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【摘 要】本文简要介绍了工业建筑刚架结构种类,对三种刚架形式的受力特点和节点构造进行分析比较,并说明了刚架结构支撑系统布置要求.
【关 键 词】工业建筑；刚架结构；结构选型
0前言
现代工业生产任务各不相同且种类繁多,工业建筑即是为了满足各种工业生产需要和工艺要求而建造的建筑物.生产工艺、工业原料和制成品运输路线以及工业生产设备布置顺序决定了工业建筑平面形状和布置.由于现代工业生产工艺复杂,工业建筑往往要求能够同时布置多台大体量设备,且有不同型号运输和起重设备通行,致使工业建筑内部需形成较高较大通敞空间,同时,为了满足建筑室内环境和屋顶防水排水各项要求,致使工业建筑屋顶面积大且构造复杂.与民用建筑相比,工业建筑对结构设计要求更高.
工业建筑按层数分为单层、多层和高层建筑,工业建筑的结构类型包括排架结构、刚架结构、拱结构等.其中单层刚架工业建筑具有内外交通联系方便、杆件较少和结构内部空间较大利于大型设备布置等优点,是应用较多的一种类型.
1刚架结构的种类
建筑刚架结构是指由梁柱通过刚性节点联接的单层建筑结构,当刚架横梁与立柱刚接夹角大于90时,又称为“门式刚架”.门式刚架由于横梁斜向布置使室内空间加大,并且由结构形成屋面排水坡度节省了构造找坡的材料和费用.门式刚架屋面多使用轻型屋面结构,屋面排水坡度常用i等于1/8～1/20.
按照结构体系几何不变组成规则,单层刚架结构可布置为三铰刚架、两铰刚架和无铰刚架三种类型,分别如图1所示.三铰刚架为静定结构,两铰刚架为一次超静定结构,无铰刚架为三次超静定结构.
（a）三铰刚架（b）两铰刚架（c）无铰刚架
图1单层平面刚架简图
2刚架结构的受力特点及节点构造
由于梁柱刚接而形成互为约束,单层刚架结
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从结构组成上看,三种单层刚架结构均可作为承受荷载的结构形式,但是在相同荷载作用下,三种刚架结构的内力响应和结构适应性存在显著差别,构造方式及经济性也各不相同.三铰刚架为静定结构,在荷载作用下梁柱节点处弯矩较大,屋脊节点和支座节点处无弯矩存在,当地基基础存在不均匀沉降时,不会产生结构附加内力,但结构整体刚度较差.两铰刚架是超静定结构,结构整体刚度较大,由于梁柱刚接和屋脊节点刚接使得梁柱弯矩有所降低,柱与基础铰接使基础顶面无弯矩作用,降低了材料消耗量.无铰刚架超静定次数更高使结构整体刚度进一步增大,但其对基础不均匀沉降较敏感,且由于基础顶面存在弯矩作用使基础材料消耗量显著增加.
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三铰刚架有三个铰接节点（即两个柱与基础铰接支座节点和一个屋脊铰接节点）,由于柱与基础铰接使得柱底无弯矩,钢筋混凝土三铰刚架结构柱底铰接节点需使用杯口基础与预制柱柔性连接构造,钢结构则需使用铰接柱脚,当柱底反力不大时可设计成板式铰接柱脚；屋脊处铰接点处理也应保证有足够的转动能力.两铰刚架的两个支座节点为铰接节点,构造方式与三铰刚架相同；屋脊处为刚性节点,钢筋混凝土刚性节点可采用整浇弯折梁节点构造,钢结构则可采用高强螺栓群刚性节点构造.无铰刚架所有节点均为刚性节点,节点处理时需保证能够传递弯矩.
3刚架结构支撑系统设置
在结构整体布置过程中,应使结构在纵横两个方向均具有足够的刚度,而刚架结构是一种典型的横向平面结构,在建筑刚架结构纵向需通过设置支撑系统以满足纵向刚度要求.支撑系统包括；屋面支撑和柱间支撑,屋面支撑设于温度区段两端开间和设有柱间支撑开间处,屋面支撑采用交叉型张进圆钢,在其它开间需设置纵向刚性系杆；柱间支撑一般设于结构两端和温度区段中部.
4结论
由以上分析可知：
①建筑刚架结构常采用两铰刚架和三铰刚架两种形式；
②刚架结构中梁柱构件中存在较大的弯矩,不能充分发挥结构材料的力学性能；
③刚架结构常用于无动荷载或吊车荷载较小的工业建筑中；
④刚架结构是一种典型的平面结构形式,为获得足够的结构空间刚度和稳定性,需要设置屋面支撑系统和柱间支撑系统.
【参考文献】
[1]王心田.建筑结构体系与选型[M].上海：同济大学出版社,2003.
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[2]叶献国,等.建筑结构选型概论[M].武汉：武汉理工大学出版社,2003
[3]樊振和.建筑结构体系及选型[M].北京：中国建筑工业出版社,2011
[4]同济大学.单层厂房设计与施工[M].上海：上海科学技术出版社,2005.
[责任编辑：王迎迎]
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