CN110516268A - 一种框架结构的固定方法及固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种框架结构的固定方法及固定装置，人为主动地将框架结构的构件连接状态分为两个状态生成，并根据实际需要将框架结构承受的荷载对应该两个状态进行分段施加。这种方式颠覆了传统土木工程理论中的记载以及突破了传统的固有思维，使得框架结构的正负弯矩得到有效的均化，从而提高框架结构的受力性能和经济性能，进而有利于提高框架结构的结构设计可行性。

Description

一种框架结构的固定方法及固定装置

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种框架结构的固定方法及固定装置。

背景技术

在土木工程理论中，针对土木工程结构中的框架结构固定方式而言，其通常的理论方式是假定框架结构的构件之间为铰接并一次承受全部荷载或者是假定框架结构的构件之间为固接且一次承受全部荷载。

具体地，以框架结构为梁柱结构中最简单的门式刚架为例进行说明。其中，当采用当前土木工程理论，假定门式刚架的梁柱铰接时，梁、柱在满跨均布竖向荷载q作用下的弯矩图如图1中的a部分所示。由于在满跨均布竖向荷载q的作用下，柱不产生弯矩，梁的弯矩呈抛物线状分布，梁端弯矩 M₁＝M₂＝0，而跨中产生极大值弯矩M_c＝ql²/8，因此，梁端与跨中的弯矩幅差为Δ₁＝ql²/8。对于柱而言，在柱顶水平集中荷载W作用下，横梁不产生弯矩，柱弯矩呈线性分布如图1中的b部分所示，此时，柱顶弯矩M₁＝M₂＝0，柱根产生极大值弯矩M_B＝-M_A＝Wh/2，柱底与柱顶的弯矩幅差为Δ₂＝Wh/2。将竖向荷载与水平荷载(如风荷载、地震作用等)同时作用叠加产生的弯矩如图2所示，此时，梁端与跨中的弯矩幅差未变，仍为极大值Δ₁＝ql²/8，而柱身全段弯矩幅差为Δ₂＝Wh/2。

当采用当前土木工程理论，假定门式刚架的梁柱固接时，假设柱与梁截面惯性矩分别为I₁、I₂，柱线刚度K₁=I₁/h，横梁线刚度K₂=I₂/l，则梁柱线刚度比引进参数μ₁＝2+K、μ₂＝1+6K。该门式刚架在满跨均布竖向荷载q作用下的弯矩如图3中的a部分所示，此时，刚架梁的弯矩仍呈抛物线状分布，其两端产生极值负弯矩M₁＝M₂＝-ql²/6μ₁，跨中产生小幅正弯矩M_c=ql²/8-ql²/6μ₁；梁端负弯矩与跨中正弯矩的幅差为而柱弯矩呈线性分布，柱顶弯矩 M₁＝M₂＝-ql²/6μ₁，柱底弯矩M_A＝M_B＝ql²/12μ₁，此时，柱顶弯矩为柱底弯矩的两倍，柱顶与柱底弯矩幅差为

进一步地，在柱顶水平集中荷载W(如风荷载、地震作用等)作用下，门式刚架的弯矩如图3中的b部分所示。此时，梁弯矩趋近于反对称直线状分布，梁端的弯矩为极大值M₁＝-M₂＝3WhK/2μ₂，跨中的弯矩为零。当刚架梁在满跨均布竖向荷载q作用下的跨中弯矩小于等于节点1、节点2处弯矩时，即ql²/8-ql²/6μ₁≤ql²/6μ₁，此时，等同于μ₁≤8/3，也就是K≤2/3时，在横向荷载 W与竖向荷载q同时作用下，梁的其中一端弯矩同号相加，其幅值进一步急剧增加，梁全跨的正负弯矩幅差比仅竖向荷载作用下的幅差更大(如图4所示)。

而对于柱而言，在满跨均布竖向荷载q及横向荷载W的作用下，柱弯矩均呈反对称直线状分布，其中一根柱子的弯矩同号相加，幅值增大，全柱段的弯矩幅差较其仅在竖向荷载作用下的幅差更大。而考虑到水平荷载的方向往往可变为反向，故梁的两端及两根柱都是弯矩幅差更大(如图4所示)。

由此可知，采用传统土木工程理论中记载的梁柱之间的连接一次生成且全载承受，或者是被动地按照施工步骤模拟结构生成及荷载施加的方式，导致的梁柱正负弯矩极为不均的这种劣性，一直处于固有性理解、习惯性接受及适应性应用，这种情况极易造成框架结构的受力性能和经济性均不佳，严重时甚至可能误判框架结构不可行。

发明内容

本发明实施例公开了一种框架结构的固定方法及固定装置，能够有效均化框架结构的梁柱正负弯矩，从而提高框架结构的结构受力性能和经济性能。

第一方面，本发明提供了一种框架结构的固定方法，所述框架结构包括第一构件和第二构件，所述方法包括

获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载；

调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载；

将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一连接状态为铰接或固接，所述第二连接状态为固接或铰接。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一荷载及所述第二荷载均为竖向荷载和/或水平荷载。

其中，所述第一荷载为竖向荷载，包括第一构件的自重荷载、楼板的自重荷载、楼板面层荷载、楼板找平层荷载中的任意一种或任意多种。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一构件为横向结构构件或竖向结构构件，所述第二构件为竖向结构构件或横向结构构件。

其中，所述横向结构构件可为梁，所述梁可为直梁、斜梁，所述竖向结构构件可为柱或墙，所述柱可为直柱、斜柱等。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，在所述获取第一构件及第二构件的总荷载之前，所述方法还包括：

获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载；

预设所述第一构件模型与所述第二构件模型的连接状态，以使所述第一构件模型与所述第二构件模型处于第一连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，所述第一预设荷载为所述预设总荷载的部分荷载；

根据所述第一预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩；

将所述第一构件模型与所述第二构件模型由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，所述第二预设荷载为所述预设总荷载除去所述第一预设荷载的剩余荷载；

根据所述第二预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩；

将所述第一弯矩与所述第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将所述第二弯矩与所述第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件以及所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件和第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载。

第二方面，本发明还提供了一种框架结构的固定装置，所述框架结构包括第一构件及第二构件，所述固定装置包括

获取单元，用于获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载；

第一处理单元，用于调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载；

第二处理单元，用于将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面的实施例中，所述第一连接状态为铰接或固接，所述第二连接状态为固接或铰接。

作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面的实施例中，所述第一荷载及所述第二荷载为竖向荷载和/或水平荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面的实施例中，所述第一构件为横向结构构件或竖向结构构件，所述第二构件为竖向结构构件或横向结构构件。

其中，所述横向结构构件可为梁，所述梁可为直梁、斜梁，所述竖向结构构件可为柱或墙，所述柱可为直柱、斜柱等。

作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面的实施例中，所述框架结构的固定装置还包括：

建模单元，用于在所述获取单元获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载之前，获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载；以及，预设所述第一构件模型与所述第二构件模型的连接状态，以使所述第一构件模型与所述第二构件模型处于第一连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，所述第一预设荷载为所述预设总荷载的部分荷载；以及，根据所述第一预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩；以及，将所述第一构件模型与所述第二构件模型由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，所述第二预设荷载为所述预设总荷载除去所述第一预设荷载的剩余荷载；以及，根据所述第二预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩；以及，将所述第一弯矩与所述第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将所述第二弯矩与所述第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件以及所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件和第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提出了框架结构的一种新的固定方法，人为主动地将框架结构的构件连接状态分为两个状态生成，并根据实际需要将框架结构承受的荷载对应该两个状态进行分段施加。这种方式颠覆了传统土木工程理论中的记载以及突破了传统的固有思维，使得框架结构的正负弯矩得到有效的均化，从而提高框架结构的受力性能和经济性能，进而有利于提高框架结构的结构设计可行性。

此外，采用本发明实施例的框架结构的固定方法，对于梁柱结构来说，其断面相较于传统梁柱结构全过程固接或全过程铰接的方式均有所减小，且刚度有所减弱，可满足“强柱弱梁”的原则，进而有效避免需额外加强框架柱的方式，有利于节省材料，减轻自重及减小地震作用，使得梁柱结构全面步向良性结构设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的框架结构(以梁柱结构为例)的梁柱在铰接时各种荷载产生的弯矩图；

图2是图1中a部分与b部分的弯矩进行叠加后的弯矩图；

图3是传统的框架结构(以梁柱结构为例)在固接时各种荷载产生的弯矩图；

图4是图3中a部分与b部分的弯矩进行叠加后的弯矩图；

图5是本发明实施例一提供的框架结构的固定方法的流程图；

图6是本发明实施例二提供的框架结构的固定方法的流程图；

图7是本发明实施例二提供的框架结构(以梁柱结构为例)的梁、柱各阶段弯矩的弯矩图；

图8是图7中a部分与b部分的弯矩进行叠加后的弯矩图；

图9是本发明实施例三提供的一种框架结构的固定装置的示意图；

图10是本发明实施例四提供的另一种框架结构的固定装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

以下进行结合附图进行详细描述。

实施例一

参阅图5，图5为本发明实施例一公开的框架结构的固定方法的流程示意图；如图5所示，该框架结构包括第一构件及第二构件，该框架结构的固定方法可包括：

101、获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载。

在本实施例中，该框架结构可为梁柱结构或梁墙结构等。该第一构件可为横向结构构件，例如梁，该梁可为直梁或斜梁。该第二构件可为竖向结构构件，例如柱或墙，该柱可为立柱或斜柱，该墙可为立墙或斜墙。即，当该框架结构为梁柱结构时，该第一构件可为梁，第二构件可为柱。可以理解的是，在其他实施例中，该第一构件还可为竖向结构构件，该第二构件可对应为横向结构构件。本发明实施例主要以该框架结构为梁柱结构为例进行说明。

在土木工程理论中，该第一构件(即梁)和第二构件(即柱)承受的总荷载可根据规范中规定的公式进行计算得到。其中，该第一构件和第二构件的总荷载主要可包括竖向荷载及水平荷载。其中，该竖向荷载包括竖向恒荷载和竖向活荷载，竖向恒荷载及竖向活荷载的方向是确定向下的。竖向恒荷载主要包括梁的自重荷载、楼板的自重荷载、楼板叠合层荷载、楼板找平层荷载、楼板面层荷载中的任意一种或多种叠加的恒荷载；竖向活荷载主要包括楼板活荷载、楼板面层活荷载等。而水平荷载的方向包括方向不变的土荷载以及经常变化的风荷载、地震荷载等自然荷载。

102、调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载。

在本实施例中，该第一连接状态可为铰接，此时，所述第一构件与所述第二构件处于可转动连接的状态。可以理解的是，在其他实施例中，该第一连接状态也可为固接。

具体地，在实际设计施工时，第一构件与第二构件的铰接可通过任意的可行方式(例如通过螺栓初拧的方式)，只要使得第一构件能够相对第二构件可转动的状态即可。

在本实施例中，该第一荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。

作为一种可选的实施方式，该第一荷载可为第一构件及第二构件的自重荷载，因此，在配置该第一构件及第二构件在第一连接状态下承受的第一荷载时，可先计算该第一构件及第二构件的自重荷载，然后再根据该第一构件及第二构件的自重荷载，得到该第一荷载的值。即此时，第一荷载等于第一构件及第二构件的自重荷载。也就是说，在第一构件与第二构件铰接时，此时并未在第一构件及第二构件上施加任何额外的荷载，使得第一构件及第二构件分别仅受其自重荷载的作用。

作为另一种可选的实施方式，该第一荷载可为竖向荷载，包括第一构件和第二构件的自重荷载和其他的竖向荷载。因此，在配置第一构件和第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载时，可先计算该第一构件和第二构件的自重荷载与其他竖向荷载(例如楼板自重、楼板面层等恒荷载)，然后再根据计算出来的情况，在第一构件和第二构件上施加该其他竖向荷载。

在本实施例中，当该框架结构为梁柱结构时，即，该第一构件为梁，第二构件为柱，在梁与柱铰接且第一荷载为竖向荷载时，此时，梁受到其自身的自重荷载作用，其弯矩呈抛物线分布，即，梁的两端弯矩为零，而梁的跨中产生极大值弯矩。对于柱而言，在梁与柱铰接且承受竖向荷载作用时，柱未产生弯矩。

103、将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。

在本实施例中，该第二连接状态可为固接，即，钢梁与支座为固定连接。可以理解的是，在其他实施例中，该第二状态还可为铰接。

具体地，该第一构件与第二构件的固接方式可包括将第一构件通过任意可行的的方式(例如螺钉固定的方式)固接于第二构件。

在本实施例中，该第二荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。

作为一种可选的实施方式，该第二荷载可为竖向荷载，因此，在配置第一构件及第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载之前，可通过先计算出该竖向荷载(该竖向荷载为除去第一构件及第二构件的自重荷载、楼板的自重荷载外的其他荷载)，然后再在第一构件及第二构件上施加该第二荷载。

作为另一种可选的实施方式，该第二荷载可包括竖向荷载和水平荷载，则在配置第一构件及第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载之前，可先在第一构件及第二构件上计算该竖向荷载(该竖向荷载为除去第一构件及第二构件的自重荷载、楼板的自重荷载外的其他荷载)及水平荷载，然后再根据计算出来的结果在第一构件及第二构件上施加该竖向荷载及水平荷载。

在本实施例中，由于该总荷载为该第一荷载与第二荷载之和，因此，采用本发明实施例一的方案，是将第一构件与第二构件的连接状态分为两个阶段，并对应将第一构件及第二构件承受的总荷载分为两个阶段施加。采用这种方式，能够有利于减少第一构件及第二构件的两端与跨中的正负弯矩幅差，从而有利于提高该框架结构的受力性能及经济性能。

应该得知的是，本发明的框架结构的固定方法不仅可适用于新建工程，也可适用于既有工程。。

本发明实施例一提供的框架结构的固定方法，可实现有效减小框架结构的梁柱的正负弯矩幅差，从而为框架结构的结构设计方案可行性提供了方向。

实施例二

参阅图6，图6为本发明实施例二公开的框架结构的固定方法的流程图；如图6所示，一种框架结构的固定方法可包括：

201、获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载。

在本实施例中，在获取该第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载时，可通过建模的方式实现。例如，可根据第一构件模型及第二构件模型的结构参数(该结构参数主要可包括第一构件模型及第二构件模型的宽度、高度以及跨度等参数)以及土木工程规范中规定的公式计算得到第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载。其中，第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载主要包括梁模型的自重荷载、竖向荷载及水平荷载等。其中，竖向荷载包括竖向恒荷载和竖向活荷载，竖向恒荷载及竖向活荷载的方向是确定向下的。竖向恒荷载主要包括楼板自重、楼板叠合层、楼板找平层、楼板面层中的任意一种或多种叠加的恒荷载；竖向活荷载主要包括楼板活荷载、楼板面层活荷载等。水平荷载包括方向不变的土压力荷载以及方向是经常变化的风荷载、地震荷载等自然荷载。

其中，所述第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载应与实际施工的第一构件及第二构件的总荷载一致，即，该预设总荷载与该总荷载相等。

202、预设所述第一构件模型与所述第二构件模型的连接状态，以使所述第一构件模型与所述第二构件模型处于第一连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，所述第一预设荷载为所述预设总荷载的部分荷载。

在本实施例中，该第一连接状态可为铰接状态，即，该第一构件模型与该第二构件模型处于可转动连接的状态。可以理解的是，在其他实施例中，该第一连接状态还可为固接。

在本实施例中，该第一预设荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。优选地，该第一预设荷载为竖向荷载，该竖向荷载包括第一构件模型及第二构件模型的自重荷载、楼板模型的自重荷载、楼板模型面层荷载、楼板模型找平层荷载中的任意一种或多种。

作为一种可选的实施方式，该第一预设荷载可仅包括第一构件模型及第二构件模型的自重荷载，即，在第一构件模型与第二构件模型位于铰接状态时，并未在第一构件模型及第二构件模型上施加其他额外的附加荷载。

作为另一种可选的实施方式，该第一预设荷载可包括第一构件模型及第二构件模型的自重荷载、楼板模型的自重荷载、楼板面层荷载、楼板找平层荷载及其他附加荷载等。因此，在配置该第一构件模型及第二构件模型在第一连接状态下所要承载的第一预设荷载之前，可先计算出上述楼板的自重荷载、楼板面层荷载、楼板找平层荷载及其他附加荷载，然后再将这部分荷载施加于该第一构件模型及第二构件模型上。

203、根据所述第一预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩。

在土木工程理论中，该第一弯矩及第二弯矩与第一预设荷载的关系可根据有关专业书籍和工程计算手册中记载的公式和方法计算或查找得到。

204、将所述第一构件模型与所述第二构件模型由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，所述第二预设荷载为所述预设总荷载除去所述第一预设荷载的剩余荷载。

在本实施例中，该第二连接状态可为固接，即该第一构件模型与第二构件模型处于固定状态。可以理解的是，在其他实施例中，该第二连接状态也可为铰接。

进一步地，该第二预设荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载和水平荷载。

作为一种可选的实施方式，该第一预设荷载包括第一构件模型及第二构件模型的自重荷载，该第二预设荷载可为竖向荷载，因此，在配置第一构件模型及第二构件模型在第二连接状态下所要承受的第二预设荷载之前，可先计算出该竖向荷载(该竖向荷载为除去第一构件模型及第二构件模型的自重荷载外的其他竖向荷载)，然后再在该第一构件模型及第二构件模型上施加该竖向荷载。

205、根据所述第二预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩。

在土木工程理论中，该第二弯矩与第二预设荷载的关系可根据有关专业书籍和工程计算手册中记载的公式和方法计算或查找得到。

206、将所述第一弯矩与所述第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将所述第二弯矩与所述第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩，以及基于所述第一预设弯矩及所述第二预设弯矩，确定所述第一构件以及所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及确定所述第一构件和第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载。

其中，基于该第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件及第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及基于该第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件及第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载具体是指：

基于所述第一目标弯矩中的第一弯矩和第二目标弯矩中的第二弯矩与第一连接状态及荷载的对应关系确定第一构件以及第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于第一目标弯矩中的所述第三弯矩和第二目标弯矩中的第四弯矩与第二连接状态及荷载的对应关系，确定第一构件和第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载。

应该得知的是，在本发明中，该第一目标弯矩及第二目标弯矩均指分布趋于均匀化的弯矩。也就是说，在确定第一荷载及第二荷载时，可通过建模的方法先计算出第一构件及第二构件的第一目标弯矩及第二目标弯矩，再根据第一目标弯矩及第二目标弯矩确定第一荷载及第二荷载的取值。

具体地，参见图7及图8，以下将结合图示来详细说明该第一目标弯矩及第二目标弯矩的推导及论证过程。

以下推导及论证过程是以该框架结构为梁柱结构中的门式刚架承受满跨均布竖向荷载的情况为例说明如下：

首先，第一构件模型(梁模型)与第二构件模型(柱模型)位于第一连接状态(即梁模型两端与柱铰接的状态)，在第一构件模型及第二构件模型上施加第一预设荷载q₁(此时，该第一预设荷载为竖向恒荷载，且第一预设荷载q₁＞0)，此时，由于第一构件模型的两端承受的弯矩为零，因此，根据该第一预设荷载q₁计算该第一弯矩，得到第一构件模型的跨中所产生的最大弯矩值(即第一弯矩)为M_c＝q₁l²/8，(如图7中的a部分所示)。在该第一预设荷载的作用下，该第二构件模型不产生弯矩，即该第二构件模型的第二弯矩为零。

对于第一构件模型与第二构件模型处于第二连接状态，即梁柱固接状态时，施加其余部分的均布竖向荷载q₂＝q-q₁，其中，q₂＞0。该第一构件模型的跨中及两端处所产生的弯矩值分别为M_c＝q₂l²/8-q₂l²/6μ₁、M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁(图7 中的b部分所示)。此时，在第二预设荷载的作用下，该第二构件模型承受的柱顶弯矩为M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁，柱根弯矩为M_A＝M_B＝q₂l²/12μ₁(如图7中的b部分所示)。

利用结构理论的叠加原理，将上述先后两种状态所受竖向荷载产生的弯矩分别进行叠加，如下：

第一构件模型的跨中弯矩为M_c＝q₁l²/8+q₂l²/8-q₂l²/6μ₁＝ql²/8-q₂l²/6μ₁；

第一构件模型的两端处弯矩为M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁

第一构件模型的跨中弯矩与两端处弯矩的幅差为：

由于(q，q₁，q₂，l)>0，(q₁，q₂)<q，K＞0，μ₁＝2+K＞2，其中，K为梁柱线刚度比。

因此，

相较于现有技术中梁柱铰接时施加全部均布竖向荷载q作用下产生的最大弯矩幅差Δ₁＝ql²/8有所减小(如图8所示)。

进一步地，在满足结构抗震设计要求的强柱弱梁原则下，K≤1。仅为说明问题，不妨假定K₁＝2、K₂＝1，即K＝0.5、μ₁＝2.5、μ₂＝4时

若需要不等式成立，则只需满足 7q/8＜q₂＜q。实际工程情况多为K＝0.5～1.0，不等式成立的条件会有所放松，较容易满足。

由此可知，门式刚架在满跨均布竖向荷载作用下，采用本发明的方式分析得到的第一构件模型弯矩幅差为该弯矩幅差相较于原有理论假定铰接分析的弯矩幅差Δ₁＝ql²/8要小，以及相较于原有理论假定固接分析的弯矩幅差

也有所减小。

同理，采用本发明的框架固定方法得到竖向荷载作用下的第二构件模型 (柱)的弯矩幅差同样小于现有理论的梁柱固接分析得到的柱的弯矩幅差

采用本发明的方案，对于第一构件模型而言，其两端与跨中的正负弯矩幅差得到有效减小，对于第二构件模型而言，其顶端与底端的弯矩幅差也得到有效减小，则该框架结构整体的弯矩都得到了均化。

不难想象，多层多跨、高层框架结构，也包括部分框架结构，如框架剪力墙结构中的框架部分、挡土墙结构体系中的壁式框架等等，其实就是若干个门式刚架的组合。为此，本发明的框架结构的固定方法当然适用于所有框架结构，也必然适用于其他梁柱结构的某些构件，只要梁柱节点可以分成两个状态生成，且所受的恒荷载可以相应分两个阶段施加，都可以采用本发明的框架结构的固定方法。

本发明实施例提供的框架结构的固定方法，应用弯矩均化理论，将框架结构的弯矩峰值锐减，幅差减小，材料性能得以充分发挥，更为经济，或将误判为不可能的框架结构变为可能。

采用本发明实施例的弯矩均化方式，首先，可有效减少框架结构的正负弯矩幅差，经实际验证发现，采用本发明的方式，框架结构的控制弯矩比现有技术中框架结构铰接或固接一次承受全部荷载的控制弯矩减小至少 10％～40％。

其次，采用本发明的方式，还能够使得框架结构的构件性能得以充分发挥，经实际验证发现，采用本发明的方案，对于第一构件为钢梁而言，可相应节省钢材10％～40％。再次，采用本发明的方式，相较于纯铰接的梁柱结构，可有效减少梁的跨中挠度，提高了梁柱结构的安全性及外观装饰效果。同时，梁断面比现有技术采用固接或铰接一次承受全部荷载的梁的断面有所减小，刚度也有所减弱，从而能够满足“强柱弱梁”的原则要求，进而无需额外加强框架柱，能有效节省材料，减轻自重，进一步降低地震作用带来的不利后果，为结构方案的可行性提供了方向。

此外，采用本发明的方案，对于断面已经不可减小的梁，采用本发明的方案，可有利于降低梁的控制内力，从而有效提高结构的安全性。

以及，对于已经建成的建筑，如果因故强度不足，或者功能转换需求更高的承载要求，均可采用本发明的方案，从而能够弥补现有建筑的强度不足问题，或能够使用现有建筑的使用要求的功能转化，从而无需额外进行加固。

其中，本实施例中的框架结构的固定方法还包括步骤207～209，且针对步骤207～209的详细描述请参见实施例一中针对步骤101～103的详细描述，本实施例不再赘述。

实施例三

请参阅图9，图9为本发明实施例三提供的框架结构的固定装置的结构示意图。如图9所示，该框架结构的固定装置可包括获取单元310、第一处理单元320以及第二处理单元330：

其中，获取单元310，用于获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载；

获取单元310在获取第一构件及第二构件的总荷载之后，还可触发第一处理单元320启动。

第一处理单元320，用于调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载；

第一处理单元320在获取第一构件及第二构件承受的第一荷载之后，还可触发第二处理单元330启动。

第二处理单元330，用于将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。在本实施例中，该第一构件可为横向结构构件，该第二构件可为竖向结构构件。即，当该框架结构为梁柱结构时，该第一构件可为梁，该梁可为直梁、斜梁，该第二构件可为柱或墙，该柱可为直柱或斜柱，该墙可为立墙或斜墙。

具体地，该第一处理单元310在配置第一构件及第二构件承受的第一荷载之前，可先确定第一构件与第二构件的第一连接状态，当该第一连接状态为铰接时，根据上述的第一目标弯矩及第二目标弯矩，在第一构件及第二构件上分别施加该第一荷载。

具体地，该第一荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。

作为一种可选的实施方式，该第一荷载可包括第一构件及第二构件的自重荷载。

作为另一种可选的实施方式，该第一荷载可包括第一构件及第二构件的自重荷载、楼板的自重荷载、楼板面层荷载、楼板找平层荷载等。

在本实施例中，该第二荷载可为竖向荷载、水平荷载或者同时包括该竖向荷载及水平荷载。

作为一种可选的实施方式，该第二荷载可为竖向荷载。由于该第二荷载为第一构件及第二构件的总荷载除去第一荷载对外的其他荷载，因此，当第一荷载包括第一构件及第二构件的自重荷载时，该第二荷载是除了第一构件及第二构件的自重荷载外的其他荷载，因此，在配置该第二荷载之前，应先在第一构件及第二构件上施加该第二荷载。

作为另一种可选的实施方式，该第二荷载包括竖向荷载及水平荷载。

实施例四

请参阅图10，图10是本发明实施例四公开的另一种框架结构的固定装置的结构示意图。图10所示的框架结构的固定装置是在图9所示的框架结构的固定装置的基础上优化得到。如图10所示，该框架结构的固定装置还可包括：

建模单元410，用于在获取单元获取第一构件及第二构件的总荷载之前，获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载；以及预设该第一构件模型与第二构件模型的连接状态，以使第一构件模型与第二构件模型处于第一连接状态，并配置该第一构件模型及第二构件模型在第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，该第一预设荷载为该预设总荷载的部分荷载；以及，根据该第一预设荷载分别计算该第一构件模型及第二构件模型在第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩；以及，将第一构件模型与第二构件模型由第一连接状态调整为第二连接状态，并配置第一构件模型及第二构件模型在第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，该第二预设荷载为预设总荷载除去第一预设荷载的剩余荷载；以及，根据第二预设荷载分别计算第一构件模型及第二构件模型在第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩；以及，将第一弯矩与第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将第二弯矩与第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩；以及，基于第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件以及第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及基于第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件和第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载。

其中，所述第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载应与实际施工的第一构件及第二构件的总荷载一致，即，该预设总荷载与该总荷载相等。

其中，基于该第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件及第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及基于该第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定第一构件及第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载具体是指：

基于所述第一目标弯矩中的第一弯矩和第二目标弯矩中的第二弯矩与第一连接状态及荷载的对应关系确定第一构件以及第二构件在第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于第一目标弯矩中的所述第三弯矩和第二目标弯矩中的第四弯矩与第二连接状态及荷载的对应关系，确定第一构件和第二构件在第二连接状态下所要承受的第二荷载。

具体地，该建模单元410在执行完上述步骤之后，即可触发该获取单元310 启动。

可选的，该第一预设荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。该第一预设荷载可包括第一构件模型及第二构件模型的自重荷载。可以理解的是，该第一预设荷载还可包括楼板的自重荷载、楼板找平层、楼板叠合层等荷载。

可选的，该第二预设荷载可为竖向荷载、水平荷载或者是同时包括竖向荷载及水平荷载。

具体地，以该框架结构为梁柱结构中的门式刚架承受满跨均布竖向荷载的情况为例详细说明该第一目标弯矩及第二目标弯矩的推导及论证过程。

请一并参阅图7及图8，首先，第一构件模型(梁模型)与第二构件模型 (柱模型)位于第一连接状态(即梁模型两端与柱铰接的状态)，在第一构件模型及第二构件模型上施加第一预设荷载q₁(此时，该第一预设荷载为竖向恒荷载，且第一预设荷载q₁＞0)，此时，由于第一构件模型的两端承受的弯矩为零，因此，根据该第一预设荷载q₁计算该第一弯矩，得到第一构件模型的跨中所产生的最大弯矩值(即第一弯矩)为M_c＝q₁l²/8，(如图7中的a部分所示)。在该第一预设荷载的作用下，该第二构件模型不产生弯矩，即该第二构件模型的第二弯矩为零。

对于第一构件模型与第二构件模型处于第二连接状态，即梁柱固接状态时，施加其余部分的均布竖向荷载q₂＝q-q₁，其中，q₂＞0。该第一构件模型的跨中及两端处所产生的弯矩值分别为M_c＝q₂l²/8-q₂l²/6μ₁、M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁ (图7中的b部分所示)。此时，在第二预设荷载的作用下，该第二构件模型承受的柱顶弯矩为M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁，柱根弯矩为M_A＝M_B＝q₂l²/12μ₁(如图7 中的b部分所示)。

利用结构理论的叠加原理，将上述先后两种状态所受竖向荷载产生的弯矩分别进行叠加，如下：

第一构件模型的跨中弯矩为M_c＝q₁l²/8+q₂l²/8-q₂l²/6μ₁＝ql²/8-q₂l²/6μ₁；

第一构件模型的两端处弯矩为M₁＝M₂＝-q₂l²/6μ₁

第一构件模型的跨中弯矩与两端处弯矩的幅差为：

由于(q，q₁，q₂，l)>0，(q₁，q₂)<q，K＞0，μ₁＝2+K＞2，其中，K为梁柱线刚度比。

因此，

相较于现有技术中梁柱铰接时施加全部均布竖向荷载q作用下产生的最大弯幅差Δ₁＝ql²/8有所减小(如图8所示)。

进一步地，在满足结构抗震设计要求的强柱弱梁原则下，K≤1。仅为说明问题，不妨假定K₁＝2、K₂＝1，即K＝0.5、μ₁＝2.5、μ₂＝4时

若需要不等式成立，则只需满足 7q/8＜q₂＜q。实际工程情况多为K＝0.5～1.0，不等式成立的条件会有所放松，较容易满足。

由此可知，门式刚架在满跨均布竖向荷载作用下，采用本发明的方式分析得到的第一构件模型弯矩幅差为该弯矩幅差相较于原有理论假定铰接分析的弯矩幅差Δ₁＝ql²/8要小，以及相较于原有理论假定固接分析的弯矩幅差

也有所减小。

同理，采用本发明的框架固定方法得到竖向荷载作用下的第二构件模型 (柱)的弯矩幅差同样小于现有理论的梁柱固接分析得到的柱的弯矩幅差

由此可知，采用本发明的方案，对于第一构件模型而言，其两端与跨中的正负弯矩幅差得到有效减小，对于第二构件模型而言，其顶端与底端的弯矩幅差也得到有效减小，则该框架结构整体的弯矩都得到了均化。

不难想象应该得知的是，本发明的方案不仅适用于单层单跨框架结构，多层多跨、高层框架结构，也包括部分框架结构，如框架剪力墙结构中的框架部分、挡土墙结构体系中的壁式框架等等，其实就是若干个门式刚架的组合。为此，本发明的框架结构的固定方法当然适用于所有框架结构，也必然适用于其他梁柱结构的某些构件，只要梁柱节点可以分成两个状态生成，且所受的恒荷载可以相应分两个阶段施加，都可以采用本发明的框架结构的固定方法。

应该得知的是，本发明实施例中的弯矩均化中的均化主要是指：使得该框架结构的弯矩分布趋于均匀化，即，在本发明中，该第一目标弯矩及第二目标弯矩均指分布趋于均匀化的弯矩。

本发明实施例提供的框架结构的固定方法及固定装置，颠覆了传统的土木工程理论的记载及设计时的固有思维，人为主动地将框架结构的连接状态分段生成，并对应不同阶段施加对应的荷载，从而使得该框架结构的整体弯矩趋于均匀化，有利于结构的可行性设计。

以上对本发明实施例公开的一种框架结构的固定方法及固定装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种框架结构的固定方法，其特征在于，所述框架结构包括第一构件和第二构件，所述方法包括

获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载；

调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载；

将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。

2.根据权利要求1所述的框架结构的固定方法，其特征在于，所述第一连接状态为铰接或固接，所述第二连接状态为固接或铰接。

3.根据权利要求1或2所述的框架结构的固定方法，其特征在于，所述第一荷载及所述第二荷载为竖向荷载和/或水平荷载。

4.根据权利要求1所述的框架结构的固定方法，其特征在于，所述第一构件为横向结构构件或竖向结构构件，所述第二构件为竖向结构构件或横向结构构件。

5.根据权利要求1或4所述的框架结构的固定方法，其特征在于，在所述获取第一构件及第二构件的总荷载之前，所述方法还包括：

获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载；

预设所述第一构件模型与所述第二构件模型的连接状态，以使所述第一构件模型与所述第二构件模型处于第一连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，所述第一预设荷载为所述预设总荷载的部分荷载；

根据所述第一预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩；

将所述第一构件模型与所述第二构件模型由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，所述第二预设荷载为所述预设总荷载除去所述第一预设荷载的剩余荷载；

根据所述第二预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩；

将所述第一弯矩与所述第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将所述第二弯矩与所述第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件以及所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件和第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载。

6.一种框架结构的固定装置，其特征在于，所述框架结构包括第一构件及第二构件，所述固定装置包括

获取单元，用于获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载；

第一处理单元，用于调整所述第一构件与所述第二构件的连接状态，以使所述第一构件与所述第二构件处于第一连接状态，并配置所述第一构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，以及配置所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载，其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载；

第二处理单元，用于将所述第一构件与所述第二构件由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，以及配置所述第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载，其中，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载。

7.根据权利要求6所述的框架结构的固定装置，其特征在于，所述第一连接状态为铰接或固接，所述第二连接状态为固接或铰接。

8.根据权利要求6或7所述的框架结构的固定装置，其特征在于，所述第一荷载及所述第二荷载为竖向荷载和/或水平荷载。

9.根据权利要求8所述的框架结构的固定装置，其特征在于，所述第一构件为横向结构构件或竖向结构构件，所述第二构件为竖向结构构件或横向结构构件。

10.根据权利要求6或9所述的框架结构的固定装置，其特征在于，所述框架结构的固定装置还包括：

建模单元，用于在所述获取单元获取所述第一构件及所述第二构件的总荷载之前，获取第一构件模型及第二构件模型的预设总荷载；以及，预设所述第一构件模型与所述第二构件模型的连接状态，以使所述第一构件模型与所述第二构件模型处于第一连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一连接状态下所要承受的第一预设荷载，其中，所述第一预设荷载为所述预设总荷载的部分荷载；以及，根据所述第一预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第一预设荷载作用下的第一弯矩及第二弯矩；以及，将所述第一构件模型与所述第二构件模型由所述第一连接状态调整为第二连接状态，并配置所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二连接状态下所要承受的第二预设荷载，其中，所述第二预设荷载为所述预设总荷载除去所述第一预设荷载的剩余荷载；以及，根据所述第二预设荷载分别计算所述第一构件模型及所述第二构件模型在所述第二预设荷载作用下的第三弯矩及第四弯矩；以及，将所述第一弯矩与所述第三弯矩叠加，得到第一目标弯矩，以及将所述第二弯矩与所述第四弯矩叠加，得到第二目标弯矩；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件以及所述第二构件在所述第一连接状态下所要承受的第一荷载；以及基于所述第一目标弯矩及第二目标弯矩分别确定所述第一构件和第二构件在所述第二连接状态下所要承受的第二荷载。