第四讲框架结构内力与水平位移中几个问题

第四讲框架结构内力与水平位移的几个问题,一、框架结构计算方法的发展框架结构是一个空间受力体系，如图14-10（a）所示。结构分析时有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。在计算机没有普及的年代，空间框架常被简化成平面结构采用手算的方法进行分析，如结构力学教材中所介绍的弯矩分配法、无剪力分配法、迭代法等。当结构跨数与层数较多时，用上述手算法进行计算需耗费大量的人力和时间，因此人们也常采用分层法、反弯点法、D值法等近似的分析方法。近来随着微机性能的提高和应用普及，框架结构分析时较多是根据结构力学位移法的原理编制程序，由计算机直接求出结构的变形、内力，以至各截面的配筋。,在初步设计阶段，为确定结构布置方案或构件截面尺寸，还是需要采用一些简单的近似计算方法进行估算，以求既快又省地解决问题。另外，近似的手算方法虽然计算精度较差，但概念明确，能够直观地反映框架结构的受力特点，从而可判断电算结果的合理性。本书中，我们将重点介绍框架结构的近似手算方法，包括竖向荷载作用下的分层法，水平荷载作用下的反弯点法和改进反弯点法（D值法）。,二、框架结构的计算简图1计算单元的确定（1）忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算，如图14-10（c）、（d）所示。（2）结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。一般工程中通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形。（3）作用于纵向框架上的荷载则各不相同，设计时应分别进行计算。（4）平面框架所承受的竖向荷载与楼盖结构的布置方案有关，当采用现浇楼盖时，楼面分布荷载一般可按角平分线传至相应两侧的梁上，水平荷载则简化成节点集中力，如图14-10所示。,2.节点的简化框架节点一般是三向受力，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。框架节点的简化应根据实际施工方案和构造措施确定。（1）在现浇钢筋混凝土结构中，简化为刚接节点。梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区。（2）装配式框架结构节点简化成铰接节点或半铰接节点。在梁底和柱的某些部位预埋钢板，安装就位后再焊接，由于钢板在其自身平面外的刚度很小，同时焊接质量随机性很大，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动。（3）在装配整体式框架结构中，可认为是刚接节点。梁（柱）中的钢筋在节点处为焊接或搭接，于现场浇筑节点部分的混凝土，节点左右梁端可有效地传递弯矩，这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁瑞的实际负弯矩要小于按刚性节点假定所得到的计算值。（4）框架支座可分为固定支座和铰支座。当为现浇钢筋混凝土柱时，一般设计成固定支座，当为预制柱杯形基础时，则应视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。,3跨度与层高的确定在结构计算简图中，杆件用其轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定。框架的层高即框架柱的长度可取相应的建筑层高，即取本层楼面至上层楼面的高度，但底层的层高则应取基础顶面到二层楼板顶面之间的距离。4构件截面弯曲刚度的计算在计算框架梁截面惯性矩I时应考虑到楼板的影响。在框架梁两端节点附近，梁承受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面弯曲刚度影响较小；而在框架梁的跨中，梁承受正弯矩，楼板处于受压区形成T形截面梁，楼板对梁的截面弯曲刚度影响较大。假定梁的截面惯性矩沿轴线不变。对现浇楼盖，中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0；对装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=2I0；这里I0为矩形截面梁的截面惯性矩。对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I。,5荷载计算作用于框架上的荷载有竖向荷载和水平荷载两种。竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活载，一般为分布荷载。有时也有集中荷载。水平荷载包括风荷载和水平地震作用，一般简化成作用于框架节点的水平集中力。（1）楼（屋）面活荷载多、高层建筑中的楼面活荷载，不可能以荷载规范所给的标准值同时满布在所有的楼面上，所以在结构设计时可考虑楼面活荷载折减。对于住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、幼儿园的楼面梁，当其负荷面积大于25m2时，折减系数为0.9。对于墙、柱、基础，则需根据计算截面以上楼层数的多少取不同的折减系数，如表14-2所示,（2）风荷载风荷载的计算方法与单层厂房相同，风载体型系数可按建筑结构荷载规范GBJ500092001取用（3）水平地震作用高层建筑结构宜采用振型分解反映谱法，对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100米的高层建筑应采用考虑扭转藕联振动影响的振型分解反映谱法。多层框架结构，当高度不超过40m，且质量和