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框架柱反弯点法计算

1. 反弯点法的假定及适用范围

①假定各柱上下端都不发生角位移,即梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大;

如果框架横梁刚度为无穷大,在水平力的作用下,框架节点将只有侧移而没有转角。

梁、柱的线刚度之比大于3时,柱子端部的转角就很小,此时忽略节点转角的存在,对框架内力计算影响不大。

反弯点法的适用范围为框架梁、柱的线刚度之比应不小于3。当梁刚度无限大时,水平荷载作用下框架的变形情况:

节点转角为0,各节点水平位移相同。

图1 水平荷载作用下框架的变形

图2 节点转角为0,各节点水平位移相同

②假定底层柱子的反弯点位于柱子高度的2/3处,其余各层柱反弯点位于柱中。

当柱子端部转角为零时,反弯点的位置应该位于柱子高度的中间。

实际结构中,尽管梁、柱的线刚度之比大于3,在水平力的作用下,节点仍然存在转角,那么反弯点的位置就不在柱子中间。

尤其是底层柱子,由于柱子下端为嵌固,无转角,当上端有转角时,反弯点必然向上移,故底层柱子的反弯点取在2/3处。反弯点远离刚度大的下端。

上部各层,当节点转角接近时,节点刚度差不多,柱子反弯点基本在柱子中间。


2. 框架结构在水平荷载作用下受力特点

框架所承受的水平荷载主要是风荷载和水平地震作用,它们都可以转化成作用在框架节点上的集中力

(1)各杆件的弯矩图均为直线,一般情况下每根杆件都有一个弯矩为零的点,称为反弯点;

(2)所有杆件的最大弯矩均在杆件两端。

反弯点处将柱子切开,切断点处的内力将只有剪力和轴力,弯矩为0

如果知道反弯点的位置和柱子的抗侧移刚度,即可求得各柱的剪力,从而求得框架各杆件的内力,反弯点法即由此而来。

由此可见,反弯点法关键是反弯点的位置确定柱子抗推刚度的确定


3. 反弯点法计算步骤

(1)计算各柱的侧移刚度,把该层总剪力分配到各柱

柱子的抗侧移刚度:柱端产生相对单位位移时,在柱子内产生的剪力

柱子端部无转角时,柱子的抗侧移刚度:


(2)求柱端弯矩

底层柱和其他柱:

(3)根据节点平衡求梁端弯矩

梁端弯矩按节点平衡及线刚度比得到。

边节点:


 边节点

中节点:按线刚度比进行分配。


 中间节点

(4)求两端剪力


剪力求解

(5)求柱内轴向力

自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力。

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