 对 石 砌 体 蒸 压 灰 砂 普 通 砖 蒸 压 粉 煤 灰 普 通 砖 混 凝 土 砌 块 混 凝 土 普 通 砖 和 混 凝 土 多 孔 砖 房 屋, 取 表 中 数 值 乘 以 0.8 的 系 数, 当 墙 体 有 可 靠 外 保 温 措 施 时, 其 间 距 可 取 表 中 数 值 ; 2 在 钢 筋 混 凝 土 屋 面 上 挂 瓦 的 屋 盖 应 按 钢 筋 混 凝 土 屋 盖 采 用 ; 3 层 高 大 于 5m 的 烧 结 普 通 砖 烧 结 多 孔 砖 配 筋 砌 块 砌 体 结 构 单 层 房 屋, 其 伸 缩 缝 间 距 可 按 表 中 数 值 乘 以 1.3; 4 温 差 较 大 且 变 化 频 繁 地 区 和 严 寒 地 区 不 采 暖 的 房 屋 及 构 筑 物 墙 体 的 伸 缩 缝 的 最 大 间 距, 应 按 表 中 数 值 予 以 适 当 减 小 ; 5 墙 体 的 伸 缩 缝 应 与 结 构 的 其 他 变 形 缝 相 重 合, 缝 宽 度 应 满 足 各 种 变 形 缝 的 变 形 要 求 ; 在 进 行 立 面 处 理 时, 必 须 保 证 缝 隙 的 变 形 作 用 23. 房 屋 顶 层 墙 体, 宜 根 据 情 况 采 取 下 列 措 施 : (1) 屋 面 应 设 置 保 温 隔 热 层 ; 87

88 (2) 屋 面 保 温 ( 隔 热 ) 层 或 屋 面 刚 性 面 层 及 砂 浆 找 平 层 应 设 置 分 隔 缝, 分 隔 缝 间 距 不 宜 大 于 6m, 其 缝 宽 不 小 于 30mm, 并 与 女 儿 墙 隔 开 ; (3) 采 用 装 配 式 有 檩 体 系 钢 筋 混 凝 土 屋 盖 和 瓦 材 屋 盖 ; (4) 顶 层 屋 面 板 下 设 置 现 浇 钢 筋 混 凝 土 圈 梁, 并 沿 内 外 墙 拉 通, 房 屋 两 端 圈 梁 下 的 墙 体 内 宜 设 置 水 平 钢 筋 ; (5) 顶 层 墙 体 有 门 窗 等 洞 口 时, 在 过 梁 上 的 水 平 灰 缝 内 设 置 2~3 道 焊 接 钢 筋 网 片 或 2 根 直 径 6mm 钢 筋, 焊 接 钢 筋 网 片 或 钢 筋 应 伸 入 洞 口 两 端 墙 内 不 小 于 600mm; (6) 顶 层 及 女 儿 墙 砂 浆 强 度 等 级 不 低 于 M7.5 (Mb7.5 Ms7.5); (7) 女 儿 墙 应 设 置 构 造 柱, 构 造 柱 间 距 不 宜 大 于 4m, 构 造 柱 应 伸 至 女 儿 墙 顶 并 与 现 浇 钢 筋 混 凝 土 压 顶 整 浇 在 一 起 ; (8) 对 顶 层 墙 体 施 加 竖 向 预 应 力 24. 房 屋 底 层 墙 体, 宜 根 据 情 况 采 取 下 列 措 施 : (1) 增 大 基 础 圈 梁 的 刚 度 ; (2) 在 底 层 的 窗 台 下 墙 体 灰 缝 内 设 置 3 道 焊 接 钢 筋 网 片 或 2 根 直 径 6mm 钢 筋, 并 应 伸 入 两 边 窗 间 墙 内 不 小 于 600mm 25. 在 每 层 门 窗 过 梁 上 方 的 水 平 灰 缝 内 及 窗 台 下 第 一 和 第 二 道 水 平 灰 缝 内, 宜 设 置 焊 接 钢 筋 网 片 或 2 根 直 径 6mm 钢 筋, 焊 接 钢 筋 网 片 或 钢 筋 应 伸 入 两 边 窗 间 墙 内 不 小 于 600mm 当 墙 长 大 于 5m 时, 宜 在 每 层 墙 高 度 中 部 设 置 2~3 道 焊 接 钢 筋 网 片 或 3 根 直 径 6mm 的 通 长 水 平 钢 筋, 竖 向 间 距 为 500mm 26. 房 屋 两 端 和 底 层 第 一 第 二 开 间 门 窗 洞 处, 可 采 取 下 列 措 施 : (1) 在 门 窗 洞 口 两 边 墙 体 的 水 平 灰 缝 中, 设 置 长 度 不 小 于 900mm 竖 向 间 距 为 400mm 的 2 根 直 径 4mm 的 焊 接 钢 筋 网 片 (2) 在 顶 层 和 底 层 设 置 通 长 钢 筋 混 凝 土 窗 台 梁, 窗 台 梁 高 宜 为 块 材 高 度 的 模 数, 梁 内 纵 筋 不 少 于 4 根, 直 径 不 小 于 10mm, 箍 筋 直 径 不 小 于 6mm, 间 距 不 大 于 200mm, 混 凝 土 强 度 等 级 不 低 于 C20 (3) 在 混 凝 土 砌 块 房 屋 门 窗 洞 口 两 侧 不 少 于 一 个 孔 洞 中 设 置 直 径 不 小 于 12mm 的 竖 向 钢 筋, 竖 向 钢 筋 应 在 楼 层 圈 梁 或 基 础 内 锚 固, 孔 洞 用 不 低 于 Cb20 混 凝 土 灌 实 27. 填 充 墙 砌 体 与 梁 柱 或 混 凝 土 墙 体 结 合 的 界 面 处 ( 包 括 内 外 墙 ), 宜 在 粉 刷 前 设 置 钢 丝 网 片, 网 片 宽 度 可 取 400mm, 并 沿 界 面 缝 两 侧 各 延 伸 200mm, 或 采 取 其 他 有 效 的 防 裂 盖 缝 措 施 88 图 9 14 控 制 缝 构 造 1 不 吸 水 的 闭 孔 发 泡 聚 乙 烯 实 心 圆 棒 ; 2 柔 软 可 压 缩 的 填 充 物 28. 当 房 屋 刚 度 较 大 时, 可 在 窗 台 下 或 窗 台 角 处 墙 体 内 在 墙 体 高 度 或 厚 度 突 然 变 化 处 设 置 竖 向 控 制 缝 竖 向 控 制 缝 宽 度 不 宜 小 于 25mm, 缝 内 填 以 压 缩 性 能 好 的 填 充 材 料, 且 外 部 用 密 封 材 料 密 封, 并 采 用 不 吸 水 的 闭 孔 发 泡 聚 乙 烯 实 心 圆 棒 ( 背 衬 ) 作 为 密 封 膏 的 隔 离 物 ( 图 9 14) 29. 夹 心 复 合 墙 的 外 叶 墙 宜 在 建 筑 墙 体 适 当 部 位 设 置 控 制 缝, 其 间 距 宜 为 6

89 ~8m 30. 设 计 使 用 年 限 为 50 年 时, 地 面 以 下 或 防 潮 层 以 下 的 砌 体 所 用 材 料 的 最 低 强 度 等 级 应 符 合 表 9 3 的 规 定 : 地 面 以 下 或 防 潮 层 以 下 的 砌 体 潮 湿 房 间 的 墙 所 用 材 料 的 最 低 强 度 等 级 表 9 3 潮 湿 程 度 烧 结 普 通 砖 混 凝 土 普 通 砖 蒸 压 普 通 砖 混 凝 土 砌 块 石 材 水 泥 砂 浆 稍 潮 湿 的 很 潮 湿 的 含 水 饱 和 的 MU15 MU20 MU20 MU20 MU20 MU25 MU7.5 MU10 MU15 MU30 MU30 MU40 M5 M7.5 M10 注 :1 在 冻 胀 地 区, 地 面 以 下 或 防 潮 层 以 下 的 砌 体, 不 宜 采 用 多 孔 砖, 如 采 用 时, 其 孔 洞 应 用 不 低 于 M10 的 水 泥 砂 浆 预 先 灌 实 当 采 用 混 凝 土 空 心 砌 块 时, 其 孔 洞 应 采 用 强 度 等 级 不 低 于 Cb20 的 混 凝 土 预 先 灌 实 ; 2 对 安 全 等 级 为 一 级 或 设 计 使 用 年 限 大 于 50a 的 房 屋, 表 中 材 料 强 度 等 级 应 至 少 提 高 一 级 ( 五 ) 多 层 砖 砌 体 房 屋 的 楼 盖 1. 装 配 式 楼 盖 由 预 制 板 和 预 制 梁 组 成 (1) 预 制 板 实 心 楼 板, 槽 形 板 预 应 力 空 心 楼 板 : 短 向 板, 长 向 板 预 应 力 空 心 大 楼 板 双 钢 筋 叠 合 板 预 应 力 叠 合 板 优 点 : 节 约 模 板, 施 工 速 度 快, 有 利 于 建 筑 工 业 化, 节 约 钢 材 缺 点 : 楼 层 整 体 性 较 差, 抗 震 性 能 不 如 现 浇 楼 盖, 必 须 有 起 重 设 备, 开 间 尺 寸 受 限 制 (2) 预 制 梁 其 优 缺 点 同 预 制 板 2. 现 浇 楼 盖 现 浇 楼 盖 一 般 由 现 浇 楼 板 和 现 浇 梁 组 成 (1) 单 向 板 肋 形 楼 盖 或 平 板 楼 盖 [ 图 9 15 ( 犪 )] (2) 双 向 板 肋 形 楼 盖 (3) 主 梁 次 梁 [ 图 9 15 ( 犫 )~ ( 犲 )] (4) 梁 板 的 经 济 跨 度 : 单 向 板 :2~3m 双 向 板 :3~6m 次 梁 :3~5m 主 梁 :5~8m (5) 梁 板 常 用 截 面 尺 寸 参 考 值 ( 表 9 4): 89

90 图 9 15 单 向 板 楼 盖 的 几 种 结 构 布 置 熿 单 跨 简 支 时 犾 犺 烌 30 屋 顶 板 单 向 板 多 跨 连 续 时 犾 烍 且 犺 6cm 熿 { 楼 面 板 犺 犺 6cm 燀 40 烎 熿 单 跨 简 支 时 犾 犺 烌 双 向 板 40 烍 且 犺 8cm 板 厚 多 跨 连 续 时 犾 犺 燀 50 烎 悬 臂 板 犾 犺 12 cm 有 托 板 犾 无 梁 板 32 ~ 犾 燀 40 [ 无 托 板 犾 30 ~ 犾 35 梁 截 面 参 考 值 表 表 9 4 截 面 犫 犺 主 梁 次 梁 悬 臂 梁 梁 高 犺 梁 宽 犫 1 ( 9 ~ 1 13 ) 犾 2 ( 3 ~ 1 3 ) 犺 ( ) ( ) 1 ( 2 ~ 1 3 ) 犺 ( ) 1 11 ~ 1 犾 15 犾 6 1 ( 2 ~ 1 3 ) ( ) 注 : 犾 梁 板 的 跨 度 简 支 梁 犺 = 1 12 ~ 1 犾 ; 连 续 梁 犺 = ~ 1 犾 ; 井 字 梁 犺 = ~ 1 犾 ; 单 向 密 肋 梁 20 犺 =( 1 18 ~ 1 22 ) 犾 (6) 现 浇 钢 筋 混 凝 土 板 的 厚 度 不 应 小 于 表 9 5 规 定 的 数 值 现 浇 钢 筋 混 凝 土 板 的 最 小 厚 度 (mm) 犺 表 9 5 板 的 类 别 最 小 厚 度 板 的 类 别 最 小 厚 度 单 向 板 屋 面 板 60 民 用 建 筑 楼 板 60 工 业 建 筑 楼 板 70 行 车 道 下 的 楼 板 80 密 肋 板 悬 臂 板 肋 间 距 小 于 或 等 于 700mm 40 肋 间 距 大 于 700mm 50 板 的 悬 臂 长 度 小 于 或 等 于 500mm 60 板 的 悬 臂 长 度 大 于 500mm 80 双 向 板 80 无 梁 楼 板

91 (7) 混 凝 土 板 应 按 下 列 原 则 进 行 计 算 : 1) 两 对 边 支 承 的 板 应 按 单 向 板 计 算 2) 四 边 支 承 的 板 应 按 下 列 规 定 计 算 : 1 当 长 边 与 短 边 长 度 之 比 小 于 或 等 于 2.0 时, 应 按 双 向 板 计 算 2 当 长 边 与 短 边 长 度 之 比 大 于 2.0, 但 小 于 3.0 时, 宜 按 双 向 板 计 算 ; 当 按 沿 短 边 方 向 受 力 的 单 向 板 计 算 时, 应 沿 长 边 方 向 布 置 足 够 数 量 的 构 造 钢 筋 二 框 架 结 构 体 系 ( 一 ) 框 架 结 构 的 特 点 与 优 点 1. 基 本 概 念 (1) 框 架 是 由 梁 和 柱 刚 性 连 接 的 骨 架 结 构 (2) 框 架 结 构 采 用 的 材 料 : 1) 型 钢 ; 2) 钢 筋 混 凝 土 2. 框 架 结 构 的 特 点 (1) 框 架 的 连 接 点 是 刚 节 点, 是 一 个 几 何 不 变 体 (2) 在 竖 向 荷 载 作 用 下, 梁 柱 互 相 约 束, 从 而 减 少 横 梁 的 跨 中 弯 矩, 其 变 形 及 弯 矩 图 见 图 9 16 图 9 16 单 层 框 架 ( 刚 架 ) 竖 向 荷 载 作 用 下 变 形 及 弯 矩 图 (3) 在 水 平 力 作 用 下, 梁 柱 的 刚 接 可 提 高 柱 子 的 抗 推 刚 度 减 小 水 平 变 形, 成 为 很 好 的 抗 侧 力 结 构 ( 图 9 17) 3. 框 架 结 构 的 优 点 (1) 框 架 结 构 所 用 的 钢 筋 混 凝 土 或 型 钢 有 很 好 的 抗 压 和 抗 弯 能 力, 因 此, 可 以 加 大 建 筑 物 的 空 间 和 高 度 (2) 可 以 减 轻 建 筑 物 的 重 量 (3) 有 较 好 的 抗 震 能 力 (4) 有 较 好 的 延 性 (5) 有 较 好 的 整 体 性 4. 框 架 结 构 的 缺 点 因 构 件 截 面 尺 寸 不 可 能 太 大 故 承 载 力 和 刚 度 受 到 一 定 限 制, 因 此 房 屋 的 高 度 受 到 限 制 ( 二 ) 框 架 结 构 的 类 型 91

92 92 图 按 构 件 组 成 划 分 为 两 种 类 型 (1) 梁 板 式 结 构 由 梁 板 柱 三 种 基 本 构 件 组 成 骨 架 形 成 的 框 架 结 构 (2) 无 梁 式 结 构 由 板 和 柱 子 组 成 的 结 构 2. 按 框 架 的 施 工 方 法 划 分 为 四 种 类 型 (1) 现 浇 整 体 式 框 架 框 架 全 部 构 件 均 在 现 场 现 浇 成 整 体 1) 整 体 性 和 抗 震 性 能 好 ; 2) 构 件 尺 寸 不 受 标 准 构 件 限 制 (2) 装 配 式 框 架 框 架 全 部 构 件 采 用 预 制 装 配 : 1) 可 加 速 施 工 进 度, 提 高 建 筑 工 业 化 程 度 2) 节 点 构 造 刚 性 差, 抗 震 性 能 差 (3) 半 现 浇 框 架 梁 柱 现 浇, 楼 板 预 制 或 现 浇 柱, 预 制 梁 板 1) 梁 柱 整 体 性 较 好, 适 用 于 抗 震 建 筑 2) 楼 板 预 制 可 节 约 模 板, 约 20% (4) 装 配 整 体 式 框 架 预 制 梁 柱, 装 配 时 通 过 局 部 现 浇 混 凝 土 使 构 件 连 接 成 整 体 1) 保 证 了 节 点 的 刚 接, 结 构 整 体 性 好 ; 2) 可 省 去 连 接 件 ; 3) 增 加 了 后 浇 混 凝 土 工 序 ;

93 4) 比 全 现 浇 可 节 省 模 板 及 加 快 进 度 ( 三 ) 框 架 结 构 的 平 面 布 置 方 式 ( 图 9 18) 图 9 18 ( 犪 ) 内 廊 式 ;( 犫 ) 跨 度 组 合 式 1. 横 向 为 主 要 承 重 框 架, 纵 向 为 连 系 梁, 只 适 用 于 非 地 震 区 2. 纵 向 为 主 要 承 重 框 架, 横 向 为 连 系 梁 (1) 有 利 于 提 高 楼 层 净 高 的 有 效 利 用 (2) 房 间 的 使 用 和 划 分 比 较 灵 活 (3) 不 适 用 于 地 震 区 3. 主 要 承 重 框 架 纵 横 两 个 方 向 布 置 : 93

94 (1) 当 两 个 方 向 的 水 平 力 相 差 不 大 时, 则 必 须 采 用 这 种 布 置 (2) 适 用 于 地 震 区 及 平 面 为 正 方 形 的 房 屋 ( 四 ) 框 架 结 构 的 受 力 特 性 1. 框 架 结 构 在 竖 向 力 作 用 下 的 变 形 和 弯 矩 ( 图 9 19) 2. 框 架 结 构 在 水 平 力 作 用 下 的 变 形 和 弯 矩 ( 图 9 20) 图 9 19 ( 犪 ) 框 架 在 竖 向 力 作 用 下 的 变 形 ;( 犫 ) 框 架 在 竖 向 力 作 用 下 产 生 的 弯 矩 图 三 剪 力 墙 结 构 ( 一 ) 剪 力 墙 的 概 念 和 结 构 效 能 图 9 20 ( 犪 ) 水 平 力 作 用 下 框 架 的 变 形 ;( 犫 ) 水 平 力 作 用 下 框 架 的 弯 矩 1. 建 筑 物 中 的 竖 向 承 重 构 件 主 要 由 墙 体 承 担 时, 这 种 墙 体 既 承 担 水 平 构 件 传 来 的 竖 向 荷 载, 同 时 承 担 风 力 或 地 震 作 用 传 来 的 水 平 地 震 作 用 剪 力 墙 即 由 此 而 得 名 ( 抗 震 规 范 定 名 为 抗 震 墙 ) 2. 剪 力 墙 是 建 筑 物 的 分 隔 墙 和 围 护 墙, 因 此 墙 体 的 布 置 必 须 同 时 满 足 建 筑 平 面 布 置 和 结 构 布 置 的 要 求 3. 剪 力 墙 结 构 体 系, 有 很 好 的 承 载 能 力, 而 且 有 很 好 的 整 体 性 和 空 间 作 用, 比 框 架 结 构 有 更 好 的 抗 侧 力 能 力, 因 此, 可 建 造 较 高 的 建 筑 物 剪 力 墙 的 间 距 有 一 定 限 制, 故 不 可 能 开 间 太 大 对 需 要 大 空 间 时 就 不 太 适 用 灵

95 活 性 就 差 一 般 适 用 住 宅 公 寓 和 旅 馆 5. 剪 力 墙 结 构 的 楼 盖 结 构 一 般 采 用 平 板, 可 以 不 设 梁, 所 以 空 间 利 用 比 较 好, 可 节 约 层 高 ( 二 ) 剪 力 墙 结 构 体 系 的 类 型 及 适 用 范 围 1. 框 架 剪 力 墙 结 构 是 由 框 架 与 剪 力 墙 组 合 而 成 的 结 构 体 系, 适 用 于 需 要 有 局 部 大 空 间 的 建 筑, 这 时 在 局 部 大 空 间 部 分 采 用 框 架 结 构, 同 时 又 可 用 剪 力 墙 来 提 高 建 筑 物 的 抗 侧 能 力, 从 而 满 足 高 层 建 筑 的 要 求 2. 普 通 剪 力 墙 结 构 全 部 由 剪 力 墙 组 成 的 结 构 体 系 3. 框 支 剪 力 墙 结 构 当 剪 力 墙 结 构 的 底 部 需 要 有 大 空 间, 剪 力 墙 无 法 全 部 落 地 时, 就 需 要 采 用 底 部 框 支 剪 力 墙 的 框 支 剪 力 墙 结 构 ( 三 ) 普 通 剪 力 墙 结 构 的 结 构 布 置 1. 平 面 布 置 ( 图 9 21) (1) 剪 力 墙 结 构 中 全 部 竖 向 荷 载 和 水 平 力 都 由 钢 筋 混 凝 土 墙 承 受, 所 以 剪 力 墙 应 沿 平 面 主 要 轴 线 方 向 布 置 1) 矩 形 L 形 T 形 平 面 时, 剪 力 墙 沿 两 个 正 交 的 主 轴 方 向 布 置 ; 2) 三 角 形 及 Y 形 平 面 可 沿 三 个 方 向 布 置 ; 3) 正 多 边 形 圆 形 和 弧 形 平 面, 则 可 沿 径 向 及 环 向 布 置 (2) 单 片 剪 力 墙 的 长 度 不 宜 过 大 : 图 ) 长 度 很 大 的 剪 力 墙, 刚 度 很 大 将 使 结 构 的 周 期 过 短, 地 震 力 太 大 不 经 济 ; 2) 剪 力 墙 以 处 于 受 弯 工 作 状 态 时, 才 能 有 足 够 的 延 性, 故 剪 力 墙 应 当 是 高 细 的, 如 果 剪 力 墙 太 长 时, 将 形 成 低 宽 剪 力 墙, 就 会 由 受 剪 破 坏, 剪 力 墙 呈 脆 性, 不 利 于 抗 震 故 同 一 轴 线 上 的 连 续 剪 力 墙 过 长 时, 应 用 楼 板 或 小 连 梁 分 成 若 干 个 墙 段, 每 个 墙 段 的 高 宽 比 应 不 小 于 2 每 个 墙 段 可 以 是 单 片 墙, 小 开 口 墙 或 联 肢 墙 每 个 墙 肢 的 宽 度 不 宜 大 于 8.0m, 以 保 证 墙 肢 是 由 受 弯 承 载 力 控 制, 和 充 分 发 挥 竖 向 分 布 筋 的 作 用 内 力 计 算 时, 墙 段 之 间 的 楼 板 或 弱 连 梁 不 考 虑 其 作 用, 每 个 墙 段 作 为 一 片 独 立 剪 力 墙 计 算 (3) 剪 力 墙 的 数 量 要 在 方 案 阶 段 合 理 的 确 定, 以 对 称, 均 匀, 数 量 适 当 为 好 1) 剪 力 墙 的 开 间 以 6.0~7.0m 的 大 开 间, 比 3.0~3.9m 的 小 开 间, 较 经 济 合 理, 降 低 了 材 料 用 量, 而 且 增 大 建 筑 使 用 面 积 2) 剪 力 墙 结 构 的 基 本 周 期 控 制 在 犖 S 为 层 数 底 部 剪 力 控 制 在 : 犜 1 = (0.04~0.05) 犖 S 犉 EK = (0.02~0.03) 犌 (7 度,Ⅱ 类 场 地 ) 犉 EK = (0.04~0.06) 犌 (8 度,Ⅱ 类 场 地 ) 犌 建 筑 物 的 总 重 力 荷 载 若 周 期 过 短, 地 震 力 过 大 时, 宜 减 少 墙 的 数 量 95

96 (4) 调 整 剪 力 墙 结 构 刚 度 的 方 法 有 : 1) 适 当 减 小 剪 力 墙 的 厚 度 ; 2) 降 低 连 梁 的 高 度 ; 3) 增 大 门 窗 洞 口 宽 度 ; 4) 对 较 长 的 墙 肢 设 置 施 工 洞, 分 为 两 个 墙 肢 超 过 8.0m 长 时 都 应 用 施 工 洞 划 分 为 小 墙 肢 2. 竖 向 布 置 (1) 剪 力 墙 应 在 整 个 建 筑 的 竖 向 延 续, 上 到 顶, 下 到 底, 中 间 楼 层 也 不 要 中 断 剪 力 墙 不 连 续 会 造 成 刚 度 突 变, 对 抗 震 非 常 不 利 (2) 顶 层 取 消 部 分 剪 力 墙 时, 其 余 剪 力 墙 应 在 构 造 上 予 以 加 强 (3) 底 层 取 消 部 分 剪 力 墙 时, 应 设 置 转 换 层 (4) 为 避 免 刚 度 突 变, 剪 力 墙 的 厚 度 应 按 阶 段 变 化, 每 次 厚 度 减 小 宜 为 50~100mm, 不 宜 过 大, 使 墙 体 刚 度 均 匀 连 续 改 变 厚 度 改 变 和 混 凝 土 强 度 等 级 的 改 变 宜 错 开 楼 层 (5) 厚 度 变 化 时 宜 两 侧 同 时 内 收 外 墙 及 电 梯 间 墙 可 只 单 面 内 收 (6) 剪 力 墙 上 的 洞 口 宜 上 下 对 齐, 并 列 布 置, 这 种 墙 传 力 直 接, 受 力 明 确, 内 力 分 布 清 楚 ; 抗 震 性 能 好 错 洞 口 上 下 不 对 齐, 受 力 复 杂, 洞 边 容 易 产 生 应 力 集 中, 配 筋 大, 地 震 时 容 易 破 坏 图 9 22 ( 四 ) 剪 力 墙 的 构 造 要 求 (7) 相 邻 洞 口 之 间 及 洞 口 与 墙 边 缘 之 间 要 避 免 小 墙 肢 当 墙 肢 的 宽 度 与 厚 度 之 比 小 于 3 的 小 墙 肢, 在 反 复 荷 载 作 用 下, 早 开 裂, 早 破 坏, 故 墙 肢 宽 度 不 宜 小 于 3 犫 w ( 犫 w 为 墙 厚 ), 且 不 应 小 于 500mm (8) 刀 把 形 剪 力 墙 会 使 剪 力 墙 受 力 复 杂, 应 力 局 部 集 中, 而 且 竖 向 地 震 作 用 会 产 生 较 大 的 影 响, 宜 十 分 慎 重 如 图 9 22 所 示 1. 剪 力 墙 的 数 量 及 厚 度 对 目 前 设 计 的 16~28 层 住 宅 来 看, 底 层 部 分 剪 力 墙 截 面 总 面 积 与 楼 面 面 积 之 比 大 约 为 : 小 开 间 (3~4m): 犃 w/ 犃 f =6% ~8% 犃 w 剪 力 墙 截 面 总 面 积 ; 犃 f 楼 面 面 积 大 开 间 (7~8m): 犃 w/ 犃 f =4% ~6% 2. 剪 力 墙 厚 度 底 层 厚 度 可 按 每 层 10mm 大 约 初 估 ; 最 小 厚 度 按 160mm ( 表 9 6) 剪 力 墙 住 宅 的 墙 厚 (mm) 表 9 6 层 数 小 开 间 (3.3~4m) 大 开 间 (6~8m) 层 数 小 开 间 (3.3~4m) 大 开 间 (6~8m) 20~ ~240 10~ ~ ~220 8~ ~

97 ( 五 ) 框 支 剪 力 墙 结 构 的 设 计 要 点 1. 框 支 剪 力 墙 结 构 是 指 : 当 有 的 高 层 建 筑 为 了 满 足 多 功 能 综 合 用 途 的 需 要, 在 竖 向, 顶 部 楼 层 作 为 住 宅 旅 馆 ; 中 部 楼 层 作 为 办 公 用 房 ; 下 部 楼 层 作 为 商 店 餐 馆 文 化 娱 乐 设 施 不 同 用 途 的 楼 层, 需 要 大 小 不 同 的 开 间, 从 而 采 用 不 同 的 结 构 形 式 上 部 楼 层 采 用 剪 力 墙 结 构 以 满 足 住 宅 和 旅 馆 的 要 求 ; 中 部 办 公 楼 用 房 则 需 要 中 小 室 内 空 间 同 时 存 在, 则 宜 采 用 框 架 剪 力 墙 结 构 来 满 足 其 要 求 ; 底 部 作 为 商 店 等 用 房 则 需 要 有 尽 量 大 的 空 间, 则 宜 加 大 柱 网, 尽 量 减 少 墙 体 上 述 要 求 与 结 构 的 合 理 布 置 正 好 相 反, 以 高 层 建 筑 的 受 力 规 律, 下 部 楼 层 受 力 很 大, 上 部 楼 层 的 受 力 相 对 要 小 得 多, 正 常 的 结 构 布 置 应 当 是 下 部 刚 度 要 大, 墙 体 应 多, 柱 网 应 密, 到 上 部 逐 渐 减 少 墙 柱 扩 大 轴 线 间 距, 二 者 正 好 矛 盾 为 了 解 决 上 述 矛 盾, 就 出 现 了 底 层 大 空 间 的 框 支 剪 力 墙 结 构 2. 这 种 结 构 由 于 底 部 与 上 部 结 构 的 刚 度 产 生 突 变, 故 在 所 发 生 的 地 震 中, 其 破 坏 都 较 严 重, 抗 震 性 能 较 差, 故 在 设 计 中 要 特 别 加 以 注 意, 设 计 中 要 考 虑 两 个 关 键 问 题 : (1) 保 证 大 空 间 有 充 分 的 刚 度, 防 止 竖 向 的 刚 度 过 于 悬 殊 ; (2) 加 强 转 换 层 的 刚 度 与 承 载 力, 保 证 转 换 层 可 以 将 上 层 剪 力 可 靠 地 传 递 到 落 地 墙 上 去 3. 落 地 剪 力 墙 的 布 置 和 数 量 (1) 底 部 大 空 间 层 应 有 落 地 剪 力 墙 ( 或 ) 落 地 筒 体, 落 地 纵 横 剪 力 墙 最 好 成 组 布 置, 结 合 为 落 地 筒 (2) 平 面 为 长 矩 形, 横 向 剪 力 墙 的 片 数 较 多 时, 落 地 的 横 向 剪 力 墙 的 数 目 与 横 向 剪 力 墙 数 目 之 比, 非 抗 震 设 计 时 不 宜 少 于 30%; 抗 震 设 计 时 不 宜 少 于 50%, 对 于 一 般 平 面, 令 上 下 层 刚 度 比 为 γ: 犌 犻 +1 犃 犻 +1 犺 犻 γ= 犌 犻 犃 犻 犺 犻 +1 式 中 犌 犻, 犌 犻 +1 第 犻 层, 犻 +1 层 混 凝 土 剪 变 模 量 ( 犌 =0.425 犈 ) 犃 犻, 犃 犻 +1 第 犻 层, 犻 +1 层 的 折 算 抗 剪 截 面 面 积 (9 12) 犃 = 犃 W+0.12 犃 C 犃 W 在 所 计 算 方 向 上 剪 力 墙 的 全 部 有 效 截 面 面 积 ; 犃 C 全 部 柱 的 截 面 积 ; 犺 犻, 犺 犻 +1 第 犻 层, 犻 +1 层 的 层 高 在 非 震 区 γ 应 尽 量 接 近 于 1, 不 应 大 于 3; 在 抗 震 设 计 时,γ 应 尽 量 接 近 于 1, 不 应 大 于 2 为 满 足 上 述 要 求, 可 采 取 以 下 措 施 : 1) 与 建 筑 协 调, 争 取 尽 可 能 多 的 剪 力 墙 落 地 必 要 时 也 可 在 别 的 部 位 设 置 补 偿 剪 力 墙 ; 2) 加 大 落 地 剪 力 墙 的 厚 度 尽 量 增 大 落 地 墙 的 截 面 面 积 ; 3) 提 高 大 空 间 层 的 混 凝 土 强 度 等 级 4. 落 地 剪 力 墙, 尽 量 不 要 开 洞, 或 开 小 洞, 以 免 刚 度 削 弱 太 大 洞 口 宜 布 置 在 剪 力 墙 的 中 部 97

98 5. 转 换 层 的 设 置 由 剪 力 墙 结 构 转 换 成 框 支 剪 力 墙 结 构 的 大 空 间 层 时, 其 交 接 层 即 为 转 换 层 (1) 转 换 层 的 结 构 形 式 1) 框 架 结 构 不 落 地 剪 力 墙 用 柱 和 梁 形 成 框 支 梁 来 支 承 上 面 的 剪 力 墙 2) 板 柱 结 构 用 厚 板 及 柱 来 支 承 上 部 剪 力 墙 3) 空 腹 桁 架 结 构 用 空 腹 桁 架 及 柱 来 支 承 上 部 剪 力 墙 4) 箱 形 刚 性 结 构 (2) 框 支 梁 框 支 柱 的 基 本 要 求 1) 框 支 梁 的 宽 度 不 小 于 上 部 剪 力 墙 厚 度 的 2 倍 2) 框 支 梁 上 部 相 邻 层 的 墙 体 非 常 重 要, 应 力 分 布 复 杂, 所 以 这 层 墙 不 宜 设 边 门 洞, 不 得 在 中 柱 上 方 开 设 门 洞 3) 框 支 柱 要 严 格 要 求, 轴 压 比 要 比 普 通 柱 小 些 : 抗 震 等 级 一 级 二 级 三 级 四 级 轴 压 比 μc 框 支 柱 与 框 支 梁 要 加 强 连 接 柱 宽 宜 与 梁 同 宽 或 比 梁 宽 每 边 大 50mm, 且 不 小 于 450mm; 断 面 高 度 犺 C, 不 小 于 柱 宽, 不 小 于 梁 跨 的 1/12, 柱 净 高 与 柱 截 面 高 度 之 比 大 于 或 等 于 4 (3) 转 换 层 楼 板 的 要 求 1) 板 厚 不 得 小 于 180mm 2) 楼 板 应 双 层 双 向 配 筋, 并 加 强 与 剪 力 墙 的 锚 固 四 框 架 剪 力 墙 结 构 ( 一 ) 框 架 剪 力 墙 结 构 的 受 力 特 点 及 适 用 范 围 1. 框 架 剪 力 墙 ( 或 称 框 剪 结 构 ), 广 泛 应 用 于 高 层 办 公 和 公 共 建 筑, 也 大 量 应 用 于 高 层 旅 馆 建 筑 框 架 剪 力 墙 结 构 是 由 框 架 构 成 自 由 灵 活 的 使 用 空 间, 来 满 足 不 同 建 筑 功 能 的 要 求 ; 同 时 又 有 足 够 的 剪 力 墙, 具 有 相 当 大 的 刚 度, 从 而 使 结 构 具 有 较 强 的 抗 震 能 力, 大 大 减 少 了 建 筑 物 的 水 平 位 移, 避 免 填 充 墙 在 地 震 时 严 重 破 坏 和 倒 塌 所 以 在 有 抗 震 设 计 要 求 时, 宜 优 先 采 用 框 剪 结 构 代 替 框 架 结 构 2. 框 剪 结 构 的 受 力 特 点 ( 图 9 23) 98 图 9 23

99 (1) 水 平 力 通 过 楼 板 传 递 分 配 到 剪 力 墙 及 框 架 (2) 水 平 力 产 生 的 剪 力 在 底 部 主 要 由 剪 力 墙 承 担, 因 剪 力 墙 在 水 平 力 作 用 时, 底 部 变 形 小 但 到 顶 部 时, 剪 力 主 要 由 框 架 承 担 即 框 架 在 顶 部 时 变 形 较 小 ( 图 9 24, 图 9 25) ( 二 ) 框 架 剪 力 墙 结 构 中 剪 力 墙 的 数 量 1. 剪 力 墙 的 多 少 直 接 影 响 抗 震 能 力, 震 害 调 查 发 现 墙 数 量 增 加 震 害 减 少, 日 本 福 井 和 十 胜 冲 地 震 中, 钢 筋 混 凝 土 墙 每 平 方 米 楼 面 平 均 剪 力 墙 长 度 少 于 50mm 时, 震 害 严 重, 每 平 方 米 楼 面 平 均 剪 力 墙 长 度 多 于 150mm 时, 破 坏 轻 微, 甚 至 无 害 图 9 24 图 9 25 结 构 水 平 位 移 示 意 图 但 是 剪 力 墙 过 多 也 会 造 成 不 经 济, 因 剪 力 墙 增 多, 结 构 的 刚 度 增 大, 周 期 缩 短, 地 震 作 用 加 大, 内 力 增 大 材 料 用 量 增 加, 基 础 造 价 也 相 应 提 高 2. 合 理 的 数 量 (1) 按 许 可 位 移 值 决 定 按 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 (JGJ3 2010) 许 可 位 移 的 限 值 来 核 算 结 构 必 要 刚 度 一 般 装 修 标 准 的 框 架 剪 力 墙 结 构 顶 点 位 移 与 全 高 之 比 μ / 犎 不 宜 大 于 1/700; 较 高 装 修 时, μ / 犎 不 宜 超 过 1/850, 或 由 层 间 相 对 位 移 与 层 高 之 比 Δμ / max 犺 的 限 制 值 来 控 制 (2) 用 结 构 自 震 周 期 和 地 震 作 用 来 校 核 一 般 较 合 理 的 基 本 自 震 周 期 为 : 狀 为 结 构 层 数 犜 1 = (0.09~0.12) 狀 ( 实 际 周 期 φ T =1.0 ) 犜 1 = (0.06~0.08) 狀 ( 实 际 周 期 φ T =0.7~0.8 ) 3. 剪 力 墙 的 布 置 (1) 剪 力 墙 应 沿 各 主 要 轴 线 方 向 布 置, 矩 形,L 形 和 槽 形 平 面 中, 沿 两 个 正 交 轴 方 向 布 置 (2) 应 纵 横 方 向 同 时 布 置, 并 使 两 个 方 向 的 自 振 周 期 比 较 接 近 (3) 剪 力 墙 的 布 置 原 则 是 : 均 匀 分 散 对 称 周 边 (4) 宜 布 置 在 : 竖 向 荷 载 较 大 处 平 面 形 状 变 化 处 楼 电 梯 间 处 (5) 不 宜 在 伸 缩 缝 和 防 震 缝 两 侧 同 时 布 置, 纵 向 剪 力 墙 不 宜 布 置 在 端 部, 宜 布 置 在 中 部 (6) 剪 力 墙 的 长 度 不 宜 太 长, 总 高 度 与 长 度 之 比 宜 大 于 2 单 肢 墙 长 度 不 宜 大 于 8m, 以 免 剪 切 破 坏 (7) 剪 力 墙 的 最 大 间 距 ( 表 9 7) 99

100 剪 力 墙 最 大 间 距 表 表 9 7 结 构 非 抗 震 6 7 度 8 度 9 度 现 浇 5 犅 且 60m 4 犅 且 50m 3 犅 且 40m 2 犅 且 30m 装 配 整 体 3.5 犅 且 50m 3 犅 且 40m 2.5 犅 且 30m 注 : 犅 建 筑 物 的 宽 度 剪 力 墙 之 间 的 楼 面 有 较 大 开 洞 时 剪 力 墙 的 间 距 还 应 小 一 些 实 际 工 程 中, 剪 力 墙 的 间 距 一 般 在 2.5 犅 及 30m 以 内 这 样 的 尺 寸 一 般 也 已 可 满 足 建 筑 功 能 的 要 求 了 (8) 框 剪 结 构 体 系 中, 在 设 剪 力 墙 后, 框 架 柱 应 保 留, 柱 作 为 剪 力 墙 的 端 部 翼 缘, 可 加 强 剪 力 墙 的 承 载 能 力 和 稳 定 性, 且 剪 力 墙 的 端 部 配 筋 可 配 置 在 柱 截 面 内, 使 剪 力 墙 可 一 直 坚 持 工 作 到 最 后 对 比 试 验 表 明, 取 消 框 架 柱 后 的 剪 力 墙 的 极 限 承 载 力 将 下 降 30% (9) 位 于 楼 层 上 的 框 架 梁 也 应 保 留, 虽 然 在 内 力 分 析 时 不 考 虑 剪 力 墙 上 的 框 架 梁 的 受 力, 但 梁 作 为 剪 力 墙 的 横 向 加 劲 肋, 也 可 提 高 剪 力 墙 的 极 限 承 载 力 对 比 试 验, 无 梁 的 剪 力 墙 极 限 承 载 力 要 降 低 10% 当 实 在 无 法 加 梁 时, 也 应 设 置 暗 梁, 暗 梁 的 高 度 与 明 梁 相 同, 纵 筋 与 箍 筋 均 与 明 梁 相 同 (10) 剪 力 墙 宜 设 在 框 架 柱 的 轴 线 内, 保 持 对 中 不 宜 设 在 柱 边 五 筒 体 结 构 当 高 层 建 筑 结 构 层 数 多, 高 度 大 时, 由 平 面 抗 侧 力 结 构 所 构 成 的 框 架, 剪 力 墙 和 框 剪 结 构 已 不 能 满 足 建 筑 和 结 构 的 要 求, 而 开 始 采 用 具 有 空 间 受 力 性 能 的 筒 体 结 构 筒 体 结 构 的 基 本 特 征 是 : 水 平 力 主 要 是 由 一 个 或 多 个 空 间 受 力 的 竖 向 筒 体 承 受 筒 体 可 以 由 剪 力 墙 组 成, 也 可 以 由 密 柱 框 筒 构 成 ( 一 ) 筒 体 结 构 的 类 型 有 1. 筒 中 筒 结 构 由 中 央 剪 力 墙 内 筒 和 周 边 外 框 筒 组 成 ; 框 筒 由 密 柱 ( 柱 距 4m) 高 梁 组 成 [ 图 9 26 ( 犪 )]; 2. 筒 体 框 架 结 构 [ 图 9 26 ( 犫 )], 亦 称 框 架 核 心 筒 结 构, 由 中 央 剪 力 墙 核 心 筒 和 周 边 外 框 架 组 成 ; 3. 框 筒 结 构 [ 图 9 26 ( 犮 )]; 4. 多 重 筒 结 构 [ 图 9 26 ( 犱 )]; 5. 成 束 筒 结 构 [ 图 9 26 ( 犲 )]; 6. 多 筒 体 结 构 [ 图 9 26 ( 犳 )] 图 9 26 筒 体 结 构 的 类 型 ( 犪 ) 筒 中 筒 结 构 ;( 犫 ) 筒 体 框 架 结 构 ;( 犮 ) 框 筒 结 构 ;( 犱 ) 多 重 筒 结 构 ; ( 犲 ) 成 束 筒 结 构 ;( 犳 ) 多 筒 体 结 构 100

101 ( 二 ) 筒 体 结 构 的 受 力 性 能 和 工 作 特 点 ( 图 9 27) 1. 筒 体 是 空 间 整 截 面 工 作 的, 如 同 一 竖 在 地 面 上 的 悬 臂 箱 形 梁 框 筒 在 水 平 力 作 用 下 不 仅 平 行 于 水 平 力 作 用 方 向 上 的 框 架 ( 称 为 腹 板 框 架 ) 起 作 用, 而 且 垂 直 于 水 平 方 向 上 的 框 架 ( 称 为 翼 缘 框 架 ) 也 共 同 受 力 薄 壁 筒 在 水 平 力 作 用 下 更 接 近 于 薄 壁 杆 件, 产 生 整 体 弯 曲 和 扭 转 2. 框 筒 虽 然 整 体 受 力, 却 与 理 想 筒 体 的 受 力 有 明 显 的 差 别 理 想 筒 体 在 水 平 力 作 用 下, 截 面 保 持 平 面, 腹 板 应 力 直 线 分 布, 翼 缘 应 力 相 等, 而 框 筒 则 不 保 持 平 截 面 变 形, 腹 板 框 架 柱 的 轴 力 是 曲 线 分 布 的, 翼 缘 框 架 柱 的 轴 力 也 是 不 均 匀 分 布 ; 靠 近 角 柱 的 柱 子 轴 力 大, 远 离 角 柱 的 柱 子 的 轴 力 小 这 种 应 力 分 布 不 再 保 持 直 线 规 律 的 现 象 称 为 剪 力 滞 后 由 于 存 在 这 种 剪 力 滞 后 现 象, 所 以 筒 体 结 构 不 能 简 单 按 平 面 假 定 进 行 内 力 计 算 3. 在 筒 体 结 构 中, 剪 力 墙 筒 的 截 面 面 积 较 大, 它 承 受 大 部 分 水 平 剪 力, 所 以 柱 子 承 受 的 剪 力 很 小 ; 而 由 水 平 力 产 生 的 倾 覆 力 矩, 则 绝 大 部 分 由 框 筒 柱 的 轴 向 力 所 形 成 的 总 体 弯 矩 来 平 衡, 剪 力 墙 和 柱 承 受 的 局 部 弯 矩 很 小 由 于 这 种 整 体 受 力 的 特 点, 使 框 筒 和 薄 壁 筒 有 较 高 的 承 载 力 和 侧 向 刚 度, 而 且 比 较 经 济 深 圳 国 际 贸 易 中 心 结 构 平 面 及 弯 矩 剪 力 的 分 配 比 例 见 图 9 28 及 表 9 8 表 9 9 图 9 27 筒 体 受 力 特 点 ( 犪 ) 框 筒 简 图 ;( 犫 ) 框 筒 轴 力 分 析 深 圳 国 贸 中 心 一 层 弯 矩 分 配 比 例 表 9 8 由 柱 及 墙 肢 轴 力 形 成 的 整 体 弯 矩 由 柱 及 墙 肢 的 弯 曲 所 承 担 的 弯 矩 外 框 筒 内 筒 外 框 筒 内 筒 50.4% 40.3% 2.7% 6.6% 图 9 28 深 圳 国 际 贸 易 中 心,50 层,160m 深 圳 国 贸 中 心 一 层 剪 力 分 配 比 例 表 9 9 外 筒 内 筒 27% 73% 4. 当 外 围 柱 子 间 距 较 大 时, 则 外 围 柱 子 形 不 成 框 筒, 中 央 剪 力 墙 内 筒 往 往 将 承 受 大 部 分 外 力 产 生 的 剪 力 和 弯 矩, 外 柱 只 能 作 为 等 效 框 架, 共 同 承 受 水 平 力 的 作 用, 水 平 力 在 内 筒 与 外 柱 之 间 的 分 配, 类 似 框 剪 结 构 5. 成 束 筒 由 若 干 个 筒 体 并 联 在 一 起, 共 同 承 受 水 平 力, 也 可 以 看 成 是 框 筒 中 间 加 了 一 框 架 隔 板 其 截 面 应 力 分 布 大 体 上 与 整 截 面 筒 体 相 似, 但 出 现 多 波 形 的 剪 力 滞 后 现 象, 这 样, 它 比 同 样 平 面 的 单 个 框 筒 受 力 要 均 匀 一 些 ( 三 ) 筒 体 结 构 布 置 1. 以 方 形 圆 形 平 面 为 好 2. 可 用 对 称 形 的 三 角 形 或 人 字 形 3. 外 框 筒 柱 的 柱 距 不 宜 大 于 4.0m, 外 框 筒 洞 口 面 积 不 宜 大 于 墙 面 面 积 的 60%, 洞 口 高 宽 比 宜 与 层 高 和 柱 距 之 比 值 相 近 101

102 4. 矩 形 平 面 时, 长 宽 比 不 宜 大 于 2 5. 四 角 的 柱 子 宜 适 当 加 大, 一 般 截 面 加 大 1~2 倍 可 做 成 L 形, 八 字 形 6. 筒 体 结 构 只 有 在 细 高 的 情 况 下 才 能 近 似 于 竖 向 悬 臂 箱 形 断 面 梁, 发 挥 其 空 间 整 体 作 用, 一 般 情 况 下 犎 / 犅 不 宜 小 于 3, 高 度 不 宜 低 于 80m 7. 由 于 框 筒 是 空 间 整 体 受 力, 主 要 内 力 沿 框 架 平 面 内 分 布, 所 以, 框 筒 宜 采 用 扁 宽 矩 形 柱, 柱 的 边 长 位 于 框 架 平 面 内 也 可 采 用 丁 字 形 柱 一 般 不 宜 采 用 圆 形 柱 和 方 形 柱, 因 为 加 大 框 筒 柱 壁 厚 对 受 力 和 刚 度 的 增 大 效 果 远 不 如 加 大 柱 宽 有 效 8. 裙 梁 的 截 面, 宜 采 用 窄 而 高 的 梁 梁 高 一 般 为 0.6~1.5m, 宽 度 取 同 墙 厚, 一 般 不 小 于 250mm 梁 高 犺 b 可 取 犺 b (1/3~1/4) 犾 式 中 犾 柱 净 距 ; 犺 b (0.2~0.25) 犺 犺 层 高 各 种 类 型 的 中 央 核 心 筒 体 系 统 见 图 9 29 图 9 29 各 种 类 型 的 中 央 核 心 筒 体 系 统 ( 犪 ) 悬 挑 体 系 ;( 犫 ) 框 架 筒 体 ;( 犮 ) 下 部 悬 挑 ;( 犱 ) 悬 挂 结 构 ; ( 犲 ) 筒 体 水 平 伸 臂 刚 性 层 ;( 犳 ) 筒 体 外 墙 ;( 犵 ) 薄 壁 桁 架 筒 框 架 筒 体 结 构 的 平 面 及 计 算 图 形 见 图 9 30 成 束 筒 的 截 面 应 力 分 布 见 图 图 9 30 ( 犪 ) 框 架 筒 体 结 构 ;( 犫 ) 计 算 图 形 图 9 31 成 束 筒 的 截 面 应 力 分 布

103 一 些 筒 中 筒 结 构 的 高 宽 比 犎 / 犅 长 宽 比 犔 / 犅 表 9 10 工 程 名 称 形 状 犎 (m) 犅 (m) 犔 (m) 犎 / 犅 犔 / 犅 广 东 国 际 大 厦 矩 形 香 港 华 润 大 厦 矩 形 香 港 合 和 中 心 圆 形 中 央 彩 电 大 楼 矩 形 深 圳 国 贸 中 心 方 形 深 圳 航 天 大 厦 三 角 形 深 圳 外 贸 大 厦 椭 圆 形 天 津 大 酒 店 三 角 形 上 海 电 讯 大 楼 矩 形 乌 鲁 木 齐 电 讯 楼 方 形 石 家 庄 工 贸 中 心 方 形 闽 南 贸 易 大 厦 三 角 形 北 京 中 国 银 行 大 厦 矩 形 河 北 电 力 中 心 圆 形 天 津 物 资 交 流 中 心 八 角 形 长 春 福 寿 大 厦 圆 形 中 国 专 利 局 业 务 楼 方 形 台 北 国 际 贸 易 中 心 方 形 北 京 中 信 大 厦 三 角 形 深 圳 四 川 大 厦 矩 形 厦 门 海 淀 大 厦 方 形 注 : 三 角 形 平 面 的 犔 犅 均 取 实 际 切 角 后 的 边 长 9. 内 筒 的 尺 寸 一 般 应 争 取 内 筒 边 长 为 外 筒 边 长 的 1/3 为 好 10. 可 以 在 框 筒 顶 部 设 置 1~2 层 高 的 刚 性 环 梁 来 提 高 整 个 框 筒 的 空 间 整 体 性 六 钢 筋 混 凝 土 结 构 关 于 伸 缩 缝 沉 降 缝 防 震 缝 的 要 求 ( 一 ) 伸 缩 缝 1. 为 防 止 由 于 温 差 和 混 凝 土 干 缩 引 起 钢 筋 混 凝 土 的 开 裂, 应 在 结 构 中 设 置 伸 缩 缝, 钢 筋 混 凝 土 结 构 伸 缩 缝 的 最 大 间 距 宜 符 合 表 9 11 的 规 定 钢 筋 混 凝 土 结 构 伸 缩 缝 最 大 间 距 (m) 表 9 11 结 构 类 别 室 内 或 土 中 露 天 排 架 结 构 装 配 式 框 架 结 构 剪 力 墙 结 构 装 配 式 现 浇 式 装 配 式 现 浇 式

104 结 构 类 别 室 内 或 土 中 露 天 续 表 挡 土 墙 地 下 室 墙 壁 等 类 结 构 装 配 式 现 浇 式 注 :1 装 配 整 体 式 结 构 房 屋 的 伸 缩 缝 间 距 宜 按 表 中 现 浇 式 的 数 值 取 用 ; 2 框 架 剪 力 墙 结 构 或 框 架 核 心 筒 结 构 房 屋 的 伸 缩 缝 间 距 可 根 据 结 构 的 具 体 布 置 情 况 取 表 中 框 架 结 构 与 剪 力 墙 结 构 之 间 的 数 值 ; 3 当 屋 面 无 保 温 或 隔 热 措 施 时, 框 架 结 构 剪 力 墙 结 构 的 伸 缩 缝 间 距 宜 按 表 中 露 天 栏 的 数 值 取 用 ; 4 现 浇 挑 檐 雨 罩 等 外 露 结 构 的 伸 缩 缝 间 距 不 宜 大 于 12m 2. 对 下 列 情 况, 表 9 11 中 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 宜 适 当 减 小 : (1) 柱 高 ( 从 基 础 顶 面 算 起 ) 低 于 8m 的 排 架 结 构 ; (2) 屋 面 无 保 温 或 隔 热 措 施 的 排 架 结 构 ; (3) 位 于 气 候 干 燥 地 区 夏 季 炎 热 且 暴 雨 频 繁 地 区 的 结 构 或 经 常 处 于 高 温 作 用 下 的 结 构 ; (4) 采 用 滑 模 类 施 工 工 艺 的 剪 力 墙 结 构 ; (5) 材 料 收 缩 较 大 室 内 结 构 因 施 工 外 露 时 间 较 长 等 3. 对 下 列 情 况, 如 有 充 分 依 据 和 可 靠 措 施, 表 9 11 中 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 可 适 当 增 大 : (1) 混 凝 土 浇 筑 采 用 后 浇 带 分 段 施 工, 后 浇 带 的 间 距 30~40m; 后 浇 带 的 位 置, 应 设 置 于 温 度 应 力 较 大 的 部 位, 构 件 受 力 较 小 的 部 位, 一 般 在 跨 距 的 1/3 处 ; 带 宽 800~1000mm, 钢 筋 采 用 搭 接 接 头, 后 浇 带 混 凝 土 宜 在 两 个 月 后 浇 灌, 混 凝 土 强 度 等 级 应 提 高 一 级 (2) 采 用 专 门 的 预 应 力 措 施 (3) 采 用 减 小 混 凝 土 温 度 变 化 或 收 缩 的 措 施 当 增 大 伸 缩 缝 间 距 时, 尚 应 考 虑 温 度 变 化 和 混 凝 土 收 缩 对 结 构 的 影 响 ( 二 ) 沉 降 缝 1. 当 建 筑 物 体 形 比 较 复 杂, 地 基 土 比 较 软 弱 或 压 缩 性 不 均 匀 时, 宜 根 据 其 平 面 形 状 和 高 度 差 异 情 况, 在 适 当 部 位 用 沉 降 缝 将 其 划 分 成 若 干 个 刚 度 较 好 的 单 元 ; 当 高 度 差 异 或 荷 载 差 异 较 大 时, 可 将 两 者 隔 开 一 定 距 离, 当 拉 开 距 离 后 的 两 单 元 必 须 连 接 时, 应 采 用 能 自 由 沉 降 的 连 接 构 造 建 筑 物 的 下 列 部 位, 宜 设 置 沉 降 缝 : (1) 建 筑 平 面 的 转 折 部 位 ; (2) 高 度 差 异 或 荷 载 差 异 处 ; (3) 长 高 比 过 大 的 砌 体 承 重 结 构 或 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 的 适 当 部 位 ; (4) 地 基 土 的 压 缩 性 有 显 著 差 异 处 ; (5) 建 筑 结 构 或 基 础 类 型 不 同 处 ; (6) 分 期 建 造 房 屋 的 交 界 处 沉 降 缝 应 有 足 够 的 宽 度, 缝 宽 可 按 表 9 12 选 用 房 屋 沉 降 缝 的 宽 度 表 9 12 房 屋 层 数 沉 降 缝 宽 度 (mm) 二 ~ 三 四 ~ 五 50~80 80~120 五 层 以 上 不 小 于 120

105 3. 相 邻 建 筑 物 基 础 间 的 净 距, 可 按 表 9 13 选 用 相 邻 建 筑 物 基 础 间 的 净 距 (m) 表 9 13 被 影 响 建 筑 的 长 高 比 犔 犔 2.0 < 影 响 建 筑 的 预 估 平 均 沉 降 量 狊 (mm) 犎 f 犎 <5.0 f 70~150 2~3 3~6 160~250 3~6 6~9 260~400 6~9 9~12 >400 9~12 12 注 :1 表 中 犔 为 建 筑 物 长 度 或 沉 降 缝 分 隔 的 单 元 长 度 (m); 犎 f 为 自 基 础 底 面 标 高 算 起 的 建 筑 物 高 度 (m); 2 当 被 影 响 建 筑 的 长 高 比 为 1.5< 犔 / 犎 f<2.0 时, 其 间 净 距 可 适 当 缩 小 ; 3 当 高 层 建 筑 与 相 连 的 裙 房 之 间 不 设 置 沉 降 缝 时, 宜 在 裙 房 一 侧 设 置 后 浇 带, 其 位 置 宜 设 在 自 主 楼 边 柱 算 起 的 第 二 跨 内, 后 浇 带 宽 800~1000mm, 后 浇 带 混 凝 土 的 强 度 等 级 应 提 高 一 级, 需 根 据 实 测 沉 降 值, 并 计 算 后 期 沉 降 差, 当 能 满 足 设 计 要 求 后 ( 或 主 体 结 构 完 工 后 ) 方 可 进 行 浇 注 ( 三 ) 防 震 缝 钢 筋 混 凝 土 房 屋 宜 避 免 采 用 建 筑 抗 震 设 计 规 范 (GB ) 第 3.4 节 规 定 的 不 规 则 建 筑 结 构 方 案, 不 设 防 震 缝 ; 当 需 要 设 置 防 震 缝 时, 应 符 合 下 列 规 定 : 1. 防 震 缝 最 小 宽 度 应 符 合 下 列 要 求 : (1) 框 架 结 构 房 屋 的 防 震 缝 宽 度, 当 高 度 不 超 过 15m 时 可 采 用 100mm; 超 过 15m 时,6 度 7 度 8 度 和 9 度 相 应 每 增 加 高 度 5m 4m 3m 和 2m, 宜 加 宽 20mm (2) 框 架 抗 震 墙 结 构 房 屋 的 防 震 缝 宽 度 可 采 用 (1) 项 规 定 数 值 的 70%, 抗 震 墙 结 构 房 屋 的 防 震 缝 宽 度 可 采 用 (1) 项 规 定 数 值 的 50%; 且 均 不 宜 小 于 100mm (3) 防 震 缝 两 侧 结 构 类 型 不 同 时, 宜 按 需 要 较 宽 防 震 缝 的 结 构 类 型 和 较 低 房 屋 高 度 确 定 缝 宽 度 框 架 结 构 房 屋 防 震 缝 两 侧 结 构 高 度 刚 度 或 层 高 相 差 较 大 时, 可 在 缝 两 侧 房 屋 的 尽 端 沿 全 高 设 置 垂 直 于 防 震 缝 的 抗 撞 墙, 每 一 侧 抗 撞 墙 的 数 量 不 应 少 于 两 道, 宜 分 别 对 称 布 置, 墙 肢 长 度 可 不 大 于 一 个 柱 距, 框 架 和 抗 撞 墙 的 内 力 应 按 设 置 和 不 设 置 抗 撞 墙 两 种 情 况 分 别 进 行 分 析, 并 按 不 利 情 况 取 值 防 震 缝 两 侧 抗 撞 墙 的 端 柱 和 框 架 的 边 柱, 箍 筋 应 沿 房 屋 全 高 加 密 3. 有 抗 震 设 防 要 求 的 建 筑 物, 当 需 要 设 置 伸 缩 缝 或 沉 降 缝 时, 其 缝 宽 及 结 构 布 置 均 应 满 足 防 震 缝 的 要 求 4. 防 震 缝 两 侧 应 形 成 各 自 独 立 的 结 构 单 元, 即 在 防 震 缝 处, 应 设 置 双 柱 ( 双 墙 ) 5. 防 震 缝 只 需 设 置 于 上 部 结 构 第 三 节 单 层 厂 房 的 结 构 体 系 一 单 层 工 业 厂 房 的 结 构 形 式 ( 一 ) 单 层 钢 筋 混 凝 土 柱 厂 房 : 主 要 承 重 构 件 采 用 钢 筋 混 凝 土 柱, 钢 筋 混 凝 土 屋 架 ( 薄 腹 梁 ) 或 钢 屋 架 当 有 吊 车 时, 一 般 采 用 钢 筋 混 凝 土 吊 车 梁 ( 二 ) 单 层 钢 结 构 厂 房 : 主 要 承 重 构 件 采 用 钢 柱 钢 屋 架 钢 吊 车 梁 ( 三 ) 门 式 刚 架 轻 工 厂 房 : 门 式 刚 架 是 由 柱 和 梁 结 合 在 一 起, 形 状 像 门 字 的 结 构 有 钢 筋 混 凝 土 门 式 刚 架 和 钢 门 式 刚 架 二 种 其 形 状 如 图

106 图 9 32 刚 架 图 ( 犪 ) 单 跨 门 式 刚 架 ;( 犫 ) 双 铰 单 跨 门 式 刚 架 ;( 犮 ) 三 铰 单 跨 门 式 刚 架 ;( 犱 ) 多 跨 门 式 刚 架 ;( 犲 ) 多 铰 多 跨 门 式 刚 架 二 单 层 工 业 厂 房 的 柱 网 布 置 单 层 厂 房 柱 子 的 开 间 尺 寸 一 般 均 为 6.0m, 当 有 特 殊 需 要 时 也 可 为 :9m,12m 厂 房 的 跨 度 ( 即 柱 子 的 进 深 间 距 ) 一 般 为 :9m,12m,15m,18m,21m,24m,27m,30m 等, 柱 网 的 尺 寸 都 是 3.0m 的 模 数 厂 房 的 山 墙 应 布 置 抗 风 柱, 其 间 距 一 般 为 6.0m, 亦 可 根 据 山 墙 门 洞 位 置, 调 整 确 定 抗 风 柱 的 位 置 ( 图 9 33) 图 9 33 柱 网 布 置 示 意 图 ( 单 位 :m) ( 犪 ) 单 跨 柱 网 布 置 示 意 图 ;( 犫 ) 多 跨 柱 网 布 置 示 意 图 106

107 三 单 层 工 业 厂 房 围 护 墙 单 层 工 业 厂 房 的 围 护 墙, 宜 采 用 外 贴 式 的 轻 质 墙 体 ( 或 砖 砌 体 ), 即 外 墙 体 紧 贴 柱 外 皮 设 置, 轻 质 墙 体 与 柱 宜 采 用 柔 性 连 接 ( 一 ) 当 有 抗 震 设 防 要 求 时, 单 层 钢 筋 混 凝 土 柱 厂 房 的 砌 体 隔 墙 和 围 护 墙 应 符 合 下 列 要 求 : 1. 砌 体 隔 墙 与 柱 宜 脱 开 或 柔 性 连 接, 并 应 采 取 措 施 使 墙 体 稳 定, 隔 墙 顶 部 应 设 现 浇 钢 筋 混 凝 土 压 顶 梁 2. 厂 房 的 砌 体 围 护 墙 宜 采 用 外 贴 式 并 与 柱 可 靠 拉 结 ; 不 等 高 厂 房 的 高 跨 封 墙 和 纵 横 向 厂 房 交 接 处 的 悬 墙 采 用 砌 体 时, 不 应 直 接 砌 在 低 跨 屋 盖 上 3. 砌 体 围 护 墙 在 下 列 部 位 应 设 置 现 浇 钢 筋 混 凝 土 圈 梁 : (1) 梯 形 屋 架 端 部 上 弦 和 柱 顶 的 标 高 处 应 各 设 一 道, 但 屋 架 端 部 高 度 不 大 于 900mm 时 可 合 并 设 置 (2)8 度 和 9 度 时, 应 按 上 密 下 稀 的 原 则, 每 隔 4m 左 右 在 窗 顶 增 设 一 道 圈 梁, 不 等 高 厂 房 的 高 低 跨 封 墙 和 纵 墙 跨 交 接 处 的 悬 墙, 圈 梁 的 竖 向 间 距 不 应 大 于 3m (3) 山 墙 沿 屋 面 应 设 钢 筋 混 凝 土 卧 梁, 并 应 与 屋 架 端 部 上 弦 标 高 处 的 圈 梁 连 接 4. 圈 梁 的 构 造 应 符 合 下 列 规 定 : (1) 圈 梁 宜 闭 合, 圈 梁 截 面 宽 度 宜 与 墙 厚 相 同, 截 面 高 度 不 应 小 于 180mm; 圈 梁 的 纵 筋,6~8 度 时 不 应 少 于 4 12,9 度 时 不 应 少 于 4 14 (2) 厂 房 转 角 处 柱 顶 圈 梁 在 端 开 间 范 围 内 的 纵 筋,6~8 度 时 不 宜 少 于 4 14,9 度 时 不 宜 少 于 4 16, 转 角 两 侧 各 1m 范 围 内 的 箍 筋 直 径 不 宜 小 于 8, 间 距 不 宜 大 于 100mm; 圈 梁 转 角 处 应 增 设 不 少 于 3 根 且 直 径 与 纵 筋 相 同 的 水 平 斜 筋 (3) 圈 梁 应 与 柱 或 屋 架 牢 固 连 接, 山 墙 卧 梁 应 与 屋 面 板 拉 结 ; 顶 部 圈 梁 与 柱 或 屋 架 连 接 的 锚 拉 钢 筋 不 宜 少 于 4 12, 且 锚 固 长 度 不 宜 少 于 35 倍 钢 筋 直 径, 防 震 缝 处 圈 梁 与 柱 或 屋 架 的 拉 结 宜 加 强 5.8 度 Ⅲ Ⅳ 类 场 地 和 9 度 时, 砖 围 护 墙 下 的 预 制 基 础 梁 应 采 用 现 浇 接 头 ; 当 另 设 条 形 基 础 时, 在 柱 基 础 顶 面 标 高 处 应 设 置 连 续 的 现 浇 钢 筋 混 凝 土 圈 梁, 其 配 筋 不 应 少 于 墙 梁 宜 采 用 现 浇, 当 采 用 预 制 墙 梁 时, 梁 底 应 与 砖 墙 顶 面 牢 固 拉 结 并 应 与 柱 锚 拉 ; 厂 房 转 角 处 相 邻 的 墙 梁, 应 相 互 可 靠 连 接 ( 二 ) 有 抗 震 设 防 要 求 的 单 层 钢 结 构 厂 房 的 砌 体 围 护 墙 不 应 采 用 嵌 式,8 度 时 尚 应 采 取 措 施, 使 墙 体 不 妨 碍 厂 房 柱 列 沿 纵 向 的 水 平 位 移 四 单 层 工 业 厂 房 的 屋 盖 结 构 ( 一 ) 组 成 一 般 由 屋 面 梁 ( 或 屋 架 ) 屋 面 板 檩 条 托 架 天 窗 架 屋 盖 支 撑 系 统 等 组 成 1. 屋 面 根 据 材 料 的 不 同 分 为 : 由 轻 型 板 材 组 成 的 有 檩 体 系 和 由 大 型 屋 面 板 ( 预 制 ) 组 成 的 无 檩 体 系 2. 有 檩 体 系 是 在 屋 面 梁 ( 或 屋 架 ) 上 铺 设 檩 条, 檩 条 上 放 置 轻 型 板 材 而 成 檩 条 的 间 距 1.0~5.0m, 视 轻 型 板 材 的 承 载 能 力 而 定, 支 承 檩 条 的 屋 架 间 距 一 般 为 6.0~12.0m, 屋 面 坡 度 为 1/20~1/50 107

108 3. 无 檩 体 系 是 指 在 屋 面 梁 或 屋 架 上, 直 接 放 置 预 制 大 型 钢 筋 混 凝 土 预 制 板 的 屋 盖 大 型 屋 面 板 的 尺 寸 一 般 为 1.5m 6.0m 3.0m 6.0m, 屋 架 间 距 为 6.0m, 屋 面 坡 度 为 1/10~ 1/12 ( 二 ) 屋 盖 支 撑 系 统 1. 屋 盖 结 构 的 支 撑 系 统, 通 常 由 下 列 支 撑 组 成 : (1) 屋 架 和 天 窗 架 的 横 向 支 撑 ; 还 可 分 为 屋 架 和 天 窗 架 的 上 弦 横 向 支 撑 以 及 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 (2) 屋 架 的 纵 向 支 撑 ; 还 可 分 为 屋 架 上 弦 纵 向 支 撑 和 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 (3) 屋 架 和 天 窗 架 的 垂 直 支 撑 (4) 屋 架 和 天 窗 架 的 水 平 系 杆 ; 还 可 分 为 屋 架 和 天 窗 架 上 弦 水 平 系 杆 以 及 屋 架 下 弦 水 平 系 杆 所 有 支 撑 应 与 屋 架 托 架 天 窗 架 和 檩 条 ( 或 大 型 屋 面 板 ) 等 组 成 完 整 的 体 系 2. 屋 盖 结 构 的 支 撑 形 式 一 般 可 按 以 下 要 求 采 用 : (1) 屋 架 和 天 窗 架 的 上 弦 横 向 支 撑, 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 和 屋 架 上 弦 纵 向 支 撑 以 及 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑, 一 般 采 用 十 字 交 叉 的 形 式 ( 图 9 34) (2) 屋 架 和 天 窗 架 的 垂 直 支 撑, 可 参 考 图 9 35( 犪 )~( 犱 ) 的 形 式 选 用 ; 其 中, 图 9 35 ( 犮 ) 一 般 用 于 天 窗 架 两 侧 的 垂 直 支 撑, 图 9 35 ( 犱 ) 为 兼 作 檩 条 的 垂 直 支 撑 图 9 34 横 向 和 纵 向 支 撑 的 形 式 图 9 35 垂 直 支 撑 的 形 式 (3) 屋 架 和 天 窗 架 的 水 平 系 杆, 包 括 柔 性 系 杆 ( 拉 杆 ) 和 刚 性 系 杆 ( 压 杆 ), 通 常, 柔 性 系 杆 采 用 单 角 钢, 刚 性 系 杆 采 用 由 两 个 角 钢 组 成 的 十 字 形 截 面 在 有 檩 屋 盖 体 系 中, 檩 条 可 兼 作 横 向 支 撑 的 承 压 杆 ( 刚 性 杆 ) 此 时, 充 任 支 撑 承 压 杆 的 檩 条 应 计 算 其 所 承 受 的 轴 心 力 3. 屋 盖 结 构 支 撑 是 屋 盖 结 构 的 一 个 组 成 部 分, 它 的 作 用 是 将 厂 房 某 些 局 部 水 平 荷 载 传 递 给 主 要 承 重 结 构, 并 保 证 屋 盖 结 构 构 件 在 安 装 和 使 用 过 程 中 的 整 体 刚 度 和 稳 定 性 各 种 支 撑 的 主 要 作 用 如 下 : (1) 屋 架 和 天 窗 架 上 弦 横 向 支 撑, 主 要 是 保 证 屋 架 和 天 窗 架 上 弦 的 侧 向 稳 定, 当 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 作 为 山 墙 抗 风 柱 的 支 承 点 时, 还 能 将 水 平 风 力 或 地 震 水 平 力 传 到 纵 向 柱 列 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑, 当 作 为 山 墙 抗 风 柱 的 支 承 点 时, 或 当 屋 架 下 弦 设 有 悬 挂 吊 车 和 其 他 悬 挂 运 输 设 备 时, 能 将 水 平 风 力 或 悬 挂 吊 车 等 产 生 的 水 平 力 或 地 震 水 平 力 传 到 纵 向 柱 列 ; 同 时 能 使 下 弦 杆 在 动 荷 载 作 用 下 不 致 产 生 过 大 的 振 动 (2) 屋 架 的 纵 向 支 撑 通 常 和 横 向 支 撑 构 成 封 闭 的 支 撑 体 系, 加 强 整 个 厂 房 的 刚 度 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 能 使 吊 车 产 生 的 水 平 力 分 布 到 邻 近 的 排 架 柱 上, 并 承 受 和 传 递 纵 墙 墙 架 柱 传 来 的 水 平 风 力 或 地 震 水 平 力 当 厂 房 设 有 托 架 时, 还 能 保 证 托 架 的 平 面 外 稳 定 108

109 (3) 屋 架 的 垂 直 支 撑 及 水 平 系 杆 主 要 是 保 证 屋 架 上 弦 杆 的 侧 向 稳 定 和 缩 短 屋 架 下 弦 杆 平 面 外 的 计 算 长 度 屋 架 端 部 的 垂 直 支 撑, 承 受 由 屋 架 横 向 支 撑 传 来 的 水 平 风 力 或 纵 向 地 震 水 平 力 ; 中 部 的 垂 直 支 撑 主 要 是 保 证 安 装 时 屋 架 位 置 的 正 确 性 当 下 弦 横 向 水 平 支 撑 和 垂 直 支 撑 设 置 在 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 二 个 屋 架 间 时, 则 第 一 个 屋 架 间 的 下 弦 水 平 系 杆, 除 能 缩 短 屋 架 下 弦 平 面 外 的 计 算 长 度 外, 当 山 墙 抗 风 柱 与 屋 架 下 弦 连 接 时, 尚 有 传 递 山 墙 水 平 风 力 和 稳 定 抗 风 柱 的 作 用 (4) 天 窗 架 的 垂 直 支 撑 及 水 平 系 杆 除 了 保 证 天 窗 架 的 侧 向 稳 定 外, 对 于 天 窗 架 侧 立 柱 处 的 垂 直 支 撑, 还 能 承 受 和 传 递 由 天 窗 架 上 弦 横 向 支 撑 传 来 的 水 平 风 力 和 纵 向 地 震 水 平 力 ; 天 窗 中 部 的 垂 直 支 撑 主 要 是 为 了 安 装 的 需 要 而 设 置 的 4. 在 进 行 屋 盖 结 构 支 撑 的 布 置 时, 应 考 虑 : 厂 房 的 跨 度 和 高 度, 柱 网 布 置, 屋 盖 结 构 形 式, 有 无 天 窗, 吊 车 类 型 起 重 量 和 工 作 制, 有 无 振 动 设 备, 有 无 特 殊 的 局 部 水 平 荷 载 等 因 素 通 常, 每 一 温 度 伸 缩 缝 区 段, 或 分 期 建 设 的 工 程, 应 分 别 设 置 完 整 的 支 撑 系 统 5. 在 无 檩 屋 盖 体 系 中, 当 采 用 宽 度 为 1.5m 的 钢 筋 混 凝 土 大 型 屋 面 板, 且 大 型 屋 面 板 与 屋 架 或 天 窗 架 的 连 接 均 能 满 足 下 列 要 求 时, 可 考 虑 屋 面 板 能 起 一 定 的 支 撑 作 用 此 时, 屋 架 上 弦 杆 或 天 窗 架 上 弦 杆 平 面 外 的 计 算 长 度 可 取 两 块 屋 面 板 的 宽 度 (1) 每 块 屋 面 板 与 屋 架 上 弦 杆 或 天 窗 架 上 弦 杆 的 焊 接 应 保 证 三 点 焊 牢, 在 厂 房 端 部 或 温 度 伸 缩 缝 处, 当 不 可 能 焊 接 三 点 时, 允 许 沿 屋 面 板 纵 肋 一 侧 焊 接 两 点 (2) 当 屋 架 间 距 为 6m 时, 每 点 的 焊 缝 长 度 不 小 于 70mm, 焊 缝 厚 度 不 小 于 5mm; 或 焊 缝 长 度 不 小 于 60mm 焊 缝 厚 度 不 小 于 6mm 当 屋 架 间 距 大 于 6m 时, 焊 缝 长 度 不 小 于 80mm, 焊 缝 厚 度 不 小 于 6mm (3) 屋 面 板 肋 间 的 空 隙, 应 用 C15~C20 号 的 细 石 混 凝 土 灌 实 (4) 跨 度 为 6m 的 屋 面 板 的 支 承 长 度 不 小 于 60mm; 跨 度 大 于 6m 的 屋 面 板 的 支 承 长 度 不 小 于 80mm 6. 屋 架 横 向 支 撑 的 设 置 : 屋 架 横 向 支 撑 包 括 上 弦 横 向 水 平 支 撑 和 下 弦 横 向 水 平 支 撑 ; 下 弦 横 向 水 平 支 撑 一 般 应 与 上 弦 横 向 支 撑 设 置 在 同 一 屋 架 间 内 在 通 常 情 况 下, 无 论 是 有 檩 或 无 檩 屋 盖 体 系 均 应 设 置 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 在 有 檩 屋 盖 体 系 中, 上 弦 横 向 支 撑 中 的 承 压 杆 ( 刚 性 系 杆 ) 可 采 用 檩 条 代 替 但 此 时, 充 任 承 压 杆 的 檩 条 除 应 符 合 压 杆 允 许 长 细 比 的 要 求 外, 还 应 根 据 下 述 两 种 情 况 分 别 求 其 所 承 受 的 轴 心 力, 并 取 两 者 中 较 大 者 对 檩 条 验 算 一 是, 当 屋 架 上 弦 平 面 内 作 用 有 沿 房 屋 纵 向 的 水 平 荷 载 时, 求 作 用 于 檩 条 的 最 大 轴 心 力 ; 二 是, 取 与 刚 性 系 杆 ( 承 压 檩 条 ) 两 端 相 连 接 的 两 榀 屋 架 上 弦 杆 的 毛 截 面 面 积 (cm 2 ) 的 20 倍 ( 对 于 Q235 钢 ) 或 30 倍 ( 对 于 16Mn 钢 ) 作 为 作 用 于 檩 条 的 轴 心 力 (kn) 凡 属 下 列 情 况 之 一 者, 一 般 宜 设 置 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 (1) 屋 架 跨 度 不 小 于 18m 时 ( 轻 型 钢 结 构 的 三 铰 拱 屋 架 及 钢 筋 混 凝 土 屋 架 无 檩 体 系 除 外 ); 109

110 (2) 屋 架 下 弦 设 有 悬 挂 吊 车 ( 或 悬 挂 运 输 设 备 ), 或 厂 房 内 设 有 桥 式 吊 车 或 振 动 设 备 时 ; (3) 山 墙 抗 风 柱 支 承 于 屋 架 下 弦 时 ; (4) 采 用 有 弯 折 下 弦 的 钢 屋 架 时 ; (5) 当 屋 架 设 有 通 长 的 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 时 7. 屋 架 的 上 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 横 向 水 平 支 撑, 一 般 宜 设 在 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 一 个 图 9 36 无 天 窗 时 的 屋 架 支 撑 布 置 图 屋 架 间 内 ( 图 9 36) 或 第 二 个 屋 架 ( 犪 ) 屋 架 上 弦 支 撑 布 置 图 ;( 犫 ) 屋 架 下 弦 支 撑 布 置 图 间 内 当 温 度 伸 缩 缝 区 段 的 长 度 大 于 66m, 小 于 和 等 于 96m 时, 还 应 在 这 个 区 段 中 部 的 屋 架 上 弦 和 下 弦 分 别 增 设 一 道 上 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 横 向 水 平 支 撑 当 厂 房 设 有 天 窗 且 天 窗 延 伸 至 厂 房 两 端 或 通 过 温 度 伸 缩 缝 时, 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 横 向 水 平 支 撑 必 须 设 在 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 一 个 屋 架 间 内 ( 图 9 37) 当 天 窗 通 至 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 二 个 屋 架 间 时, 或 当 厂 房 尽 端 不 设 置 屋 架 而 利 用 山 墙 承 重 时, 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 和 下 弦 横 向 水 平 支 撑 一 般 宜 设 在 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 二 个 屋 架 间 内 ( 图 9 38) 图 9 37 天 窗 延 伸 至 厂 房 两 端 或 通 过 温 度 伸 缩 缝 时 的 屋 架 和 天 窗 架 的 支 撑 布 置 图 ( 犪 ) 屋 架 上 弦 支 撑 布 置 图 ;( 犫 ) 屋 架 下 弦 支 撑 布 置 图 ;( 犮 ) 天 窗 架 上 弦 支 撑 布 置 图 图 9 38 天 窗 通 至 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 二 个 屋 架 间 内 时 的 屋 架 和 天 窗 架 支 撑 布 置 图 ( 犪 ) 屋 架 上 弦 支 撑 布 置 图 ;( 犫 ) 屋 架 下 弦 支 撑 布 置 图 ; ( 犮 ) 天 窗 架 上 弦 支 撑 布 置 图 110

111 8. 屋 架 下 弦 设 有 悬 挂 吊 车 ( 或 悬 挂 运 输 设 备 ) 时, 应 按 下 列 要 求 增 设 下 弦 横 向 水 平 支 撑 (1) 当 悬 挂 吊 车 沿 厂 房 纵 向 ( 垂 直 于 屋 架 跨 度 方 向 ) 运 行, 且 吊 车 轨 道 未 通 至 厂 房 两 端 和 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 时, 应 在 轨 道 尽 端 增 设 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 [ 图 ( 犪 )] 或 刚 性 系 杆, 并 与 下 弦 横 向 水 平 支 撑 相 接 [ 图 9 39 ( 犫 )] (2) 当 悬 挂 吊 车 沿 厂 房 横 向 ( 平 行 于 屋 架 跨 度 方 向 ) 运 行 时, 应 在 其 两 侧 的 相 邻 屋 架 间 内 增 设 下 弦 横 向 水 平 支 撑 和 在 轨 道 两 端 增 设 水 平 支 撑 [ 图 9 40 ( 犪 )] 图 9 39 垂 直 于 屋 架 下 弦 设 有 悬 挂 吊 车 时 屋 架 下 弦 支 撑 的 增 设 示 例 图 ( 犪 ) 增 设 下 弦 横 向 水 平 支 撑 的 情 况 ; ( 犫 ) 增 设 下 弦 刚 性 系 杆 的 情 况 图 9 40 屋 架 间 设 有 悬 挂 吊 车 时 屋 架 下 弦 支 撑 的 增 设 示 例 图 ( 犪 ) 悬 挂 吊 车 平 行 于 屋 架 跨 度 方 向 运 行 的 情 况 ; ( 犫 ) 为 检 修 桥 式 吊 车 而 设 电 动 葫 芦 的 情 况 9. 为 检 修 桥 式 吊 车 而 设 的 电 动 葫 芦, 其 轨 道 梁 一 般 沿 平 行 于 屋 架 跨 度 方 向 设 置, 并 通 过 支 承 梁 与 屋 架 连 接, 此 时 宜 按 图 9 40 ( 犫 ) 所 示 增 设 支 承 梁 顶 面 的 局 部 水 平 支 撑 以 及 屋 架 下 弦 横 向 水 平 支 撑 和 垂 直 支 撑 10. 屋 架 纵 向 支 撑 的 设 置 : 屋 架 纵 向 支 撑 的 设 置 与 厂 房 跨 数 高 度 厂 房 是 否 等 高, 屋 盖 结 构 形 式, 吊 车 类 型 起 重 量 和 工 作 制 等 因 素 有 关 屋 架 纵 向 支 撑 除 端 斜 杆 为 下 降 式 的 梯 形 屋 架 可 在 上 弦 平 面 设 置 外, 其 他 形 式 的 屋 架 均 应 设 在 屋 架 下 弦 平 面, 并 尽 可 能 与 下 弦 横 向 水 平 支 撑 形 成 封 闭 的 支 撑 系 统 通 常, 在 下 列 情 况 之 一 者, 宜 设 置 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 : (1) 设 有 特 种 桥 式 吊 车 ( 如 硬 钩 磁 力 抓 斗 夹 钳 和 刚 性 料 耙 等 桥 式 吊 车 ), 壁 行 吊 车 或 双 层 吊 车 的 厂 房 (2) 设 有 一 般 桥 式 吊 车 的 厂 房, 当 符 合 表 9 14 的 条 件 时 (3) 厂 房 内 设 有 较 大 振 动 设 备 ( 如 不 少 于 5.0t 的 锻 锤 重 型 水 压 机 或 锻 压 机 铸 件 水 爆 池 及 其 他 类 似 的 振 动 设 备 ) 时 (4) 当 屋 架 采 用 托 架 支 承 时 (5) 在 厂 房 排 架 柱 之 间 设 有 墙 架 柱 且 墙 架 柱 以 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 为 支 承 点 时 111

112 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 设 置 参 考 表 表 9 14 厂 房 跨 数 单 跨 等 高 多 跨 吊 车 工 作 制 ( 吊 车 工 作 级 别 ) 轻 中 级 (A1~A5) 重 级 (A6,A7) 轻 中 级 (A1~A5) 重 级 (A6,A7) 吊 车 吨 位 当 屋 架 下 弦 标 高 为 15m ( 有 天 窗 ) 18m ( 无 天 窗 ) >15m ( 有 天 窗 ) >18m ( 无 天 窗 ) 50t 15t 75t 20t 30t 10t 50t 15t 注 : 对 于 不 等 高 多 跨 厂 房, 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 的 设 置, 亦 可 根 据 其 高 跨 的 相 连 跨 数 和 低 跨 的 相 连 跨 数, 参 照 表 中 之 单 跨 和 等 高 多 跨 的 情 况 来 确 定 (6) 在 厂 房 排 架 计 算 中 考 虑 空 间 工 作 时 11. 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 的 设 置, 应 根 据 具 体 情 况, 沿 所 有 纵 向 柱 列, 或 部 分 纵 向 柱 列 设 在 屋 架 下 弦 的 端 部 节 间 内 设 置 时, 可 参 考 下 列 要 求 确 定 : (1) 单 跨 和 等 高 双 跨 厂 房 的 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑, 应 分 别 沿 两 侧 边 列 柱 设 置 ( 图 9 41 和 图 9 42) 图 9 41 单 跨 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 布 置 图 图 9 42 等 高 双 跨 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 布 置 图 (2) 等 高 三 跨 以 上 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 除 沿 两 侧 边 列 柱 设 置 外, 通 常 可 沿 中 列 柱 的 一 侧 设 置, 亦 可 沿 中 列 柱 之 两 侧 作 对 称 式 设 置 ( 图 9 43 和 图 9 44) 图 9 43 等 高 三 跨 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 布 置 图 图 9 44 等 高 四 跨 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 布 置 图 112

113 (3) 对 于 不 等 高 多 跨 厂 房 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 的 设 置, 可 根 据 其 高 跨 的 相 连 跨 数 和 低 跨 的 相 连 跨 数 分 别 按 上 述 要 求 确 定 (4) 只 要 设 有 托 架, 都 必 须 在 设 有 托 架 的 柱 间 布 置 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 ; 当 只 在 局 部 柱 间 设 有 托 架 时, 可 仅 在 设 有 托 架 的 柱 间 及 其 两 端 相 邻 的 柱 间 设 置 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 ( 图 9 45) (5) 设 有 重 级 工 作 制 且 起 重 量 较 大 的 吊 车 的 厂 房, 以 及 设 有 特 种 吊 车 的 厂 房, 其 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 应 设 置 得 较 密 一 些, 其 密 集 程 度 应 视 厂 房 的 跨 度 高 度 和 跨 数, 以 及 吊 车 的 起 重 量 和 工 作 制 等 情 况 决 定 12. 屋 架 垂 直 支 撑 和 水 平 系 杆 的 设 置 : 屋 架 垂 直 支 撑 应 设 置 在 设 有 横 向 支 撑 的 屋 架 间 内, 图 9 45 设 有 托 架 时 的 屋 架 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 布 置 图 并 按 下 列 要 求 确 定 (1) 梯 形 屋 架 和 平 行 弦 屋 架, 除 在 屋 架 两 端 各 设 一 道 垂 直 支 撑 外, 尚 应 在 屋 架 中 部 按 下 述 情 况 予 以 设 置 : 当 屋 架 跨 度 不 大 于 30m 时, 无 论 有 无 天 窗, 尚 应 在 屋 架 中 央 竖 杆 平 面 内 增 设 一 道 垂 直 支 撑 ( 图 9 36~ 图 9 38) 当 屋 架 跨 度 大 于 30m 且 无 天 窗 时, 尚 应 在 跨 度 1/3 左 右 的 竖 杆 平 面 内 各 增 设 一 道 垂 直 支 撑 ( 图 9 36) 当 屋 架 跨 度 大 于 30m 且 有 天 窗 时, 尚 应 在 天 窗 侧 立 柱 下 的 屋 架 竖 杆 平 面 内 各 增 设 一 道 垂 直 支 撑 ( 图 9 37) (2) 三 角 形 屋 架 跨 中 垂 直 支 撑, 当 跨 度 不 大 于 18m 时, 应 在 屋 架 中 央 竖 杆 平 面 内 设 置 一 道 当 跨 度 大 于 18m 时, 可 根 据 具 体 情 况 设 置 两 道 ( 图 9 46) 13. 当 厂 房 内 设 有 不 小 于 3.0t 锻 锤 或 类 似 的 振 动 设 备 时, 应 在 设 有 锻 锤 的 跨 间 及 其 以 锻 锤 为 中 心 的 30m 范 围 的 屋 架 间, 在 设 有 一 般 垂 直 支 撑 的 竖 直 平 面 内, 每 隔 一 个 屋 架 间 距 增 设 一 道 垂 直 支 撑 图 9 46 三 角 形 屋 架 的 垂 直 支 撑 布 置 图 14. 一 般 情 况, 无 檩 屋 盖 体 系 的 厂 房, 应 在 未 设 置 垂 直 支 撑 的 屋 架 间, 相 应 于 垂 直 支 撑 平 面 的 屋 架 之 上 弦 和 下 弦 节 点 处 设 置 通 长 的 水 平 系 杆 对 于 有 檩 屋 盖 体 系, 屋 架 上 弦 的 水 平 系 杆 一 般 可 用 檩 条 代 替, 此 时 仅 在 相 应 的 屋 架 下 弦 节 点 处 设 置 通 长 的 水 平 系 杆 ( 图 9 36~ 图 9 38) 当 屋 架 跨 度 大 于 30m 且 又 设 有 天 窗 之 无 檩 屋 盖 体 系 的 厂 房, 尚 应 在 上 弦 屋 脊 节 点 处, 增 设 一 道 水 平 系 杆 凡 设 在 屋 架 端 部 主 要 支 承 节 点 处 和 屋 架 上 弦 屋 脊 节 点 处 的 通 长 水 平 系 杆, 均 应 采 用 刚 性 系 杆 ( 压 杆 ), 其 余 均 采 用 柔 性 系 杆 ( 拉 杆 )( 图 9 36~ 图 9 38) 但 当 屋 架 横 向 支 撑 设 在 厂 房 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 二 个 屋 架 间 时, 则 在 第 一 个 屋 架 间 的 所 有 系 杆 也 应 采 用 刚 性 系 杆 ( 图 9 38) 当 屋 架 端 部 主 要 支 承 节 点 处 有 托 架 弦 杆 或 设 有 钢 筋 混 凝 土 圈 梁 113

114 或 连 系 梁 时, 可 以 此 代 替 刚 性 系 杆 此 外, 符 合 下 列 情 况 的 屋 架, 其 下 弦 水 平 系 杆, 尚 应 按 以 下 要 求 设 置 : (1) 有 弯 折 下 弦 的 屋 架, 宜 在 下 弦 弯 折 处 设 置 通 长 的 柔 性 系 杆, 并 与 下 弦 横 向 水 平 支 撑 相 接 (2) 与 柱 刚 接 且 未 设 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 的 屋 架, 当 下 弦 端 部 节 间 受 压 时, 应 在 下 弦 端 部 节 间 的 节 点 处 设 置 通 长 的 刚 性 系 杆, 并 与 下 弦 横 向 水 平 支 撑 相 接 (3) 三 角 形 的 芬 克 式 屋 架, 当 跨 度 大 于 18m 时, 宜 在 主 斜 杆 与 下 弦 的 连 接 节 点 处 设 置 通 长 的 柔 性 系 杆, 但 此 时 水 平 系 杆 的 设 置 仍 应 与 屋 架 的 垂 直 支 撑 相 协 调 15. 设 有 横 向 下 沉 式 天 窗 或 井 式 天 窗 的 屋 盖, 仍 可 按 上 述 原 则 设 置 支 撑 但 鉴 于 横 向 下 沉 式 天 窗 或 井 式 天 窗 把 钢 筋 混 凝 土 大 型 屋 面 板 或 檩 条 在 纵 向 分 成 井 上 和 井 下 两 部 分, 致 使 上 弦 屋 面 在 厂 房 纵 向 断 开, 削 弱 了 厂 房 的 空 间 刚 度 因 此, 设 计 时 还 应 采 取 适 当 措 施 以 加 强 井 上 段 的 水 平 系 杆 刚 度, 使 断 续 相 间 的 上 弦 屋 面 具 有 足 够 的 整 体 刚 度 建 议 : (1) 在 横 向 下 沉 式 或 井 式 天 窗 范 围 内, 相 应 于 屋 架 上 弦 横 向 支 撑 的 每 个 节 点 均 宜 设 置 刚 性 系 杆, 且 该 系 杆 由 自 重 产 生 的 最 大 挠 度 一 般 不 宜 大 于 其 跨 度 的 1/200 (2) 鉴 于 系 杆 挠 度 仅 产 生 在 垂 直 方 向, 因 此, 对 跨 度 较 大 的 系 杆 可 在 其 垂 直 平 面 内 增 设 斜 撑 ( 图 9 47) (3) 当 屋 架 间 距 为 12m 时, 井 上 段 的 水 平 系 杆, 宜 采 用 空 间 桁 架 式 系 杆 在 横 向 下 沉 式 或 井 式 天 窗 的 范 围 图 9 47 垂 直 平 面 内 增 设 支 撑 示 意 内, 当 屋 架 上 弦 或 下 弦 节 点 处 设 有 与 横 向 支 撑 相 连 通 的 纵 向 横 梁 ( 或 连 系 梁 ) 或 檩 条 时, 可 以 此 代 替 水 平 系 杆 16. 天 窗 架 支 撑 的 设 置 : (1) 天 窗 架 的 支 撑 包 括 天 窗 架 上 弦 横 向 支 撑, 垂 直 支 撑 和 水 平 系 杆 天 窗 架 的 支 撑 设 置 应 与 屋 架 上 弦 横 向 支 撑, 垂 直 支 撑 和 水 平 系 杆 相 协 调, 尽 可 能 地 设 置 在 同 一 屋 架 间 内 无 论 是 无 檩 屋 盖 体 系 或 是 有 檩 屋 盖 体 系, 均 应 在 天 窗 两 端 或 温 度 伸 缩 缝 区 段 两 端 的 第 一 个 天 窗 架 间 设 置 上 弦 横 向 支 撑 ( 图 9 37 图 9 38) 当 温 度 伸 缩 缝 区 段 的 长 度 大 于 66m 小 于 或 等 于 96m 时, 还 应 在 这 个 区 段 中 部 的 天 窗 架 上 弦 增 设 一 道 上 弦 横 向 支 撑 (2) 无 论 天 窗 架 的 跨 度 大 小, 均 应 在 设 有 上 弦 横 向 支 撑 的 天 窗 架 间, 天 窗 两 侧 侧 立 柱 的 竖 直 平 面 内 各 设 置 一 道 垂 直 支 撑 ( 图 9 37 图 9 38) 当 天 窗 架 跨 度 不 小 于 12mm 时, 尚 应 在 天 窗 架 中 央 竖 杆 平 面 内 增 设 一 道 垂 直 支 撑 当 厂 房 设 有 大 于 1t 的 锻 锤 或 类 似 的 振 动 设 备 时, 应 在 锻 锤 跨 度 内 的 天 窗 两 侧 增 设 一 道 垂 直 支 撑 (3) 有 檩 屋 盖 体 系 的 天 窗 架, 其 上 弦 水 平 系 杆 一 般 可 用 檩 条 代 替 在 无 檩 屋 盖 体 系 中, 无 论 天 窗 架 的 跨 度 大 小, 在 上 弦 屋 脊 节 点 处, 在 未 设 有 上 弦 横 向 支 撑 的 天 窗 架 间 均 应 设 置 柔 性 系 杆 ( 图 9 37 图 9 38) 当 天 窗 设 有 窗 扇 时, 则 天 窗 架 两 侧 的 上 弦 水 平 系 杆 一 般 可 用 侧 窗 横 档 代 替 ; 但 是, 不 设 窗 扇 ( 开 敞 式 ) 且 未 设 有 其 他 纵 向 构 件 时, 在 两 侧 的 上 弦 端 节 点 处, 未 设 置 垂 直 支 撑 的 天 窗 架 间, 均 应 设 置 柔 性 系 杆 114

115 17. 有 抗 震 设 防 要 求 时, 有 檩 屋 盖 构 件 的 连 接 及 支 撑 布 置 应 符 合 下 列 要 求 : (1) 檩 条 应 与 混 凝 土 屋 架 ( 屋 面 梁 ) 焊 牢, 并 应 有 足 够 的 支 承 长 度 (2) 双 脊 檩 应 在 跨 度 1/3 处 相 互 拉 结 (3) 压 型 钢 板 应 与 檩 条 可 靠 连 接, 瓦 楞 铁 石 棉 瓦 等 应 与 檩 条 拉 结 (4) 支 撑 布 置 宜 符 合 表 9 15 的 要 求 有 檩 屋 盖 的 支 撑 布 置 表 9 15 支 撑 名 称 上 弦 横 向 支 撑 屋 架 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 跨 中 竖 向 支 撑 烈 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 一 道 同 非 抗 震 设 计 度 厂 房 单 元 端 开 间 及 厂 房 单 元 长 度 大 于 66m 的 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 天 窗 开 洞 范 围 的 两 端 各 增 设 局 部 的 支 撑 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 及 厂 房 单 元 长 度 大 于 42m 的 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 天 窗 开 洞 范 围 的 两 端 各 增 设 局 部 的 上 弦 横 向 支 撑 一 道 端 部 竖 向 支 撑 屋 架 端 部 高 度 大 于 900mm 时, 厂 房 单 元 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 天 窗 架 支 撑 上 弦 横 向 支 撑 两 侧 竖 向 支 撑 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 各 设 一 道 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 36m 各 设 一 道 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 30m 各 设 一 道 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 18m 各 设 一 道 18. 有 抗 震 设 防 要 求 时, 无 檩 屋 盖 构 件 的 连 接 及 支 撑 布 置, 应 符 合 下 列 要 求 : (1) 大 型 屋 面 板 应 与 屋 架 ( 屋 面 梁 ) 焊 牢, 靠 柱 列 的 屋 面 板 与 屋 架 ( 屋 面 梁 ) 的 连 接 焊 缝 长 度 不 宜 小 于 80mm (2)6 度 和 7 度 时, 有 天 窗 厂 房 单 元 的 端 开 间, 或 8 度 和 9 度 时 各 开 间, 宜 将 垂 直 屋 架 方 向 两 侧 相 邻 的 大 型 屋 面 板 的 顶 面 彼 此 焊 牢 (3)8 度 和 9 度 时, 大 型 屋 面 板 端 头 底 面 的 预 埋 件 宜 采 用 角 钢 并 与 主 筋 焊 牢 (4) 非 标 准 屋 面 板 宜 采 用 装 配 整 体 式 接 头, 或 将 板 四 角 切 掉 后 与 屋 架 ( 屋 面 梁 ) 焊 牢 (5) 屋 架 ( 屋 面 梁 ) 端 部 顶 面 预 埋 件 的 锚 筋,8 度 时 不 宜 少 于 4 10,9 度 时 不 宜 少 于 4 12 (6) 支 撑 的 布 置 宜 符 合 表 9 16 的 要 求, 有 中 间 井 式 天 窗 时 宜 符 合 表 9 17 的 要 求 ;8 度 和 9 度 跨 度 不 大 于 15m 的 屋 面 梁 屋 盖, 可 仅 在 厂 房 单 元 两 端 各 设 竖 向 支 撑 一 道 19. 有 抗 震 设 防 要 求 的 屋 盖 支 撑 尚 应 符 合 下 列 要 求 : (1) 天 窗 开 洞 范 围 内, 在 屋 架 脊 点 处 应 设 上 弦 通 长 水 平 压 杆 (2) 屋 架 跨 中 竖 向 支 撑 在 跨 度 方 向 的 间 距,6~8 度 时 不 大 于 15m,9 度 时 不 大 于 12m; 当 仅 在 跨 中 设 一 道 时, 应 设 在 跨 中 屋 架 屋 脊 处 ; 当 设 两 道 时, 应 在 跨 度 方 向 均 匀 布 置 (3) 屋 架 上 下 弦 通 长 水 平 系 杆 与 竖 向 支 撑 宜 配 合 设 置 (4) 柱 距 不 小 于 12m 且 屋 架 间 距 6m 的 厂 房, 托 架 ( 梁 ) 区 段 及 其 相 邻 开 间 应 设 下 弦 纵 向 水 平 支 撑 (5) 屋 盖 支 撑 杆 件 宜 用 型 钢 115

116 无 檩 屋 盖 的 支 撑 布 置 表 9 16 屋 架 支 撑 两 端 竖 向 支 撑 支 撑 名 称 上 弦 横 向 支 撑 上 弦 通 长 水 平 系 杆 下 弦 横 向 支 撑 跨 中 竖 向 支 撑 屋 架 端 部 高 度 900mm 屋 架 端 部 高 度 >900mm 烈 屋 架 跨 度 小 于 18m 时 同 非 抗 震 设 计, 跨 度 不 小 于 18m 时 在 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 一 道 一 道 同 非 抗 震 设 计 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 度 厂 房 单 元 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道, 天 窗 开 洞 范 围 的 两 端 各 增 设 局 部 的 支 撑 一 道 沿 屋 架 跨 度 不 大 于 15m 设 一 道, 但 装 配 整 体 式 屋 面 可 不 设 围 护 墙 在 屋 架 上 弦 高 度 有 现 浇 圈 梁 时, 其 端 部 处 可 不 另 设 沿 屋 架 跨 度 不 大 于 12m 设 一 道, 但 装 配 整 体 式 屋 面 可 不 设 围 护 墙 在 屋 架 上 弦 高 度 有 现 浇 圈 梁 时, 其 端 部 处 可 不 另 设 同 非 抗 震 设 计 同 上 弦 横 向 支 撑 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 及 每 隔 48m 各 设 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 柱 间 支 撑 开 间 及 每 隔 30m 各 设 一 道 天 窗 两 侧 竖 向 支 撑 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 30m 各 设 一 道 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 24m 各 设 一 道 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 每 隔 18m 各 设 一 道 上 弦 横 向 支 撑 同 非 抗 震 设 计 天 窗 跨 度 9m 时, 厂 房 单 元 天 窗 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 中 间 井 式 天 窗 无 檩 屋 盖 支 撑 布 置 表 9 17 支 撑 名 称 6 7 度 8 度 9 度 上 弦 横 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 上 弦 通 长 水 平 系 杆 下 弦 通 长 水 平 系 杆 跨 中 竖 向 支 撑 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 一 道 厂 房 单 元 端 开 间 及 柱 间 支 撑 开 间 各 设 一 道 天 窗 范 围 内 屋 架 跨 中 上 弦 节 点 处 设 置 天 窗 两 侧 及 天 窗 范 围 内 屋 架 下 弦 节 点 处 设 置 有 上 弦 横 向 支 撑 开 间 设 置, 位 置 与 下 弦 通 长 系 杆 相 对 应 两 端 竖 向 支 撑 屋 架 端 部 高 度 900mm 屋 架 端 部 高 度 >900mm 同 非 抗 震 设 计 有 上 弦 横 向 支 撑 开 间, 且 厂 房 单 元 端 开 间 各 设 一 道 间 距 不 大 于 48m 有 上 弦 横 向 支 撑 开 间, 且 间 距 不 大 于 48m 有 上 弦 横 向 支 撑 开 间, 且 间 距 不 大 于 30m 五 单 层 厂 房 的 柱 间 支 撑 ( 一 ) 柱 间 支 撑 的 基 本 知 识 1. 为 确 保 厂 房 承 重 结 构 的 正 常 工 作, 应 沿 厂 房 纵 向 在 柱 子 之 间 设 置 柱 间 支 撑, 其 作 用 是 : (1) 用 以 保 证 厂 房 的 纵 向 稳 定 与 空 间 刚 度 ; (2) 决 定 柱 在 排 架 平 面 外 的 计 算 长 度 ; 116

117 (3) 承 受 厂 房 端 部 山 墙 风 力 吊 车 纵 向 水 平 荷 载 及 温 度 应 力 等, 在 地 震 区, 还 将 承 受 厂 房 纵 向 地 震 力, 并 传 至 基 础 2. 柱 间 支 撑 由 以 下 各 部 分 组 成 ( 图 9 48): (1) 在 吊 车 梁 以 上 至 屋 架 下 弦 间 设 置 的 上 段 柱 的 柱 间 支 撑, 以 及 当 为 双 阶 柱 时 在 上 下 两 层 吊 车 梁 之 间 设 置 的 中 段 柱 的 柱 间 支 撑 ; (2) 在 吊 车 梁 以 下 至 柱 脚 处 设 置 的 下 段 柱 的 柱 间 支 撑 屋 架 端 部 垂 直 支 撑 及 屋 架 上 下 弦 水 平 处 的 纵 向 系 杆 吊 车 梁 及 辅 助 桁 架 柱 子 本 身 等 也 是 柱 间 支 撑 体 系 的 组 成 部 分 3. 柱 间 支 撑 按 构 造 主 要 分 为 下 列 形 式 : (1) 十 字 形 交 叉 支 撑 图 9 48 和 图 9 49 ( 犱 ) ( 犲 ); (2) 空 腹 式 门 形 支 撑 图 9 49 ( 犪 ) ( 犫 ); 图 9 48 柱 间 支 撑 的 组 成 (3) 实 腹 式 门 形 支 撑 图 9 49 ( 犮 ); 4 吊 车 梁 ( 或 辅 助 桁 架 );5 柱 子 ;6 屋 架 端 部 (4) 八 字 形 支 撑 图 9 49 ( 犪 ); 上 下 弦 水 平 系 杆 (5) 人 字 形 支 撑 图 9 49 ( 犮 ); (6) 十 字 形 交 叉 支 撑 由 于 构 造 简 单, 传 力 直 接, 用 料 省, 并 且 刚 度 较 大, 所 以 是 常 用 的 一 种 形 式 门 形 支 撑 由 于 构 造 较 复 杂, 用 料 较 多 且 刚 度 较 差 ( 如 空 腹 式 门 形 支 撑 ), 所 以 只 在 特 殊 需 要 时 采 用 1 屋 架 端 部 垂 直 支 撑 ;2 上 段 柱 支 撑 ;3 下 段 柱 支 撑 ; 对 于 上 段 柱 的 柱 间 支 撑, 当 柱 距 犾 与 柱 间 支 撑 的 高 度 犺 1 之 比 犾 2 时, 宜 采 用 人 字 形 支 撑 ; 当 犾 2.5 时, 宜 采 用 八 字 形 支 撑 犺 1 对 于 下 段 柱 的 柱 间 支 撑, 当 高 而 不 宽, 其 犾 犺 2 1 时, 可 采 用 两 道 十 字 形 交 叉 支 撑, 2 如 图 9 49 ( 犲 ) 所 示 当 受 生 产 工 艺 和 设 备 布 置 限 制, 不 能 采 用 十 字 形 交 叉 支 撑 时, 则 可 采 用 门 形 支 撑 此 时 宜 采 用 图 9 49 ( 犫 ) 的 形 式, 这 种 空 腹 式 门 形 支 撑 中 的 主 要 杆 件 均 为 受 拉 杆 件, 构 件 截 面 较 小, 比 图 9 49 ( 犪 ) 的 形 式 经 济 合 理 犺 1 图 9 49 柱 间 支 撑 的 形 式 1 八 字 形 支 撑 ;2 空 腹 式 门 形 支 撑 ;3 十 字 形 交 叉 支 撑 ;4 实 腹 式 门 形 支 撑 ;5 人 字 形 支 撑 117

118 实 腹 式 门 形 支 撑 图 9 49 ( 犮 ) 与 空 腹 式 门 形 支 撑 相 比, 其 刚 度 较 大, 但 耗 钢 量 多, 制 作 安 装 工 作 量 较 大, 所 以 仅 当 重 型 特 重 型 厂 房 刚 度 要 求 高, 且 下 段 柱 的 柱 间 支 撑 必 须 设 门 形 支 撑 时 方 可 采 用 双 阶 柱 之 中 段 柱 的 柱 间 支 撑, 一 般 可 按 上 段 柱 的 柱 间 支 撑 的 设 计 原 则 考 虑 ( 二 ) 柱 间 支 撑 的 布 置 原 则 1. 布 置 柱 间 支 撑 时 应 满 足 下 列 要 求 : (1) 柱 间 支 撑 的 布 置 应 满 足 生 产 净 空 的 要 求 ; (2) 柱 间 支 撑 的 布 置 除 满 足 纵 向 刚 度 要 求 外, 还 应 考 虑 柱 间 支 撑 的 设 置 对 厂 房 结 构 温 度 变 形 的 影 响 及 由 此 而 产 生 的 附 加 应 力 ; (3) 柱 间 支 撑 的 设 置 位 置 应 与 屋 盖 支 撑 的 布 置 相 协 调 ; (4) 每 一 温 度 区 段 的 每 一 列 柱, 一 般 均 应 设 置 柱 间 支 撑 2. 下 段 柱 柱 间 支 撑 的 位 置, 决 定 纵 向 结 构 温 度 变 形 的 方 向 和 附 加 温 度 应 力 的 大 小, 因 此, 应 尽 可 能 设 在 温 度 区 段 的 中 部 当 温 度 区 段 的 长 度 不 大 时, 可 在 温 度 区 段 中 部 设 置 一 道 下 段 柱 柱 间 支 图 9 50 柱 间 支 撑 布 置 图 撑 ( 图 9 48); 当 温 度 区 段 长 度 大 于 120m 时, 为 保 证 厂 房 的 纵 向 刚 度, 应 在 温 度 区 段 内 设 置 两 道 下 段 柱 柱 间 支 撑, 其 位 置 应 尽 可 能 布 置 在 温 度 区 段 中 间 1/3 范 围 内, 两 道 支 撑 间 的 距 离 不 宜 大 于 66m, 如 图 9 50 所 示, 以 减 少 由 此 而 产 生 的 温 度 应 力 3. 上 段 柱 的 柱 间 支 撑 除 在 有 下 段 柱 柱 间 支 撑 的 柱 间 布 置 外, 为 了 传 递 端 部 山 墙 风 力, 满 足 结 构 安 装 要 求, 提 高 厂 房 结 构 上 部 的 纵 向 刚 度, 应 在 温 度 区 段 两 端 布 置 上 段 柱 柱 间 支 撑, 如 图 9 48 和 图 9 50 所 示 温 度 区 段 两 端 的 上 段 柱 柱 间 支 撑 对 温 度 应 力 的 影 响 很 小, 可 忽 略 不 计 4. 阶 形 柱 之 下 段 柱 的 柱 间 支 撑, 一 般 在 两 个 柱 肢 内 成 对 设 置, 即 为 双 片 支 撑 当 为 等 截 面 柱 且 截 面 高 度 不 大 于 600mm 时, 可 沿 柱 之 中 心 线 设 单 片 支 撑, 否 则 亦 应 沿 柱 子 的 两 翼 缘 设 双 片 支 撑, 如 图 9 51 所 示 5. 阶 形 柱 上 段 柱 的 柱 间 支 撑 在 柱 侧 向 的 位 置 ( 图 9 51), 当 上 段 柱 的 截 面 高 度 不 大 于 1000mm 时, 一 般 设 单 片 支 撑, 并 沿 柱 中 心 线 与 柱 连 接 ; 当 有 托 架 时, 支 撑 位 置 应 与 托 架 位 置 相 协 调 ; 如 上 段 柱 设 有 通 行 人 孔 且 只 设 单 片 支 撑 时, 应 考 虑 让 开 通 道 将 支 撑 移 向 一 侧 当 上 段 柱 的 截 面 高 度 大 于 1000mm 时, 或 在 上 段 柱 设 有 人 孔, 而 刚 度 要 求 较 高 时, 一 般 宜 设 置 双 片 支 撑, 并 沿 柱 子 的 两 翼 缘 内 侧 与 柱 连 接 ( 注 意 不 应 影 响 柱 内 侧 与 吊 车 桥 架 之 间 的 净 空 ) 双 阶 柱 之 中 段 柱 一 般 设 置 双 片 柱 间 支 撑 当 设 有 通 行 人 孔 时, 双 片 支 撑 间 的 连 118 图 9 51 柱 间 支 撑 在 柱 侧 向 的 位 置 图

119 系 杆 布 置, 应 以 不 妨 碍 通 行 为 原 则 6. 当 有 抗 震 设 防 要 求 时, 厂 房 柱 间 支 撑 的 设 置 和 构 造, 应 符 合 下 列 要 求 : (1) 厂 房 柱 间 支 撑 的 布 置, 应 符 合 下 列 规 定 : 1) 一 般 情 况 下, 应 在 厂 房 单 元 中 部 设 置 上 下 柱 间 支 撑, 且 下 柱 支 撑 应 与 上 柱 支 撑 配 套 设 置 ; 2) 有 吊 车 或 8 度 和 9 度 时, 宜 在 厂 房 单 元 两 端 增 设 上 柱 支 撑 ; 3) 厂 房 单 元 较 长 或 8 度 Ⅲ Ⅳ 类 场 地 和 9 度 时, 可 在 厂 房 单 元 中 部 1/3 区 段 内 设 置 两 道 柱 间 支 撑 (2) 柱 间 支 撑 应 采 用 型 钢, 支 撑 形 式 宜 采 用 交 叉 式, 其 斜 杆 与 水 平 面 的 交 角 不 宜 大 于 55 (3) 支 撑 杆 件 的 长 细 比, 不 宜 超 过 表 9 18 的 规 定 交 叉 支 撑 斜 杆 的 最 大 长 细 比 表 9 18 烈 度 7 度 位 置 Ⅲ Ⅳ 类 8 度 Ⅲ Ⅳ 6 度 和 7 度 9 度 Ⅲ Ⅳ 场 地 和 8 度 类 场 地 和 9 度 Ⅰ Ⅱ 类 场 地 类 场 地 Ⅰ Ⅱ 类 场 地 Ⅰ Ⅱ 类 场 地 上 柱 支 撑 下 柱 支 撑 (4) 下 柱 支 撑 的 下 节 点 位 置 和 构 造 措 施, 应 保 证 将 地 震 作 用 直 接 传 给 基 础 ; 当 6 度 和 7 度 不 能 直 接 传 给 基 础 时, 应 计 及 支 撑 对 柱 和 基 础 的 不 利 影 响 (5) 交 叉 支 撑 在 交 叉 点 应 设 置 节 点 板, 其 厚 度 不 应 小 于 10mm, 斜 杆 与 交 叉 节 点 板 应 焊 接, 与 端 节 点 板 宜 焊 接 7.8 度 时 跨 度 不 小 于 18m 的 多 跨 厂 房 中 柱 和 9 度 时 多 跨 厂 房 各 柱, 柱 顶 宜 设 置 通 长 水 平 压 杆, 此 压 杆 可 与 梯 形 屋 架 支 座 处 通 长 水 平 系 杆 合 并 设 置, 钢 筋 混 凝 土 系 杆 端 头 与 屋 架 间 的 空 隙 应 采 用 混 凝 土 填 实 六 门 式 刚 架 的 屋 盖 支 撑 布 置 及 柱 间 支 撑 布 置 ( 一 ) 屋 盖 支 撑 一 般 在 每 个 温 度 区 段, 须 在 两 端 第 一 开 间 或 第 二 开 间 设 置 横 向 水 平 支 撑 ; 当 在 第 二 开 间 设 置 横 向 水 平 支 撑 时, 应 在 第 一 开 间 相 应 位 置 设 置 刚 性 系 杆 ; 在 横 向 交 叉 支 撑 之 间 应 设 刚 性 系 杆, 以 组 成 几 何 不 变 体 系 ( 二 ) 柱 间 支 撑 1. 在 每 个 温 度 区 段 的 第 一 个 开 间 或 第 二 个 开 间 设 置 柱 间 支 撑 并 应 与 屋 盖 支 撑 同 一 开 间 2. 柱 间 支 撑 的 间 距 一 般 取 36~45m 3. 当 房 屋 高 度 较 大 时, 柱 间 支 撑 应 分 层 设 置, 并 加 设 水 平 压 杆 4. 当 房 屋 内 有 吊 车 梁 时, 柱 间 支 撑 应 分 层 设 置, 吊 车 梁 以 上 的 上 部 支 撑 应 设 置 在 端 开 间, 并 在 中 间 或 三 分 点 处 同 时 设 置 上 下 部 柱 间 支 撑 5. 当 边 柱 桥 式 吊 车 起 重 量 大 于 或 等 于 10t 时, 下 柱 支 撑 宜 设 两 片, 吊 车 起 重 量 较 小 时, 下 部 柱 间 支 撑 可 设 置 单 片 119

120 6. 在 边 柱 柱 顶, 屋 脊 以 及 多 跨 门 式 刚 架 中 间 柱 柱 顶 应 沿 房 屋 全 长 设 置 刚 性 系 杆 7. 多 跨 门 式 刚 架 的 内 柱 应 设 置 柱 间 支 撑 ( 三 ) 支 撑 的 构 造 要 求 1. 支 撑 一 般 采 用 圆 钢 或 型 钢, 当 房 屋 中 设 有 桥 式 或 梁 式 吊 车 时, 支 撑 宜 采 用 型 钢 支 撑 圆 钢 支 撑 宜 配 置 花 篮 螺 钉 或 做 成 可 张 紧 装 置 支 撑 与 构 件 间 的 夹 角 在 30 ~60 范 围 2. 檩 条 可 兼 作 刚 性 系 杆, 其 长 细 比 应 符 合 压 杆 λ 200 的 长 细 比 要 求, 并 应 满 足 压 弯 杆 件 的 承 载 力 要 求, 但 经 验 算 强 度 不 满 足 要 求 时, 应 另 设 置 刚 性 系 杆 3. 应 在 设 有 托 梁 或 托 架 的 开 间 两 端 与 托 梁 两 端 相 邻 的 开 间 斜 梁 两 端 设 置 纵 向 水 平 支 撑 4. 当 房 屋 中 不 允 许 设 置 柱 间 支 撑 时, 应 设 置 纵 向 框 架 支 撑 ( 四 ) 门 式 刚 架 屋 面 的 檩 条 布 置 ( 要 求 同 单 层 厂 房 ) 第 四 节 木 屋 盖 的 结 构 形 式 与 布 置 一 概 述 1. 木 屋 盖 结 构 是 指 用 木 梁 或 木 屋 架 ( 桁 架 ) 檩 条 ( 木 檩 或 钢 檩 ), 木 望 板 及 屋 面 防 水 材 料 等 组 成 的 屋 盖 2. 木 屋 盖 根 据 房 屋 的 情 况, 可 用 于 单 层 空 旷 房 屋 的 屋 盖, 也 可 用 于 多 层 房 屋 的 屋 盖 单 层 空 旷 房 屋 的 木 屋 盖 结 构 的 特 点 是 : (1) 跨 度 较 大 ( 一 般 为 9~15m), 主 要 受 弯 构 件 采 用 木 屋 架 ( 桁 架 ) (2) 屋 盖 结 构 中 屋 架 ( 桁 架 ) 的 支 点 一 般 为 : 钢 筋 混 凝 土 柱 砌 体 墙 ( 墙 垛 砖 柱 ) (3) 多 层 房 屋 的 木 屋 盖 一 般 用 于 多 层 砌 体 房 屋 的 屋 顶, 屋 盖 中 的 主 要 受 弯 构 件 为 木 梁 ( 跨 度 6.0m) 或 檩 条, 这 些 受 弯 构 件 的 支 点 为 砌 体 墙 ; 当 檩 条 直 接 搭 在 墙 上 时, 俗 称 硬 山 搁 檩 二 桁 架 和 木 梁 的 一 般 规 定 1. 木 材 宜 用 作 受 压 或 受 弯 构 件, 在 作 为 屋 架 时, 受 拉 杆 件 宜 采 用 钢 材 ( 如 : 屋 架 下 弦 及 受 拉 竖 杆 ), 当 采 用 木 下 弦 时, 对 于 原 木, 其 跨 度 不 宜 大 于 15m; 对 于 方 木 不 应 大 于 12m 采 用 钢 下 弦, 其 跨 度 可 适 当 加 大, 但 一 般 不 宜 大 于 18m 2. 受 弯 构 件 采 用 木 梁 时, 其 跨 度 一 般 不 大 于 6.0m, 超 过 6.0m 时, 宜 采 用 桁 架 ( 屋 架 ) 3. 桁 架 或 木 梁 的 间 距 : 当 采 用 木 檩 时, 其 间 距 不 宜 大 于 4.0m; 当 采 用 钢 檩 条 时, 其 间 距 不 宜 大 于 6.0m 4. 桁 架 的 形 状 : 一 般 为 三 角 形, 也 可 采 用 梯 形 弧 形 和 多 边 形 屋 架 屋 架 中 央 高 度 与 跨 度 之 比, 不 应 小 于 表 9 19 规 定 的 数 值 桁 架 应 有 约 为 跨 度 1/200 的 起 拱 桁 架 最 小 高 跨 比 表 9 19 序 号 桁 架 类 型 犺 / 犾 1 三 角 形 木 桁 架 1/5 2 三 角 形 钢 木 桁 架 ; 平 行 弦 木 桁 架 ; 弧 形 多 边 形 和 梯 形 木 桁 架 1/6 3 弧 形 多 边 形 和 梯 形 钢 木 桁 架 1/7 注 : 犺 桁 架 中 央 高 度 ; 犾 桁 架 跨 度 120

121 5. 当 屋 顶 需 设 天 窗 时, 天 窗 架 的 跨 度, 不 宜 大 于 屋 架 跨 度 的 1/3 三 木 屋 盖 的 支 撑 1. 为 防 止 桁 架 的 侧 倾, 保 证 受 压 弦 杆 的 侧 向 稳 定, 承 担 和 传 递 纵 向 水 平 力, 应 采 取 有 效 措 施 保 证 结 构 在 施 工 和 使 用 期 间 的 空 间 稳 定 2. 屋 盖 中 的 支 撑, 应 根 据 结 构 的 形 式 和 跨 度 屋 面 构 造 及 荷 载 等 情 况 选 用 上 弦 横 向 支 撑 或 垂 直 支 撑 但 当 房 屋 跨 度 较 大 或 有 锻 锤 吊 车 等 振 动 影 响 时, 除 应 选 用 上 弦 横 向 支 撑 外, 尚 应 加 设 垂 直 支 撑 支 撑 构 件 的 截 面 尺 寸, 可 按 构 造 要 求 确 定 注 : 垂 直 支 撑 系 指 在 两 榀 屋 架 的 上 下 弦 间 设 置 交 叉 腹 杆 ( 或 人 字 腹 杆 ), 并 在 下 弦 平 面 设 置 纵 向 水 平 系 杆, 用 螺 栓 连 接, 与 上 部 锚 固 的 檩 条 构 成 一 个 不 变 的 竖 向 桁 架 体 系 3. 当 采 用 上 弦 横 向 支 撑 时, 若 房 屋 端 部 为 山 墙, 则 应 在 房 屋 端 部 第 二 开 间 内 设 置 ( 图 9 52); 若 房 屋 端 部 为 轻 型 挡 风 板, 则 在 第 一 开 间 内 设 置, 若 房 屋 纵 向 很 长, 对 于 冷 摊 瓦 屋 面 或 大 跨 度 房 屋 尚 应 沿 纵 向 每 隔 20~30m 设 置 一 道 上 弦 横 向 支 撑 的 斜 杆 如 选 用 圆 钢, 应 设 有 调 整 松 紧 的 装 置 4. 当 采 用 垂 直 支 撑 时, 在 跨 度 方 向 可 根 据 屋 架 跨 度 大 小 设 置 一 道 或 两 道, 沿 房 屋 纵 向 应 隔 间 设 置 并 在 垂 直 支 撑 的 下 端 设 置 通 长 的 纵 向 水 平 系 杆 在 有 上 弦 横 向 支 撑 的 屋 盖 中, 加 设 垂 直 支 撑 时, 可 仅 在 有 上 弦 横 向 支 撑 的 开 间 中 设 置, 但 应 在 其 他 开 间 设 置 通 长 的 纵 向 水 平 系 杆 5. 在 下 列 部 位, 均 应 设 垂 直 支 撑 : 图 9 52 (1) 在 梯 形 屋 架 的 支 座 竖 杆 处 ; (2) 屋 架 下 弦 低 于 支 座 呈 折 线 形 式, 在 下 弦 的 折 点 处 ; (3) 当 设 有 悬 挂 吊 车 时, 在 吊 轨 处 ; (4) 在 杆 系 拱 框 架 及 类 似 结 构 的 受 压 下 弦 部 分 节 点 处 ; (5) 在 屋 盖 承 重 胶 合 大 梁 的 支 座 处 上 弦 横 向 支 撑 以 上 各 项 垂 直 支 撑 的 设 置 方 法, 除 第 (3) 项 应 按 4 的 规 定 设 置 外, 其 余 各 项 可 仅 在 房 屋 两 端 第 一 开 间 ( 无 山 墙 时 ) 或 第 二 开 间 ( 有 山 墙 时 ) 设 置, 但 应 在 其 他 开 间 设 置 通 长 的 水 平 系 杆 6. 对 于 下 列 非 开 敞 式 的 房 屋, 可 不 设 置 支 撑 但 若 房 屋 纵 向 很 长, 则 应 沿 纵 向 每 隔 20~30m 设 置 一 道 支 撑 : (1) 当 有 密 铺 屋 面 板 和 山 墙, 且 跨 度 不 大 于 9m 时 ; (2) 当 房 屋 为 四 坡 顶, 且 半 屋 架 与 主 屋 架 有 可 靠 连 接 时 ; (3) 当 房 屋 的 屋 盖 两 端 与 其 他 刚 度 较 大 的 建 筑 物 相 连 时 7. 当 屋 架 设 有 天 窗 时, 可 按 3 和 4 条 的 规 定 设 置 天 窗 架 支 撑 天 窗 架 的 两 边 柱 处, 设 置 柱 间 支 撑 在 天 窗 范 围 内 沿 主 屋 架 脊 节 点 和 支 撑 节 点, 应 设 通 长 的 纵 向 水 平 系 杆 8. 有 抗 震 设 防 要 求 时 木 屋 盖 的 支 撑 布 置, 宜 符 合 表 9 20 的 要 求 ; 支 撑 与 屋 架 或 天 窗 架 应 采 用 螺 栓 连 接 ; 山 墙 应 沿 屋 面 设 置 现 浇 钢 筋 混 凝 土 卧 梁, 并 应 与 屋 盖 构 件 锚 拉 121

122 屋 架 支 撑 天 窗 架 支 撑 支 撑 名 称 上 弦 横 向 支 撑 下 弦 横 向 支 撑 跨 中 竖 向 支 撑 木 屋 盖 的 支 撑 布 置 烈 度 表 满 铺 望 板 各 类 屋 盖 稀 铺 望 板 或 无 望 板 满 铺 望 板 稀 铺 望 板 或 无 望 板 无 天 窗 有 天 窗 同 非 抗 震 设 计 房 屋 单 元 两 端 天 窗 开 洞 范 围 内 各 设 一 道 屋 架 跨 度 大 于 6m 时, 房 屋 单 元 两 端 第 二 开 间 及 每 隔 20m 设 一 道 同 非 抗 震 设 计 屋 架 跨 度 大 于 6m 时, 房 屋 单 元 两 端 的 第 二 开 间 各 设 一 道 屋 架 跨 度 大 于 6m 时, 房 屋 单 元 两 端 第 二 开 间 及 每 隔 20m 设 一 道 屋 架 跨 度 大 于 6m 时, 房 屋 单 元 两 端 第 二 开 间 及 每 隔 20m 设 一 道 同 非 抗 震 设 计 隔 间 设 置 并 加 下 弦 通 长 水 平 系 杆 天 窗 两 侧 天 窗 两 端 第 一 开 间 各 设 一 道 天 窗 两 端 第 一 开 间 及 每 隔 竖 向 支 撑 20m 左 右 设 一 道 上 弦 横 跨 度 较 大 的 天 窗, 参 照 无 天 窗 屋 架 的 支 撑 布 置 向 支 撑 四 单 层 及 多 层 房 屋 木 结 构 坡 屋 顶 的 结 构 布 置 ( 一 ) 木 结 构 坡 屋 顶 的 主 要 受 力 构 件 1. 受 弯 构 件 ( 即 水 平 构 件 ): 木 梁 ( 跨 度 6.0m 时 ) 屋 架 ( 跨 度 >6.0m 时 ) 檩 条 ( 采 用 木 檩 时, 跨 度 4.0m; 采 用 钢 檩 条 时, 跨 度 6.0m) 2. 竖 向 构 件 : 用 于 支 承 受 弯 构 件 的 结 构 构 件 (1) 墙 体 或 墙 垛 : 用 墙 体 支 承 檩 条 时 称 为 硬 山 搁 檩 ; 墙 体 作 为 屋 架 支 承 时, 一 般 应 加 墙 垛 ; (2) 木 柱 : 用 木 柱 作 为 屋 架 或 木 梁 的 支 承 ; (3) 钢 筋 混 凝 土 柱 : 用 于 支 承 屋 架 或 梁 ( 木 梁 或 钢 筋 混 凝 土 梁 ) ( 二 ) 木 结 构 坡 屋 顶 的 结 构 布 置 的 主 要 步 骤 1. 确 定 主 要 竖 向 构 件, 即 明 确 哪 些 墙 体 或 柱 作 为 受 弯 构 件 屋 架, 木 梁 或 檩 条 的 支 承 结 构 2. 根 据 建 筑 屋 顶 的 要 求, 确 定 屋 面 的 排 水 坡 向, 一 般 木 屋 顶 的 坡 向 可 分 为 : 单 坡 双 坡 和 四 坡 (1) 单 坡 : 适 用 于 跨 度 较 小 的 屋 面, 如 图 9 53 所 示 ; (2) 双 坡 : 跨 度 较 大 时, 需 采 用 双 坡 排 水, 如 图 9 54 所 示 ; 图 9 53 单 坡 屋 顶 图 图 9 54 双 坡 屋 顶 图 (3) 四 坡 屋 顶, 如 图 9 55 所 示 ; (4) 复 杂 四 坡 顶 : 当 平 面 复 杂, 存 在 凹 凸 时, 选 用 复 杂 的 四 坡 屋 顶 ( 图 9 56) 屋 顶 排 水 坡 面 应 按 以 下 原 则 确 定 : 122

123 图 9 55 四 坡 屋 顶 图 图 9 56 复 杂 四 坡 屋 顶 图 1) 不 论 跨 度 大 小, 屋 面 坡 度 均 相 同 ; 2) 檐 口 的 标 高 亦 均 相 同 ; 3) 当 屋 脊 标 高 不 同 时, 在 坡 面 相 交 处 将 形 成 天 沟 或 斜 脊 任 何 平 面 形 状 的 四 坡 木 屋 顶, 在 进 行 屋 架 木 梁 及 檩 条 的 布 置 之 前, 均 应 先 画 出 屋 面 的 排 水 坡 面 的 平 面 图, 故 应 能 熟 练 地 掌 握 该 平 面 图 的 绘 制 方 法 3. 布 置 屋 架 木 梁 (1) 屋 架 沿 着 跨 度 方 向 布 置, 屋 架 可 以 是 全 跨 的 全 屋 架 [ 图 9 57( 犪 )], 也 可 以 是 半 跨 的 半 屋 架 [ 图 9 57( 犫 )] (2) 木 梁 一 般 用 于 跨 度 不 大 于 6.0m, 用 以 代 替 屋 架 的 作 用 (3) 在 四 坡 顶 的 斜 脊 和 天 沟 处 应 布 置 木 梁, 当 跨 度 大 于 6.0m 时, 可 用 半 屋 架 代 替 木 梁 ( 图 9 58) 图 9 57 ( 犪 ) 全 屋 架 ;( 犫 ) 半 屋 架 4. 布 置 檩 条 檩 条 应 沿 着 与 坡 向 垂 直 的 方 向 布 置 图 9 58 四 坡 顶 构 件 布 置 示 意 图 5. 布 置 屋 盖 支 撑 (1) 对 于 主 要 采 用 墙 体 作 为 檩 条 支 承, 只 局 部 有 屋 架 时, 可 不 设 置 屋 盖 支 撑 (2) 当 屋 顶 以 屋 架 为 主 要 承 重 结 构 时, 则 应 按 本 节 第 三 条 的 要 求 设 置 屋 盖 支 撑 6. 挑 檐 的 构 造 做 法 当 屋 面 采 用 明 排 水 时, 则 必 须 有 挑 檐, 挑 檐 木 的 间 距 同 檩 条 的 跨 度, 其 构 造 做 法 有 以 123

124 下 几 种 : (1) 有 屋 架 的 挑 檐 一 般 采 用 屋 架 支 座 下 的 附 木 延 伸 挑 出 形 成 挑 檐, 如 图 9 59 所 示 (2) 硬 山 搁 檩 的 挑 檐 构 造, 即 为 无 屋 架 处 的 挑 檐 木 做 法, 如 图 9 60 所 示 图 9 59 木 屋 架 端 部 ( 支 座 ) 构 造 (3) 当 檩 条 支 座 为 木 梁 及 四 坡 顶 阴 阳 角 处 为 木 梁 时 的 挑 檐 木 构 造 做 法 如 图 9 61~ 图 9 63 所 示 图 9 60 硬 山 搁 檩 ( 即 无 屋 架 处 ) 的 挑 檐 木 做 法 图 9 61 挑 檐 木 与 木 梁 的 构 造 做 法 124 图 9 62 挑 檐 木 平 面 图 图 9 63 角 部 挑 檐 木 平 面 图 ( 三 ) 单 层 房 屋 木 屋 顶 结 构 平 面 布 置 示 例 ( 图 9 64)

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126 第 五 节 大 跨 度 屋 盖 结 构 一 桁 架 桁 架 应 用 极 广, 适 用 跨 度 范 围 (6~60m) 非 常 大 以 受 力 特 点 可 分 为 : 平 面 桁 架 立 体 桁 架 空 腹 桁 架 通 常 所 指 的 桁 架 全 是 平 面 桁 架, 只 在 强 调 其 与 立 体 桁 架 或 空 腹 桁 架 有 所 区 别 时, 才 称 之 为 平 面 桁 架 文 艺 复 兴 时 期, 改 进 完 善 了 木 桁 架, 解 决 了 空 间 屋 顶 结 构 的 问 题 ;10 世 纪 工 业 大 发 展, 因 工 业 交 通 建 设 需 要, 进 一 步 加 大 跨 度 出 现 了 各 种 钢 屋 架 采 用 桁 架 ( 一 ) 桁 架 的 基 本 特 点 1. 平 面 外 荷 与 支 座 反 力 都 作 用 在 全 部 桁 架 杆 件 轴 线 所 在 的 平 面 内 ; 2. 几 何 不 变 桁 架 的 杆 件 按 三 角 形 法 则 构 成 ; 3. 铰 接 杆 件 相 交 的 节 点, 计 算 按 铰 接 考 虑, 木 杆 件 的 节 点 非 常 接 近 铰 接 ; 钢 桁 架 或 钢 筋 混 凝 土 桁 架 的 节 点 不 是 铰 接 实 际 上 属 于 刚 架, 其 杆 件 除 轴 向 力 外, 还 存 在 弯 矩, 会 产 生 弯 曲 应 力, 但 很 小, 依 靠 节 点 构 造 措 施 能 解 决, 故 一 般 仍 按 节 点 铰 接 考 虑 ; 4. 轴 向 受 力 节 点 既 是 铰 接, 故 各 杆 件 ( 弦 杆 竖 杆 斜 杆 ) 均 受 轴 向 力, 这 是 材 尽 其 用 的 有 效 途 径 ( 二 ) 桁 架 的 合 理 形 式 选 择 桁 架 形 式 的 出 发 点 是 受 力 合 理, 能 充 分 发 挥 材 力, 以 取 得 良 好 的 经 济 效 益 桁 架 杆 件 虽 然 是 轴 向 受 力, 但 桁 架 总 体 仍 摆 脱 不 了 弯 曲 的 控 制, 在 节 点 竖 向 荷 载 作 用 下, 其 上 弦 受 压 下 弦 受 拉, 主 要 抵 抗 弯 矩, 而 腹 杆 则 主 要 抵 抗 剪 力 平 面 桁 架 的 形 式 与 内 力, 见 图 9 65 图 9 65 平 面 桁 架 的 形 式 与 内 力 由 受 力 分 析 可 以 看 出, 在 其 他 条 件 相 同 的 情 况 下, 受 力 最 合 理, 节 点 构 造 最 简 单, 用 料 最 经 济, 自 重 最 轻 巧, 施 工 也 可 行 的 是 多 边 形 或 弧 形 桁 架, 因 其 上 弦 非 直 线, 制 作 较 复 杂, 仅 适 用 于 较 大 跨 度 的 情 况 一 般 为 便 于 构 造 与 制 作, 上 下 弦 各 采 用 等 截 面 杆 件, 其 截 126

127 面 按 最 大 内 力 决 定, 故 内 力 较 小 的 节 间, 材 料 未 尽 其 用 ; 为 充 分 发 挥 材 力, 应 尽 量 使 弦 杆 各 节 点 内 力 值 接 近 为 进 一 步 改 进 多 边 形 桁 架, 使 其 上 弦 制 作 方 便 些, 可 做 成 折 线 形 上 弦 的 桁 架, 其 高 度 变 化 接 近 于 抛 物 线, 这 样 适 用 于 中 大 跨 ( 犾 >18m), 但 其 制 作 仍 比 三 角 形 或 梯 形 桁 架 复 杂, 三 角 形 桁 架 的 最 大 特 点 是 上 弦 为 两 根 直 料, 构 造 与 制 作 最 简 单, 其 受 力 极 不 均 匀, 仅 适 用 于 小 中 跨 ( 犾 18m) 的 桁 架 情 况 ( 三 ) 桁 架 选 型 选 择 桁 架 形 式 时, 除 了 要 考 虑 桁 架 受 力 与 经 济 合 理 外, 还 需 要 考 虑 下 列 问 题 : (1) 建 筑 体 形 与 美 观 ; (2) 屋 面 材 料 及 其 坡 度 ; (3) 制 作 与 吊 装 ( 四 ) 桁 架 的 空 间 支 撑 支 撑 的 位 置 设 在 山 墙 位 置 两 端 的 第 二 开 间 内, 对 无 山 墙 ( 包 括 伸 缩 缝 处 ) 房 屋 设 在 房 屋 两 端 第 一 开 间 内, 房 屋 中 间 每 隔 一 定 距 离 ( 一 般 60m) 亦 需 设 置 一 道 支 撑, 木 屋 架 为 20~30m 支 撑 包 括 上 弦 水 平 支 撑 下 弦 水 平 支 撑 与 垂 直 支 撑, 把 上 述 开 间 相 邻 两 端 桁 架 联 结 成 稳 定 的 整 体 在 下 弦 平 面 通 过 纵 向 系 杆, 与 上 述 开 间 空 间 体 系 相 连, 以 保 证 整 个 房 屋 的 空 间 刚 度 和 稳 定 性 支 撑 的 作 用 有 三 : (1) 保 证 屋 盖 的 空 间 刚 度 与 整 体 稳 定 ; (2) 抵 抗 并 传 递 屋 盖 纵 向 侧 力, 如 山 墙 风 力 纵 向 地 震 力 等 ; (3) 保 证 桁 架 上 弦 平 面 外 的 压 曲, 减 少 平 面 外 长 细 比, 并 可 以 防 止 桁 架 下 弦 平 面 外 的 振 动 ( 五 ) 桁 架 的 优 缺 点 1. 优 点 (1) 桁 架 的 设 计 制 作 安 装 均 为 简 便 ; (2) 桁 架 适 应 跨 度 范 围 很 大, 故 其 应 用 非 常 广 泛 2. 缺 点 (1) 结 构 空 间 大, 其 跨 中 高 度 犎 较 大, 一 般 为 (1/10~1/5) 犾 0, 给 建 筑 体 形 带 来 笨 重 的 大 山 头, 单 层 建 筑 尤 难 处 理 ; (2) 侧 向 刚 度 小, 钢 屋 架 尤 甚, 需 要 设 置 支 撑, 把 各 榀 桁 架 联 成 整 体, 使 之 具 有 空 间 刚 度, 以 抵 抗 纵 向 侧 力, 支 撑 按 构 造 ( 长 细 比 ) 要 求 确 定 截 面, 耗 钢 而 未 能 材 尽 其 用 ( 六 ) 立 体 桁 架 解 决 上 述 未 尽 其 用 的 问 题 使 桁 架 材 料 充 分 发 挥 其 潜 力 的 办 法, 是 改 平 面 桁 架 为 空 间 桁 架, 即 立 体 桁 架 这 样 一 来 桁 架 本 身 就 具 有 足 够 的 侧 向 刚 度 与 稳 定 性, 以 简 化 或 从 根 本 上 取 消 支 撑, 其 具 体 做 法 见 图 9 66 ( 七 ) 空 腹 桁 架 由 于 使 用 上 的 需 要 或 建 筑 功 能 上 的 要 求, 如 在 桁 架 高 度 范 围 内 开 门 窗 或 天 窗 或 在 桁 架 高 度 范 围 内 作 设 备 层 或 需 要 穿 越 管 道 与 人 行 道, 或 桁 架 暴 露 于 室 外 需 要 适 当 美 观 等 原 因, 不 允 许 桁 架 有 斜 腹 杆, 只 有 竖 杆 的 桁 架, 即 是 空 腹 桁 架 本 节 所 述 之 平 面 桁 架 立 体 桁 架 与 空 腹 桁 架, 其 总 体 仍 然 是 受 弯 构 件, 本 质 是 格 构 式 梁 或 梁 式 桁 架 127

128 图 9 66 立 体 桁 架 ( 犪 ) 并 联 ;( 犫 ) 倒 锥 体 ;( 犮 ) 正 锥 体 二 拱 壳 拱 是 抗 压 材 料 的 理 想 形 式, 拱 形 的 土 穴 岩 洞 是 自 然 界 存 在 最 多 的 天 然 结 构 拱 是 受 压 的, 土 与 石 承 压 性 能 好, 因 此 天 然 结 构 中 拱 形 的 土 穴 与 岩 洞 占 绝 大 多 数 壳 体 具 有 三 大 功 能, 即 强 度 大 刚 度 大 和 板 架 合 一, 这 是 由 于 壳 能 双 向 直 接 传 力 具 有 极 大 空 间 刚 度 和 屋 面 与 承 重 合 一 的 面 系 结 构 本 节 将 拱 与 壳 分 述 如 下 : ( 一 ) 拱 东 西 方 古 国, 很 早 就 产 生 了 拱 结 构 如 : 中 国 的 弧 拱 古 埃 及 希 腊 的 券 拱 ; 古 罗 马 的 半 圆 拱 ; 拜 占 庭 的 帆 拱 ; 罗 马 建 筑 的 肋 形 拱 ; 哥 特 建 筑 的 尖 拱 等 现 代 的 拱 结 构 多 采 用 圆 弧 拱 或 抛 物 线 拱, 其 所 采 用 的 材 料 相 当 广 泛, 可 用 砖 石 混 凝 土 钢 筋 混 凝 土 预 应 力 混 凝 土, 也 有 采 用 木 材 和 钢 材 的 拱 结 构 的 应 用 范 围 很 广 ; 最 初 用 于 桥 梁, 在 建 筑 中, 拱 主 要 用 于 屋 盖 或 跨 门 窗 洞 口, 有 时 也 用 作 楼 盖 承 托 围 墙 或 地 下 沟 道 顶 盖 拱 所 承 受 的 荷 载 不 同, 其 压 力 曲 线 的 线 形 也 不 相 同, 一 般 按 恒 载 下 压 力 曲 线 确 定 ; 在 活 载 作 用 下, 拱 内 力 可 能 产 生 弯 矩, 这 时 铰 的 设 置 就 会 影 响 拱 内 弯 矩 的 分 布 状 况 与 刚 架 相 仿, 只 有 地 基 良 好 或 两 侧 拱 肢 处 有 稳 定 边 跨 结 构 时 才 采 用 无 铰 拱, 这 种 拱 很 少 用 于 房 屋 建 筑 双 铰 拱 应 用 较 多, 为 适 应 软 弱 地 基 上 支 座 沉 降 差 及 拱 拉 杆 变 形, 最 好 采 用 静 定 结 构 的 三 铰 拱, 如 西 安 秦 俑 博 物 馆 展 览 厅, 由 于 地 基 为 Ⅰ~Ⅱ 级 湿 陷 性 土 而 采 用 67m 跨 的 三 铰 拱 拱 的 形 式 见 图 图 9 67 拱 的 形 式 ( 犪 ) 三 铰 拱 ;( 犫 ) 双 铰 拱 ;( 犮 ) 无 铰 拱 9 67 拱 身 可 分 为 两 大 类, 即 梁 式 拱 和 板 式 拱 128

129 1. 梁 式 拱 有 两 种 : (1) 肋 形 拱 ; (2) 格 构 式 拱 2. 板 式 拱 有 六 种 : (1) 筒 拱 ; (2) 凹 波 拱 ; (3) 凸 波 拱 ; (4) 双 波 拱 ; (5) 折 板 拱 ; (6) 箱 形 拱 拱 以 曲 杆 抗 衡 并 传 递 外 力 给 支 座, 故 铰 支 座 不 仅 承 受 竖 向 力, 并 有 相 当 大 的 水 平 向 外 的 拱 脚 推 力, 其 合 力 就 位 于 拱 轴 曲 线 在 支 座 点 的 切 线 方 向 上 拱 脚 有 推 力 是 其 主 要 力 学 特 征 之 一, 矢 高 犳 越 小, 推 力 越 大 一 次 超 静 定 的 双 铰 拱, 支 座 的 垂 直 或 水 平 位 移 均 会 引 起 内 力 变 化, 对 支 座 在 推 力 作 用 下 无 变 位 的 要 求 就 更 严 格 由 此 可 见, 为 了 使 拱 保 持 正 常 工 作, 务 必 确 保 其 支 座 能 承 受 住 推 力 而 不 位 移, 故 拱 脚 推 力 的 结 构 处 理, 是 拱 结 构 设 计 的 中 心 问 题 3. 一 般, 抵 抗 推 力 结 构 的 处 理 方 案, 有 下 列 几 种 : (1) 推 力 由 拉 杆 直 接 承 担 ; (2) 推 力 由 水 平 结 构 承 担 4. 结 合 拱 脚 部 位 有 下 列 的 处 理 方 案 : (1) 连 续 拱 的 中 间 支 座, 两 侧 恒 载 作 用 下 拱 脚 推 力 相 抵 消, 故 中 间 各 跨 可 不 设 拉 杆 ; 非 对 称 活 荷 ( 雪 风 荷 等 ) 作 用 下, 两 侧 不 平 衡 推 力, 可 由 作 为 中 间 支 座 的 梁 来 抗 衡 (2) 边 跨 拱 的 边 支 座 处 理 : 1) 边 圈 梁 ; 2) 挑 檐 板 ; 3) 边 跨 平 顶 (3) 推 力 由 竖 向 结 构 承 担 竖 向 结 构 有 下 列 四 种 形 式 : 1) 扶 壁 墙 墩 ; 2) 飞 券 ; 3) 斜 托 墩 ; 4) 边 跨 结 构 (4) 推 力 直 接 传 给 基 础 一 落 地 拱 拱 结 构 布 置 有 下 列 六 种 : 1) 并 列 布 置 ; 2) 径 向 布 置 ; 3) 环 向 布 置 ; 4) 井 式 布 置 ; 5) 多 叉 布 置 ; 6) 拱 环 布 置 129

130 ( 二 ) 壳 人 类 远 在 数 千 年 前 早 已 造 出 了 各 式 各 样 的 日 用 壳 体, 如 锅 碗 坛 罐 以 后 工 业 逐 渐 发 达, 造 出 了 灯 泡 钢 盔 木 舟 机 壳 等 不 胜 枚 举 壳 体 用 于 建 筑 结 构 虽 为 时 较 早, 但 工 程 界 开 始 研 究 分 析 试 验 已 是 19 世 纪, 到 20 世 纪 初 叶 壳 体 结 构 的 发 展 一 直 缓 慢, 主 要 原 因 是 计 算 极 繁, 在 第 二 次 世 界 大 战 期 间 及 战 后 壳 体 结 构 发 展 才 迅 速 起 来 壳 体 结 构 的 主 要 优 点 是 覆 盖 面 积 大, 无 需 中 柱, 室 内 空 间 开 阔 宽 敞 能 满 足 各 种 功 能 要 求, 故 其 应 用 极 广, 如 会 堂 市 场 食 堂 剧 场 体 育 馆 飞 机 库 等 等,1959 年 建 成 的 北 京 站 采 用 的 就 是 双 曲 扁 壳 壳 体 结 构 虽 逐 渐 增 多, 但 其 应 用 仍 受 到 一 定 限 制, 由 于 其 缺 点 是 缺 乏 木 材 与 模 板, 制 作 复 杂 图 9 68 壳 的 应 力 横 向 受 荷 传 力 的 梁 起 担 的 作 用, 不 能 材 尽 其 用, 并 非 经 济 的 结 构 形 式 ; 以 曲 梁 承 荷 传 力 的 拱 起 顶 的 作 用, 能 进 一 步 发 挥 材 力, 是 较 先 进 的 结 构 形 式 ; 壳 体 与 此 相 仿, 以 曲 板 承 荷 传 力, 而 且 更 进 一 步, 它 不 像 拱 是 单 向 受 荷 传 力 的 平 面 结 构, 而 是 双 向 受 荷 传 力 的 空 间 结 构, 起 双 向 顶 的 作 用, 见 图 9 68, 这 是 空 间 壳 与 平 面 拱 的 根 本 区 别 壳 的 造 型 有 : 筒 壳 球 壳 双 曲 扁 壳 鞍 壳 扭 壳 等, 现 分 述 如 下 1. 筒 壳 外 形 简 单 的 单 曲 面 壳 体 其 纵 向 为 直 线, 有 其 横 向 刚 度 小 的 缺 点, 但 却 因 其 能 使 用 直 模 板, 省 工 省 材, 这 是 其 最 大 优 点 也 是 筒 壳 在 历 史 上 最 早 出 现 并 在 近 代 仍 大 量 建 造 的 根 本 原 因 筒 壳 可 分 为 三 种 : 犾 1/ 犅 1/2 为 短 筒 壳 ; 犾 1/ 犅 3 为 长 筒 壳 ; 犾 1/ 犅 为 中 间 比 值 为 中 筒 壳 2. 球 壳 自 然 界 中 存 在 着 大 量 的 球 状 物 体, 反 映 在 建 筑 上 的 穹 隆 圆 顶, 是 古 老 的 建 筑 形 式 之 一, 多 用 于 中 心 型 平 面 的 正 中 央, 这 种 形 式 近 代 仍 经 常 采 用, 虽 外 形 类 同, 其 受 力 特 性 却 已 改 变, 球 壳 的 内 力 都 作 用 在 曲 面 内, 见 图 9 69, 为 薄 膜 内 力, 能 用 薄 膜 理 论 计 算 球 壳 多 用 于 天 文 馆 会 堂 音 乐 厅 剧 院 展 览 馆 等 中 心 型 建 筑 物 图 9 69 圆 球 壳 内 力 3. 双 曲 扁 壳 筒 壳 和 球 壳 的 结 构 空 间 是 非 常 大 的, 对 无 需 大 的 使 用 空 间 建 筑, 都 欲 压 缩 其 使 用 空 间, 以 降 低 造 价 ; 同 时 从 材 尽 其 用 的 观 点 出 发, 尽 可 能 使 壳 内 应 力 小 些 ( 最 好 无 拉 力 ), 促 使 减 小 矢 高, 双 曲 有 利 于 提 高 壳 体 各 向 的 强 度 和 刚 度, 正 如 橘 皮 虽 软, 却 不 易 将 其 里 外 翻 面 双 曲 扁 壳 是 双 向 微 弯 的 平 板, 凡 矢 高 犳 犾 /5 的 壳 体 统 称 扁 壳, 扁 壳 有 平 面 扁 壳 和 双 曲 扁 壳, 双 面 扁 壳 除 扁 球 壳 外, 尚 有 平 移 双 曲 扁 壳, 即 椭 圆 抛 物 面 扁 壳 不 规 则 双 130

131 曲 扁 壳 双 曲 扁 壳 的 优 点 是 : (1) 矢 高 小, 结 构 空 间 小, 节 省 造 价 ; (2) 能 达 到 无 拉 力 状 态, 能 合 理 用 材 ; (3) 保 持 双 曲, 这 是 壳 体 发 展 的 趋 向 ; (4) 施 工 方 便, 便 于 混 凝 土 浇 灌 振 捣 ; (5) 平 面 适 应 性 有 所 改 善 ; (6) 造 型 优 美, 外 形 美 观, 内 部 明 朗 其 主 要 缺 点 是 模 板 有 待 进 一 步 改 进, 用 直 料 支 模 却 要 构 成 双 曲 面 壳 体, 这 是 个 难 题 4. 鞍 壳 当 平 移 曲 面 的 母 线 与 导 线 成 反 面 的 两 抛 物 线 时, 将 构 成 马 鞍 形 双 面 壳 面, 称 为 鞍 壳 它 与 水 平 相 交 成 双 曲 线, 故 又 称 其 为 双 曲 抛 物 面 壳 5. 扭 壳 当 犳 1 5 犾 x, 属 扭 壳, 扭 壳 适 用 于 各 种 平 面 的 建 筑, 其 适 用 跨 度 30~70m, 厚 度 仅 为 20~80mm 目 前 壳 体 施 工 主 要 有 下 列 几 种 方 法 : (1) 现 浇 混 凝 土 壳 体 ; (2) 预 制 壳 块, 高 空 装 配 成 整 体 壳 体 ; (3) 地 面 现 浇 或 装 配 成 壳 体 后 整 体 提 升 ; (4) 采 用 柔 模 喷 涂 成 壳 壳 体 结 构 因 其 力 学 性 能 优 越 正 确, 经 济 合 理, 利 于 抗 震, 近 于 自 然, 曲 线 优 美, 形 态 多 变, 深 受 建 筑 师 们 的 赞 赏, 在 工 程 上 有 广 阔 的 发 展 前 景 三 网 壳 网 架 网 壳, 顾 名 思 义 即 为 网 状 壳 体, 是 格 构 化 的 壳 体 网 架, 与 网 壳 相 仿, 是 格 构 化 的 板, 即 网 板 ( 一 ) 网 壳 20 世 纪 中 叶, 欧 美 人 工 费 剧 增, 壳 体 施 工 需 用 的 模 板 与 脚 手 架 费 料 费 工, 其 应 用 受 到 了 影 响 适 逢 焊 接 技 术 更 趋 完 善, 高 强 钢 材 不 断 出 现, 电 算 技 术 突 飞 猛 进, 给 网 壳 准 备 了 物 质 基 础 ; 但 更 为 重 要 的 是 网 壳 结 构 具 有 其 非 凡 的 优 越 性, 故 发 展 迅 猛 网 壳 结 构 多 用 于 大 跨 度, 目 前 已 经 发 展 成 为 大 跨 结 构 中 应 用 普 遍 的 结 构 形 式 之 一 网 壳 分 为 筒 网 壳 球 网 壳 扭 网 壳 1. 筒 网 壳 外 形 是 圆 柱 面 筒 形, 又 叫 柱 面 网 壳 它 覆 盖 的 平 面 为 矩 形, 横 向 短 边 为 端 边 ( 犾 2), 纵 向 长 边 为 侧 边 ( 犾 1), 其 整 体 传 递 外 荷 的 方 式 与 筒 壳 类 似, 按 网 肋 构 成 与 传 荷 方 式 的 不 同, 网 壳 可 分 为 两 类, 一 类 是 拱 式 受 压 的 筒 网 壳 ( 类 似 短 筒 壳 ); 另 一 类 是 梁 ( 桁 架 ) 式 受 弯 的 筒 网 壳 ( 类 似 长 筒 壳 ) 拱 式 筒 网 壳 见 图 9 70, 其 受 力 特 征 是 以 受 压 为 主 的 平 面 拱, 为 单 向 抗 衡 并 传 递 外 荷 的 平 面 结 构 既 然 梁 可 以 构 成 双 向 的 井 字 梁, 同 样 拱 也 可 以 实 现 空 间 多 向 抗 衡 并 传 递 外 荷 131

132 的 空 间 结 构 多 向 拱, 多 向 拱 具 有 良 好 的 空 间 刚 度, 能 抵 抗 纵 向 侧 力, 无 需 支 撑 图 9 70 拱 式 筒 网 壳 ( 犪 ) 网 壳 ;( 犫 ) 网 格 ;( 犮 ) 多 肋 梁 式 筒 网 壳 见 图 9 71, 其 受 力 特 征 格 构 化 折 板 壳, 折 板 壳 的 受 力 状 态 与 长 筒 壳 一 样, 其 折 缝 上 的 竖 载 是 由 相 邻 折 板 以 板 平 面 内 的 横 向 力 来 抗 衡 若 每 块 平 面 折 板 代 之 以 一 榀 平 面 桁 架 ( 称 平 桁 架 ), 且 相 邻 两 桁 架 的 上 下 弦 杆 合 二 为 一, 这 就 成 了 梁 桁 架 ( 或 称 桁 架 式 ) 筒 网 壳, 即 梁 式 筒 网 壳, 矢 高 犳 = (1/4~1/8) 犾 2 图 9 71 梁 式 筒 网 壳 ( 犪 ) 网 壳 ;( 犫 ) 平 行 架 ;( 犮 ) 端 支 座 ;( 犱 ) 侧 边 自 由 时 的 边 桁 架 2. 球 网 壳 球 网 壳 即 网 穹 世 界 上 容 纳 观 众 最 多 的 美 国 新 奥 尔 良 超 级 穹 顶 体 育 馆 为 直 径 207.3m 圆 平 面, 设 72000m 座 位, 采 用 的 是 球 网 壳 施 工 用 充 气 气 球 作 满 堂 脚 手 架, 在 气 球 顶 部 开 始 安 装 网 格, 逐 渐 向 下 向 外 安 装, 随 后 网 壳 逐 渐 变 大 而 气 球 充 气 逐 渐 升 高, 直 到 安 装 完 毕, 放 气 撤 球 北 京 天 文 馆 是 直 径 为 25m 的 半 圆 球 网 壳, 采 用 竖 向 扁 钢 的 短 网 肋, 其 三 角 形 网 格 的 每 个 节 点 都 有 六 根 网 肋 汇 集, 采 用 钢 栓 夹 板 连 接 132 球 网 壳 及 其 架 设 法 见 图 9 72

133 图 9 72 球 网 壳 3. 扭 网 壳 反 向 双 曲 的 扭 壳 具 有 最 大 的 优 势 是 双 向 直 纹 在 直 纹 方 向 可 以 毫 无 阻 碍 的 设 置 单 根 肋 杆 或 桁 架 式 网 肋, 就 能 构 成 双 曲 扭 面, 扭 网 壳 就 是 这 样 构 成 的 近 年 来, 又 出 现 了 一 种 应 力 蒙 皮 结 构, 它 是 把 薄 钢 板 固 定 在 骨 架 上 以 很 高 的 抗 剪 强 度 与 骨 架 协 同 工 作, 共 同 抗 衡 外 荷 网 板 主 要 受 薄 剪 力, 弯 曲 应 力 可 略 去 不 计 这 种 结 构 在 工 业 产 品 已 普 遍 应 用, 如 轮 船 飞 机 外 壳,20 世 纪 50 年 代 后 应 用 于 建 筑 屋 盖, 充 分 显 示 出 其 轻 质 高 强 经 济 合 理 的 优 越 性 ( 二 ) 网 架 网 架 与 网 壳 相 比, 其 最 大 优 点 是 网 肋 规 格 很 少 ( 长 度 只 有 几 种 ), 节 点 规 格 也 不 多 ( 空 间 规 格 划 一 简 单 ), 施 工 更 为 方 便 因 此 它 一 出 现, 就 风 行 一 时, 我 国 自 20 世 纪 70 年 代 以 来 已 大 量 应 用 网 架 从 总 体 体 形 划 分, 其 外 形 为 平 板 者, 称 平 板 形 网 架 ; 外 形 为 折 板 者, 称 折 板 形 网 架 网 架 多 采 用 钢 结 构, 但 也 有 钢 筋 混 凝 土 网 架 的 网 架 可 分 为 下 列 两 类 ( 图 9 73 和 图 9 74), 共 六 种 1. 交 叉 平 面 桁 架 (1) 正 方 格 网 架, 即 双 向 正 交 正 放 平 面 桁 架, 见 图 9 73 ( 犪 ), 这 种 网 架 适 用 于 正 方 形 近 似 方 形 正 多 边 形 圆 形 或 椭 圆 形 的 建 筑 (2) 斜 方 格 或 菱 形 格 网 架, 见 图 9 73 ( 犫 ) ( 犮 ), 这 种 网 架 较 美 观, 适 用 于 建 筑 平 面 为 较 短 的 矩 形, 其 双 向 桁 架 的 正 弯 矩 要 比 方 格 者 小, 比 较 经 济 (3) 三 角 格 网 架, 即 三 向 平 面 桁 架, 见 图 9 73( 犱 ), 为 简 化 构 造 与 计 算, 一 般 三 向 桁 架 互 成 60 角 交 叉, 其 平 面 呈 三 角 形 格 虽 节 点 构 造 复 杂, 有 十 余 根 杆 交 汇, 但 具 有 良 好 的 平 面 适 应 性, 建 筑 平 面 灵 活 多 样 2. 交 叉 立 体 桁 架 交 叉 立 体 桁 架 与 交 叉 平 面 桁 架 不 同, 属 角 锥 体 系, 成 为 真 正 的 空 间 杆 件 体 系 空 间 桁 架, 见 图 9 74 分 图 9 73 交 叉 平 面 桁 架 ( 犪 ) 双 向 正 交 正 放 ( 正 方 格 ); ( 犫 ) 双 向 正 交 斜 放 ( 斜 方 格 ); ( 犮 ) 双 向 斜 交 斜 放 ( 菱 形 格 ); ( 犱 ) 三 向 60 交 叉 ( 三 角 格 ) 133

134 以 下 三 种 : (1) 正 四 角 锥 网 架 正 四 角 锥 网 架 属 双 向 正 交 正 放 立 体 桁 架, 其 受 力 状 态 完 全 与 双 向 正 交 正 放 平 面 桁 架 是 一 样 的, 故 亦 适 用 于 正 方 形 近 似 正 方 形 正 多 边 形 圆 形 与 椭 圆 形 平 面, 其 构 造 简 单, 受 力 均 匀, 见 图 9 74 ( 犪 ) (2) 斜 四 角 形 网 架 斜 四 角 形 网 架 是 双 向 正 斜 放 立 体 桁 架, 其 受 力 状 态 与 双 向 正 交 斜 放 平 面 桁 架 类 似, 能 够 适 用 于 多 样 建 筑 平 面 斜 四 角 锥 网 架 是 较 经 济 的 形 式, 为 防 止 支 承 网 架 受 力 后 节 点 失 稳 转 动, 必 须 设 边 桁 架 或 圈 梁, 见 图 9 74 ( 犫 ) (3) 三 角 锥 网 架 三 角 锥 网 架 是 三 向 60 交 叉 立 体 桁 架 上 下 弦 均 呈 相 同 的 正 三 角 格, 刚 度 最 好, 受 力 均 匀 分 散, 具 有 良 好 的 平 面 适 应 性 见 图 9 74 ( 犮 ) 图 9 74 交 叉 立 体 桁 架 ( 犪 ) 双 向 正 交 正 放 ( 正 四 角 锥 );( 犫 ) 双 向 正 交 斜 放 ( 斜 四 角 锥 );( 犮 ) 三 向 60 交 叉 ( 三 角 锥 ) 网 架 的 高 度 直 接 影 响 网 架 的 空 间 刚 度, 以 及 杆 件 内 力 腹 杆 长 度 结 构 空 间 和 围 护 结 构 等 各 个 方 面 30m 跨 以 内 取 (1/10~1/15) 犾,30~60m 跨 取 (1/12~1/15) 犾 ;60m 跨 以 上 取 (1/14~1/18) 犾 网 架 材 料, 杆 件 采 用 圆 形 空 心 截 面 钢 管 为 最 好, 因 其 具 有 良 好 的 物 理 力 学 性 能, 刚 度 大, 抗 压 曲 抗 扭 抗 震 俱 佳 以 及 承 载 力 高 ; 其 用 材 亦 最 合 理, 省 料 自 重 轻 经 济 ; 其 截 面 也 非 常 简 单, 节 点 处 理, 并 易 于 焊 接, 因 此 钢 管 是 理 想 的 选 材 134 网 架 的 优 越 性 : 1) 能 够 发 挥 出 来 极 高 次 超 静 定 空 间 结 构 的 优 势 ; 2) 结 构 自 重 轻 ; 3) 制 作 符 合 标 准 化 系 列 化 ; 4) 装 配 与 架 设 简 单 迅 速 经 济 ; 5) 平 面 适 应 性 强, 造 型 表 现 力 亦 强 网 架 并 非 完 美 无 缺, 目 前 有 待 探 索 解 决 的 问 题 有 二 : 1) 网 架 内 力 变 化 大, 差 值 大, 为 了 减 少 构 件 规 格 型 号, 很 多 杆 件 不 能 材 尽 其 用 ; 2) 杆 件 与 节 点 制 作 装 配 精 度 要 高, 过 高 精 度 要 求 是 与 技 术 经 济 指 标 相 矛 盾 的 四 吊 挂 悬 索 自 然 界 中 悬 挂 结 构 并 不 多, 攀 藤 植 物 的 长 藤 是 原 始 的 索, 人 类 会 编 绳 后, 吊 于 河 谷 两

135 岸 的 大 树 上, 成 了 空 中 的 飞 梁 悬 挂 结 构 用 于 建 筑, 始 于 19 世 纪 中 叶, 但 发 展 迟 缓 20 世 纪 中 叶, 出 现 了 高 强 钢 材, 促 进 了 悬 索 结 构 的 大 发 展 悬 索 结 构 用 于 中 大 跨 结 构, 优 于 其 他 结 构 形 式, 采 用 拉 力 柔 索, 与 传 统 外 形 迥 异, 造 型 新 颖, 形 式 多 样, 创 造 出 各 种 建 筑 类 型 悬 挂 结 构 的 分 类 至 今 尚 无 定 论, 按 其 形 成 方 式 不 同, 暂 分 成 两 大 类 : (1) 吊 挂 结 构 ; (2) 悬 索 结 构 两 者 之 间 的 区 别 在 于 被 悬 挂 起 来 的 结 构 不 同, 前 者 是 用 索 结 构 外 的 其 他 结 构 吊 挂 起 来, 后 者 是 吊 挂 索 的 本 身 就 是 屋 盖 索 结 构 ( 一 ) 吊 挂 结 构 吊 挂 结 构 又 称 悬 吊 结 构 在 吊 挂 结 构 中, 钢 索 仅 作 为 吊 挂 其 他 结 构 构 件 用 的 支 承 拉 索, 然 后 把 拉 力 传 给 墩 基 塔 架 杆 柱 的 芯 筒 上, 故 实 为 支 承 悬 索 与 其 他 结 构 组 合 形 成 的 混 合 结 构 其 传 力 方 式 仅 有 两 种 : 一 种 是 与 悬 索 吊 桥 一 样 的 悬 吊 式 ; 另 一 种 是 与 斜 拉 桥 一 样 的 斜 拉 式 1. 悬 吊 式 在 条 形 高 层 建 筑 的 两 端 设 置 刚 劲 的 竖 向 芯 筒, 多 根 主 钢 索 拉 设 于 两 芯 筒 端 部 之 间, 呈 悬 链 状, 在 主 钢 索 以 下 悬 吊 各 层 楼 盖, 均 向 上 吊 挂 在 钢 索 上, 即 由 钢 索 兜 着 两 芯 筒 顶 端 之 间 乃 刚 劲 结 构, 作 为 平 衡 主 钢 索 拉 力 的 压 杆, 详 见 图 9 75 图 9 75 悬 吊 式 吊 挂 结 构 2. 斜 拉 式 斜 拉 式 : 在 建 筑 需 要 悬 挂 很 大 跨 度, 采 用 悬 臂 板 梁 桁 架 或 壳 都 不 经 济 时, 可 采 用 斜 拉 索 以 减 小 构 件 的 跨 度, 达 到 减 小 截 面 用 料 经 济 屋 盖 轻 盈 的 目 的 在 塔 形 高 层 建 筑 中 也 出 现 了 悬 吊 屋 盖 与 楼 盖 从 一 个 或 多 个 刚 劲 芯 筒 顶 部, 向 四 周 伸 出 斜 拉 钢 索, 吊 挂 住 从 芯 核 上 部 向 四 周 悬 挑 的 梁 或 桁 架 的 外 端, 形 成 一 个 悬 吊 整 个 建 筑 物 的 主 要 承 重 结 构 在 斜 拉 索 的 下 端, 即 悬 挑 梁 或 桁 架 的 外 端, 沿 房 屋 四 周 向 下 悬 挂 竖 向 钢 索, 各 层 楼 盖 梁 的 内 135

136 端 支 于 芯 筒 上, 其 外 端 支 于 竖 向 钢 索 上, 详 见 图 9 76 图 9 76 斜 拉 式 吊 挂 机 构 ( 二 ) 悬 索 结 构 吊 挂 结 构 中 钢 索 并 非 屋 盖 的 承 重 构 件, 而 是 吊 挂 屋 盖 承 重 构 件 的 支 承 拉 杆 ; 钢 索 真 正 成 为 屋 盖 的 主 要 承 重 结 构 的 乃 是 悬 索 结 构 应 有 一 个 基 本 概 念 : 前 者 的 屋 盖 是 板 梁 桁 架 拱 壳 网 壳 网 架 等 结 构, 根 本 没 有 钢 索 ; 而 后 者 的 屋 盖 主 要 承 重 结 构 是 钢 索, 并 且 用 它 来 悬 吊 整 个 屋 盖 而 无 需 其 他 吊 索 或 斜 拉 索, 套 用 悬 索 吊 桥 的 原 理, 将 屋 盖 直 接 做 在 悬 索 上, 而 取 消 竖 向 吊 索 悬 索 结 构 的 优 越 性 和 关 键 问 题 : 近 年 来 国 内 外 普 遍 采 用 的 钢 索 是 钢 绞 线, 因 钢 索 柔 软, 故 不 能 抗 压 弯 剪, 只 能 抗 拉, 钢 索 作 为 受 拉 杆 件, 能 充 分 发 挥 其 高 强 性 能, 既 无 压 曲 失 稳 ; 又 能 合 理 用 材, 是 最 经 济 的 结 构 形 式 古 时 悬 索 桥 的 老 问 题 是 索 荡 桥 晃 得 相 当 剧 烈, 悬 索 结 构 屋 盖 也 面 临 着 同 样 的 问 题 一 方 面 柔 索 抗 拉 既 安 全 又 经 济 ; 另 一 方 面 对 悬 索 的 柔 软 特 性, 要 处 理 好 下 列 关 键 性 的 课 题 1. 屋 面 刚 度 刚 柔 是 完 全 相 对 的, 必 须 做 到 柔 而 屋 盖 刚 单 根 柔 索 在 曲 线 均 布 荷 载 作 用 下 为 悬 链 线, 当 垂 度 犳 =1/4 犾 时, 近 似 为 抛 物 线, 见 图 9 77, 但 其 外 形 会 随 活 载 如 不 对 称 风 雪 荷 载 的 大 小 与 位 置 而 变 化, 且 幅 度 很 大, 振 荡 过 于 频 繁, 对 保 持 屋 面 形 状 保 证 屋 面 防 水 非 常 不 利, 因 此 屋 盖 必 须 有 足 够 的 刚 度 图 9 77 悬 索 的 受 力 ( 犪 ) 对 称 均 布 荷 载 下 ;( 犫 ) 不 对 称 荷 载 下 136

137 2. 结 构 稳 定 性 柔 索 只 能 单 向 传 力, 即 荷 载 必 须 与 垂 度 犳 同 向, 若 风 为 吸 力 或 竖 向 地 震 力 时, 则 立 即 失 去 稳 定, 无 力 抵 抗 向 上 风 力 和 竖 向 地 震 力, 严 重 时 甚 至 屋 盖 被 局 部 掀 起 或 屋 盖 被 完 全 揭 顶 3. 共 振 风 荷 载 与 地 震 作 用 具 有 动 力 和 随 机 性, 悬 索 像 绷 紧 之 弦, 易 于 受 到 颤 动, 并 会 产 生 振 动 一 旦 发 生 振 动, 屋 盖 即 遭 破 坏 1940 年 11 月 7 日, 美 国 华 盛 顿 塔 克 马 海 峡 桥, 和 风 持 续 6h, 风 力 稳 定 且 低 速 18.8m/s, 桥 面 产 生 空 气 动 力 颤 动, 振 幅 逐 渐 增 大, 桥 梁 受 到 扭 转 弯 曲, 最 后 失 稳, 终 于 断 折 破 坏 4. 支 座 拉 力 悬 索 支 座 拉 力 的 处 理 与 拱 脚 推 力 的 性 质 同 等 重 要 若 悬 索 支 座 拉 力 无 可 靠 着 落 点, 则 悬 索 结 构 房 屋 将 全 部 报 废 (1) 悬 索 的 结 构 体 系 有 : 1) 单 层 并 列 索 系 ( 单 层 平 行 索 系 ); 2) 单 层 辐 射 索 系 ( 单 层 蝶 形 索 系 ); 3) 双 层 并 列 索 系 ( 双 层 平 行 索 系 ); 4) 双 层 辐 射 索 系 ( 双 层 轮 形 索 系 ) (2) 悬 索 结 构 类 型 虽 多 式 样 各 异, 但 其 原 理 与 特 性 却 基 本 相 同, 具 有 下 列 共 同 优 点 : 1) 受 力 性 能 优 良 ; 2) 非 常 经 济 ; 3) 施 工 简 便 ; 4) 平 面 适 应 性 强, 造 型 新 颖 多 样 优 美, 几 乎 任 意 形 状 的 建 筑 平 面 与 建 筑 体 形, 都 可 适 用 悬 索 结 构 习 题 9 1 房 屋 的 平 面 如 下 图, 设 刚 度 中 心 C 和 水 平 作 用 力 间 有 偏 心 则 在 水 平 力 偏 心 引 起 的 扭 转 作 用 中, 平 面 哪 一 个 部 分 受 力 最 大?( ) A 3,6,9 点 B 1,5 点 C 2,4 点 D 7,8 点 9 2 图 示 剪 力 墙 受 均 布 侧 力 后 其 变 形 曲 线 应 为 下 列 何 者?( ) 9 3 图 示 框 架 受 均 布 侧 力 后 其 变 形 曲 线 应 为 何 者?( ) 题 9 1 图 题 9 2 图 137

138 题 9 3 图 9 4 在 层 数 房 屋 高 度 平 面 尺 寸 重 量 相 同 的 情 况 下, 在 三 种 不 同 结 构 体 系 的 房 屋 :Ⅰ. 框 架 结 构 ; Ⅱ. 框 剪 结 构 ;Ⅲ. 剪 力 墙 结 构 其 结 构 的 基 本 自 振 周 期, 按 从 长 到 短 排 列 为 ( ) A Ⅰ Ⅱ Ⅲ B Ⅱ Ⅲ Ⅰ C Ⅲ Ⅰ Ⅱ D Ⅲ Ⅱ Ⅰ 9 5 图 示 框 支 墙 在 框 支 梁 上 的 墙 体 内 表 示 了 三 个 门 洞 位 置 :Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ, 试 问 哪 个 部 位 开 洞 是 允 许 的?( ) A Ⅰ Ⅱ B Ⅰ Ⅲ C Ⅱ Ⅲ D Ⅰ Ⅱ Ⅲ 当 有 管 道 穿 过 剪 力 墙 的 连 梁 时, 应 预 埋 套 管 并 保 持 洞 口 上 下 的 有 效 高 度 不 宜 不 小 于 ( ) A 150mm B 1/4 梁 高, 并 不 小 于 150mm C 200mm D 1/3 梁 高, 并 不 小 于 200mm 高 层 建 筑 采 用 钢 筋 混 凝 土 筒 中 筒 结 构 时, 外 筒 柱 子 截 面 设 计 成 下 列 何 者 为 最 好?( ) 题 9 5 图 A 圆 形 截 面 B 正 方 形 截 面 C 矩 形 截 面, 长 边 平 行 外 墙 放 置 D 矩 形 截 面, 短 边 平 行 外 墙 放 置 钢 筋 混 凝 土 高 层 建 筑 的 框 支 层 楼 板 ( 即 转 换 层 楼 板 ) 应 采 用 现 浇, 且 应 有 一 定 厚 度, 下 列 最 小 厚 度 的 要 求, 何 者 是 正 确 的?( ) A 100mm B 150mm C 180mm D 200mm 高 层 建 筑 结 构 计 算 中, 假 定 楼 板 的 刚 度 在 其 平 面 内 为 无 限 大 ( 即 刚 性 楼 板 ), 以 下 所 列 哪 一 种 楼 板 的 刚 性 最 差?( ) A 现 浇 钢 筋 混 凝 土 肋 形 楼 板 B 后 张 无 黏 结 预 应 力 混 凝 土 现 浇 板 C 预 制 预 应 力 混 凝 土 薄 板 上 加 现 浇 混 凝 土 叠 合 板 D 预 制 预 应 力 圆 孔 板 装 配 式 楼 板 9 10 一 般 情 况 下 钢 筋 混 凝 土 现 浇 剪 力 墙 结 构 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 为 ( ) 9 11 A 30m B 45m C 60m D 75m 在 其 他 条 件 相 同 的 情 况 下, 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 比 钢 筋 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 的 ( ) A 大 B 小 C 相 同 D 不 能 肯 定 9 12 下 列 哪 一 类 结 构 允 许 的 伸 缩 缝 间 距 最 大?( ) A 装 配 式 框 架 结 构 B 现 浇 框 架 结 构 C 全 现 浇 剪 力 墙 结 构 D 外 墙 装 配 式 剪 力 墙 结 构 9 13 下 列 哪 项 措 施 对 增 大 钢 筋 混 凝 土 房 屋 伸 缩 缝 的 间 距 无 效?( ) 138

139 A B C D 在 温 度 变 化 影 响 较 大 的 部 位 提 高 配 筋 率 采 用 架 空 通 风 屋 面 顶 部 设 局 部 温 度 缝 加 强 顶 部 楼 层 的 刚 度 9 14 高 层 建 筑 采 用 筒 中 筒 结 构 时, 下 列 四 种 平 面 形 状 中, 受 力 性 能 最 差 的 是 ( ) A 圆 形 B 三 角 形 C 正 方 形 D 正 多 边 形 9 15 我 国 目 前 少 数 超 高 层 建 筑 采 用 钢 结 构 的 主 要 原 因 是 ( ) Ⅰ. 钢 结 构 比 钢 筋 混 凝 土 结 构 造 价 低 Ⅱ. 钢 结 构 轻 质 高 强 延 性 好, 能 建 更 高 的 建 筑 Ⅲ. 钢 结 构 施 工 速 度 快 Ⅳ. 钢 结 构 综 合 经 济 效 益 好 A Ⅰ Ⅱ B Ⅱ Ⅳ C Ⅰ Ⅲ D Ⅲ Ⅳ 9 16 根 据 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程, 非 抗 震 设 计 区 现 浇 框 架 结 构 适 用 的 最 大 高 度 如 下 ( ) 9 17 A 30m B 40m C 50m D 70m 一 建 造 于 非 地 震 区, 高 度 为 160m 的 现 浇 钢 筋 混 凝 土 高 层 建 筑, 从 结 构 上 的 合 理 性 出 发, 最 好 采 用 下 列 哪 一 种 结 构 体 系?( ) A 剪 力 墙 结 构 B 筒 中 筒 结 构 C 框 架 剪 力 墙 结 构 D 框 架 筒 体 结 构 9 18 国 家 标 准 设 计 图 集 中, 上 置 1.5m 6m 预 应 力 屋 面 板 的 钢 筋 混 凝 土 折 线 形 屋 架 的 最 大 跨 度 为 ( ) A 15m B 18m C 21m D 24m 9 19 纵 墙 承 重 的 砌 体 房 屋, 适 用 于 下 列 四 类 建 筑 中 的 哪 几 类?( ) Ⅰ. 住 宅 Ⅱ. 办 公 楼 Ⅲ. 多 层 商 场 Ⅳ. 教 学 楼 A Ⅰ Ⅱ B Ⅱ Ⅲ C Ⅱ Ⅳ D Ⅲ Ⅳ 9 20 如 右 图 所 示 变 形 曲 线, 是 哪 一 种 结 构 在 水 平 载 荷 作 用 下 的 变 形 曲 线?( ) 9 21 A 框 架 结 构 B 无 梁 楼 盖 结 构 C 剪 力 墙 结 构 D 框 架 剪 力 墙 结 构 某 单 层 房 屋 的 屋 面 采 用 屋 架, 波 纹 薄 钢 板 瓦 覆 盖, 要 求 屋 面 有 较 大 的 坡 度 下 列 几 种 钢 屋 架 形 式 中, 哪 种 形 式 最 合 适?( ) A 三 角 形 屋 架 B 梯 形 屋 架 C 弧 形 屋 架 D 平 行 弦 屋 架 9 22 下 列 关 于 网 架 结 构 的 叙 述, 哪 项 是 不 正 确 的?( ) A B C D 网 架 按 外 形 分 类 有 平 面 网 架 和 曲 面 网 架 平 面 网 架 可 以 是 单 层 的, 也 可 以 是 双 层 的 曲 面 网 架 可 以 是 单 层 的, 也 可 以 是 双 层 的 曲 面 网 架 可 以 做 成 单 曲 或 双 曲 的 9 23 下 列 关 于 承 受 大 跨 度 拱 结 构 拱 脚 处 水 平 推 力 的 方 式 的 叙 述, 哪 项 是 不 恰 当 的?( ) A B C D 可 用 位 于 拱 脚 处 的 拉 杆 承 受 可 用 两 侧 有 足 够 刚 度 的 框 架 结 构 承 受 可 用 支 承 拱 的 独 立 支 柱 承 受 位 于 良 好 地 基 的 落 地 拱 可 以 利 用 基 础 直 接 承 受 9 24 下 列 关 于 高 层 建 筑 筒 中 筒 结 构 的 叙 述, 哪 些 是 不 正 确 的?( ) Ⅰ. 筒 中 筒 结 构 宜 采 用 对 称 平 面 Ⅱ. 当 为 矩 形 平 面 时, 长 宽 比 不 宜 大 于 2 题 9 20 图 139

140 Ⅲ. 筒 中 筒 结 构 的 高 宽 比 不 宜 大 于 3 Ⅳ. 外 筒 的 柱 距 应 大 于 层 高 A Ⅰ Ⅱ B Ⅱ Ⅲ C Ⅲ Ⅳ D Ⅱ Ⅳ 有 一 12m 16m 平 面, 柱 沿 周 边 按 4m 间 距 布 置, 采 用 钢 筋 混 凝 土 楼 盖 ( 不 考 虑 预 应 力 ), 为 取 得 较 大 的 楼 层 净 高 ( 压 缩 楼 盖 结 构 高 度 ), 下 列 各 种 结 构 布 置 中 哪 种 最 为 合 适?( ) A 12m 跨 4m 间 距 的 主 梁, 另 一 方 向 采 用 2m 间 距 的 4 跨 连 续 次 梁 B 16m 跨 4m 间 距 的 主 梁, 另 一 方 向 采 用 2m 间 距 的 3 跨 连 续 次 梁 C 沿 长 向 柱 列 设 两 根 主 梁, 并 布 置 1m 间 距 12m 跨 的 次 梁 D 采 用 3 4 格 的 井 字 梁 一 幢 单 层 的 单 身 宿 舍, 平 面 为 12m 52m, 无 抗 震 要 求, 但 风 力 较 大, 拟 采 用 框 架 结 构, 此 时 采 用 下 列 各 种 框 架 形 式 中 的 哪 一 种 比 较 合 适?( ) A 主 要 承 重 框 架 纵 向 布 置, 横 向 采 用 连 系 梁 B 主 要 承 重 框 架 横 向 布 置, 纵 向 采 用 连 系 梁 C 主 要 承 重 框 架 纵 横 两 向 布 置 D 无 梁 式 框 架 结 构 ( 无 梁 楼 盖, 取 板 带 作 为 框 架 梁 ) 一 幢 四 层 轻 工 业 加 工 厂 房, 平 面 尺 寸 为 16m 48m, 布 置 两 条 同 样 的 纵 向 流 程 生 产 线, 楼 面 活 载 5kN/m 2, 建 设 场 地 为 非 抗 震 设 防 区, 风 力 也 较 小 现 已 确 定 采 用 现 浇 横 向 框 架 结 构 下 列 各 种 框 架 布 置 中 哪 种 最 为 合 适?( ) A 单 跨 框 架, 跨 度 16m B 两 跨 框 架, 跨 度 8m+8m C 两 跨 框 架, 跨 度 10m+6m D 三 跨 框 架, 跨 度 6m+4m+6m 参 考 答 案 9 1 D 9 2 A [ 提 示 ] 剪 力 墙 受 均 布 侧 向 水 平 荷 载 作 用 后, 当 剪 力 墙 高 宽 比 大 于 一 定 数 值 ( 如 犎 / 犅 >4) 后, 呈 弯 曲 变 形, 如 剪 力 墙 高 宽 比 较 小 ( 如 犎 / 犅 <2) 后, 上 部 呈 剪 切 变 形 剪 力 墙 底 部 犃 点 处 为 固 定, 故 犃 点 处 变 形 曲 线 与 墙 轴 线 平 行 高 层 剪 力 墙 结 构 一 般 高 宽 比 较 大 9 3 C [ 提 示 ] 题 中 框 架 受 均 布 侧 向 水 平 荷 载 作 用, 框 架 变 形 呈 剪 切 变 形 9 4 A [ 提 示 ] 当 房 屋 层 数 高 度 平 面 尺 寸 重 量 相 同 时, 框 架 结 构 的 基 本 自 振 周 期 最 长, 框 剪 结 构 次 之, 剪 力 墙 结 构 最 短 9 5 B [ 提 示 ] 框 支 墙 在 框 支 梁 上 的 墙 体 内 开 洞, 图 示 Ⅱ 门 洞 位 置 是 不 允 许 的 9 6 D [ 提 示 ] 根 据 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 (JGJ3 2010) 第 2 条, 当 管 道 穿 过 剪 力 墙 的 连 梁 时, 应 预 埋 套 管, 且 洞 口 上 下 的 有 效 高 度 不 宜 小 于 梁 高 的 1/3, 并 不 宜 少 于 200mm 9 7 C [ 提 示 ] 设 计 钢 筋 混 凝 土 框 筒 时, 外 筒 柱 子 一 般 不 宜 采 用 圆 形 或 正 方 形 柱, 因 为 加 大 框 筒 壁 厚 对 受 力 和 刚 度 的 效 果 远 不 如 加 大 柱 宽 框 筒 系 空 间 整 体 受 力, 主 要 内 力 沿 框 架 平 面 内 分 布, 因 此 框 筒 宜 采 用 扁 宽 矩 形 柱, 柱 的 长 边 位 于 框 架 平 面 内 9 8 C [ 提 示 ] 钢 筋 混 凝 土 高 层 建 筑 的 框 支 层 楼 板 应 采 用 现 浇, 且 其 厚 度 不 应 小 于 180mm 9 9 D [ 提 示 ] 题 中 给 出 的 4 种 楼 盖 形 式, 以 预 制 预 应 力 圆 孔 板 装 配 式 楼 板 的 刚 性 最 差 9 10 B [ 提 示 ] 根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 (GB ) 第 条 表 8.1.1, 一 般 情 况 下 ( 可 理 解 为 屋 面 板 上 都 有 保 温 或 隔 热 措 施 ), 钢 筋 混 凝 土 现 浇 剪 力 墙 结 构 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 为 45m 9 11 A [ 提 示 ] 根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 (GB ) 第 条 表 8.1.1, 在 其 他 条 件 相 同 时 ( 如 同 为 装 配 式 或 现 浇 式 ; 又 如 同 为 在 室 内 土 中 或 露 天 ), 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 的 伸 缩 缝 最 大 间 距 比 钢 筋 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 的 大 140

141 9 12 A [ 提 示 ] 根 据 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 (GB ) 第 条 表 8.1.1, 钢 筋 混 凝 土 结 构 伸 缩 缝 最 大 间 距 ( 以 处 于 室 内 或 土 中 为 例 ): 装 配 式 框 架 结 构 :75m; 现 浇 框 架 结 构 :55m; 全 现 浇 剪 力 墙 结 构 :45m; 外 墙 装 配 内 墙 现 浇 的 剪 力 墙 结 构 :45m 9 13 D [ 提 示 ] 当 采 用 架 空 通 风 屋 面, 顶 部 设 局 部 温 度 缝, 钢 筋 混 凝 土 房 屋 伸 缩 缝 的 间 距 可 以 增 大 9 14 B [ 提 示 ] 高 层 建 筑 采 用 筒 中 筒 结 构 时, 为 了 防 止 产 生 显 著 的 扭 转, 最 好 采 用 具 有 双 对 称 轴 的 平 面 首 选 圆 形, 其 次 是 正 多 边 形 ( 如 六 边 形 ) 正 方 形 和 矩 形 相 对 上 述 平 面, 三 角 形 平 面 的 性 能 较 差, 但 建 筑 设 计 出 于 建 筑 艺 术 和 功 能 的 要 求, 常 广 泛 采 用 三 角 形 三 角 形 平 面 以 正 三 角 形 为 好, 因 具 有 三 根 对 称 轴 ; 有 时 也 将 正 三 角 形 演 化 为 曲 线 三 角 形 直 角 三 角 形 只 有 一 根 对 称 轴, 且 直 角 处 的 角 柱 受 力 过 分 集 中, 为 了 避 免 应 力 过 分 集 中, 三 角 形 平 面 常 将 角 部 分 切 去, 角 部 常 设 刚 度 较 大 的 角 柱 或 角 筒 9 15 B 9 16 D 9 17 B 9 18 D 9 19 C 9 20 D 9 21 A 9 22 B 9 23 C 9 24 C 9 25 D 9 26 B 9 27 D 141