框筒结构的等效平面框架简化法

框筒结构的等效平面框架简化法

对于矩形平面的框筒结构在水平荷载和扭转荷载作用下的计算,宜将空间问题转化为平面问题,利用平面框架的有限元程序进行分析,比较方便。其常用简化方法有翼缘展开法和等代角柱法。

(1)翼缘展开法

根据简体受力特点,可采用如下两点基本假定:

①对筒体结构的各榀平面单元,可略去其平面外刚度,仅考虑在其自身平面内的作用。因此,可忽略外筒的梁、柱构件各自的扭转作用。

②楼盖结构在其自身平面内的刚度可视为无穷大,因此在对称侧向力作用下,同一楼层标高处的内、外筒的侧移量应相等;楼盖结构在其平面外的刚度则可忽略不计。

由上述两个假定可将简体结构进行如下平面简化。

矩形框简结构有两个水平对称轴,可取其1/4结构进行计算分析(图8—5),水平荷载也按1/4作用于半个腹板框架上。按计算假定,不考虑框架的平面外刚度,当框筒发生弯曲变形时,翼缘框架平面外的水平位移不引起内力;在对称荷载作用下,翼缘框架在自身平面内没有水平位移。因此,可把翼缘框架绕角柱转90。,使其与腹板框架处于同一平面内,以形成等效平面框架体系,再进行内力和位移的计算[图8-5(a)]。其中,腹板框架和翼缘框架之间通过虚拟剪切梁相连。此虚拟剪切梁只能传递腹板框架和翼缘框架间通过角柱传递的竖向作用力,并保证腹板框架和翼缘框架在角柱处的竖向协调[图8-5(b)]。此虚拟剪切梁可通过处理实现,即取其剪切刚度为一个非常大的有限值,轴向刚度为0。

因角柱分别属于腹板框架和翼缘框架,故在两片框架中计算角柱的轴向刚度时,截面面积可各取真实角柱截面面积的1/2;当计算弯曲刚度时,惯性矩可取各自方向上的值。当角柱为矩形[图8—5(c)]或圆形截面时,角柱截面的两个形心主轴分别位于腹板框架和翼缘框架平面内,两框架端柱的截面惯性矩各用相应的主轴惯性矩即可。当角柱为其他复杂截面[如图8—5 (d)所示的L形截面]时,角柱截面的两个形心主轴不在腹板框架和翼缘框架平面内,在腹板框架和翼缘框架中的角柱发生的都不是平面弯曲,而是斜弯曲。此时,对两框架端柱截面惯性矩的取值需作进一步的简化,如图8-5(d)所示的L形角柱,可分别取I。形截面的一个肢作为矩形截面来计算。

至于在结构1/2或1/4的对称面,卜,计算图形的边界条件应根据原结构在对称轴处的内力和位移状态确定。图8-5(a)所示的框筒中,F在对称轴上,水平位移和转角为O,竖向位移为自由状态,故在F轴处为滚轴支承;W在反对称轴上,竖向位移为O,水平位移和转角为自由状态,故在W轴处为铰支承。

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