梁和悬挑结构

1、建筑结构选型课件邮箱：jgxx_密码：2015c2011.1 1.1 梁的形式梁的形式1.2 1.2 梁的受力与变形梁的受力与变形1.3 1.3 梁式结构的工程实例梁式结构的工程实例1.4 1.4 悬挑结构悬挑结构第一章第一章 梁和悬挑结构梁和悬挑结构学习要求学习要求了解梁的不同型式及受力与变形，了了解梁的不同型式及受力与变形，了解悬挑结构。解悬挑结构。 第一章 梁和悬挑结构 梁梁(beam)主要承受主要承受垂直垂直于梁轴线方向的于梁轴线方向的荷载作用荷载作用板板梁梁柱柱拱拱4123 人们居住和工作的建人们居住和工作的建筑物均是由各个筑物均是由各个单一空单一空间间构成，而每一个空间构成，而每一

2、个空间又是由又是由基本构件基本构件组成。组成。建筑物的基本结构形式建筑物的基本结构形式可分为可分为 1.1 梁的形式石石 梁梁材材 料料截面截面支座约束支座约束静定梁静定梁超静定梁超静定梁矩形梁矩形梁圆形梁圆形梁工字型梁工字型梁木木 梁梁钢钢 梁梁钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁预应力混凝土梁预应力混凝土梁钢钢- -钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁槽形梁槽形梁主主 梁梁布置方式布置方式支承方式支承方式简支梁简支梁悬臂梁悬臂梁次次 梁梁过过 梁梁圈圈 梁梁连连 梁梁连续梁连续梁 1.1 梁的形式石梁石梁石材抗压强度高，抗拉强度低。高石材抗压强度高，抗拉强度低。高度大，而跨度较小。度大，而跨度较小。帕提农神庙帕提

3、农神庙 1.1 梁的形式1.1.1梁按材料分类7太和殿太和殿，俗称金銮殿，殿高35米，面积2381平方米，是中国最大的一座木结构宫殿。面阔11间，进深5间，为中国古代殿宇最高等级。 1.1 梁的形式8 1.1 梁的形式木梁木梁木材自重轻，抗压抗拉、强度高。木材自重轻，抗压抗拉、强度高。截面小，跨度大，使用方便。木材截面小，跨度大，使用方便。木材防腐、防火、防蛀性能差，且资源防腐、防火、防蛀性能差，且资源有限，现代建筑逐步淘汰。有限，现代建筑逐步淘汰。胶合木胶合木 用胶粘方法将木料或木料与胶合板拼接成尺寸与形状符合要求而又具有整体木材效能的构件和结构。胶合木结构于1907年首先在德国问世，至40

4、年代中期已发展成为现代木结构的一个重要分支。广泛应用于各种工程上。1.1.1梁按材料分类 1.1 梁的形式西班牙塞维利亚市中心木结构10国家体育场鸟巢国家体育场鸟巢 1.1 梁的形式钢梁：1.1.1梁按材料分类 1.1 梁的形式钢梁钢梁钢梁强度高，施工方便。钢梁自重钢梁强度高，施工方便。钢梁自重比相同跨度混凝土梁比相同跨度混凝土梁轻轻。维护费用。维护费用较高，房屋建筑较少使用，但在厂较高，房屋建筑较少使用，但在厂房、桥梁中应用较广泛。房、桥梁中应用较广泛。1.1.1梁按材料分类 1.1 梁的形式混凝土梁混凝土梁砼梁由砼和钢筋共同工作，砼梁由砼和钢筋共同工作，砼受压砼受压，钢筋受拉钢筋受拉，受力

5、明确，构造简单，但其自重较大，跨度一般受力明确，构造简单，但其自重较大，跨度一般不超过不超过12米。米。预应力砼梁预应力砼梁预应力砼梁在受拉区施加预应力砼梁在受拉区施加预应力预应力，可有效控制裂，可有效控制裂缝和挠度。缝和挠度。钢钢- -钢筋砼梁钢筋砼梁下部钢材受下部钢材受拉拉，上部钢筋砼受，上部钢筋砼受压压，充分利用其材，充分利用其材料特性。（上部普通钢筋混凝土板，下部钢梁或料特性。（上部普通钢筋混凝土板，下部钢梁或钢桁架）钢桁架）1.1.1梁按材料分类 1.1 梁的形式1.1.1梁按材料分类混凝土和钢筋协调工作原理：钢筋砼梁截面型式钢筋砼梁截面型式钢梁截面型式钢梁截面型式 1.1 梁的形式

6、1.1.2梁按截面分类：双坡薄腹梁鱼腹梁空腹梁 1.1 梁的形式根据简支梁的弯矩和剪力的分布特点，可分为以下三类薄腹梁： 通过增加梁高来提高梁的抗弯承载力。 普通钢筋混凝土薄腹梁的跨度为：612m，预应力混凝土薄腹梁的使用跨度为1218m。 1.1 梁的形式悬臂梁悬臂梁 梁的一端固定在支座上，使该端不能梁的一端固定在支座上，使该端不能转动，也不能产生水平和垂直移动转动，也不能产生水平和垂直移动。 梁的两端搁置在支座上，但支座仅使梁的两端搁置在支座上，但支座仅使梁不产生垂直移动，可自由转动。为使整梁不产生垂直移动，可自由转动。为使整个梁不产生水平移动，加设铰支座和滚动个梁不产生水平移动，加设铰支

7、座和滚动支座。支座。支承支承方式方式简支梁简支梁连续梁连续梁 具有两个以上支座的梁。具有两个以上支座的梁。1.1.3梁按支座约束分类简支梁简支梁悬臂梁悬臂梁 玻璃走廊鸟瞰美国玻璃走廊鸟瞰美国大峡谷大峡谷 1.1 梁的形式1.1.3梁按支座约束分类q连续梁连续梁 1.1 梁的形式 1.1 梁的形式超静定梁超静定梁 静定梁静定梁静定多跨梁静定多跨梁连续梁连续梁单跨梁单跨梁多跨梁多跨梁1.1.3梁按支座约束分类根据跨数的不同分类： 1.1 梁的形式次梁次梁次梁直接承受板传来的荷载。次梁直接承受板传来的荷载。主梁主梁主梁除承受板直接传来的荷载外，主梁除承受板直接传来的荷载外，还承受次梁传来的荷载。还承

8、受次梁传来的荷载。连梁连梁连梁主要用于连接两榀框架，使其连梁主要用于连接两榀框架，使其成为一个整体。成为一个整体。圈梁圈梁圈梁一般用于砖混结构，将整个建圈梁一般用于砖混结构，将整个建筑围成一体，增强结构的抗震性能筑围成一体，增强结构的抗震性能。过梁过梁过梁一般用于门窗洞口的上部，用过梁一般用于门窗洞口的上部，用以承受洞口上部结构的荷载。以承受洞口上部结构的荷载。在结在结构中构中的位的位置置1.1.4梁按在结构中的位置分类建筑剖视图建筑剖视图 1.1 梁的形式1.1.4梁按在结构中的位置分类 1.1 梁的形式钢结构建筑主梁，次梁钢结构建筑主梁，次梁次梁次梁次梁次梁主梁主梁主梁主梁 1.1 梁的形

9、式屋面板混合结构混合结构竖向荷载竖向荷载通过通过砖墙砖墙传到基础上传到基础上圈梁的设置圈梁的设置1.1.4梁按在结构中的位置分类 1.2 梁的受力与变形单跨梁在竖向均布荷载作用下的弯矩图 梁主要承受梁主要承受垂直垂直于梁轴线方向的荷于梁轴线方向的荷载的作用载的作用, ,其内力主其内力主要为要为弯矩弯矩和和剪力剪力。 梁的变形主要是梁的变形主要是挠曲挠曲变形。梁的受变形。梁的受力与变形主要与梁力与变形主要与梁的的约束条件约束条件有关。有关。 1.2 梁的受力与变形 简支梁简支梁是静定结是静定结构构, ,构造简单，施工构造简单，施工方便。但内力及变形方便。但内力及变形较大。常用于较大。常用于中小跨

10、中小跨度度建筑。建筑。 当建筑物的当建筑物的地基较地基较差时差时采用简支梁结构采用简支梁结构较为有利。简支梁也较为有利。简支梁也常被用来作为常被用来作为沉降缝沉降缝之间的连接构件。之间的连接构件。 1.2 梁的受力与变形 悬臂梁悬臂梁悬臂端无支承悬臂端无支承构件，视野开阔构件，视野开阔, ,空间布空间布置灵活。其置灵活。其缺点缺点是在结是在结构的固定端有较大的构的固定端有较大的倾倾覆力矩覆力矩。 设计时除了考虑结构设计时除了考虑结构的强度和变形外的强度和变形外, ,还要注还要注意结构的意结构的抗倾覆稳定性抗倾覆稳定性。悬臂梁弯矩图 1.2 梁的受力与变形 当梁柱结构当梁柱结构中柱刚度比梁刚度大

11、中柱刚度比梁刚度大很多且梁柱节点构造为很多且梁柱节点构造为刚接刚接时时, ,可按两端固定梁分析梁在竖向荷载作用下的内力与变形可按两端固定梁分析梁在竖向荷载作用下的内力与变形 对于一般情况下对于一般情况下梁柱刚度相差不多梁柱刚度相差不多的情况的情况, ,则柱对梁的则柱对梁的约束作用应视作约束作用应视作弹弹性支承性支承, ,这时梁在竖这时梁在竖向荷载作用下的内向荷载作用下的内力和变形介于两端力和变形介于两端固定梁和两端简支固定梁和两端简支梁之间。梁之间。 1.2 梁的受力与变形 当梁柱结构当梁柱结构中柱刚度比梁刚度大中柱刚度比梁刚度大很多且梁柱节点构造为很多且梁柱节点构造为刚接刚接时时, ,可按两

12、端固定梁分析梁在竖向荷载作用下的内力与变形可按两端固定梁分析梁在竖向荷载作用下的内力与变形比较：1.简支梁与固端梁2.悬臂梁与固端梁3.外伸梁与简支梁上海浦东国际机场第二航站楼 1.3 梁式结构的工程实例30上海浦东国际机场第二航站楼 1.3 梁式结构的工程实例整个屋盖采用变截面箱形钢梁，由于在中间两个支点采用树状柱，整个屋盖宽度范围内，分成了三个大跨两个小跨，外带两个外伸段的五跨连续梁结构。树状柱树状柱梭形张悬梁截面增大截面变小31上海浦东国际机场第二航站楼边跨 1.3 梁式结构的工程实例在箱形梁宽方向，箱形梁向大跨跨中逐渐分叉成两根较窄的箱形构件并为围合出一个梭形空间。边跨跨中梭形张悬梁中

13、间跨（梭型张弦梁结构） 1.3 梁式结构的工程实例Y Y型柱型柱 1.3 梁式结构的工程实例 1.3 梁式结构的工程实例深圳文化中心深圳文化中心 1.4.1 1.4.1 悬挑结构的形式：悬挑结构的形式： 悬挑结构悬挑结构无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活，无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活，故常在故常在体育场看台雨棚中应用。体育场看台雨棚中应用。 1.4 悬挑结构悬挑结构可采用混凝土结构，也可采用钢结构。早期的悬挑结构多采用混凝土结构，若采用钢筋混凝土屋面板（自重较大），悬挑跨度一般仅为数米至十余米，一般采用压型钢板结构，悬挑跨度可达到2030m.近年较多采用钢桁架结构，并采用薄膜结构

14、覆盖，跨度可达数十米。 意大利佛罗伦萨运动场大看台钢筋混凝土梁板结构，雨蓬挑梁伸出钢筋混凝土梁板结构，雨蓬挑梁伸出17m17m上海八万人体育场上海八万人体育场 1.4 悬挑结构采用钢桁架结构，并采用薄膜结构覆盖，悬挑跨度可达数十米。如图上海八万人体育场，最大悬挑跨度达73.5m。上海八万人体育场 1.4 悬挑结构悬挑结构的固定端悬挑结构的固定端有较大的倾覆力矩。有较大的倾覆力矩。一般认为，悬挑结构的抗倾覆安全系数一般认为，悬挑结构的抗倾覆安全系数应应大于大于1.51.5。抗倾覆平衡：抗倾覆平衡：抗倾覆力矩抗倾覆力矩/ /倾覆力矩倾覆力矩 1.5 1.5 1.4 悬挑结构1.4.21.4.2悬挑

15、结构的抗倾覆平衡悬挑结构的抗倾覆平衡上部压重平衡上部压重平衡 1.4 悬挑结构悬挑结构四种抗倾覆平衡方式悬挑结构四种抗倾覆平衡方式：下部拉压平衡下部拉压平衡悬挑网架、悬挑网壳常见 1.4 悬挑结构拉压左右自平衡左右自平衡 1.4 悬挑结构副跨框架平衡：整个结构可以看做是带悬挑的框架副跨框架平衡：整个结构可以看做是带悬挑的框架结构。结构。剧院挑台常用 1.4 悬挑结构悬挑梁下悬挑梁下设设柱子柱子 1.4 悬挑结构悬挑结构的受力：为了减小弯矩常用一下几种方法。悬挑结构的受力：为了减小弯矩常用一下几种方法。悬挑梁悬挑梁下设下设斜斜撑撑 1.4 悬挑结构悬挑梁悬挑梁上部设上部设置置拉索拉索 1.4 悬

16、挑结构成都体育场看台挑棚 1.4 悬挑结构挑梁为块体拼装后张部分预应力混凝土结构，采用工字型截面。1.4.31.4.3悬挑结构的工程实例悬挑结构的工程实例设16处双柱双梁变形缝，共布置104榀双向对称现浇钢筋混凝土看台框架及块体拼装悬挑雨棚结构。47天津奥林匹克中心体育场 1.4 悬挑结构 天津体育场的外观造型以具有自然形态的露珠为主题，俗称水滴。 体育场采用钢管桁架悬挑结构。整个屋架桁架落地，并以不同的曲率坡向地面，形似露珠。 体育场屋盖主桁架悬挑跨度最长达90m, 1.4 悬挑结构上海世博会中国国家馆中国馆寓意“东方之冠”，并给人以中国传统礼器“鼎”的联想。中国馆施工现场 1.4 悬挑结构 1.4 悬挑结构 设计采用钢混凝土组合设计采用钢混凝土组合结构结