一、輕鋼門式剛架結構

單層鋼結構廠房一般為輕鋼門式剛架結構。剛架結構通常是指由直線形桿件（梁和柱）通過剛性節點連接起來的結構。工程中習慣把梁與柱之間為鉸接的單層結構稱為排架，多層多跨的剛架結構則常稱為框架。我們討論的剛架是單層剛架，因單層單跨或多跨剛架“冂”字型的外形之故，習慣上稱為門式剛架。

單層剛架結構的桿件較少，一般為大跨度結構，內部空間較大，便于利用。且剛架一般由直桿組成，制作方便，因此，在實際工程特別是工業建筑中應用非常廣泛。當跨度與荷載一定時，門式剛架結構比屋面大跨梁(或屋架)與立柱組成的排架結構輕巧，可節省鋼材約10％以上。斜梁為折線形的門式剛架類似于拱的受力特點，更具有受力性能良好、施工方便、造價較低和造型美觀等優點。由于斜梁是折線形的，使室內空間加大，適于雙坡屋頂的單層中、小型建筑，在工業廠房、體育館、禮堂和食堂等民用建筑中得到廣泛應用。但門式剛架剛度較差，受荷載后產生跨變，因此用于工業廠房時，吊車起重量一般不超過10t。

對比了門式剛架與外形相同的排架在垂直均布荷載作用下的彎矩圖。剛架由于橫梁與立柱整體剛性連接，節點B和C是剛性節點，能夠承受并傳遞彎矩，這樣就減少了橫梁中的跨中彎矩峰值。排架由于橫梁與立柱為鉸接，節點B、C為鉸接點，故在均布荷載作用下，橫梁的彎矩圖與簡支梁相同，跨中彎矩峰值比剛架大得多。但與拱結構相比，剛架仍然屬于以受彎為主的結構，材料強度不能充分發揮作用，這就造成了門式剛架結構與拱相比自重大，用料多，適用跨度受到限制。
                         
剛接剛架與鉸接剛架的彎矩比較

門式剛架按結構組成和構造的不同，可分為無鉸剛架、兩鉸剛架和三鉸剛架等三種。在相同荷載作用下，這三種剛架的內力分布和大小是有差別的，其經濟技術效果也不相同。門式剛架結構的受力優于排架結構，因剛架梁柱節點處為剛接，梁柱互為約束。在豎向荷載作用下，由于柱對梁的約束作用而減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，由于梁對柱的約束作用減少了柱內的彎矩和側向變形，如圖1.3所示。因此，門式剛架結構的承載力和剛度都大于排架結構。

無鉸門式剛架的柱腳與基礎固接，為三次超靜定結構，剛度大，結構內力分布比較均勻，但柱底彎矩比較大，對基礎和地基的要求較高。因柱腳存在彎矩、軸向壓力和水平剪力共同作用于基礎，基礎材料用量較大。無鉸門式剛架超靜定次數高，剛度較大，當地基發生不均勻沉降時，在結構內產生附加內力，所以在地基條件較差時需慎用。

兩鉸門式剛架應用最為普遍，其柱腳與基礎鉸接，為一次超靜定結構，在豎向荷載或水平荷載作用下，剛架內彎矩比無鉸門式剛架大。其優點是剛架柱腳鉸接，基礎無彎矩作用，計算和構造簡單，省料省工；當基礎有轉角時，對結構內力沒有影響。但當兩柱腳發生不均勻沉降時，則將在結構內產生一定的附加內力。

三鉸門式剛架在屋脊節點處設置永久性鉸，柱腳鉸接，為靜定結構，溫差、地基的變形或基礎的不均勻沉降對結構內力沒有影響。三鉸和兩鉸門式剛架材料用量相近，但三鉸剛架的梁柱節點彎矩略大，剛度較差，不能用于有橋式吊車的廠房，僅用于無吊車或小噸位懸掛吊車的建筑。

實際工程中大多采用兩鉸剛架以及由它們組成的多跨結構，無鉸剛架很少使用。

門式剛架的高跨比、梁柱線剛度比、支座位移、溫度變化等均是影響門式剛架結構內力的因素，門式剛架結構選型時應予以考慮。

二、索膜結構

索膜結構的連接必須要滿足結構受力要求和耐久要求，具體連接構造。

三、鋼框架結構（民用建筑）

鋼框架結構住宅－可分為焊接箱形截面（常用）或H型鋼柱－鋼梁鋼框架結構和鋼框架加支撐結構兩種類型。鋼框架結構不超過6層住宅。其墻體可采用輕質材料。結構自重小，抗震性能良好，施工速度快。鋼框架加支撐結構可實現7～15層住宅。經濟技術指標略高于鋼筋混凝土結構。

（1）框架結構的受力特點

a.荷載作用

框架結構承受的作用包括豎向荷載和水平荷載。豎向荷載包括結構自重及樓（屋）面活荷載，一般為分布荷載，有時也存在集中荷載。水平荷載有風荷載和地震作用。框架結構是一個空間結構體系，沿房屋的長向和短向可分別視為縱向框架和橫向框架。縱、橫向框架分別承受縱向和橫向水平荷載。

b.豎向荷載傳遞路線

現澆平板樓（屋）蓋荷載主要向距離較近的梁上傳遞，然后在傳遞給鋼柱。

c.受力分析

①在多層框架結構中，影響結構內力的主要是豎向荷載，而結構變形則主要考慮梁在豎向荷載作用下的撓度，一般不考慮結構側移對建筑物的使用功能和結構可靠性的影響。隨著房屋高度增大，增加最快的是結構位移，彎矩次之。

②框架結構在水平荷載作用下。其側移由兩部分組成：一部分側移由柱和梁的彎曲變形產生。柱和梁都有反彎點，形成側向變形。框架下部的梁、柱內力大，層間變形也大，愈到上部層間變形愈小；另一部分側移由柱的軸向變形產生。在水平力作用下，柱的拉伸和壓縮使結構出現側移。這種側移在上部各層較大，愈到底部層間變形愈小。在兩部分側移中第一部分側移是主要的，隨著建筑高度加大，第二部分變形所占比例逐漸加大。

③一般將框架結構的梁、柱節點視為剛接節點，柱固結于基礎頂面，所以框架結構為高次超靜定結構。

（2）框架結構在豎向荷載和水平荷載作用下的內力圖

a 計算簡圖
 
c梁剪力、柱軸力圖
 
b 彎矩圖

e風荷載作用下剪力、軸力圖
 
d風荷載作用下彎矩圖

四、鋼網架結構

網架結構是由很多桿件通過節點，按照一定規律組成的空間桿系結構。網架結構根據外形可分為平板網架和曲面網架。通常情況下，平板網架稱為網架；曲面網架稱為網殼，如圖1.7所示。網殼結構是曲面型的網格結構，兼有桿系結構和薄殼結構的特性，受力合理，覆蓋跨度大，是一種頗受國內外關注、半個世紀以來發展最快、有著廣闊發展前景的空間結構。網殼結構具有優美的建筑造型，無論是建筑平面、外形和形體都能給設計師以充分的創作自由。建筑平面上，可以適應多種形狀，如圓形、矩形、多邊形、三角形、扇形以及各種不規則的平面；建筑外觀方面，可以形成多種曲面，如球面、橢圓面、旋轉拋物面屋面，建筑的各種形體可通過曲面的切割和組合得到；結構上，網殼受力合理，可以實現較大的跨度，由于網殼曲面的多樣化，結構設計人員可以通過精心的曲面設計使網殼受力均勻；施工上采用較小的構件在工廠預制，實現工業化生產，現場安裝簡便快速，不需要大型設備，綜合技術經濟指標較好。本部分僅介紹平板網架和網殼結構。

網架、網殼結構為一種空間桿系結構，具有三維受力特點，能承受各方向的作用，并且網架結構一般為高次超靜定結構，倘若一桿局部失效，超靜定次數僅減少一次，內力可重新調整和分布，整個結構一般并不失效，具有較高的安全儲備。

網架、網殼結構中的桿件，既為受力桿件，又互為支撐桿件，協同工作，整體性和穩定性好，空間剛度大，能有效承受非對稱荷載、集中荷載和動荷載的作用，具有較好的抗震性能。

在節點荷載作用下，各桿件主要承受軸向的拉力和壓力，能充分發揮材料的強度，節省鋼材。

平板網架與網殼相比，它是一種無水平推力或拉力的空間結構，支座構造較為簡單，一般簡支支座即可，便于下部支承結構處理，而網殼結構由于其結構型式，受力更趨于合理，且可以實現更美觀的建筑外形。

網殼結構的主要缺點在于：桿件和節點幾何尺寸的偏差以及曲面的偏離對網殼的內力、整體穩定性和施工精度影響較大，給結構設計和施工帶來了一定的困難。為減小網殼結構初始缺陷，對于桿件和節點的加工精度要求較高，加工難度大。此外，網殼的矢高很大時，增加了屋面面積和不必要的建筑內部空間，增加建筑材料和能源的消耗。這些問題在大跨度網殼中顯得更加突出。

由于網架、網殼結構組合有規律，大量桿件和節點的形狀、尺寸相同，并且桿件和節點規格少，便于工廠成批生產，產品質量高，現場進行拼裝較容易，施工速度快。

網架、網殼結構不僅實現了利用較小規格的桿件建造大跨度結構，而且結構占用空間較小，更能有效利用空間，如在網架和多層網殼結構上下弦之間的空間布置各種設備及管道等。網架、網殼結構平面布置靈活，適用于矩形、圓形、橢圓形、多邊形、扇形等多種建筑平面，建筑造型新穎、輕巧、壯觀，極富表現力，深受建筑師和業主的青睞。

由于網架、網殼結構具有以上諸多的特點，我國從1964年以來已建成為數眾多的不同類型、不同平面形式的網架結構。目前我國已經成為網