CN105912800B - 低层建筑全装配式框架的设计方法 - Google Patents
低层建筑全装配式框架的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105912800B CN105912800B CN201610269122.XA CN201610269122A CN105912800B CN 105912800 B CN105912800 B CN 105912800B CN 201610269122 A CN201610269122 A CN 201610269122A CN 105912800 B CN105912800 B CN 105912800B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- column
- node
- initial stiffness
- bending moment
- connector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
- E04B1/19—Three-dimensional framework structures
- E04B1/1903—Connecting nodes specially adapted therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Architecture (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
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
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610269122.XA CN105912800B (zh) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 低层建筑全装配式框架的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610269122.XA CN105912800B (zh) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 低层建筑全装配式框架的设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105912800A CN105912800A (zh) | 2016-08-31 |
CN105912800B true CN105912800B (zh) | 2018-12-18 |
Family
ID=56752889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610269122.XA Expired - Fee Related CN105912800B (zh) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 低层建筑全装配式框架的设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105912800B (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110485612B (zh) * | 2018-05-21 | 2021-12-21 | 深圳市建筑设计研究总院有限公司 | 一种楼屋盖结构的固定方法及实现该固定方法的装置 |
CN110516271B (zh) * | 2018-05-21 | 2023-03-31 | 深圳市建筑设计研究总院有限公司 | 一种钢梁固定方法及固定装置 |
CN110516268B (zh) * | 2018-05-21 | 2023-03-14 | 深圳市建筑设计研究总院有限公司 | 一种框架结构的固定方法及固定装置 |
CN110210128A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-09-06 | 河北建筑工程学院 | 一种钢筋混凝土框架结构优化的拟满内力设计方法 |
CN112446085A (zh) * | 2019-08-14 | 2021-03-05 | 深圳市建筑设计研究总院有限公司 | 一种框架的预内力及其计算方法 |
CN110705144B (zh) * | 2019-09-06 | 2023-03-14 | 青岛理工大学 | 一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法 |
CN112541249A (zh) * | 2019-09-23 | 2021-03-23 | 深圳市建筑设计研究总院有限公司 | 一种多层框架结构的逐层组装逐层预内力及其计算方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101851962A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-06 | 厦门合道工程设计集团有限公司 | 框架结构抗连续倒塌的设计方法 |
CN102323968A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-01-18 | 陈志勇 | 古建筑木结构整体结构的有限元建模方法 |
CN102635160A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-08-15 | 浙江大学 | 一种半刚性节点初始刚度的组件式获取方法 |
CN105426599A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-23 | 华北电力大学(保定) | 一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法 |
-
2016
- 2016-04-27 CN CN201610269122.XA patent/CN105912800B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101851962A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-06 | 厦门合道工程设计集团有限公司 | 框架结构抗连续倒塌的设计方法 |
CN102323968A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-01-18 | 陈志勇 | 古建筑木结构整体结构的有限元建模方法 |
CN102635160A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-08-15 | 浙江大学 | 一种半刚性节点初始刚度的组件式获取方法 |
CN105426599A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-23 | 华北电力大学(保定) | 一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
"方钢管混凝土分叉柱与钢梁连接节点的抗震性能研究";李正良 等;《建筑结构学报》;20090228;第30卷(第1期);第87-94页 * |
"钢管输电塔环型加肋节点极限承载力研究";刘红军 等;《工程力学》;20101031;第27卷(第10期);第65-73页 * |
"钢结构梁柱半刚性端板连接弯矩-转角全曲线计算方法";施刚 等;《工程力学》;20060531;第23卷(第5期);第55、67-73页 * |
"预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点有限元分析";繆俊 等;《大连理工大学学报》;20140930;第54卷(第5期);第568-574页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105912800A (zh) | 2016-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105912800B (zh) | 低层建筑全装配式框架的设计方法 | |
Douthe et al. | Design of nexorades or reciprocal frame systems with the dynamic relaxation method | |
Truong et al. | An efficient method for optimizing space steel frames with semi-rigid joints using practical advanced analysis and the micro-genetic algorithm | |
Hasançebi et al. | An exponential big bang-big crunch algorithm for discrete design optimization of steel frames | |
CN112926222B (zh) | 一种起重机n阶伸缩臂架临界载荷的确定方法 | |
CN112395752B (zh) | 基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统及方法 | |
Nikolić | Catenary arch of finite thickness as the optimal arch shape | |
Deng et al. | Shape finding of incomplete cable-strut assemblies containing slack and prestressed elements | |
Farajian et al. | Classification of inter-modular connections for stiffness and strength in sway corner-supported steel modular frames | |
CN102880769A (zh) | 大跨径混凝土斜拉桥的施工控制方法与预拱度计算方法 | |
Zhang et al. | Inverse design of planar morphing scissor structures with end constraints | |
CN117932719A (zh) | 一种求解悬索结构的非线性分析方法 | |
Ding et al. | Experimental study and comparative analysis of a geiger-type ridge-beam cable dome structure | |
CN108897966B (zh) | 基于弹塑性修正的屈曲约束支撑结构的等效弹性分析方法 | |
CN110704894B (zh) | 斜拉桥桥塔地震响应的计算方法 | |
CN113408072B (zh) | 风力机柔塔系统固有振动特性快速建模及仿真方法 | |
Costa et al. | Simplified model for connections of steel structures in OpenSees | |
CN104951591B (zh) | 一种多路传力旋翼桨毂结构动力学建模方法 | |
CN115470584A (zh) | 应用于行星齿轮与滚动轴承耦合系统的动力学建模方法 | |
Liu et al. | Second-order and advanced analysis of structures allowing for load and construction sequences | |
CN112084686B (zh) | 一种索结构找形分析方法 | |
Boulic et al. | Graphic statics principles for the design of actively bent elements shaped with restraining systems | |
Ahmed et al. | Steel/Aluminum Grid Shells for Skylights | |
Chan | Optimal stiffness design to limit static and dynamic wind responses of tall steel buildings | |
Gajewski et al. | Parametric Optimization of Thin-Walled 3D Beams with Perforation Based on Homogenization and Soft Computing. Materials 2022, 15, 2520 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181218 Termination date: 20200427 |