理论教育 混凝土建筑结构设计:竖向活荷载的最不利位置分析

混凝土建筑结构设计:竖向活荷载的最不利位置分析

时间:2023-09-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:作用在框架上的竖向荷载分为恒荷载与活荷载。活荷载的大小和位置是变化的,由于它的作用位置不同,框架结构构件不同截面或同一截面的不同内力将发生改变。活荷载通常有以下几种最不利布置方法。因此,整个框架结构只要进行二次活荷载的棋盘布置,便可求得所有梁的跨中最大正弯矩。而柱的最大轴力的活荷载最不利布置,是在该柱以上的各层中,与该柱相邻的梁跨内都满布活荷载。

混凝土建筑结构设计:竖向活荷载的最不利位置分析

作用在框架上的竖向荷载分为恒荷载与活荷载。恒载的大小和位置是不变的,因而不存在最不利布置的问题,可以将所有的恒荷载一次性地满布在框架上进行计算。活荷载的大小和位置是变化的,由于它的作用位置不同,框架结构构件不同截面或同一截面的不同内力将发生改变。因此需要对其进行最不利布置,以求得控制截面上的最大内力。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)允许当楼面活荷载不大于4kN/m2时,可不考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大。活荷载通常有以下几种最不利布置方法。

1.逐跨计算组合法

逐跨计算组合法即将楼面和屋面活荷载逐跨单独地作用在各跨上,亦即每次仅在一根梁上布置活荷载,并计算出在此荷载作用下整个框架的内力。求出其内力,然后再针对不同构件、不同内力种类,组合各控制截面可能出现的最大内力。此方法过程简单、规律但工作量大,不适合手算,适用于编程处理。

2.最不利荷载位置法

为求得某一指定截面的某一最不利内力,可以根据结构力学中影响线的概念确定产生此最不利内力的活荷载的布置。如要求某跨梁跨中的弯矩的最不利荷载布置,可以去掉该跨中的转动约束,用机动法作出整个框架的影响线,并确定活荷载的布置形式,如图3.12、图3.13所示,对变线刚度多跨多层框架,由于变形比较复杂,往往难以准确得到影响线,可以通过电算查看其变形形状,再根据虚位移原理就可以直观地在所有产生正向虚位移的各跨布置荷载,即荷载除在该跨布置外,在本层隔跨布置,同时上下各层框架梁相间布置,就可以得到所有布置跨中荷载的各框架梁的跨中最大弯矩。因此,整个框架结构只要进行二次活荷载的棋盘布置,便可求得所有梁的跨中最大正弯矩。用同样的方法也可以求得梁端最大负弯矩或柱端最大弯矩的活荷载最不利布置,如图3.14所示。而柱的最大轴力的活荷载最不利布置,是在该柱以上的各层中,与该柱相邻的梁跨内都满布活荷载。这种方法手算工作量也比较大,可作为有限元电算的活载布置参考。

3.分层布置或分跨布置

由于以上两种方法比较繁琐,为简化计算,可进行如下处理:对于梁仅考虑本层活载,不利布置方法和连续梁相同;对于柱端弯矩,仅考虑与该层柱相连的两层活载的影响;忽略其余各层的活载影响,如图3.15所示;对柱的轴力只考虑与柱相邻的梁上满布活荷载,但对于与该柱不相邻的上层活荷载,仅考虑其轴力的传递而不考虑其弯矩的作用,即近似地将活荷载一层做一次布置,分别进行计算,再进行最不利内力组合。

图3.12 框架分跨活载布置及弯曲变形图(www.daowen.com)

图3.13 计算跨中最大正弯矩的活荷载布置图

图3.14 计算梁端最不利负弯矩的活荷载布置

图3.15 计算柱顶最不利弯矩的活荷载布置

4.满布荷载法

当活荷载产生的内力在组合后远小于恒荷载及水平力产生的内力时,如一般民用及公共建筑结构,其竖向活荷载与恒荷载的比值不大于1时,可不考虑活荷载的最不利布置,而把活荷载同时布置在所有框架上,这样求得的内力在支座处与按最不利荷载布置求得的内力极为相近,可直接进行内力组合;但得到的梁跨中弯矩却比最不利荷载位置法的计算结果要小,因此对跨中弯矩应乘以1.1~1.2的系数予以增大。

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