拱结构屋架矢跨比对多跨钢结构房屋柱顶水平位移的影响
钢结构考试复习题简答题与课后习题解答
参考书目：戴国欣《钢结构》一、小题1、柱板（ 铰接 ）时下柱弯矩较大，厂房横向刚度较差2、柱间（ 下层支撑 ）设在温度区段中部，（ 上层支撑 ）支撑布置在温度区段端部，在有（ 下层支撑 ）支撑处也应设置（ 上层支撑 ）支撑3、屋架外形常用形式（ 三角形 ）、（ 梯形 ）、（ 平行弦 ）、（ 人字形 ）等4、对框架的分析，按（ 弹性 ）理论确定其计算长度5、大跨度建筑依据（用途）、（使用条件）、（建筑选型方面要求）决定结构方案6、框架大跨结构中，横梁与柱连接的框架节点（ 内角弯折处 ）应做成平整曲线以避免（ 应力集中 ）7、（ 框架—支撑 ）体系是高层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系8、P183页的屋架平面支撑体系的判别9、框架柱按结构形式可分为（等截面柱）、（阶形柱）和（分离式柱）三大类10、网架的受力特点是，杆件均为（ 铰接 ），不能承受（ 弯矩 ）和（ 扭矩 ），及所有杆件只承受（ 轴向力 ）11、（ 帽桁架 ）和（ 腰桁架 ）使外围柱与核心抗剪结构共同工作，可有效减少结构的侧向变形，刚度也有很大提高12、高层钢结构中，（ 水平 ）荷载对结构设计起着主要的控制作用13、高层钢结构的内力与位移一般采用（ 弹性方法 ）计算，在考虑罕遇地震的情况下，还要进行（ 弹塑性 ）方法进行分析14、温度伸缩缝最普遍的做法是（ 设置双柱 ）15、在桁架中约束节点转动的主要因素是（ 拉杆 ）16、屋架弦杆在平面外的计算长度，应取（ 侧向支撑点间的距离 ）17、托架通常支承于钢柱的（ 腹板上 ），支承端板的厚度一般不宜小于（ 20mm ）。
18、隅撑的作用是（ 作为梁的侧向支撑，保证梁在钢架平面外的稳定 ）19、柱脚的剪力应由（地板与基础间的摩擦力）传递，超过时应设置（抗剪键）20、跨度大于35~40m 时，梁式结构的支座之一必须做成（ 可移动的 ）（原因？）21、实腹式拱的截面高度一般为跨度的（ 80/1~50/1 ），格构式拱的截面高度则为跨度的（ 60/1~30/1 ）22、空间结构的特性有：（ 1、优越的力学性能 2、良好的经济性、安全性与适用性 ）（老师有可能会变成简答，这个说不准P264）23、空心球外径D 与壁厚t 的比值一般为（ 25~45 ）；空心球壁厚t 与钢管最大壁厚的比值宜为（1.2~2.0 ）；空心球壁厚t 不宜小于（ 4mm ）。
建筑物水平位移允许值
建筑物水平位移允许值
摘要：
1.建筑物水平位移允许值的定义
2.建筑物水平位移允许值的重要性
3.建筑物水平位移允许值的计算方法
4.建筑物水平位移允许值的应用实例
5.结论
正文：
1.建筑物水平位移允许值的定义
建筑物水平位移允许值是指建筑物在特定条件下，其水平位移的最大允许值。
它是建筑物结构设计中的一个重要参数，关系到建筑物的稳定性和安全性。
2.建筑物水平位移允许值的重要性
建筑物水平位移允许值的确定对于建筑工程而言至关重要。
如果水平位移超过允许值，可能导致建筑物结构不稳定，进而引发安全隐患，甚至危及人们的生命财产安全。
因此，合理地确定建筑物水平位移允许值，可以有效地保障建筑物的安全使用。
3.建筑物水平位移允许值的计算方法
建筑物水平位移允许值的计算需要综合考虑多种因素，如建筑物的结构形式、材料性能、施工条件等。
具体计算方法可参考我国相关规范，如《混凝土结构设计规范》等。
4.建筑物水平位移允许值的应用实例
以一栋钢筋混凝土框架结构建筑物为例，其水平位移允许值可根据以下步骤计算：
（1）确定建筑物的结构形式、材料性能等基本参数；
（2）根据规范要求，选取适当的水平位移允许值计算公式；
（3）代入实际参数，计算得到水平位移允许值；
（4）将计算得到的水平位移允许值与实际工程情况进行对比，以确保建筑物的安全性能。
5.结论
建筑物水平位移允许值是建筑物结构设计中一个关键参数，关系到建筑物的稳定性和安全性。
合理地确定水平位移允许值，可以为建筑物的安全使用提供有效保障。
桥梁工程重点 (2)
1.箱型拱桥及肋拱桥主拱圈及拱上建筑的构造。
肋拱：肋拱桥的组成:肋拱的拱圈由两条或多条分离、平行的拱肋所组成，通常多为无铰拱，也可用两铰拱，材料通常是混凝土或钢筋混凝土。
拱肋形式：拱肋的截面形式主要与跨径有关。
为便于施工，小跨径的肋拱桥多采用矩形截面，这种截面拱肋的经济性相对较差；大、中跨径拱肋桥常做成工字形截面，以减轻结构自重并改善截面受力，但这种截面拱肋的横向刚度较小；跨径大、截面宽的肋拱桥，还可采用箱形截面拱肋，以提高拱肋横向受力和抗扭性能，节省更多的圬工量，但结构构造及施工较复杂；采用钢筋混凝土材料的拱肋，是一种抗压性能好、子中小、塑性及疲劳等性能优良的结构构造。
箱形拱：主拱圈：可以由一个单箱单室或多室箱组成，也可以由两个或几个分离单室箱组成。
特点：截面抗弯、抗扭刚度大，拱圈整体性好；单条箱肋稳定性好，能单箱肋成拱，便于无支架施工；箱形截面能适应主拱圈各截面抵抗正负弯矩的需要；自重相对较轻；制作要求较高，吊装设备较多，主要适用于大跨径拱桥。
拱上建筑：实腹式拱上建筑构造：组成：拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面系等。
空腹式拱除了具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔敦。
4．拱桥伸缩缝、变形缝有何区别，怎样设置。
通常是在相对变形（位移或转角）较大的未知处设置伸缩缝，而在相对变形较小处设置变形缝。
实腹式拱桥的绳索风通常设在两拱脚的上方，并应在横桥方向贯通、向上延伸侧墙全高直至人行道及栏杆，伸缩缝一般做成直线形，以使构造简单、施工方便。
对于空腹、拱式拱上结构，一般将紧靠桥墩（台）的第一个腹拱圈做成三铰拱，并在靠墩台的拱铰上方的侧墙、人行道及栏杆上设置伸缩缝，在其余两铰上方的侧墙、人行道及栏杆设变形缝。
空腹、梁式拱上结构可采用连续桥面构造，但在拱脚上方应通过腹孔墩等措施，使其能相对桥墩（台）伸缩变形，在近拱顶出的连续桥面也应设置伸缩装置。
5．不等跨连续拱桥的处理方法。
（1）采用不同的矢跨比；（2）采用不同的拱脚标高；（3）调整拱上建筑的恒载重量；（4）采用不同类型的拱跨结构。
2016年冬季西南大学网络教育《单层厂房》答案
1.吊车荷载，吊车起吊重物在厂房内运行时的移动集中荷载包括吊车竖向荷载和吊车水平荷载对2.柱应具有足够的抗压和抗弯能力对3.过梁的作用是承托门窗洞口上部墙体的重量对4.有檩体系由大型屋面板、檩条、屋架（包括屋盖支撑）组成。
错5.当屋架跨度大于60m时，应在屋架跨度的1/3左右节点处设置两道垂直支撑和水平系杆错6.厂房横向排架智能承受竖向荷载错7.单层厂房的柱距应采用扩大模数30M数列. 错8.单层厂房结构的跨度大、高度大、承受的荷载大，但形成的空间较小错9.单层厂房的结构按其施工方法来分，有装配式和现浇式两种。
对10.圈梁的布置与墙体高度、厂房的刚度要求及地基情况无关错11.装配式单层厂房的主要承重结构是屋架或屋面梁、柱和基础对12.永久荷载是长期作用在厂房结构上的不变荷载（恒荷载），如各种结构构件、围护结构以及设备的自重等对13.作用在单层厂房结构上所有荷载按其作用方向可分为竖向荷载、横向水平荷载以及纵向水平荷载三种。
对14.纵向排架结构体系是由纵向柱列和基础、连系梁和柱间支撑等组成。
对15.确定柱网尺寸时，首先要满足生产工艺要求，尤其是工艺设备的布置对16.在运输和安装过程中要采取必要的措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。
对17.墙体围护结构包括外墙、抗风柱、墙梁、基础梁等。
对18.上柱柱间支撑设置在温度区段两侧与屋盖横向水平支撑相对应的柱间，以及温度区段中央或临近中央的柱间。
对19.单层工业厂房排架结构通常由横向平面排架和纵向平面排架及支撑系统连成一个整体的空间结构体系。
对20.厂房内无吊车或吊车吨位小于5吨、跨度在15米以内、高度在8米以内、无特殊工艺要求的小型厂房，通常选用钢结构。
错21.门式刚架的梁、柱构件多采用焊接变截面的H形截面，单跨刚架的梁-柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用。
对22.当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能是刚架设计的控制荷载。
对23.无檩体系由小型屋面板、屋面梁或屋架以及屋盖支撑所组成。
矢跨比对悬索桥结构刚度的影响
矢跨比对悬索桥结构刚度的影响发布时间：2021-02-01T07:03:50.946Z 来源：《防护工程》2020年30期作者：潘治彦[导读] 本文论述了运用不同矢跨比的大跨度悬索桥的竖向刚度与结构内力。
采用悬索桥几何非线性有限元分析程序进行计算分析，结果表明，大跨度悬索桥在活载作用下的挠度随矢跨比的减小而增大，即竖向刚度随矢跨比的减小而减小，而增大加劲梁恒载自重可提高其竖向刚度。
因此，对于不同材料的加劲梁，应考虑运用不同的矢跨比。
潘治彦中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司内蒙古 430050摘要：本文论述了运用不同矢跨比的大跨度悬索桥的竖向刚度与结构内力。
采用悬索桥几何非线性有限元分析程序进行计算分析，结果表明，大跨度悬索桥在活载作用下的挠度随矢跨比的减小而增大，即竖向刚度随矢跨比的减小而减小，而增大加劲梁恒载自重可提高其竖向刚度。
因此，对于不同材料的加劲梁，应考虑运用不同的矢跨比。
关键词：矢跨比；悬索桥结构；刚度；影响在大跨径地锚式悬索桥中，主缆、锚碇、桥塔是主要的承重体系。
在悬索桥设计中，主缆矢跨比是首先需确定的一个重要设计参数，其对结构刚度和经济性有很大影响。
基于此，本文详细分析了矢跨比对悬索桥结构刚度的影响。
1 悬索桥简介悬索桥又名吊桥，是指以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。
其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。
从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的挠度变形。
其由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。
悬索桥具有以下特点：①比较灵活，因此适合大风和地震区的需要；②坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断；③不宜作为重型铁路桥梁；④其塔架对地面施加较大的力，因此假如地面本身较软，塔架的地基必须较大和相当昂贵；⑤悬索锈蚀后不易更换。
2 矢跨比对几何刚度的影响1、几何刚度的概念。
山东科鼎LED钢结构工程有限公司之混凝土排架柱柱头位移限值探讨
混凝土排架柱柱头位移限值探讨螣蛇的梦整理一、《建筑抗震设计规范》5.5.1 表5.5.1所列各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求：思考：该表未包括混凝土排架结构。
混凝土排架柱头水平位移参考框架按1/550是不是太严格呢？需要进一步论证！二、《建筑抗震设计规范》5.5.1条文说明：在多遇地震作用下，建筑主体结构不受损坏，非结构构件(包括围护墙、隔墙、幕墙、内外装修等)没有过重破坏并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；在罕遇地震作用下，建筑主体结构遭受破坏或严重破坏但不倒塌。
根据各国规范的规定、震害经验和实验研究结果及工程实例分析，采用层间位移角作为衡量结构变形能力从而判别是否满足建筑功能要求的指标是合理的。
本段主要讲了“位移角和非结构构件损坏程度之间的关系”，该关系也可以查看丁芸孙《钢结构设计误区与释义百问百答》P3：6.变形对围护结构的影响:【计算注意事项】计算时，一般不扣除由于结构重力P-△效应所产生的水平相对位移；高度超过150m或H/B＞6的高层建筑【的其他高层民用建筑】，可以【不强制】扣除结构整体弯曲所产生的楼层水平绝对位移值，因为以弯曲变形为主的高层建移角限值可有所放宽【目前软件没有扣除】。
框架结构试验结果表明，对于开裂层间位移角，不开洞填充墙框架为1/2500，开洞填充墙框架1/800，不开洞填充墙时为1/2000。
本规范不再区分有填充墙和无填充墙，均按89规范的1/550采用，并仍按构件截面弹性刚度计算。
对于框架-抗震墙结构的抗震墙，其开裂层间位移角：试验结果为1/3300～1/1100，有限元分析，取二者的平均值约为1/3000～1/1600。
2001规范统计了我国当时建成的124幢钢筋混凝土框-墙、框-筒、抗震墙、筒结构高层建筑的结构抗震计算结果，在多遇地震2、对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。
A.2.2：在冶金工厂或类似车间中设有A7、A8级吊车的厂房柱和设有中级和重级工作制吊车的露天栈桥柱，在吊车梁或吊车桁架的顶面标高处，由一台最大吊车水平荷载（按荷载规范取值）所产生的计算变形值，不宜超过表A.2.2所列的容许值。
建筑结构选型总复习、作业及(附答案)
第一章梁1.梁按支座约束分为：静定梁和超静定梁，根据梁跨数的不同，有单跨静定梁或单跨超静定梁、多跨静定梁或多跨连续梁。
2.简述简支梁和多跨连续梁的受力特点和变形特点？答：简支梁的缺点是内力和挠度较大，常用于中小跨度的建筑物。
简支梁是静定结构，当两端支座有不均匀沉降时，不会引起附加内力。
因此，当建筑物的地基较差时采用简支梁结构较为有利。
简支梁也常被用来作为沉降缝之间的连接构件。
多跨连续梁为超静定结构，其优点是内力小，刚度大，抗震性能好，安全储备高，其缺点是对支座变形敏感，当支座产生不均匀沉降时，会引起附加内力。
（图见5页）3.悬挑结构的特点：悬挑结构无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活。
悬挑结构首要关注的安全性是：倾覆、承载力、变形等。
第二章桁架结构1.桁架结构的组成：上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆2.桁架结构受力计算采用的基本假设：（1）组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线（轴线）都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。
（2）桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
（铰接只限制水平位移和竖向位移，没有限制转动。
）（3）所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上（节点只受集中力作用）3.桁架斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有何关系？答：斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有直接的关系。
对于矩形桁架，斜腹杆外倾受拉，内倾受压，竖腹杆受力方向与斜腹杆相反，对于三角形桁架，斜腹杆外倾受压，内倾受拉，而竖腹杆则总是受拉。
（图见11页）4.按屋架外形的不同，屋架结构形式有几种？答：三角形屋架，梯形屋架，抛物线屋架，折线型屋架，平行弦屋架等。
屋架结构的选型应从哪几个方面考虑？答：（1）屋架结构的受力；（2）屋面防水构造；（3）材料的耐久性及使用环境；（4）屋架结构的跨度。
屋架结构的布置有哪些具体要求？答：（1）屋架的跨度：一般以3m为模数；（2）屋架的间距：宜等间距平行排列，与房屋纵向柱列的间距一致，屋架直接搁置在柱顶；（3）屋架的支座：当跨度较小时，一般把屋架直接搁置在墙、垛、柱或圈梁上。
梁柱布置方式对框架结构水平侧移的影响
柱梁布置方式对水平力作用下框架结构的影响土木1203 陈斯信1.研究背景框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构。
框架建筑的主要优点为：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构。
框架结构体系的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，水平力作用下易产生较大侧移。
2.研究方法本文用结构力学求解器对四个算例进行分析比较，定性地探讨柱梁布置方式对水平力作用下框架结构的柱顶侧移与柱底弯矩的影响。
算例1是一个单层单跨框架结构（图1）。
算例2、3在控制柱的长宽比和柱总截面积不变的情况下，将单跨改成两跨和三跨，比较结构的柱顶侧移和柱底弯矩（图2、3）。
算例4在控制梁的宽高比和梁总截面积不变的情况下，多加一根梁，进行同样的比较（图4）。
3.算例参数算例1：单层单跨结构；跨度6m，层高4m；梁200*400，EI=1，EA无穷大；柱300*600，EI=5.06，EA无穷大；一大小为8的水平力作用在横梁左侧。
算例2：单层双跨结构；跨度3m，层高4m；梁200*400，EI=1，EA无穷大；柱245*490，EI=2.25，EA无穷大。
算例3：单层三跨结构；跨度2m，层高4m；梁200*400，EI=1，EA无穷大；柱212*424，EI=1.26，EA无穷大。
算例3：双层单跨结构；跨度6m，层高2m；梁141*283，EI=0.25，EA无穷大；柱300*600，EI=5.06，EA无穷大。
图1 图2图3 图44.计算结果与分析算例1内力与柱顶侧移如表1、2。
其柱底最大弯矩为-12.5，柱顶侧移量为11.3。
算例2内力与柱顶侧移如表3、4。
其柱底最大弯矩在中间柱，为-7.1，柱顶侧移量为9.9。
与算例1相比，最大弯矩减小43.2％，柱顶侧移量减少12.4％。
算例3内力与柱顶侧移如表5、6。
其柱底最大弯矩在中间两根柱子，为-4.5，柱顶侧移量为10.4。
建筑物水平位移允许值
建筑物水平位移允许值摘要：一、建筑物水平位移允许值的概念与重要性1.定义及计算方式2.对建筑物结构安全的影响3.我国相关法规与标准二、建筑物水平位移允许值的测量与监测1.测量方法与工具2.监测频率与要求3.数据处理与分析三、建筑物水平位移允许值的控制与调整1.设计阶段的考虑因素2.施工阶段的质量控制3.已发生水平位移的建筑物的调整措施四、我国在建筑物水平位移允许值方面的研究与应用1.技术研究与创新2.工程实践与应用3.取得的成果与展望正文：建筑物水平位移允许值是指建筑物在水平方向上的位移范围，通常用毫米（mm）表示。
水平位移允许值是衡量建筑物结构安全与稳定性的重要参数，对于建筑物的设计、施工及使用具有重要意义。
一、建筑物水平位移允许值的概念与重要性1.定义及计算方式：建筑物水平位移允许值是指在建筑物使用过程中，结构在水平方向上的最大位移范围。
计算方式通常为设计人员根据建筑物的结构类型、荷载条件、地质条件等因素，按照相关设计规范进行估算。
2.对建筑物结构安全的影响：建筑物水平位移允许值直接关系到建筑物的结构安全。
若水平位移过大，可能导致构件间的连接失效、混凝土开裂、钢结构疲劳损伤等问题，进而影响建筑物的使用寿命及安全性。
3.我国相关法规与标准：我国对建筑物水平位移允许值有明确的法规与标准。
如《建筑结构设计规范》（GB 50009-2012）中规定了各类建筑物的水平位移允许值。
设计人员应严格按照这些规定进行设计，以确保建筑物的结构安全。
二、建筑物水平位移允许值的测量与监测1.测量方法与工具：测量建筑物水平位移通常采用全站仪、电子水准仪等测量仪器。
全站仪可用于测量建筑物的整体水平位移，电子水准仪可用于测量局部水平位移。
2.监测频率与要求：监测频率根据建筑物的具体情况而定，如结构类型、施工阶段、地理位置等因素。
一般情况下，建筑物在施工过程中应每两周进行一次水平位移监测；在交付使用后，应每半年进行一次水平位移监测。
刚架轻型房屋结构柱顶水平位移验算
刚架轻型房屋结构柱顶水平位移验算1.1 位移验算梁、柱平均惯性矩c I =（0c I +1c I )/2=()44cm 89750cm 229500150000=+ b I =α201b b I I ++β0b I +γ220b b I I + =4cm 270600381008.171.4381008.1772381001330008.177.6⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯++⨯ =597034cmH=0.67W=0.67×(1ω+4ω)h =()kN 016.12k 4.1617.1735.0675.1067.0=+⨯⨯Nt ξ=c I L/h b I =168.459703675.106.2989750=⨯⨯ 柱顶水平位移 u=c EI Hh 123(2+t ξ)=()m m 168.4210897501006.2121067510016.124533+⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =40.6mm<60h ⎪⎭⎫ ⎝⎛==mm 92.177mm 601067560h 满足要求。
1.2 梁跨中最大挠度验算梁跨中最大挠度为 180l =mm 28.152mm 44.164mm 18029600>= 满足要求。
第七章节点设计7.1 梁柱节点设计梁柱节点形式见下图。
图7.1 梁柱拼接节点7.1.1 连接螺栓计算采用10.9级，M24摩擦型高强螺栓，构件接触面经喷砂后涂无机富锌漆。
预拉力P=225kN，抗滑移系数查表得μ=0.4。
M=343.845kN·m，N=88.641kN·m，V=31.546kN·m顶排螺栓的拉力∑-=2i1em ax y'y'）（NMN=()()N 222223681269661634880281234810641.88-10845.343++++⨯⨯⨯⨯⨯ =76983N=71.98kN<0.8P (0.8P=0.8⨯225kN=180kN)第二排螺栓 2N =71.98kN 812696⨯=65.98kN 第三排螺栓 3N =71.98=⨯kN 81261658.40kN 第四排螺栓 4N =71.98kN 812348⨯=32.99kN 第五排螺栓 5N =71.98kN 81280⨯=7.58kN 第六排螺栓 6N =71.98⨯0=0所有螺栓的受剪承载力设计值()i f v 25.1n 9.0N P N -=∑μ=()()()()()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯2025.1-22558.725.1-22599.3225.1-22540.5825.1-22598.6525.1-22598.7625.1-2254.00.19.0kN =635.81kN实际剪力V=31.546kNv N =635.81kNv N V <满足要求。
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拱结构屋架矢跨比对多跨钢结构房屋柱顶水平位移的影响
摘 要 通常情况下，对采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋来说，矢跨比λ
存在一个最优的中间值，使得最不利的柱顶水平位移最小。
关键词 拱结构屋架；多跨钢结构房屋；矢跨比λ；最不利柱顶水平位移
1 问题的提出
采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋是一种较为常见的房屋建筑形式。此类型
的房屋往往在建筑形式允许下，拱结构屋架的矢跨比λ（拱高度与跨度的比值）
可在一定范围内任意取值。从结构设计的角度考虑，需要在此取值范围内找到一
个最优的矢跨比。从强度方面考虑，因拱的力学特性，矢跨比λ越大，屋架截面
受到的弯矩越小，与屋架连接的柱子受到的水平推力越小，即矢跨比λ越大越好。
但从柱顶位移方面考虑，矢跨比λ的影响就比较复杂，并非越大越好，而是存在
一个最优的中间值，在其它条件完全相同的情况下，使得最不利的柱顶位移最小。
2 分析问题
2.1 柱顶水平位移的主要影响因素
采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋，其柱顶水平位移的情况较为复杂，有其
特有的特点。如不考虑地震作用（考虑地震作用情况将更为复杂），此类房屋，
产生柱顶水平位移的因素主要有2个：1）水平风荷载；2）拱结构屋架支座的水
平推力。除了这2个产生柱顶水平位移的因素外，拱结构屋架的水平抗推刚度是
一个能影响柱顶位移的重要因素。以一个横向4跨拱屋架的单层钢结构房屋为
例，具体结构简图详见图1。
首先分析风荷载W作用下的柱顶水平位移SW。如图1所示，若采用一般
梁式屋架，可近似认为屋架水平面内刚度无限大，若A～E柱的抗侧刚度相同，
则风荷载产生的水平力平均分配给5个柱子，即5个柱子由风荷载引起的柱顶位
移相同。若屋架是拱结构，拱结构传递水平力的能力受自身水平抗推刚度K影
响，即5个柱子无法平均地承担风荷载产生的水平力，此时迎风面的A柱和背
风面的E柱受到的水平力最大，由此引起的柱顶水平位移SWA、SWE也最大。
拱结构的水平抗推刚度K与矢跨比有关，λ越大K越小，对于A柱和E柱越不
利。
接着分析拱结构屋架支座水平推力产生的柱顶水平位移ST。如图1所示，
中间的B～C柱由于相邻两个拱支座的水平力相互抵消，水平位移可以忽略不计，
水平位移最大的还是A、E两柱。拱结构屋架支座水平推力T同样与矢跨比λ有
关，λ越小T越大，由此产生的A、E两柱的柱顶位移STA、STE也越大。
若SW与ST均以绝对值表示，如图1所示风向，A、E两柱柱顶的实际水
平位移应该是SA=SWA-STA、SE=SWE+STE。由上述分析可知，A、E两柱的
实际柱顶位移SA、SE与矢跨比λ之间并非是λ越大，SA、SE越大或越小的这
种简单线性函数关系。对它们的复杂关系可以通过一个具体的算例来帮助我们进
一步分析。
2.2 算例分析
某低抗震设防烈度地区的物流仓库，为横向4跨单层钢结构房屋，每跨跨度
20m，柱顶高度10m。为减小屋架支座传给柱子的水平推力，屋架采用带拉杆的
钢结构圆弧形桁架拱，具体结构简图见图2。荷载只考虑自重、屋面活载及风荷
载，不考虑地震作用。由于结构的对称性，风荷载均只考虑左风向。迎风面和背
风面风荷载简化为集中荷载分别作用于A、E柱顶。按照荷载规范的要求，荷载
组合采用：1）恒+活；2）恒+风；3）恒+活+0.6风；4）恒+0.7活+风。
根据表1～3的计算结果做一个简单的分析，可分为以下三种情况：
1）拱结构屋架支座水平推力T较小，风荷载引起的柱顶水平位移SW较为
显著的情况（SW远大于ST）。此时，虽然对于A柱，SWA与STA方向不同，
二者叠加对SA有利，但是由于迎风面与背风面体型系数的原因，SWA>SWE。
在SW远大于ST的情况下，最不利的柱顶水平位移仍然应该是A柱柱顶水平位
移SA。表1数据为仅有风荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，
可以近似看作此种情况的一种极端形式。表1数据说明，最大柱顶位移绝对值确
实是出现在A柱，且随着矢跨比λ的增大而增大。此情况下，矢跨比λ越小越
有利，不仅可以用STA减弱SWA，还可以增大拱结构自身水平抗推刚度K，使
得中间的柱子能分摊更多的风荷载引起的水平力；
2）风荷载W较小，拱结构屋架支座水平推力产生的柱顶水平位移ST较为
显著的情况（ST远大于SW）。此时，对于E柱，SWE与STE方向不同，且ST
远大于SW，必定SE>SA。最不利的柱顶水平位移显然应该是E柱柱顶水平位
移SE。表2数据为仅有竖向荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，
可以近似看作此种情况的一种极端形式。表2数据说明，最大柱顶位移绝对值出
现在A、E两柱，因为只有对称布置的竖向荷载作用，两柱柱顶位移绝对值相同，
方向相反，且随着矢跨比λ的增大而绝对值减小。此情况下，矢跨比λ越大越好，
可以减小拱结构屋架支座水平推力T，或增加拉杆（若已有拉杆可增强拉杆抗拉
刚度）来减弱T；
3）SW与ST相差不显著的情况。表3为按照荷载规范将各种荷载进行组合
后，5种矢跨比的最不利柱顶位移绝对值及其所在位置，是此种情况的典型代表，
也是生产实践中最常遇到的情况。表3数据说明，随着矢跨比λ的不同，最大柱
顶位移绝对值出现在A柱或E柱，而且矢跨比λ就不是越大或越小越好，而是
存在一个最优的中间值，使得柱顶的最不利位移绝对值最小。表3数据表明，该
算例最优矢跨比是0.25，此时最不利柱顶位移出现在E柱，最不利柱顶位移绝
对值达到了5组矢跨比计算结果中的最小值71mm。
3 结论
从上文的分析中，可以得出结论：采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋，拱结
构屋架矢跨比λ对柱顶水平位移确实有显著影响，且较为复杂，不能简单的认为
矢跨比λ越大越好，而是存在一个最优的中间值。因此，在具体设计当中，在没
有更进一步的理论公式指导下，应该通过对多个矢跨比模型分别计算的方式，在
指定的范围内找到最优的矢跨比。这种做法往往是设计这类结构时容易被忽视
的。
参考文献
[1]适用建筑结构静力计算手册，北京：机械工业出版社，2009，1.
[2]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范.
[3]GB 50017-2003 钢结构设计规范.