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节点刚域设置对结构的影响

节点刚域设置对结构的影响

发布日期:2019-10-15 编辑: 点击:


某框架结构考虑刚域与不考虑刚域各项值对比


弯矩


考虑刚域

不考虑刚域

梁1左端

-491

-507

梁1跨中

239

260

梁1右端

-503

-516

梁2左端

-498

-512

梁2跨中

230

253

梁2右端

-491

-506

柱1上端

186

178.1

柱1下端

94.4

88.2

剪力

梁1左端

298

292

梁1右端

-304

-297

梁2左端

297

292

梁2右端

-300

-294

层位移角

X方向

1/1123

1/1051

Y方向

1/1331

1/1248

自振周期

T1/s

0.8512

0.9034










计算结果对比

1、考虑刚域时梁跨中与支座处的内力较不考虑刚域时都减小;

2、考虑刚域时的梁端剪力有略微增大;

3、考虑刚域时的柱端弯矩有所增大;

3、考虑刚域时自振周期减小5%-7%之间,层位移角减小7%-10%;


相关规范

1、《混规》5.2.2条2:梁、柱等杆件的计算跨度或计算高度可按其两端支承长度的中心距或净距确定,并应根据支承节点的连接刚度或支承反力的位置加以修正;

2、《混规》5.2.2条文说明:当钢筋混凝土梁柱构件截面尺寸相对较大时,梁柱交汇点会形成相对的刚性节点区域。刚域尺寸的合理确定,会在一定程度上影响结构整体分析的精度。

3、《高规》5.3.4:在结构整体计算中,宜考虑框架或壁式框架梁、柱节点区的刚域影响,梁端截面弯矩可取刚域端截面的弯矩计算值。


分析

1、考虑刚域符合结构实际受力状态,不考虑刚域时梁端弯矩取柱中心位置值,显然与实际情况不符。考虑刚域之后结构的整体刚度增加,地震作用增大,在多遇地震下的周期减小,层间位移减小,与结构实际地震反应比较接近。在建筑层高受限的情况下,考虑刚域作用时可减小梁的计算跨度,可减小梁的高跨比。


2、考虑全节点长度作为刚域,较不考虑刚域的模型,在能力耗散上高出约30%;不同荷载阶段应该采用不同长度的刚域,并且在开裂形成塑性铰之后,不考虑刚域的影响。


3、对于异形柱结构、即有框架柱又有异形柱的结构,此类结构在计算模型的共同点是梁、柱取截面几何中心线连线作为轴线,从而忽略了梁柱重叠区的刚度变化。


4、SATWE在处理竖向荷载时,将梁全长的竖向分布荷载折算到弹性梁段(刚域之间的梁段)上,使得计算荷载大于原荷载,且对于梁柱重叠区域的构件自重不予扣除,就此点而言,其计算方式略为保守。SATWE未采用柱边的位置作为梁端控制截面,而是偏于保守的采用刚域末端处(规范规定可根据柱边弯矩进行设计),因此竖向荷载作用下输出的梁端弯矩尚有一定富余。


5、在考虑了柱刚域时,大部分柱的弯矩会增大,一小部分柱的弯矩会减小,这是由于柱刚域长度取值与梁高、宽有关,各个柱刚域长度不一导致内力变化不一样。


6、在实际工程中,当梁柱截面均较小时,梁柱节点刚域对结构整体指标影响很小,但当柱截面比较大、梁高比较大时,刚域对结构整体指标影响将会大于10%; 当梁截面尺寸相对柱截面比较大时,仅考虑柱刚域意义不大,因此实际工程中宜同时考虑梁端简化为刚域及柱端简化为刚域。


7、梁柱高宽比小于1.4时,应考虑刚域的影响,此时弯矩调幅不一定能保证构件先于节点破坏,梁跨中弯矩还有安全储备量,弯矩调幅会带来浪费。


结论

在整体计算时,宜同时考虑梁、柱刚域的影响;配筋计算时仅考虑梁刚域的影响,有利于实现强柱弱梁。

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