框架结构的计算方法有哪些?
在实际的工程设计中,框架结构的内力基本上采用计算机进行精确分析完成。但手工算法也时有采用,主要是对于简单的框架进行初步分析,了解手工算法,对于掌握框架结构的力学概念与结构构造,是十分重要的。
1.竖向荷载作用下的近似计算——分层计算法。
由精确分析法与弯矩图可知,在竖向荷载作用下,多层多跨框架侧移较小,各层荷载对其他层杆件的内力影响也较小,因此可以在计算中进行简化。分层计算法的基本假定为:在竖向荷载作用下,可以忽略框架的侧向位移,忽略本层梁上的竖向荷载对于其他各层梁的内力的影响。此时,多层框架可以按单层框架进行求解,在误差允许的范围内,大大简化了计算过程。
2.水平荷载作用下的近似计算——反弯点法。
框架结构所受的水平荷载(地震力、风力)可简化成节点上的水平集中力。在集中力作用下,框架梁、柱弯矩图均为直线,且杆件都有一个反弯点——弯矩为0的点。如果能求出反弯点的位置和反弯点处的剪力,则框架梁、柱的内力图即可求出。当框架横梁线刚度与柱的线刚度之比大于3时,框架上部各层节点实测转角很小,可在计算中进行简化与忽略。在计算中基本假定为:在确定各柱间的剪力分配时,认为框架横梁的线刚度与柱的线刚度之比为无穷大,则上下柱端只有侧移而无转角,且同一层柱中各端的侧移相等;在确定各柱反弯点的位置时,认为除底层外,各层柱的上下端转角相等。这样,饭碗点的位置就确定在了柱的中部,采用剪力分配法,就可以求得框架结构的内力图。(剪力分配法见排架一节)
3.水平荷载作用下的改进反弯点法——D值法。
改进的反弯点法是在分析多层框架受力和变形特点的基础上,提出修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法。修正后柱的抗侧移刚度以D来表示,称为D值法。它的两项改进为:其一,增加了柱的侧移刚度修正系数,反映了由于节点转动降低柱抵抗侧移的能力,可以根据梁柱线刚度比值计算柱侧移刚度;其二,调整反弯点高度,经分析发现,拄的反弯点高度与该柱上下两端转角大小有关,因此柱的反弯点并不一定处于柱的中心高度。根据D值法,可以更准确的分析出框架结构在侧向力作用下的变形。
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