常見的兩種剛性框架類型
2021-01-29 09:53 陜西鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)公司
一、單跨橫向框架
圖4.15為兩種常見的單跨橫向構(gòu)架。圖4.15(a)所示框架柱底部為鉸接，因而荷載變形類型見圖4.15(c),且反力分量如圖4.15(e)所示，圖4.15(e)為圖4.15(a)所示整個(gè)框架的隔離體圖。圖4.15(b)所示框架柱底部為固接，圖4.15(d)和圖4.15(f)表示框架在荷載作用下產(chǎn)生的變形和反作用力。柱底部條件取決于支承結(jié)構(gòu)和框架本身。
圖4.15所示的框架為超靜定結(jié)構(gòu)，因此不僅要用靜力法分析，而且還需要用其他方法分析。然而，如果框架結(jié)構(gòu)對(duì)稱且受荷均勻，那么上端節(jié)點(diǎn)不發(fā)生側(cè)移，且框架的工作狀況是常見形式，因此，可以通過圖乘法、三彎矩方程及力矩分配法來分析，盡管對(duì)于此普通結(jié)構(gòu)形式也可以通過表格值求得結(jié)構(gòu)特性。
圖4.16所示為在上部節(jié)點(diǎn)施加水平荷載的單跨橫向框架。由于上部節(jié)點(diǎn)發(fā)生側(cè)移，因此框架產(chǎn)生了變形[圖4.16(a)和圖4.16(b)表示反力分量]。雖然有些問題的解答是顯而易見的，但此類框架仍為超靜定結(jié)構(gòu)。例如，對(duì)于圖4.16(a)所示柱底部鉸接的框架。通過某一柱的力矩平衡方程可以解出該柱的豎向反力，加上兩個(gè)水平反力，剩下一個(gè)方程求解另一個(gè)豎向反力。然后，如果考慮兩支座具有相同的抗力，則水平反力等于荷載的1/2。這樣框架的受力特性就可以完全確定，即使理論上仍然是超靜定的。
圖4.16(b)所示為柱底固接的框架。可以用類似的步驟求解反力的直接力分量。但是，固端彎矩值不能用這種簡(jiǎn)化步驟。正如圖4.15所示的框架，對(duì)于此類分析，必須考慮構(gòu)件的相對(duì)剛度，而上述這些，可以利用力矩分配法或者解答超靜定結(jié)構(gòu)的任何一種方法。
二、豎向平面框架
剛性框架結(jié)構(gòu)通常用于作為多層建筑結(jié)構(gòu)組成部分的多層、多跨框架中。雖然剛性框架一度被用于抗彎剛架，但是大多數(shù)情況下，此類框架用作側(cè)向支撐構(gòu)件，且可以承受各種類型的荷載。
多層剛性框架也是超靜定結(jié)構(gòu)，其分析是復(fù)雜的，設(shè)計(jì)人員必須考慮幾種不同荷載的組合。當(dāng)荷載或結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，框架發(fā)生側(cè)移，分析框架的內(nèi)力就更復(fù)雜了。除了早期的近似設(shè)計(jì)外，如今都利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來分析，且此類計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的軟件隨處可見。
基于初設(shè)計(jì)的目的，有時(shí)可以利用近似分析方法來獲得比較精確的構(gòu)件尺寸。實(shí)際上，很多仍然存在的老式高層建筑完全是利用此類方法設(shè)計(jì)的，這些高層建筑也是上述設(shè)計(jì)方法有效的見證。
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