梁柱布置方式对框架结构水平侧移的影响

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1、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.研宂背景框架结构是指巾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

2、截而积不变的情况下，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）o3.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200M00,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2

3、12*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41.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,柱顶侧移量力11.3。算例2内力与柱顶侧移如表3、4。萁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。其柱底最大弯矩在屮间两根柱子，为-4.5,柱顶侧移呈为10.4。与算例1相比，

4、最大弯矩减小64.0%,柱顶侧移量减少8.0%。算例4内力与柱顶侧移如表7、8。其柱底最大弯矩为-13.8，柱顶侧移量为13.8。与算例1相比，最大弯矩和柱顶侧移量不仅未减少，反而增加。2.结论受水平力作用的框架结构，在柱的总截面积不变（即用料不变）的情况下，若将柱子布置得较密，可大幅减小其柱底弯矩，显著减小其柱顶侧移量，有效减小单根柱子截面积。但这样会减小梁的跨度，牺牲完整的大空间。在梁的总截而积不变的情况下，若减小层高，增加层数，多布设梁，并不能有效减少柱顶位移，因为梁没有位于顶部，对侧向刚度贡献不够大。表1表2顬騰杆獻’抽力S力穹矩袖力S力穹

5、矩12.8461.821-4.0602.8461.8213.224▲2•1.1352.179一-4.537•11352.1794.17831.1352.179-4.5371.1352.1794.1784-2.8461.821-4.060-2.8461.8213.2245-6.179-2.8463.224-6.179-2846-2.4676-4.000-1.7111.711-4.000•1.711-1.711Ld㉟杆端1杆瑞2]UV0UV&10.0000.00010.3630.000-1.327▲230.0000.0000.00010.36310.3

6、630.0000.0000.0000.0.0.0000.0000.000-1.327-0.57010.36310.36310.3631036310.3630.0000.0000.0000.0000.000-0.570•0.570-1.327-0.570’■0.570二J