设计中的结构内力计算方法(框架结构在竖向荷载作用下内力计算方法)

1.框架结构在竖向荷载作用下内力计算方法有哪些

框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。

在进行竖向荷载作用下的内力分析时，可假定：

(1)作用在某一层框架梁上的竖向荷载对其他楼层的框架梁的影响不计，而仅在本楼层的框架梁以及与本层框架梁相连的框架柱产生弯矩和剪力。

(2)在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移。

计算过程可如下：

(1)分层：分层框架柱子的上下端均假定为固定端支承，

(2)计算各个独立刚架单元：用弯矩分配法或迭代法进行计算各个独立刚架单元。。而分层计算所得的各层梁的内力，即为原框架结构中相应层次的梁的内力。

(3)叠加：在求得各独立刚架中的结构内力以后，则可将相邻两个独立刚架中同层同柱号的柱内力叠加，作为原框架结构中柱的内力。

叠加后为原框架的近似弯距图，由于框架柱节点处的弯矩为柱上下两层之和因此叠加后的弯距图，在框架节点处常常不平衡。这是由于分层计算单元与实际结构不符所带来的误差。若欲提高精度，可对节点，特别是边节点不平衡弯矩再作一次分配，予以修正。

2.平面框架结构结构内力计算方法中,竖向荷载作用下的分层法需要作哪

◎框架结构按承重体系分为哪几类？说明优缺点。

☞（1） 横向框架承重方案：优点：横向框架数较少有利于增加房屋横向抗侧移刚度；纵向连系梁截面尺寸较小，有利于建筑的通风采光。缺点：主梁截面尺寸较大，使结构层高增加。

（2）纵向框架承重方案：优点：适用于大空间房屋，净空高度较大，房屋布置灵活。缺点：进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。

（3）纵横向框架混合承重方案：优点：各杆件受力较均匀，整体性能较好。 ◎框架体系的优点是什么？说明它的应用范围。

☞框架结构体系的优点是：整体性和抗震性均好于混合结构，平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可形成丰富多变的立面造型。适用范围：工业厂房及公共建筑中广泛使用。

◎框架结构的设计步骤是什么？ ☞（1）结构平面布置；（2）柱网和层高的确定；（3）承重方案的确定；（4）荷载计算；（5）内力、位移计算；（6）配筋计算；（7）钢筋选择；（8）绘制结构施工图。 ◎怎样确定柱网尺寸？ ☞框架结构柱网应满足房屋使用要求，同时构件的规格、类型要少，柱网间距一般不宜小于3.6m，也不宜大于6.0m，柱网跨度根据使用要求不同，有2.4m、2.7m、3.0m、5.8m、7.5m、8.0m、12.0m等。

◎怎样确定框架梁、柱截面尺寸？ ☞框架梁的截面尺寸，（1）应满足刚度要求（2）满足构造要求（3）满足承载力要求。 框架柱的截面尺寸，（1）应满足稳定性要求（2）满足构造要求（3）满足承载力要求。

◎怎样计算水平荷载作用下框架的内力和侧移？ ☞水平荷载作用下框架内力的计算方法用反弯点法和D值法。具体计算步骤是：反弯点位置的确定；柱的侧移刚度的确定；各柱剪力的分配；柱端弯矩的计算；梁端弯矩的计算；梁的剪力的计算。

水平荷载作用下的侧移的计算：可认为是由梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形的叠加。 ◎修正反弯点法（D值法）计算要点是什么？ ☞修正反弯点法（D值法）的计算要点是：1）修正柱的抗侧移刚度；2）修正反弯点刚度；3）柱的剪力分配；4）柱端弯矩计算；5）梁端弯矩的计算；6）梁的剪力的计算。

◎怎样计算在重力荷载下的框架内力？ ☞重力荷载作用下框架内力计算：重力荷载属于竖向荷载，将多层框架分层，以每层梁与上下柱组成的当成框架作为计算单元，按无侧移框架计算，一般采用弯矩分配法或迭代法。 ◎弯矩二次分配法的计算要点是什么？ ☞弯矩二次分配法：1）求固端弯矩；2）求分配系数、传递系数；3）进行两次弯矩的分配与传递；4）求梁端弯矩。

◎什么是梁、柱的控制截面，怎样确定控制截面的内力不利组合？ ☞梁的控制截面在跨中附近（正弯矩最大截面）和梁与柱相交处（负弯矩最大截面）。 柱的控制截面在梁底部（柱的上端）和长肠拜段之灯瓣犬抱华梁顶部（柱的下端），即轴向压力最大截面。

控制截面内力不利组合：竖向荷载的布置方法有逐跨施荷组合法；最不利荷载位置法；满布荷载法。不同的布置会产生不同的内力，由最不利布置方式确定内力。

水平荷载（风荷载和地震荷载）的布置方法：在矩形平面结构中，正负两方向作用荷载下内力大小相等，符号相反，所以只需作一次计算，将内力加上正、负号即可。 ◎简述什么是单向板？其受力与配筋构造特点是什么？ ☞单向板：是指板的长边与短边的比值大于3的情况。

受力特点是板上的荷载主要沿短边方向传递，而长边方向传递的荷载很少，可以忽略不计。配筋构造特点：板中受力钢筋的配筋方式有弯起式和分离式。

受力钢筋一般采用HPB235级，直径常用6mm,8mm,10mm，间距应满足构造要求。构造钢筋有分布钢筋、板顶部附加钢筋等。

◎什么是双向板？试述其受力与配筋构造特点是什么？ ☞双向板：是指板的长边与短边的比值小于等于2的情况。受力特点是板上的荷载沿短边和长边方向传递。

配筋构造特点是：板的受力钢筋沿两个方向分别布置，钢筋配置方式有弯起式和分离式。板顶部沿两个方向应设置附加钢筋。

◎板式楼梯与梁板式楼梯有何区别？你设计的建筑属于哪种类型的楼梯？ ☞板式楼梯：是一块斜放的板，板的两端支撑在平台梁上。板式楼梯的梯段按斜梁进行配筋计算；斜板较厚，当跨度较大时，材料用量较多，板式楼梯外观完整，轻巧美观。

梁式楼梯：在楼梯斜板侧面设置斜梁，踏步板支撑在斜梁上，斜梁再支撑在平台梁上。梯段较长时，较为经济，但是施工复杂，外观显得笨重。

◎板式楼梯与梁板式楼梯的踏步板的计算与构造有何不同？ ☞板式楼梯的踏步板按简支斜板计算。其构造斜板上部应配置适量钢筋，为弯起式配筋，跨中钢筋应在距支座边缘四分之一净跨处弯起。

也可为分离式配筋。踏步板中分布钢筋应在受力钢筋的内侧，一般应在每踏步下设置一根。

梁式楼梯踏步板计算为两端斜支在斜梁上的单向板，踏步的高度由构造确定。踏步板的计算为特殊的梯形截面，一般在竖向切除一个踏步，按竖向简支计算。

踏步板的配筋按计算确定，且每一级踏步受力钢筋不少于2φ6，沿梯段宽度应布置间距不大于300mm的φ6分布钢筋。 ◎少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征是什么？在设计中如何防止少筋梁和超筋。

3.结构计算的结构计算方式

1.完成整体参数的正确设定计算开始以前，设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况，对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。

但有几个参数是关系到整体计算结果的，必须首先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。

（1）振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。

《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言，振型数的多少于结构层数及结构自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。

振型组合数是否取值合理，可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于0.9.具体操作是，首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型个数，直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构得总自由度数。

例如对采用刚性板假定得单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。

（2）最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发祥该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。

（3）结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置，否则其后的计算结果与实际差别很大。 2.确定整体结构的合理性整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。

新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。（1）周期比是控制结构扭转效应的重要指标。

它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求就构足够结实，而是要求结构承载布局合理。

《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。

设计软件通常不直接给出结构的周期比，需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转（平动）周期。以下介绍实用周期比计算方法：1）扭转周期与平动周期的判断：从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期，按周期值从大到小排列。

同理，将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列；2）第一周期的判断：从列队中选出数值最大的扭转（平动）周期，查看软件的“结构整体空间振动简图”，看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动，如果其仅仅引起局部振动，则不能作为第一扭转（平动）周期，要从队列中取出下一个周期进行考察，以此类推，直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转（平动）周期；3）周期比计算：将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。（2）位移比（层间位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。

其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定，不再赘述。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的，如果在结构模型中设定了弹性板，则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，以便计算出正确的位移比。

在位移比满足要求后，再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择，以弹性楼板设定进行后续配筋计算。

4.框架结构的内力组合怎么算

多层框架是高次超静定结构，如果按精确方法用手工计算它的内力和位移是十分困难的，甚至是不可能的。因此，目前在工程结构计算中，通常采用近似的分析方法。下而将介绍几种常用的近似解法，即在水平荷载下的反弯点法和D值法，以及在竖向荷载下的弯矩二次分配法。

一、在水平荷载作用下框架内力和位移的计算

内力计算

1.反弯点法

框袈在水平荷载作用下，节点将同时产生转角和侧移。根据分析，当梁的线刚度 和柱的线刚度 之比大于3时，节点转角θ将很小，它对框架的内力影响不大。因此，为了简化计算，通常把它忽略不计，即假定θ=0。实际上，这就等于把框架横梁简化成线刚度kb=∞的刚性梁。这样处理，可使计算大为简化，而其误差一般不超过5%。

采用上述假定后，在柱的1/2高度处截面弯矩为零。柱的弹性曲线在该处改变凹凸方向，故此处称为反弯点，反弯点距柱底的距离称为反弯点高度。

柱的反弯点确定后，如果再求得柱的剪力后，即可绘出框架的弯矩图。

2.改进反弯点法——D值法

上述反弯点法只适用于梁柱线刚度比大于3的情形。如不满足这个条件，柱的侧移刚度和反弯点位置，都将随框架节点转角人小而改变。这时，再采用反弯点法求框架内力，就会产生较大的误差。

下面介绍改进的反弯点法。这个方法近似地考虑了框架节点转动对柱的侧移刚度和反弯点高度的影响。改进的反弯点法是目前分析框架内力比较简单、而又比较精确的一种近似方法。因此，住工程中广泛采用。

改进反弯点法求得柱的侧移刚度，工程上用D表示，故改进反弯点法又称"D值法"。

5.框架结构在竖向荷载作用下内力计算方法有哪些

框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。

在进行竖向荷载作用下的内力分析时，可假定： （1）作用在某一层框架梁上的竖向荷载对其他楼层的框架梁的影响不计，而仅在本楼层的框架梁以及与本层框架梁相连的框架柱产生弯矩和剪力。 （2）在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移。

计算过程可如下： （1）分层：分层框架柱子的上下端均假定为固定端支承， （2）计算各个独立刚架单元：用弯矩分配法或迭代法进行计算各个独立刚架单元。

而分层计算所得的各层梁的内力，即为原框架结构中相应层次的梁的内力。 （3）叠加：在求得各独立刚架中的结构内力以后，则可将相邻两个独立刚架中同层同柱号的柱内力叠加，作为原框架结构中柱的内力。

叠加后为原框架的近似弯距图，由于框架柱节点处的弯矩为柱上下两层之和因此叠加后的弯距图，在框架节点处常常不平衡。这是由于分层计算单元与实际结构不符所带来的误差。

若欲提高精度，可对节点，特别是边节点不平衡弯矩再作一次分配，予以修正。