【文章內(nèi)容簡介】 荷載及地震作用的大小。一、 荷載計(jì)算作用在框架結(jié)構(gòu)上的荷載通常為恒載和活荷載。恒載包括結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)表面的粉灰重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力等?；詈奢d包括樓面和屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、安裝荷載等。下面介紹幾種主要荷載計(jì)算方法：（一） 恒載恒載的標(biāo)準(zhǔn)值可按設(shè)計(jì)尺寸與材料自重標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。對于某些重梁變異較大的材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如現(xiàn)場制作的保溫材料、混凝土薄壁構(gòu)件等），自重的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)對結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)通過結(jié)構(gòu)可靠度分析，取其概率分布的某一分位數(shù)確定。（二） 樓面和屋面活荷載1．民用建筑樓面均布活荷載（1）民用建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其準(zhǔn)永久系數(shù)?！朵摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ391）補(bǔ)充了民用建筑樓面均布活荷載取值。（2）設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值在某些情況下應(yīng)乘以規(guī)定的折減系數(shù)。（3）高層建筑結(jié)構(gòu)的活荷載在計(jì)算內(nèi)力時(shí)可不作最不利布置。2．工業(yè)建筑樓面活荷載（1）工業(yè)建筑樓面在生產(chǎn)使用或安裝檢修時(shí)，由設(shè)備、管道、運(yùn)輸工具及可能拆移的隔墻產(chǎn)生的局部荷載，均應(yīng)按實(shí)際情況考慮，可采用等效均布活荷載代替。（2）工業(yè)建筑樓面（包括工作平臺）上無設(shè)備區(qū)域的操作荷載，包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷載考慮。生產(chǎn)車間的樓梯活荷載，可按實(shí)際情況采用。3．屋面均布活荷載工業(yè)與民用房屋的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載。屋面均布活荷載，不應(yīng)與雪荷載同時(shí)考慮。（三）雪荷載屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算： （12）式中 ——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，；——屋面積雪分布系數(shù)；——基本雪壓。（四）風(fēng)荷載垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算： （13）式中 ——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，； ——高度處的分振系數(shù)；——風(fēng)荷載體型系數(shù)，高層建筑的風(fēng)荷載體型系數(shù)；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；——基本風(fēng)壓。，取。， 按下式計(jì)算： （14）式中 ——脈動增大系數(shù)； ——脈動影響系數(shù)； ——振型系數(shù)。對于高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，；對于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)。二、地震作用計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的地震作用，應(yīng)按下列方法計(jì)算：（1）高度不超過40m，其質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時(shí)，可采用底部剪力法等簡化方法計(jì)算。采用底部剪力法時(shí)，各樓層可僅考慮一個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定： （15） (16) (17)式中 ——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； ——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值，多層砌體房屋、底層框架和多層內(nèi)框架磚房，可取水平地震影響系數(shù)最大值；——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點(diǎn)應(yīng)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點(diǎn)可取總重力荷載代表值的85%；——質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；、——分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的重力荷載代表值；、——分別為質(zhì)點(diǎn)、的計(jì)算高度；——頂部附加地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土房屋可按表6采用，其它房屋可不考慮；——頂部附加水平地震作用。計(jì)算地震作用時(shí)，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)，應(yīng)根據(jù)近震、遠(yuǎn)震，場地類別和結(jié)構(gòu)自振周期，其下限不應(yīng)小于最大值的20%；截面抗震驗(yàn)算時(shí)，水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)規(guī)范采用。 結(jié)構(gòu)自振周期可根據(jù)理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)公式確定。按理論計(jì)算確定自振周期時(shí)，應(yīng)采用與結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和彈性剛度，并應(yīng)考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等的影響對計(jì)算結(jié)果予以適當(dāng)折減；按經(jīng)驗(yàn)公式確定基本自振周期時(shí)，應(yīng)符合相慶的適用條件。采用底部剪力法時(shí)，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù)3，此增大部分不應(yīng)往下傳遞；采用振型分解法時(shí)，突出屋面部分可作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。(2) 高度超過40m或質(zhì)量剛度沿高度分布不均勻時(shí)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法。 采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，不考慮扭轉(zhuǎn)影響的結(jié)構(gòu)，可按下列規(guī)定計(jì)算地震作用： 結(jié)構(gòu)振型質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式確定： () (18) (19)式中 —振型質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；—相應(yīng)于振型自振周期的地震影響系數(shù)；—振型質(zhì)點(diǎn)的水平相對位移；—振型的參與系數(shù)?？紤]扭轉(zhuǎn)影響的結(jié)構(gòu)，各樓層可取兩個(gè)正交水平移動和一個(gè)轉(zhuǎn)角共三個(gè)自由度，按下列振型分解法計(jì)算地震作用。振型層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式確定： (20)式中 —分別為振型層的方向、方向和轉(zhuǎn)角方向的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；—分別為振型層質(zhì)心在方向、方向的水平相對位移；—振型層的相對扭轉(zhuǎn)角；—層轉(zhuǎn)動半徑，可取層繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量除以該層質(zhì)量的商的正二次方根；—考慮扭轉(zhuǎn)的振型參與系數(shù)，可按列公式確定：當(dāng)僅考慮方向地震時(shí) (21)當(dāng)僅考慮方向地震時(shí) (22) (3) 特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和規(guī)范所列高度范圍的高層建筑，宜采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。采用時(shí)程分析法時(shí)，宜按烈度、近震、遠(yuǎn)震和場地類別選用適當(dāng)數(shù)量的實(shí)際記錄或人工模擬的加速度時(shí)程曲線，得到的底部剪力不應(yīng)小于按底部剪力法或按振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列公式確定；樓層的豎向地震作用效應(yīng)，可按各構(gòu)件承受的重力荷載代表值的比例分配。 (23) (24)式中 —結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；—質(zhì)點(diǎn)的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；—豎向地震影響系數(shù)的最大值，可取水平地震影響系數(shù)最大值的65%；—結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，可取其重力荷載代表值的75%。 內(nèi)力計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算可分為豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算和水平荷載（作用）下的內(nèi)力計(jì)算。豎向荷載包括恒載、樓面和屋面活荷載、雪荷載、施工荷載等。水平作用指風(fēng)荷數(shù)，在抗震設(shè)計(jì)中還包括地震作用。一、豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算 (一)樓面荷載分配原則 進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算之前，先要將樓面上的豎向荷載分配給支承它的結(jié)構(gòu)。 樓面荷載的分配與樓蓋的構(gòu)造有關(guān)。當(dāng)采用裝配式或裝配整體式樓蓋時(shí)，板上荷載通過預(yù)制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)。如果采用現(xiàn)澆樓蓋時(shí)，樓面上的恒載和活荷載根據(jù)每個(gè)區(qū)格板兩個(gè)方向的邊長之比，沿單向或雙向傳遞。區(qū)格板邊邊長與短邊邊長之比大于2時(shí)沿單向傳遞，小于或等于2時(shí)沿雙向傳遞。 當(dāng)板上荷載沿雙向傳遞時(shí)，可以按雙向板樓蓋中的荷載分析原則，從每個(gè)區(qū)格板的四個(gè)角點(diǎn)作45176。線將板劃成四塊，每個(gè)分塊上的恒載和活荷載向與之相鄰的支承結(jié)構(gòu)上下傳遞。此時(shí)，由板傳遞給框架梁上的荷載為三角形或梯形。為了簡化框架內(nèi)力計(jì)算起見。 (二)豎向活荷載最不利布置作用在框架結(jié)構(gòu)上的豎向荷載有恒載與活荷載。恒載的大小和位置是不變的，因而不存在最不利布置問題，可以將所有恒載滿布在框架上一次計(jì)算?；詈奢d的大小和位置是變化的，由于它的作用位置不同，框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同截面或同一截面不同類型的內(nèi)力將發(fā)生改變，因此，要將其進(jìn)行最不利布置，以求得控制截面上的最大內(nèi)力?！朵摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ391）允許高層建筑結(jié)構(gòu)的活荷載在計(jì)算內(nèi)力時(shí)可不作最不利布置，對多層建筑結(jié)構(gòu)則應(yīng)考慮活荷載的最不利布置問題。活荷載通常有以下幾種最不利布置方法： 1. 逐跨布置法 即將樓面和屋面活荷載逐跨單獨(dú)地作用在各跨上，分別算出其內(nèi)力，然后再針對各按制截面去組合其可能出現(xiàn)的最大內(nèi)力。此法繁瑣，不適合手算。 2. 最不利荷載布置法為求某一指定截面的最不利內(nèi)力，可以根據(jù)影響線方法，直接確定產(chǎn)生此最不利內(nèi)力的活荷載布置。以圖 (a)的四層跨框架為例。欲求某跨梁AB的跨中C截面最大正彎矩的活荷載最不利布置，可先作的影響線，即解除相應(yīng)的約束（將C點(diǎn)改為鉸），代之以正向約束力，使結(jié)構(gòu)沿約束力的正向產(chǎn)生單位虛位移，由此可得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的虛位移圖，如圖11(b)所示。根據(jù)虛位移原理，為求梁AB跨中最大正彎矩，則須在圖11(b)中，凡產(chǎn)生正向虛位移的跨間均布置活荷載。亦即除該跨必須布置活荷載外，其他各跨應(yīng)相應(yīng)布置，同時(shí)在豎向亦相間布置，形成棋盤形間隔布置，如圖11(c)所示。可以看出，當(dāng)AB跨達(dá)到跨中彎矩最大時(shí)的活荷載最不利布置，也正好使其他布置活荷載跨中彎矩達(dá)到最大值。因此，只要進(jìn)行兩次棋盤形活荷載布置，便可求得整個(gè)框架中所有梁的跨中最大正彎矩。梁端取最大負(fù)彎矩或柱端最大彎矩的活荷載量不利布置，亦可用影響線方法得到，但對于各跨各層梁柱線剛度均不一致的多層跨框架結(jié)構(gòu)，要準(zhǔn)確地作出其影響是十分困難的。柱最大軸向力的活荷載最不利布置，是在該柱以上的各層中，與該柱相鄰的梁跨內(nèi)都布滿活荷載。此法用手算方法進(jìn)行計(jì)算也很困難。3. 分層布置法或分跨布置法 為了簡化計(jì)算，可近似地將活荷載一層作一次布置，有多少層便布置多少次；或一跨作一次地布置，有多秒跨便布置多少次，分別進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行最不利內(nèi)力組合。 4. 滿布荷載法當(dāng)活荷載與恒載的比值不大于1時(shí)，可不考慮活荷載的最不利布置，而把活荷載時(shí)作用于所有的框架上，這樣求得的內(nèi)力在支座處與按最不利荷載位置法求得的內(nèi)力極為相近，可直接進(jìn)行內(nèi)力組合。但求得的梁的跨中彎矩卻比最不利荷載位置法的計(jì)算結(jié)果要小，～。(三)豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算方法 當(dāng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，框架結(jié)構(gòu)宜按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算其內(nèi)力與變形。當(dāng)采用手算方法計(jì)算時(shí)，框架結(jié)構(gòu)可沿兩個(gè)正交主軸劃分為若干個(gè)平面結(jié)構(gòu)計(jì)算其內(nèi)力與變形。當(dāng)框架的間距相等，外形尺寸與荷載大小相同時(shí)，可取出其中一榀框架進(jìn)行計(jì)算。圖12的結(jié)構(gòu)平面布置中，框架的間距相等、外形尺寸與荷載大小也相同，因此，可取出其中任何一榀進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)取出某一框架進(jìn)行計(jì)算時(shí)，該框架所承受的荷載為圖中陰影范圍內(nèi)的各種荷載。 下面介紹幾種常用的手算方法。1. 分層法 (1) 分層法 1) 在豎向荷載作用下，框架側(cè)移小，因而忽略不計(jì)。 2) 每層梁上的荷載對其它各層梁的影響很小，可以忽略不計(jì)。因此，每層梁上的荷載只在該層梁及與該層梁相聯(lián)的柱上分配和傳遞。根據(jù)上述假定，圖13(a)所示的三層框架可簡化成三個(gè)只帶一層橫梁的框架進(jìn)行分析，分別計(jì)算，然后將內(nèi)力迭加。單元之間內(nèi)力不相互傳遞。 (2) 注意事項(xiàng) 1) 采用分層法計(jì)算時(shí)，假定上、下柱的遠(yuǎn)端為固定時(shí)與實(shí)際情況有出入，因此，除底層外，且其傳遞系數(shù)由改為（圖12） 2) 分層法計(jì)算的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎矩為與各柱相連的兩層計(jì)算彎矩迭加。 若節(jié)點(diǎn)彎矩不平衡，可將節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩再進(jìn)行一次分配。 3) 在內(nèi)力與位移計(jì)算時(shí)，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度。 4) 在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布而對梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)幅系數(shù)為：現(xiàn)澆框架：～裝配式框架：～ 5) 梁端負(fù)彎矩減小后，應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào)幅后的跨中彎矩。梁跨中正彎矩至少應(yīng)取按簡支梁計(jì)算的跨中彎矩之半。如為均布荷載，則 (25) 6) 豎向荷載產(chǎn)生的梁彎矩應(yīng)先進(jìn)行調(diào)幅。再與風(fēng)荷載和水平地震作用產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行組合。 2. 迭代法 (1) 不考慮框架側(cè)移時(shí) 在垂直荷載作用下，如側(cè)移可忽略不計(jì)時(shí)，可按下列進(jìn)行步驟進(jìn)行計(jì)算： 1) 繪出結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上繪兩個(gè)方框。 2) 計(jì)算匯交于每一節(jié)點(diǎn)各桿的轉(zhuǎn)角分配系數(shù)。 (26)并檢查是否滿足，以作校核。當(dāng)框架中出現(xiàn)鉸接情況及利用對稱性時(shí)，要注意對有關(guān)桿件的線剛度進(jìn)行修正，如當(dāng)一端為鉸接時(shí)，乘以3/4的修正系數(shù)。3) 計(jì)算荷載作用下各桿端產(chǎn)生的固端彎矩，并寫在相應(yīng)的各桿端上，求出匯交于每一節(jié)點(diǎn)的各桿固端彎矩之和，把它寫在該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)框中。4）按下式計(jì)算每一桿件的近端轉(zhuǎn)角彎矩即 (26)式中，為匯交于節(jié)點(diǎn)各桿的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)角彎矩之和，最初可假定為零。按上式進(jìn)行演算時(shí)，可選擇任意節(jié)點(diǎn)開始（一般從不平衡彎矩較大的節(jié)點(diǎn)開始）循環(huán)若干輪，直至全部節(jié)點(diǎn)上的彎矩值達(dá)到要求的精度為止。每次算得的值記在相應(yīng)的桿端處。 5) 按下式計(jì)算每一桿端的最后彎矩值，即 (28)或 (29) 6) 根據(jù)算得的各桿端彎矩值，作最后的彎矩圖并求得相慶的剪力圖和軸力圖。 (2) 考慮框架側(cè)移時(shí)