CN112446085A - 一种框架的预内力及其计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种框架的预内力及其计算方法，框架包括第一构件和与第一构件连接形成连接节点的第二构件，方法包括调整框架的至少一个连接节点的连接状态为第一连接状态并施加预载；将框架的至少一个连接节点的连接状态由第一连接状态调整为第二连接状态，卸除框架上的预载，以及在框架上施加荷载；基于预载，计算框架的内力，基于卸除预载及施加的荷载，分别计算框架的内力，叠加各内力，得到目标内力。采用本发明的方法，利用预内力措施，可使框架构件全长范围的正负弯矩得到有效的消减均化，进而提高框架在结构中的受力性能和经济性。

Description

一种框架的预内力及其计算方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种框架的预内力及其计算方法。

背景技术

目前，为了分析判断框架的控制性内力，主要采用计算框架的弯矩的方式。当前，针对框架的弯矩计算，通常都是采用框架的构件间的连接状态一次生成来承受荷载的方式来计算，根据计算出的结构来确定框架的经济性、合理性、可行性。

然而，在实际设计和建造中发现，采用上述方式计算得到的框架的受力分布极为不均，对于框架而言，其受力，主要是弯矩对框架的构件的性能影响非常重要。即，采用上述方式计算得到的弯矩，对于框架而言，其构件的两端与中部的弯矩幅差较大，从而导致可能需增大框架的构件截面，进而导致工程造价较高，技术建造难度较大。

发明内容

本发明实施例公开了一种框架的预内力及其计算方法，能够有效消减均化框架的弯矩，降低框架的工程造价。

本发明提供了一种框架的预内力及其计算方法，所述框架包括第一构件和与所述第一构件连接形成连接节点的第二构件，所述方法包括

调整所述框架的至少一个连接节点的连接状态为第一连接状态，在所述框架上施加预载；

将所述框架的所述至少一个连接节点的连接状态由所述第一连接状态调整为第二连接状态，卸除所述框架上的所述预载，以及在所述框架上施加荷载；

基于所述预载，计算所述框架在所述第一连接状态下的内力，以及基于卸除所述预载及施加的所述荷载，分别计算所述框架在所述第二连接状态下的内力，叠加所述框架在所述第一连接状态下和所述第二连接状态下的内力，得到所述框架的目标内力。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，在所述第二连接状态下，所述框架的该所述至少一个连接节点的连接刚度大于在所述第一连接状态下该所述框架的该所述至少一个连接节点的连接刚度。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述框架为单层框架或多层框架，且所述框架为多层框架时，当前层框架的所述第一构件与第二构件形成的连接节点的连接刚度与其他层框架的第一构件与第二构件形成的连接节点的连接刚度相同或不同。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一连接状态为未连接状态、铰接或半刚接中的任一种，所述第二连接状态为半刚接、刚接或铰接中的任一种。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述荷载为集中荷载和/或分布荷载，所述预载为效应方向与所述荷载效应方向一致的荷载和/或作用，包括分布荷载、集中荷载、挂载、压力、拉力、张拉、对压、对拉、支座位移以及温度作用中的任意一种或任意多种的组合。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述框架为梁柱结构、墙梁结构或墙板结构。

与传统计算方法相比，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的预内力及其计算方法，采用在两个不同连接状态的过程中，分别施以预载和卸除预载以及施加预载，由于预载的施加和卸除，使得框架的第一构件和第二构件的两端与中部位置的弯矩幅差有效减少，从而使得弯矩更加均化。因此，采用本发明的方法，能够有效消减均化框架的内力，避免内力集中在框架的第一构件和/或第二构件的局部位置，从而无需增大框架的第一构件和/或第二构件的截面，减少材料的使用，节约材料成本。

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是本发明实施例提供的框架的预内力及其计算方法的流程图；

图2是本发明案例一的四层框架在预载作用下的弯矩图；

图3是本发明案例一的四层框架在卸载作用下的弯矩图；

图4是本发明案例一的四层框架在荷载作用下的弯矩图；

图5是图2和图3中的弯矩叠加后的预内力弯矩图；

图6是图5和图4中的弯矩叠加后的弯矩图；

图7是本发明案例二的二层框架在预载作用下的弯矩图；

图8是本发明案例二的二层框架在卸载作用下的弯矩图；

图9是本发明案例二的二层框架在荷载作用下的弯矩图；

图10是图7和图8中的弯矩叠加后的预内力弯矩图；

图11是图10和图9中的弯矩叠加后的弯矩图。

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。

请参阅图1，图1为本发明实施例公开的框架的预内力及其计算方法的流程示意图；该框架可包括第一构件和与第一构件连接形成连接节点的第二构件，如图1所示，该方法可包括

101、调整框架的至少一个连接节点的连接状态为第一连接状态，在框架上施加预载。

在本实施例中，该框架可为梁柱结构、墙梁结构或墙板结构等。该框架可为单层框架或者是多层框架。以框架为梁柱结构为例，则该第一构件可为梁，例如直梁、斜梁、屋面梁、楼层梁等。而第二构件可为柱或墙，例如立柱、斜柱、立墙或斜墙等。该框架可包括一个第一构件和第二构件，也可包括多个第一构件和多个第二构件，因此，该框架的连接节点可为多个，本发明实施例可通过调整其中至少一个连接节点的连接状态。

进一步地，该第一连接状态包括但不限于未连接状态、铰接或半刚接中的任一种。具体地，在实际建造中，该调整框架的至少一个连接节点的连接状态为第一连接状态以铰接为例的方式可为：

第一种方式：以梁柱结构为例，梁柱均为钢梁及钢柱，即，第一构件为钢梁，第二构件为钢柱，其之间的连接方式为螺栓连接，则在第一连接状态时，可将梁柱的连接节点位置处连接的螺栓先就位插入螺孔中，但先不拧紧，使得梁柱之间可发生相对转动或转动滑动，则此时，代表梁柱的连接节点处于第一连接状态。

第二种方式：同样以梁柱结构为例，梁柱为混凝土梁及混凝土柱，其之间的连接方式为混凝土浇筑连接，则在第一连接状态时，可先将梁柱连接的节点的位置处的混凝土先不浇筑，同时梁柱连接的节点的位置处的钢筋先不连接，从而梁柱之间可发生相对转动或转动滑动，则代表该梁柱的连接节点处于第一连接状态。

在本实施例中，为了适应实际建造中，框架的连接节点的最终状态通常为连接刚度较大的传统连接状态，因此，在将框架的第一构件与第二构件的连接状态调整为第一连接状态之前，可先将框架的第一构件及第二构件的连接节点先调整为传统连接状态，基于此，先计算框架在结构中实际承受的荷载，并且基于此连接刚度，确定连接刚度小于传统连接状态的第一连接状态。

因此，传统连接状态与第一连接状态为不同连接状态，传统连接状态为框架的构件的连接节点的连接刚度一次生成承受全部荷载的状态。同时，在传统连接状态下，该连接节点的连接刚度大于在第一连接状态下的该连接节点的连接刚度。

进一步地，该框架可为单层框架或多层框架。该多层框架是指框架的层数，例如框架可为两层、三层、四层或者更多层等。即，当框架为多层框架时，其既可为高层框架，也可为超高层框架。

更进一步地，当框架为多层框架时，当前层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态与其他层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态可相同或不同。例如，以框架为两层框架为例，第一层为当前层框架，第一层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态可为未连接，而第二层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态可为铰接。或者，第一层框架的的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态可为铰接，第二层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态同样也可为铰接。

但是，需要注意的是，不管多层框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态如何，始终需保证，对于同一层的第一构件与第二构件连接形成的连接节点的连接状态而言，其在传统连接状态下的节点连接刚度始终应大于其在第一连接状态下的节点连接刚度。

在本实施例中，由上述可知，该荷载可根据框架的第一构件与第二构件连接形成的连接节点在传统连接状态下进行计算得知。则，该荷载可为集中荷载和/或均布荷载。具体地，该荷载主要包括恒荷载和活荷载。其中，恒荷载包括结构自重、楼板叠合层、楼板面层等，由工程做法确定。活荷载包括人员、设备等的荷载，由工程使用功能确定。也就是说恒荷载是由工程本身产生的，活荷载是由使用者产生的。当然，在环境因素的影响下，框架还可能受到风荷载、地震荷载等动荷载的作用。在工程理论中，框架所受到的这些类型的荷载具体数值可根据工程规范中规定的公式进行计算得到。

进一步地，本实施例所指的预载是效应方向与框架所受荷载效应方向一致的荷载和/或各种作用，具体包括与框架所受荷载分布一致和/或不一致的任意荷载及作用，例如，以分布来分类的话，该预载可包括分布荷载、集中荷载、堆载、挂载中的任一种，而以施加方法分类的话，则预载可为压力、拉力、张拉、对压、对拉、支座位移、温度作用中的任意一种或任意多种的组合。

102、将框架的该至少一个连接节点的连接状态由第一连接状态调整为第二连接状态，卸除框架上的预载，以及在框架上施加荷载。

在本实施例中，第二连接状态为与第一连接状态不同的状态，且第二连接状态可与传统连接状态为相同或不同的连接状态。框架的该至少一个连接节点的连接刚度在第二连接状态时是大于其在第一连接状态时的连接刚度，且同时也大于或等于其传统连接状态时的连接刚度。第二连接状态下该至少一个连接节点的连接约束数大于或等于传统连接状态下该至少一个连接节点的连接约束数。本发明以第二连接状态与传统连接状态为相同连接状态为例。

进一步地，由上述可知，第一连接状态可为未连接、铰接或半刚接，因此，第二连接状态可为铰接、半刚接或刚接。则当第一连接状态为未连接状态时，则第二连接状态可为铰接、半刚接或刚接；当第一连接状态为铰接时，该第二连接状态可为半刚接或刚接；而当第一连接状态为半刚接时，则第二连接状态可为刚接。

即，该第一连接状态和第二连接状态包括以下几种组合(第一连接状态在前，第二连接状态在后)，以框架梁柱的连接为例：①铰接和刚接；②铰接和半刚接；③半刚接和刚接；④未连接和刚接；⑤未连接和半刚接；⑥未连接和铰接。

其中，半刚接是指介于铰接与刚接之间的部分连接状态。

由此可知，采用本发明的框架的预内力及内力计算方法，其两个不同的连接状态可根据实际施工情况调整，适用性更广。

在本实施例中，由于在框架的该至少一个连接节点处于第一连接状态时，在框架上施加了预载，因此，在卸除该框架的预载这一步骤时，可在施加该框架在第二连接状态下所要承受的荷载之前或之后进行。即，在将框架的该至少一个连接节点的连接状态由第一连接状态调整为第二连接状态后，可进行卸除该框架的预载的操作，或者是先施加该框架该至少一个连接节点在第二连接状态下所要承受的荷载之后，再进行卸除该框架的预载的操作。当然，其两者也可以同时进行。

此外，由于在框架的该至少一个连接节点的连接状态位于第一连接状态时，在框架上施加了该预载。而在框架的该至少一个连接节点的连接状态由第一连接状态调整为第二连接状态时，卸除了该预载。因此，本发明所述的在框架上卸除该预载的操作，实质上是相当于在第二连接状态时，在框架上施加了一个与预载大小相等但方向相反的荷载。以该预载为预张力为例，采用这种方式，这一施加预张力和这一卸除预张力的过程相当于预张和放张，从预张到放张，这个过程中，预张荷载完全归零，但由于两个阶段的状态不同(第一连接状态与第二连接状态不同)，因此，该框架的构件叠加储存了一定量的弯矩。

也就是说，采用本发明的方案，通过在框架处于两个不同的连接状态时分别施以预载和卸载，能够有利于框架的整体结构的弯矩消减均化。

进一步地，在实际建造中，该施加预载和卸除预载的操作可分别为：

以预载为预压力为例，该预压力的作用方向向下，则施加该预压力时，则可在框架上增加向下压的作用力，例如增加配重块，使得框架受到下压的作用力作用。基于此，在卸除该预压力时，则可通过取消该配重块，使得预压力消失即可。

在本实施例中，该荷载为q，预载为p，由于在卸除预载p时，相当于在框架上施加了与预载p大小相等，方向相反的荷载p’，因此，荷载以及预载满足以下关系式：

p+p’+q＝q； (1)

p’＝-p； (2)

即，p<μq，其中，μ为系数，且μ≤1。

也就是说，采用本发明的方案，可通过分析荷载与预载的关系，从而确定在第一连接状态下框架的内力以及在第二连接状态下框架的内力，进而对框架的内力作出分析计算。

103、基于施加的预载，计算框架在第一连接状态下的内力，以及基于卸载及施加的荷载，分别计算框架在第二连接状态下的内力，叠加第一连接状态下的内力以及第二连接状态下的内力，即可得到目标内力。

具体地，得到该目标内力的方式可为以下方式：

第一种：将框架在第一连接状态下的内力直接与框架在第二连接状态下的内力进行叠加，即可得到目标内力；

第二种：将框架在预载作用下的内力与框架在卸除预载作用下产生的内力先叠加，得到预内力，然后再将该预内力与框架在荷载作用下的内力叠加，即可得到目标内力。

结构基本理论表明，结构或构件内力分布与结构刚度分布有关。刚度大的节点、构件，其内力分布较大。刚度小的节点、构件，其内力分布较小。因此，本发明将传统框架中内力较大的节点(或支座)分阶段连接，使其第一阶段(即第一连接状态)的刚度相对于第二阶段(即第二连接状态)，也就是相对于传统刚度(通常传统刚度为第二连接状态时的刚度)有所减弱。将框架在第一阶段的状态称作状态1，在状态1承受预载，将框架的构件产生的较大节点内力转移到框架的构件的较小节点内力(例如杆端内力)。也就是说，在状态1施加的预载，可产生预载内力。在第二阶段，调整结构或构件的状态为与传统刚度相同的状态，称作状态2。在状态2，卸除预载，相当于施加一个与预载大小相等，方向相反的荷载，可称作反向预载，反向预载产生一种与传统内力弯矩方向完全相反的内力，称为卸载内力。状态1预载与状态2卸载叠加，预载卸除归零，也就是反向预载将预载抵消为零。基于不同状态下，尽管预载与卸载产生的内力(后以弯矩为例)方向相反，但大小分布完全不同，故不会完全抵消。叠加中部分抵消后剩余的弯矩，预先建立于框架的荷载施加之前，故称作预内力弯矩。

由此可知，本发明主要采用将框架的至少一端的状态分阶段生成，并根据对应的阶段施以预内力措施。其中，该预内力措施就是指：利用两个阶段连接状态不同的特点，通过在状态1施加预载，在状态2卸载(卸除该预载)来实现。预载卸载，外荷载归零，但因各自所作用的结构状态不同，各自产生的内力不同，从而使结构产生有利于消减荷载内力的预内力。

预内力措施的结果是对框架的传统内力产生消减均化作用。消减均化的程度取决于两个阶段状态不同刚度的相对比例，以及预内力措施的方法、预张力分布、大小和效率等。主要是预载大小的控制，也就是将预载控制在相当于所受荷载的一定比例，即，预载与荷载的比

以下将结合案例及图示来详细说明采用本发明的方案能够使得框架的构件受到的内力(以主要内力为弯矩为例)有所消减均化并计算得到框架的目标内力的过程。

案例一

以框架为梁柱结构，且框架为四层框架，每一层框架的构件间的连接状态相同，且第一连接状态为铰接，第二连接状态为刚接，该荷载为均布荷载，该预载为与框架所受荷载方向及分布一致的均布荷载为例来说明。

如图2所示，第一阶段：框架的构件连接节点的连接状态为铰接，即第一构件(梁)与第二构件(柱)铰接。在梁柱铰接状态下，施加适量的预载p_i，框架梁产生抛物线状分布的弯矩图，两端支座弯矩M_Aip＝M_Bip为零，跨中为较大的正弯矩M_cip。

例如，如图2所示，该框架为四层，则第一层框架在预载p₁的作用下，其两端弯矩为0，跨中产生最大弯矩为Mc₁p。第二层框架在预载p₂的作用下，其两端弯矩为0，跨中产生最大弯矩为Mc₂p。第三层框架在预载p₃的作用下，其两端弯矩为0，跨中产生最大弯矩为Mc₃p。第四层框架在预载p₄的作用下，其两端弯矩为0，跨中产生最大弯矩为Mc₄p。

结合图3及图4所示，第二阶段：框架的构件连接节点的连接状态为刚接，即第一构件与第二构件刚接。

将梁柱之间的连接由第一连接状态调整为第二连接状态，即，刚接，在第二阶段的梁柱刚接状态下，卸去先前状态下所施加的预载p_i，称为卸载。与先前状态相比，相当于施加了大小相等，方向相反的预载p_i’，即，p_i’＝-p_i，产生的弯矩正负分布相反。由于梁柱节点刚度增大为全刚度，预载与卸载产生的弯矩分布曲线是不同的。在卸载过程中，两端支座产生幅值相对较大的正弯矩M_Aip’＝M_Bip’，跨中产生幅值相对较小的负弯矩M_Cip’。从预载到卸载，这个过程中，预载力完全归零，但由于两个阶段的状态不同，梁柱构件产生的弯矩不会凭空消失，而是在构件内部储存了一定量的弯矩，称作“预内力弯矩”。预内力弯矩呈全跨正弯矩的抛物线状分布。这与传统的较大支座负弯矩互为消减，与传统较小的跨中正弯矩叠加，使传统弯矩分布得以消减均化改善。

如图3所示，该框架为四层框架，则第一层框架在预载p₁’的作用下，其两端弯矩为M_B1p’，跨中产生最大弯矩为Mc₁p’。第二层框架在预载p₂’的作用下，其两端弯矩为M_B2p’，跨中产生最大弯矩为Mc₂p’。第三层框架在预载p₃’的作用下，其两端弯矩为M_B3p’，跨中产生最大弯矩为Mc₃p’。第四层框架在预载p₄’的作用下，其两端弯矩为M_B4p’，跨中产生最大弯矩为Mc₄p’。

且由于p_i’＝-p_i，连接节点的在第二连接状态的连接刚度大于连接节点的在第一连接状态的连接刚度，则有M_B1p’＞M_B1p＝0，M_B2p’＞M_B2p＝0，M_B3p’＞M_B3p＝0，M_B4p’＞M_B4p＝0。同理，M_C1p’＜M_C1p，M_C2p’＜M_C2p，M_C3p’＜M_C3p，M_C4p’＜M_C4p。

如图4所示，进一步地，在框架上施加荷载，荷载可包括均布荷载q_i和水平荷载W_i，如风荷载、地震、土压力等。因为第二阶段荷载对应的结构状态与传统的框架的梁柱的刚接状态相同，则这部分荷载在结构中产生的弯矩未变。

即，如图4所示，框架的构件两端受到的弯矩远大于其跨中受到的弯矩。即，M_B1o＞M_C1o，M_B2o＞M_C2o，M_B3o＞M_C3o，M_B4o＞M_C4o。

利用结构理论的叠加原理，将施加预载以及卸除预载作用下的弯矩进行叠加，得到预内力，其中，两端弯矩分别为M_B1pp’，M_B2pp’，M_B3pp’，M_B4pp’，跨中弯矩分别为M_C1pp’，M_C2pp’，M_C3pp’，M_C4pp’(如图5所示)。

最后，将上述图5与图4叠加，将施加预载、卸载的预内力弯矩与施加荷载的弯矩进行叠加，得到本发明的目标弯矩(目标内力)，其支座弯矩分别为M_B1、M_B2、M_B3、M_B4，跨中弯矩为M_C1、M_C2、M_C3、M_C4。其中M_B1＜M_B1o，M_B2＜M_B2o，M_B3＜M_B3o，M_B4＜M_B4o，M_C1≈M_B1，M_C2≈M_B2，M_C3≈M_B3，M_C4≈M_B4。其相较于传统的框架的弯矩更加均化，受力更加均匀(如图6所示)。

案例二：

结合图7至图11所示，以框架为两层框架，分别为第一层为楼层，第二层为屋面层为例，其中，楼层为铰接刚接，屋面层为半刚接刚接，承受均布荷载，预载为预张力荷载为例。

如图7所示，第一阶段，对于楼层梁，在梁柱铰接状态下，施加适量的向下预张力P₁，楼层梁产生折线状分布的弯矩图，两端支座弯矩M_A1P＝M_B1P为零，跨中为较大的正弯矩M_C1P。

对于屋面梁，在梁柱半刚接状态下，施加适量的向下预张力P₂，屋面梁产生折线状分布的弯矩图，两端支座为一定量的负弯矩M_A2P＝M_B2P，跨中为一定量的正弯矩M_C2P。

结合图8所示，第二阶段，无论楼层、屋面层，梁柱连接均由铰接调整为与比较对象(即传统梁柱刚接)相同的刚接状态。在第二阶段的梁柱刚接状态下，对于楼层梁柱以及屋面梁柱，均卸去先前状态下所施加的预张力荷载P₁、P₂，称作“放张”。与先前状态相比，相当于施加了大小相等，方向相反的预张力P₁’、P₂’，产生的弯矩正负分布相反。由于梁柱节点刚度增大为全刚度，预张与放张产生的弯矩分布曲线是不同的。放张(即卸除预张力荷载)过程中，梁两端支座产生幅值相对较大的正弯矩M_A1P’＝M_B1P’、M_A2P’＝M_B2P’，跨中产生幅值相对较小的负弯矩M_C1P’、M_C2P’。从预张到放张，这个过程中，预张荷载完全归零，但由于两个阶段的状态不同，梁柱构件产生的弯矩不可能消失，而在构件内部储存了一定量的弯矩，称作预内力弯矩。此时，梁的预内力弯矩呈全跨正弯矩折线状分布。

参见图9，在第二阶段的梁柱刚接状态下，在楼层梁柱和屋面梁柱上施加荷载，荷载包括施加在楼层梁柱上的竖向均布荷载q₁、以及施加在屋面层梁柱上的竖向均布荷载q₂，以及施加在楼层梁柱上的水平荷载W₁及施加在屋面层梁柱上的水平荷载W₂，水平荷载可包括如风荷载、地震、土压力等。因为第二阶段荷载时的结构状态就是与比较对象相同的梁柱刚接状态，这部分荷载在结构中产生的弯矩未变。

利用结构基础理论的叠加原理，将施加预张力的弯矩图与卸除预张力的弯矩图叠加，得到本发明在预张式预内力措施作用下的框架的预内力弯矩图(如图10所示)，以及，将框架在荷载作用下的弯矩与本发明的预张式预内力弯矩叠加，得到本发明的目标弯矩，该目标弯矩相较于传统的仅施加荷载的弯矩更为消减均化，且峰值锐减(如图11所示)，从图11可知，框架的两端弯矩M_B1＜M_B1o，M_B2＜M_B2o，跨中弯矩M_C1≈M_B1，M_C2≈M_B2。

案例三

以框架为梁柱结构且为四层框架，每一层框架的构件间的连接状态均为铰接刚接。承受均布荷载，预载为预张式荷载为例进行说明。

具体地，将上述案例一中的预载调整为预张式荷载，就是本发明的案例三的方案。

本发明案例三的推导过程类似于案例一，这里不再详细论证赘述。

案例四

以框架为梁柱结构且为两层框架，第一层为楼层，第二层为屋面层，其中，楼层的梁柱状态为铰接刚接，而屋面层的梁柱状态为半刚接刚接。承受均布荷载，预载为与结构实际所受荷载方向及分布一致的预荷载为例进行说明。

具体地，对于案例四而言，只是将上述案例二中的预张式荷载改为与所受荷载分布相同的预载，即可得到本案例的方案，这里不再详细论证赘述。

由上述案例一至案例四可知，采用本发明的框架的预内力及其计算方法，只要将框架的构件连接节点的连接状态分为两个不同的连接状态，由于两个阶段的结构刚度不同，从第一阶段刚度调整为第二阶段刚度，相当于从第一阶段向第二阶段进行了调刚，这样，只要两个阶段采取的预内力措施比较理想时，即可取得比较理想的梁端正负弯矩幅值，使得框架柱端弯矩也会相应减小。

不难想象，梁柱结构，如多层多跨、高层框架，也包括部分框架，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。只要梁柱节点可以分成铰接与刚接，或半刚接与刚接，亦或未连接与半刚接或刚接的两个阶段，都可以采用本预内力技术对于结构弯矩予以均化，从而无需增大框架的构件的截面，使得框架的结构设计更加合理。

应该得知的是，本发明的框架的预内力及其计算方法不仅可适用于新建工程，也可适用于既有改造工程。具体地，在应用于新建工程时，可先模拟分析计算得到该框架承受的总荷载和预内力，再分阶段进行施加。

本发明实施例提供的框架的预内力及其计算方法，主要是通过将框架的构件的连接状态分阶段生成，同时分阶段施加预载及卸除预载，从而可实现有效减小框架的构件两端与构件中部的正负弯矩的较大幅值及幅差，进而有利于提高框架的受力性能和经济性，为框架的结构方案可行性提供了方向。

以上对本发明实施例公开的一种框架的预内力及其计算方法进行了详细介绍，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 (6)

1.一种框架的预内力及其计算方法，其特征在于，所述框架包括第一构件和与所述第一构件连接形成连接节点的第二构件，所述方法包括

调整所述框架的至少一个连接节点的连接状态为第一连接状态，在所述框架上施加预载；

将所述框架的所述至少一个连接节点的连接状态由所述第一连接状态调整为第二连接状态，卸除所述框架上的所述预载，以及在所述框架上施加荷载；

基于所述预载，计算所述框架在所述第一连接状态下的内力，以及基于卸除所述预载及施加的所述荷载，分别计算所述框架在所述第二连接状态下的内力，叠加所述框架在所述第一连接状态下和所述第二连接状态下的内力，得到所述框架的目标内力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二连接状态下，所述框架的该所述至少一个连接节点的连接刚度大于在所述第一连接状态下该所述框架的该所述至少一个连接节点的连接刚度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述框架为单层框架或多层框架，且所述框架为多层框架时，当前层框架的所述第一构件与第二构件形成的连接节点的连接刚度与其他层框架的第一构件与第二构件形成的连接节点的连接刚度相同或不同。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一连接状态为未连接状态、铰接或半刚接中的任一种，所述第二连接状态为半刚接、刚接或铰接中的任一种。

5.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述荷载为集中荷载和/或分布荷载，所述预载为效应方向与所述荷载效应方向一致的荷载和/或作用，包括分布荷载、集中荷载、挂载、压力、拉力、张拉、对压、对拉、支座位移以及温度作用中的任意一种或任意多种的组合。

6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述框架为梁柱结构、墙梁结构或墙板结构。

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