在本小節中我們要給大家介紹單層剛架結構體系的組成、優缺點及適用範圍；單層剛架結構體系的合理布置原則及及受力特點。
剛架:凡是梁、柱之間為剛性連線的結構，統稱為剛架。
單層剛架也稱為門式剛架。門式剛架外形有水平橫樑式和折線橫樑式兩種，它的選擇主要服從建築排水和建築造型的考慮。
單層剛架為梁柱合一的結構，其內力小於排架結構，梁柱截面高度小，造型輕巧，內部淨空較大，故被廣泛應用於中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建築中。
一、門式剛架的結構特點、種類與適用範圍
剛架結構的受力優於排架結構，因剛架梁柱節點處為剛接，在豎向荷載作用下，由於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，由於梁對柱的約束作用減少了柱內的彎矩和側向變位，如圖1-13所示。因此，剛架結構的承載力和剛度都大於排架結構，故門式剛架能夠適用於較大的跨度。
圖1－13 剛性連線與鉸接的彎矩比較
a)排架結構 b）無鉸剛架 c)兩鉸剛架 d）三鉸剛架
門式剛架的結構計算簡圖，按構件的布置和支座約束條件可分成三種:
（1）無鉸剛架
（2）兩鉸剛架
（3）三鉸剛架
（1）鋼筋混凝土無鉸剛架（圖1-13b）
無鉸剛架和排架相比，當跨度和荷載相同，且跨度不大於18m時，剛架比排架結構輕巧，可節省鋼材約10％，混凝土約20％。
無鉸剛架和兩鉸剛架、三鉸剛架相比，前者基礎承受彎矩較大，因此基礎大、耗料多，不夠經濟；此外，由於這種剛架屬於超靜定結構，和三鉸剛架相比，對地基的不均勻沉降和溫度變化引起的內力變化較大。所以地基條件較差時，必須考慮其影響。
（2）鋼筋混凝土兩鉸剛架（圖1-13c）
兩鉸剛架也是超靜定結構，對地基不均勻沉降引起的結構內力也必須考慮，但兩鉸剛架基礎材料用量較少和三鉸剛架相比，其結構剛度較大，所以適用跨度較大。
（3）鋼筋混凝土三鉸剛架（圖1-13d）
三鉸剛架為靜定結構。當基礎有不均勻沉降時，對結構不引起附加內力。但是當跨度較大時，半榀三鉸剛架的懸臂太長，吊裝內力較大，而且三鉸剛架的剛度也較差，所以它適用於跨度較小及地基較差的情況。
由於門式剛架的桿件較少，製作方便，而且結構內部空間較大，便於利用，所以它廣泛用於工業廠房和體育館、禮堂、食堂等建築。鋼筋混凝土門式剛架的跨度可達40m左右，最適宜是18m左右。由於門式剛架剛度較差，受荷後產生撓度，故用於工業廠房時，吊車起重量不宜超過10t。
門式剛架的分類:
1.從構件材料看，可分成鋼結構、混凝土結構；
2.從構件截面看，可分成實腹式剛架、空腹式剛架、格構式剛架、等截面與變截面；
3.從建築型體看，有平頂、坡頂、拱頂、單跨與多跨（圖1-14）；
4.從施工技術看，有預應力剛架和非預應力剛架。
圖1－14單層剛架的形式
1.鋼剛架結構
鋼剛架結構可分為實腹式和格構式兩種（圖1-15）。
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國外多採用熱軋h形或其他截面形式的型鋼，可減少焊接工作量，並能節約材料。
< 12～1>
< 30～1>
圖1－15 格構式剛架結構及實腹式雙鉸剛架
格構式剛架結構的適用範圍較大，且具有剛度大、耗鋼省等優點。當跨度較小時可採用三鉸式結構，當跨度較大時可採用兩鉸式或無鉸結構。
格構式剛架的樑高可取跨度的1/15～1/20，為了節省材料，增加剛度，減輕基礎負擔，也可施加預應力，以調整結構中的內力。預應力拉桿可布置在支座鉸的平面內，也可布置在剛架橫樑內僅對橫樑施加預應力，也可對整個剛架結構施加預應力。
2.鋼筋混凝土剛架
鋼筋混凝土剛架一般適用於跨度不超過18m、簷高不超過10m的無吊車或吊車起重量不超過100kn的建築中。構件的截面形式一般為矩形，也可採用工字形截面。
剛架構件的截面尺寸可根據結構在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變，一般是截面寬度不變而高度呈線性變化。對於兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，為楔形構件，橫樑為直線變截面，如圖1－16所示。
圖1－16 廣州體育館，鋼筋混凝土剛架結構
鋼筋混凝土剛架的桿件一般採用矩形截面，也可採用i字形截面。其截面尺寸為：
（1）樑高可按連續梁確定，一般取h=（1/15～1/20）l ，但不宜小於250mm;
（2）柱底截面高度hl，一般不小於300mm；柱頂截面高度為 (2～3) hl；
（3）梁柱截面寬度b(鋼架厚度)，應保證屋面構件的擱置長度，並應滿足平面外剛度的要求，一般取b≥h/30(h為柱高)，且b≥200mm;
（4）橫樑的加腋長度一般取自柱邊算起為(0.15～0.25)l ；
（5）拱式門架的起拱高度（矢高）f，一般取為（1/9～1/7）l 。
1.結構布置
剛架結構為平面受力體系，當多榀剛架平行布置時，為保證結構的整體穩定性，應在縱向柱間布置連繫梁及柱間支撐，同時在橫樑的頂面設定上弦橫向水平支撐。
柱間支撐和橫樑上弦橫向水平支撐宜設定在同一開間內，如圖1－17所示。
剛架的縱向柱距一般為6m，橫向跨度以m為單位取整數，一般為3m的整倍數，如24m、27m、30m以至更大的跨度。其跨度由工藝條件確定，同時兼顧經濟的考慮。
圖1－17 剛架結構的支撐
（1）等間距、等跨度的結構布置方案
一般情況下，矩形平面建築都採用等間距、等跨度的剛架布置方案。
（2）主次結構在置方案
奧地利維也納市大會堂（圖1－18）供體育、集會、電影、戲劇、**、文藝演出、展覽等活動用的多功能大廳。其平面呈八角形，東西長98m，南北長109m，最大容量為15400人。屋蓋的主要承重結構是中距為30m的兩榀東西向93m跨的雙鉸門架，矢高7m，門架頂高28m。
其上支承8榀全長105m的三跨連續桁架。
圖1-18 奧地利維也納市大會堂
（3）門式剛架的高跨比
門式剛架的高度與跨度之比，決定了剛架的基本型式，也直接影響結構的受力狀態。
設想有一條懸索在豎向均布荷載作用下，在平衡狀態將形成一條懸垂線即所謂的索線，這時懸索內僅有拉力。將索上下倒置，即成為拱的作用，索內的拉力也變成為拱的壓力，這條倒置的索線即為推力線。圖1-19給出了三鉸剛架和兩鉸剛架的推力線及其在豎向均布荷載作用下的彎矩圖。
從結構觀點看，由於剛架高度的減小將使支座處水平推力增大;從推力線來看，對三鉸門架來說，最好的形式是高度大於跨度；但對兩鉸門架來說，由於跨中彎矩的存在，跨度稍大於高度就成為合理的了。總的來說，高跨比h/l =0.75比較合理。
圖1-19 剛架的跨高比對內力的影響
2. 剛架節點的連線構造
剛架結構的形式較多，其節點構造和連線形式也是多種多樣的，但其設計要點基本相同。設計時既要使節點構造與結構計算簡圖一致，又要使製造、運輸、安裝方便。
（1）鋼剛架節點的連線構造
門式實腹式剛架，一般在梁柱交接處及跨中屋脊處設定安裝拼接單元，用螺栓連線。
拼接節點處，有加腋與不加腋兩種。在加腋的形式中又有梯形加腋與曲線形加腋兩種，通常多採用梯形加腋，如圖1－20所示。
加腋連線既可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，又便於連線螺栓的布置。
圖1－20 實腹式剛架的拼接節點
（2）鋼筋混凝土剛架節點的連線構造
在實際工程中，大多採用預製裝配式鋼筋混凝土剛架。剛架拼裝單元的劃分一般根據內力分布決定，應考慮結構受力可靠，製造、運輸、安裝方便。一般可把接頭位置設定在鉸接節點或彎矩為零的部位，把整個剛架結構劃分成形γ 、y形拼裝單元，如圖1－21所示。
單跨三鉸剛架可分成兩個「γ 」形拼裝單元，鉸結點設在基礎和頂部中間拼接點部位。兩鉸剛架的拼接點一般設在橫樑零彎點截面附近，柱與基礎連線處做成鉸結點；多跨剛架常採用「γ 」形和「y」形拼裝單元，見圖1－21。
剛架承受的荷載一般有恆載和活載兩種。在恆載作用下彎矩零點的位置是固定的，在活載作用下，對於各種不同的情況，彎矩零點的位置是變化的。因此，在劃分結構單元時，接頭位置應根據剛架在主要荷載作用下的內力圖確定。
圖1－21 剛架拼裝單元的劃分
我國某地曾擬建中型民航客機的維修車間。修理「伊爾一24」和「安一24」型客機。機身長24m，翼寬32m，尾高 8.
4m，槳高5.1 m。機翼距地3m。
設計過程曾做三種結構方案比較，如圖1－22所示。
圖1－22某民航客機維修車間設計三種方案
（a）桁架方案 （b）懸索方案 （c）剛架方案
（1）桁架方案
機尾高8.4m, 屋架下弦不能低於8.8m。由於建築形式與機身的形狀尺寸不相適應，使整個廠房普遍增高，室內空間不能充分利用。因此，這個方案不經濟。
（2）雙曲拋物面懸索方案
這個方案的特點是：建築形式符合機身的形狀尺寸，建築空間能夠充分利用。但是跨度較小，採用懸索方案不經濟，要求高強度的鋼索，材料**高；同時對施工條件和技術的要求較高，因此這個方案不宜採用。
（3）剛架結構方案
這個方案的特點是，不僅建築形式符合機身的形狀尺寸，尾部高，兩翼低．建築空間能夠充分利用；而且對材料和施工都沒有特別要求。根據本工程的具體條件，選用了剛架結構方案，見圖1-22c。
單層輕型門式剛架結構的設計要點 一
摘要 本文介紹了單層輕型門式剛架結構的特點，並就整個結構體系的布置 單個構件的設計要點 設計中應注意的一些問題做了系統闡述。關鍵詞 輕型門式剛架結構設計計算 輕型門式剛架房屋結構在我國的應用大約始於20世紀80年代初期。近十多年來得到迅速的發展，目前國內每年有上千萬平方公尺的輕鋼建築工程，主要用於輕...
剛架結構計算參考
某加工廠一廠房，該廠房為單層，採用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度18m，柱高6m 共有12榀剛架，柱距6m，屋面坡度1 10。剛架平面布置見圖1 a 剛架形式及幾何尺寸見圖1 b 屋面及牆面板均為彩色壓型鋼板,內填充以保溫玻璃棉板，詳細做法見建築專業設計檔案 鋼材採用q235鋼，焊條採用e43型。1 屋...
單層鋼結構廠房結構計算
一 設計資料 河南省某加工廠一廠房，該廠房為單層，採用單跨雙坡門式剛架，剛架跨度18m，柱高6m 共有12榀剛架，柱距6m，屋面坡度1 10 設防列度為6度，設計 分組為第一組，設計基本 加速度值0.05g。剛架平面布置見圖1 a 剛架形式及幾何尺寸見圖1 b 屋面及牆面板均為聚氨酯復合保溫板 考慮...