CN105912800A - 低层建筑全装配式框架的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低层建筑全装配式框架的设计计算方法，包括步骤：1、梁柱节点的不同初始刚度值计算模型；2、根据既有荷载和初始刚度值作出梁的弯矩图；3、根据弯矩图计算相应的梁、柱尺寸；4、选择最经济型梁、柱尺寸；5、计算梁柱节点处连接螺栓的数量及位置，使节点初始刚度等于节点的设定初始刚度：6、利用半刚性计算方法，判断在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角是否满足要求。本发明能快速的计算出满足承载力和地震力要求的最经济的梁柱尺寸及配筋，能很大的提高梁柱框架结构的设计效率。

Description

低层建筑全装配式框架的设计方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，特别涉及一种梁柱框架的设计方法。

背景技术

传统房屋框架的节点为刚性节点，这种框架结构的设计程序是先根据经验初选构件尺寸,分析结构获得内力。如果需要,可以应用弯矩重分布调整支座和跨中截面弯矩比例。根据计算的内力,校核初选截面是否能满足承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求。如果满足,分析结束,否则调整构件尺寸,重新计算内力和进行杆件校核,直到构件尺寸满足结构布置和要求为止。传统设计中节点设计是结构设计过程的最后一步,即根据前期进行计算设计时的假定节点连接形式刚接或铰接进行细部设计。

然而装配式框架的节点为半刚性节点，半刚性连接组合梁柱框架设计是一个迭代和交互的过程,截面尺寸的初选以及节点的构造是对设计的经济性有很大的影响。如果考虑半刚性节点,则会引起一个问题即进行结构受力分析时,需要知道节点的转动刚度和承载能力,而要知道转动刚度和承载能力就需要知道节点的细部构造；然而,节点的细部构造又与其连接构件的截面尺寸有关,而获得连接截面的截面尺寸,又必须事先确定节点的细部构造,这样会陷入循环过程。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种低层建筑全装配式框架的设计方法，以解决传统梁柱框架设计方法不适用于设计具有半刚性节点的装配式梁柱框架的技术问题。

本发明低层建筑全装配式框架的设计方法，包括以下步骤：

第一步：在柱上设计连接梁的第一接头，在梁上设计连接柱的第二接头， 并通过螺栓连接第一接头和第二接头；

第二步：设定梁柱节点的不同初始刚度值；

第三步：根据规定的荷载和不同的初始刚度值作出梁的弯矩图；

第四步：根据弯矩图设定相应的梁、柱尺寸；

第五步：以经济性作为选择判断条件，选择最经济型梁、柱尺寸；

第六步：调整梁柱节点处连接螺栓的数量及位置，使计算的节点初始刚度等于节点的设定初始刚度：

第七步：利用半刚性计算方法，判断在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角是否满足要求，若满足要求，则设计完成；若不满足，则重复第五至第六七步，直至所选择的梁、柱满足在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角符合要求。

本发明的有益效果：

本发明低层建筑全装配式框架的设计方法，其先假定初始刚度，由于梁柱节点处仅仅通过半刚性连接，因此通过改变节点处的螺栓数量和位置，即可方便的调节梁柱节点处的刚度值，以使节点刚度与假定值吻合；对应于节点不同的初始刚度，会有不同的梁柱尺寸和配筋与之相匹配，从而在考略经济性的优化设计条件下，能快速的找到满足承载力和地震力要求的最经济的梁柱尺寸及配筋，能很大的提高梁柱框架结构的设计效率。

附图说明

图1为实施例中柱和主梁的第一种连接形式分散状态示意图；

图2为X₁＝1的力矩图；

图3为X₂＝1的力矩图；

图4为杆端转角为1时的弯矩图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例低层建筑全装配式框架的设计方法，包括以下步骤：

第一步：在柱上设计连接梁的第一接头，在梁上设计连接柱的第二接头，并通过螺栓连接第一接头和第二接头；

第二步：计算梁柱节点的不同初始刚度值；

第三步：根据规定的荷载和不同的初始刚度值作出梁的弯矩图；

第四步：根据弯矩图设定相应的梁、柱尺寸；本步骤中设定的满足受力要求的梁、柱的尺寸规格有多种；

第五步：以经济性作为选择判断条件，在第四步所设定的梁、柱尺寸中选择最经济型梁、柱尺寸；

第六步：调整梁柱节点处连接螺栓的数量及位置，使计算的节点初始刚度等于节点的设定初始刚度：

第七步：利用半刚性计算方法，判断在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角是否满足要求，若满足要求，则设计完成；若不满足，则重复第五至第六七步，直至所选择的梁、柱满足在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角符合要求。

以下为在设计过程中梁的弯矩的具体计算方法：

1、柔度矩阵计算

把梁柱节点看作柔性节点，并记其刚度(节点发生单位转角时需要的弯矩)为：其中EI为梁刚度，L为梁跨度，η为常数；

再通过力法来求解梁端只发生单位转角的弯矩图以及梁两端固接时在集中荷载和均布荷载作用下的弯矩图，其过程如下：

1)作出梁柱装配结构的简化后的静定结构的计算简图，计算简图如图1所示；

2)作出弯矩X₁＝1的力矩图，如图2所示；

3)作出弯矩X₂＝1的力矩图，如图3所示；

简支梁情况下，梁左右两端弯矩分别为X₁和X₂，并作出单位力矩下的梁的弯矩图，求其柔度矩阵系数：

x为沿梁轴向方向坐标。

2、计算杆端单位转角时的弯矩

杆端位移Δ1＝0，Δ2＝1

即

解得：

从而得到发生杆端转角为1时的弯矩图，弯矩图具体如图4所示，图中：

i为梁的线刚度

3、均布荷载下梁的杆端弯矩计算

则有方程组：

解得：

q为均布荷载集度值。从而可做出均布荷载下梁两端固接时的弯矩图。

4、集中荷载下梁的杆端弯矩计算

有方程组：

解得：

P为集中荷载值，从而 可做出集中荷载下的弯矩图。

通过上述分析，我们把带有刚性节点的梁看成一个整体，并求得了其发生杆端转角的刚度为：

以及新的弯矩传递系数再用建立分配法计算结构的内力，只不过梁的刚度和传递系数发生了变化而已。

5、弯矩分配

以下仅用弯矩分配法计算即η＝4时的弯矩：

此时可算得α＝2.02，β＝0.69；从而有传递系数C_梁＝2.94，其他相应的弯矩分配系数如表一和表二：

表一，恒载弯矩分配(kN·m)：

表二，活载弯矩分配(kN·m)：

本实施例低层建筑全装配式框架的设计方法，其先假定初始刚度，由于梁柱节点处仅仅通过螺栓连接，因此通过改变节点处的螺栓数量和位置，即可方便的调节梁柱节点处的刚度值，以使节点刚度与假定值吻合；对应于节点不同的初始刚度，会有不同的梁柱尺寸和配筋与之相匹配，从而在考略经济性的优化设计条件下，能快速的找到满足承载力和地震力要求的最经济的梁柱尺寸及配筋，能很大的提高梁柱框架结构的设计效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种低层建筑全装配式框架的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：在柱上设计连接梁的第一接头，在梁上设计连接柱的第二接头，并通过螺栓连接第一接头和第二接头；

第二步：计算梁柱节点的不同初始刚度值；

第三步：根据规定的荷载和不同的初始刚度值作出梁的弯矩图；

第四步：根据弯矩图设定相应的梁、柱尺寸；

第五步：以经济性作为选择判断条件，选择最经济型梁、柱尺寸；

第六步：调整梁柱节点处连接螺栓的数量及位置，使计算的节点初始刚度等于节点的设定初始刚度：

第七步：利用半刚性计算方法，判断在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角是否满足要求，若满足要求，则设计完成；若不满足，则重复第五至第六七步，直至所选择的梁、柱满足在地震荷载下塑性铰出现位置和层间位移角符合要求。