刚架结构内力图 Force Diagram

刚架结构

砖石材料沿着砂浆粘接面没有受拉强度,所以不适用于框架结构。木料的拉力与压力虽然较强,但不容易做成刚性连接。刚性框架可以用木料制造,但一定要用钢接件或胶合技术,这样的结构是很少有的。

因此,刚架完全是现代的产物,因为它只能用近代发明的材料,钢筋混凝土和钢材。这些材料的弯曲强度相当大,可用以做成转角的刚性接点及有效的铰。

两铰刚架

垂直荷载作用

简支梁两个挑出的自由端各有一个集中荷载,这两个集中荷载的数值是这样确定的:使挑出的两端回到未曾变形时的梁轴水平上去。如此,支座处梁经受一个反向转动,这就使梁的跨中应力减轻。跨中的挠度小于简支梁,弯矩最大值也只有简支梁的一半。所以受荷载的挑梁使主跨减轻了负担。

如果刚架的腿挑梁长度相等。框架的最下端相应于挑梁的端部。对挑梁施加一竖向集中荷载P以保持它的位置不动,同样框架凭借基础的牢度阻止它本身水平向的移动。制止框架水平移动的基础阻力称水平力H,H等于对挑梁施加的集中荷载P。框架跨中的挠度和在节点的转角都同挑梁相应部分的一样。同样,框架横梁的弯矩也和挑梁的一样,也等于简支梁弯矩的一半。

图源  Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture 》
图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture

水平荷载作用

图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture

三铰框架和半框架

V形立柱也适合于三铰框架和半框架。任何时候,只要框架的立柱与上面横梁是刚接的,而下端是铰接的。在一般荷载作用下经常产生三角形分布的弯矩,即在框架转角处为最大值,渐渐减小至下端为零。

图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture

下端固定的刚架

如果框架下端是固定的,那么下端不能转动,情况就完全不同了。这时下端产生相当大的弯矩和弯曲应力,这就要求下端与框架转角截面相同。再采用V形支座就毫无意义了。

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