設計中的結構內力計算方法(框架結構在豎向荷載作用下內力計算方法)
1.框架結構在豎向荷載作用下內力計算方法有哪些
框架結構在豎向荷載作用下的內力計算可近似地采用分層法。
在進(jìn)行豎向荷載作用下的內力分析時(shí)，可假定：
(1)作用在某一層框架梁上的豎向荷載對其他樓層的框架梁的影響不計，而僅在本樓層的框架梁以及與本層框架梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力。
(2)在豎向荷載作用下，不考慮框架的側移。
計算過(guò)程可如下：
(1)分層：分層框架柱子的上下端均假定為固定端支承，
(2)計算各個(gè)獨立剛架單元：用彎矩分配法或迭代法進(jìn)行計算各個(gè)獨立剛架單元。。而分層計算所得的各層梁的內力，即為原框架結構中相應層次的梁的內力。
(3)疊加：在求得各獨立剛架中的結構內力以后，則可將相鄰兩個(gè)獨立剛架中同層同柱號的柱內力疊加，作為原框架結構中柱的內力。
疊加后為原框架的近似彎距圖，由于框架柱節點(diǎn)處的彎矩為柱上下兩層之和因此疊加后的彎距圖，在框架節點(diǎn)處常常不平衡。這是由于分層計算單元與實(shí)際結構不符所帶來(lái)的誤差。若欲提高精度，可對節點(diǎn)，特別是邊節點(diǎn)不平衡彎矩再作一次分配，予以修正。
2.平面框架結構結構內力計算方法中,豎向荷載作用下的分層法需要作哪
◎框架結構按承重體系分為哪幾類(lèi)？說(shuō)明優(yōu)缺點(diǎn)。
?（1） 橫向框架承重方案：優(yōu)點(diǎn)：橫向框架數較少有利于增加房屋橫向抗側移剛度；縱向連系梁截面尺寸較小，有利于建筑的通風(fēng)采光。缺點(diǎn)：主梁截面尺寸較大，使結構層高增加。
（2）縱向框架承重方案：優(yōu)點(diǎn)：適用于大空間房屋，凈空高度較大，房屋布置靈活。缺點(diǎn)：進(jìn)深尺寸受到板長(cháng)度的限制，同時(shí)房屋的橫向剛度較小。
（3）縱橫向框架混合承重方案：優(yōu)點(diǎn)：各桿件受力較均勻，整體性能較好。 ◎框架體系的優(yōu)點(diǎn)是什么？說(shuō)明它的應用范圍。
?框架結構體系的優(yōu)點(diǎn)是：整體性和抗震性均好于混合結構，平面布置靈活，可提供較大的使用空間，也可形成豐富多變的立面造型。適用范圍：工業(yè)廠(chǎng)房及公共建筑中廣泛使用。
◎框架結構的設計步驟是什么？ ?（1）結構平面布置；（2）柱網(wǎng)和層高的確定；（3）承重方案的確定；（4）荷載計算；（5）內力、位移計算；（6）配筋計算；（7）鋼筋選擇；（8）繪制結構施工圖。 ◎怎樣確定柱網(wǎng)尺寸？ ?框架結構柱網(wǎng)應滿(mǎn)足房屋使用要求，同時(shí)構件的規格、類(lèi)型要少，柱網(wǎng)間距一般不宜小于3.6m，也不宜大于6.0m，柱網(wǎng)跨度根據使用要求不同，有2.4m、2.7m、3.0m、5.8m、7.5m、8.0m、12.0m等。
◎怎樣確定框架梁、柱截面尺寸？ ?框架梁的截面尺寸，（1）應滿(mǎn)足剛度要求（2）滿(mǎn)足構造要求（3）滿(mǎn)足承載力要求。 框架柱的截面尺寸，（1）應滿(mǎn)足穩定性要求（2）滿(mǎn)足構造要求（3）滿(mǎn)足承載力要求。
◎怎樣計算水平荷載作用下框架的內力和側移？ ?水平荷載作用下框架內力的計算方法用反彎點(diǎn)法和D值法。具體計算步驟是：反彎點(diǎn)位置的確定；柱的側移剛度的確定；各柱剪力的分配；柱端彎矩的計算；梁端彎矩的計算；梁的剪力的計算。
水平荷載作用下的側移的計算：可認為是由梁柱彎曲變形引起的側移和柱軸向變形的疊加。 ◎修正反彎點(diǎn)法（D值法）計算要點(diǎn)是什么？ ?修正反彎點(diǎn)法（D值法）的計算要點(diǎn)是：1）修正柱的抗側移剛度；2）修正反彎點(diǎn)剛度；3）柱的剪力分配；4）柱端彎矩計算；5）梁端彎矩的計算；6）梁的剪力的計算。
◎怎樣計算在重力荷載下的框架內力？ ?重力荷載作用下框架內力計算：重力荷載屬于豎向荷載，將多層框架分層，以每層梁與上下柱組成的當成框架作為計算單元，按無(wú)側移框架計算，一般采用彎矩分配法或迭代法。 ◎彎矩二次分配法的計算要點(diǎn)是什么？ ?彎矩二次分配法：1）求固端彎矩；2）求分配系數、傳遞系數；3）進(jìn)行兩次彎矩的分配與傳遞；4）求梁端彎矩。
◎什么是梁、柱的控制截面，怎樣確定控制截面的內力不利組合？ ?梁的控制截面在跨中附近（正彎矩最大截面）和梁與柱相交處（負彎矩最大截面）。 柱的控制截面在梁底部（柱的上端）和長(cháng)腸拜段之燈瓣犬抱華梁頂部（柱的下端），即軸向壓力最大截面。
控制截面內力不利組合：豎向荷載的布置方法有逐跨施荷組合法；最不利荷載位置法；滿(mǎn)布荷載法。不同的布置會(huì )產(chǎn)生不同的內力，由最不利布置方式確定內力。
水平荷載（風(fēng)荷載和地震荷載）的布置方法：在矩形平面結構中，正負兩方向作用荷載下內力大小相等，符號相反，所以只需作一次計算，將內力加上正、負號即可。 ◎簡(jiǎn)述什么是單向板？其受力與配筋構造特點(diǎn)是什么？ ?單向板：是指板的長(cháng)邊與短邊的比值大于3的情況。
受力特點(diǎn)是板上的荷載主要沿短邊方向傳遞，而長(cháng)邊方向傳遞的荷載很少，可以忽略不計。配筋構造特點(diǎn)：板中受力鋼筋的配筋方式有彎起式和分離式。
受力鋼筋一般采用HPB235級，直徑常用6mm,8mm,10mm，間距應滿(mǎn)足構造要求。構造鋼筋有分布鋼筋、板頂部附加鋼筋等。
◎什么是雙向板？試述其受力與配筋構造特點(diǎn)是什么？ ?雙向板：是指板的長(cháng)邊與短邊的比值小于等于2的情況。受力特點(diǎn)是板上的荷載沿短邊和長(cháng)邊方向傳遞。
配筋構造特點(diǎn)是：板的受力鋼筋沿兩個(gè)方向分別布置，鋼筋配置方式有彎起式和分離式。板頂部沿兩個(gè)方向應設置附加鋼筋。
◎板式樓梯與梁板式樓梯有何區別？你設計的建筑屬于哪種類(lèi)型的樓梯？ ?板式樓梯：是一塊斜放的板，板的兩端支撐在平臺梁上。板式樓梯的梯段按斜梁進(jìn)行配筋計算；斜板較厚，當跨度較大時(shí)，材料用量較多，板式樓梯外觀(guān)完整，輕巧美觀(guān)。
梁式樓梯：在樓梯斜板側面設置斜梁，踏步板支撐在斜梁上，斜梁再支撐在平臺梁上。梯段較長(cháng)時(shí)，較為經(jīng)濟，但是施工復雜，外觀(guān)顯得笨重。
◎板式樓梯與梁板式樓梯的踏步板的計算與構造有何不同？ ?板式樓梯的踏步板按簡(jiǎn)支斜板計算。其構造斜板上部應配置適量鋼筋，為彎起式配筋，跨中鋼筋應在距支座邊緣四分之一凈跨處彎起。
也可為分離式配筋。踏步板中分布鋼筋應在受力鋼筋的內側，一般應在每踏步下設置一根。
梁式樓梯踏步板計算為兩端斜支在斜梁上的單向板，踏步的高度由構造確定。踏步板的計算為特殊的梯形截面，一般在豎向切除一個(gè)踏步，按豎向簡(jiǎn)支計算。
踏步板的配筋按計算確定，且每一級踏步受力鋼筋不少于2φ6，沿梯段寬度應布置間距不大于300mm的φ6分布鋼筋。 ◎少筋梁、適筋梁和超筋梁的破壞特征是什么？在設計中如何防止少筋梁和超筋。
3.結構計算的結構計算方式
1.完成整體參數的正確設定計算開(kāi)始以前，設計人員首先要根據新規范的具體規定和軟件手冊對參數意義的描述，以及工程的實(shí)際情況，對軟件初始參數和特殊構件進(jìn)行正確設置。
但有幾個(gè)參數是關(guān)系到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證后續計算結果的正確性。這些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經(jīng)過(guò)試算才能得到。
（1）振型組合數是軟件在做抗震計算時(shí)考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量，使計算結果失真；取值太大，不僅浪費時(shí)間，還可能使計算結果發(fā)生畸變。
《高層建筑混凝土結構技術(shù)規程》5.1.13-2條規定，抗震計算時(shí)，宜考慮平扭藕聯(lián)計算結構的扭轉效應，振型數不宜小于15，對多塔結構的振型數不應小于塔樓的9倍，且計算振型數應使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。一般而言，振型數的多少于結構層數及結構自由度有關(guān)，當結構層數較多或結構層剛度突變較大時(shí)，振型數應當取得多些，如有彈性節點(diǎn)、多塔樓、轉換層等結構形式。
振型組合數是否取值合理，可以看軟件計算書(shū)中的x,y向的有效質(zhì)量系數是否大于0.9.具體操作是，首先根據工程實(shí)際情況及設計經(jīng)驗預設一個(gè)振型數計算后考察有效質(zhì)量系數是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型個(gè)數，直到x,y兩個(gè)方向的有效質(zhì)量系數都大于0.9為止。必須指出的是，結構的振型組合數并不是越大越好，其最大值不能超過(guò)結構得總自由度數。
例如對采用剛性板假定得單塔結構，考慮扭轉藕聯(lián)作用時(shí)，其振型不得超過(guò)結構層數的3倍。如果選取的振型組合數已經(jīng)增加到結構層數的3倍，其有效質(zhì)量系數仍不能滿(mǎn)足要求，也不能再增加振型數，而應認真分析原因，考慮結構方案是否合理。
（2）最大地震力作用方向是指地震沿著(zhù)不同方向作用，結構地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟件可以自動(dòng)計算出最大地震力作用方向并在計算書(shū)中輸出，設計人員如發(fā)祥該角度絕對值大于15度，應將該數值回填到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算，以體現最不利地震作用方向的影響。
（3）結構基本周期是計算風(fēng)荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其準確值，可以保留軟件的缺省值，待計算后從計算書(shū)中讀取其值，填入軟件的“結構基本周期”選項，重新計算即可。
上述的計算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數先行計算出來(lái)，正確設置，否則其后的計算結果與實(shí)際差別很大。 2.確定整體結構的合理性整體結構的科學(xué)性和合理性是新規范特別強調內容。
新規范用于控制結構整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。（1）周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。
它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現過(guò)大的扭轉。也就是說(shuō)，周期比不是要求就構足夠結實(shí)，而是要求結構承載布局合理。
《高規》第4.3.5條對結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規定。如果周期比不滿(mǎn)足規范的要求，說(shuō)明該結構的扭轉效應明顯，設計人員需要增加結構周邊構件的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。
設計軟件通常不直接給出結構的周期比，需要設計人員根據計算書(shū)中周期值自行判定第一扭轉（平動(dòng)）周期。以下介紹實(shí)用周期比計算方法：1）扭轉周期與平動(dòng)周期的判斷：從計算書(shū)中找出所有扭轉系數大于0.5的平動(dòng)周期，按周期值從大到小排列。
同理，將所有平動(dòng)系數大于0.5的平動(dòng)周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊中選出數值最大的扭轉（平動(dòng)）周期，查看軟件的“結構整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖”，看該周期值所對應的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，如果其僅僅引起局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉（平動(dòng)）周期，要從隊列中取出下一個(gè)周期進(jìn)行考察，以此類(lèi)推，直到選出不僅周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動(dòng)的值即為第一扭轉（平動(dòng)）周期；3）周期比計算：將第一扭轉周期值除以第一平動(dòng)周期即可。（2）位移比（層間位移比）是控制結構平面不規則性的重要指標。
其限值在《建筑抗震設計規范》和《高規》中均有明確的規定，不再贅述。需要指出的是，新規范中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟件參數設置時(shí)選擇“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”，以便計算出正確的位移比。
在位移比滿(mǎn)足要求后，再去掉“對所有樓層強制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進(jìn)行后續配筋計算。
4.框架結構的內力組合怎么算
多層框架是高次超靜定結構，如果按精確方法用手工計算它的內力和位移是十分困難的，甚至是不可能的。因此，目前在工程結構計算中，通常采用近似的分析方法。下而將介紹幾種常用的近似解法，即在水平荷載下的反彎點(diǎn)法和D值法，以及在豎向荷載下的彎矩二次分配法。
一、在水平荷載作用下框架內力和位移的計算
內力計算
1.反彎點(diǎn)法
框袈在水平荷載作用下，節點(diǎn)將同時(shí)產(chǎn)生轉角和側移。根據分析，當梁的線(xiàn)剛度 和柱的線(xiàn)剛度 之比大于3時(shí)，節點(diǎn)轉角θ將很小，它對框架的內力影響不大。因此，為了簡(jiǎn)化計算，通常把它忽略不計，即假定θ=0。實(shí)際上，這就等于把框架橫梁簡(jiǎn)化成線(xiàn)剛度kb=∞的剛性梁。這樣處理，可使計算大為簡(jiǎn)化，而其誤差一般不超過(guò)5%。
采用上述假定后，在柱的1/2高度處截面彎矩為零。柱的彈性曲線(xiàn)在該處改變凹凸方向，故此處稱(chēng)為反彎點(diǎn)，反彎點(diǎn)距柱底的距離稱(chēng)為反彎點(diǎn)高度。
柱的反彎點(diǎn)確定后，如果再求得柱的剪力后，即可繪出框架的彎矩圖。
2.改進(jìn)反彎點(diǎn)法——D值法
上述反彎點(diǎn)法只適用于梁柱線(xiàn)剛度比大于3的情形。如不滿(mǎn)足這個(gè)條件，柱的側移剛度和反彎點(diǎn)位置，都將隨框架節點(diǎn)轉角人小而改變。這時(shí)，再采用反彎點(diǎn)法求框架內力，就會(huì )產(chǎn)生較大的誤差。
下面介紹改進(jìn)的反彎點(diǎn)法。這個(gè)方法近似地考慮了框架節點(diǎn)轉動(dòng)對柱的側移剛度和反彎點(diǎn)高度的影響。改進(jìn)的反彎點(diǎn)法是目前分析框架內力比較簡(jiǎn)單、而又比較精確的一種近似方法。因此，住工程中廣泛采用。
改進(jìn)反彎點(diǎn)法求得柱的側移剛度，工程上用D表示，故改進(jìn)反彎點(diǎn)法又稱(chēng)"D值法"。
5.框架結構在豎向荷載作用下內力計算方法有哪些
框架結構在豎向荷載作用下的內力計算可近似地采用分層法。
在進(jìn)行豎向荷載作用下的內力分析時(shí)，可假定： （1）作用在某一層框架梁上的豎向荷載對其他樓層的框架梁的影響不計，而僅在本樓層的框架梁以及與本層框架梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力。 （2）在豎向荷載作用下，不考慮框架的側移。
計算過(guò)程可如下： （1）分層：分層框架柱子的上下端均假定為固定端支承， （2）計算各個(gè)獨立剛架單元：用彎矩分配法或迭代法進(jìn)行計算各個(gè)獨立剛架單元。
而分層計算所得的各層梁的內力，即為原框架結構中相應層次的梁的內力。 （3）疊加：在求得各獨立剛架中的結構內力以后，則可將相鄰兩個(gè)獨立剛架中同層同柱號的柱內力疊加，作為原框架結構中柱的內力。
疊加后為原框架的近似彎距圖，由于框架柱節點(diǎn)處的彎矩為柱上下兩層之和因此疊加后的彎距圖，在框架節點(diǎn)處常常不平衡。這是由于分層計算單元與實(shí)際結構不符所帶來(lái)的誤差。
若欲提高精度，可對節點(diǎn)，特別是邊節點(diǎn)不平衡彎矩再作一次分配，予以修正。
