框架结构内力及位移计算

《框架结构内力及位移计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、框架结构内力及位移计算框架结构的内力和位移计算第一节框架结构内力及位移计算框架结构的内力和位移计算第一节框架结构内力及位移计算框架结构的内力和位移计算第一节高层建筑结构计算的基本假定高层建筑是一个复杂的空间结构，它不仅平面形状多变，立面体型也各种各样，而且结构型式和结构体系均各不相同，高层建筑中，有框架、剪力墙和筒体等竖向抗侧力结构，又有水平放置的楼板将它们连为整体；同时高层建筑的实际荷载也是很复杂的，钢筋混凝土结构又会有开裂、屈服等现象，并不是弹性匀质材料。因此要对这种高次超静定、多种结构型式组合在一起的空间结构进行精确的内力和位移计算是十分困难的，在设计计算时，就必须作出一些简化假

2、定，以便简化计算。一、弹性工作状态假定高层建筑结构的内力和位移一般按弹性方法来进行计算。在非抗震设计时，在竖向荷载和风荷载作用下，结构应保持正常使用状态，结构处于弹性工作阶段；在抗震设计时，结构计算是对多遇的小震进行的，此时结构处于不裂、不坏的弹性阶段。所以，从结构整体来说，基本处于弹性工作状态，按弹性方法来进行计算。因为是弹性计算，所以叠加原理可以用，不同荷载作用时，可以进行内力组合。至于某些情况下可以考虑局部构件的塑性变形内力重分布，以及罕遇地震作用下的第二阶段验算，此时结构均已进入弹塑性阶段，现行规范的设计处理方法仍多以弹性计算的结果通过调整或修正来解决。二、平面抗侧力结构和刚性

3、楼板假定高层建筑结构的组成成分可以分为两类：一类是由框架、剪力墙和筒体等竖向结构组成的竖向抗侧力结构；另一类是水平放置的楼板，将竖向抗侧力结构连为整体。对这些结构体型而言，大多数可以把空间结构简化为平面结构，使计算大大简化，这里作了两个假定：1.平面抗侧力结构假定一片框架或一片墙在其自身平面内刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可以忽略，即垂直于该平面的方向不能抵抗侧向力。因此，整个结构可以划分成不同方向的平面抗侧力结构，共同抵抗结构承受的侧向水平荷载。2.刚性楼板假定水平放置的楼板，在其自身平面内刚度很大，可以视为刚度无限大的平板；而楼板平面外的刚度很小，可

4、以忽略。因此，刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受侧向的水平荷载。在这两个基本假定下，复杂的高层建筑结构的计算可大为简化。以图1所示的结构为例，结构是由y方向（通常称为横向）的6片框架，2片墙和x方向（通常称为纵向）的3片框架（每片都有7跨，中间一片含2段墙）通过刚性楼板连接在一起。在横向水平荷载作用下，只考虑横向框架的作用，而略去纵向框架的作用，计算简图如图2所示，它们是8片平面抗侧力结构的综合；在纵向水平荷载作用下，只考虑纵向框架起作用，而略去横向框架的作用，计算简图如图3所示，它们是3片平面抗侧力结构的综合。图1平面结构假定图2横向计算简图图3纵向计算简图高层建筑结构的水

5、平荷载主要是风荷载和等效地震荷载，它们都是作用于楼层的总水平力，因此在上述假定下，高层建筑结构内力分析时要解决下面两个问题：（1）总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配。荷载分配和各片平面抗侧力结构的刚度、变形特点都有关系，不能象低层建筑结构那样按照受荷面积计算各片平面抗侧力结构的水平荷载。（2）计算每片平面抗侧力结构所分到的水平荷载作用下的内力和位移。三、水平荷载的作用方向风荷载和地震荷载作用的方向是随意的、不确定的，在结构计算中常假设水平力作用于结构平面的主轴方向，对互相正交的两个主轴x和y方向，分别进行内力分析。对矩形平面的结构，当抗侧力沿两个边长方向正交布置时，如图1，x和y就

6、是主轴方向；当结构的平面形状复杂，抗侧力结构又斜向布置时，就需要经过计算才能确定主轴方向。四、框架结构计算方法分类框架在结构力学中称为刚架，刚架的内力和位移计算方法很多，通常有精确法（如力法和位移法）、渐近法（如力矩分配法、迭代法和无剪力分配法）和近似法（分层法、反弯点法和D值法）三种。精确法计算假定少，较为接近实际状况，但需建立大型的代数方程组，一般均利用计算机进行求解；渐近法通常是利用一般的数学运算，使解答逐步趋于正确值，渐近法的优点是：运算简单，方法易于掌握，当计算精度达到应用要求时，即可停止计算，故渐近法兼有近似法和精确法的功能，渐近法的缺点是在数值计算中，不能包含变量，故不能

7、研究某些量改变时对结构的影响；近似法对结构引入较多的假定，忽略了一些次要因素，进行简化计算，其概念清楚、计算简单、易于掌握、精确度也足够。尽管高层建筑结构分析的计算机软件很多（一般均采用矩阵位移法），但作为结构设计人员，仍必须掌握手算方法。因为这些手算的近似计算方法，计算简单、易于掌握，又能反映刚架受力和变形的基本特点，目前在实际工程中应用还很多，特别是初步设计时需要估算，手算的近似方法仍为工程师们所常用；另一方面手算方法还是结构分析的基础，同