专利名称：改进分层法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑结构中框架结构在竖向荷载作用下的内力计算新方法，尤其是指一种改进分层法。
背景技术：
目前，框架结构在竖向荷载作用下的近似内力计算方法，广泛采用的是分层法，在各种经典的建筑结构内力分析的教科书及专业资料中均有详细介绍，是建筑结构方案分析阶段以及土木工程专业学生在毕业设计中内力分析的常用方法。其理论依据是通常多层及高层、多跨框架结构在竖向荷载作用下的侧移是不大的，可近似地按无侧移框架进行分析，而且当某层梁上作用有竖向荷载时，假定它只对本楼层的梁以及与本层梁相连的框架柱产生内力，而对其他楼层的框架梁和隔层的框架柱都不产生内力。因此，框架结构的计算单元可取成多个开口刚架单元按弯矩分配法进行内力分析，然后再按照叠加原理求出原框架结构的内力。尽管作了一些假定简化了框架的内力计算，如按图1中的框架结构计算简图，通过传统的分层法计算需考虑弯矩的传递、柱相应部位弯矩的叠加、不平衡弯矩的二次分配，得到如图2所示的用分层法计算的框架在恒荷载下的弯矩图，由此可见传统的分层法计算非常繁琐，给多、高层框架结构的内力分析造成困难，也容易造成错误。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种改进分层法，本发明概念清晰，简明快捷，计算精度得到提高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种改进分层法，包括如下步骤(1)各分层计算模型中的柱取至弯矩为零的反弯点处，因为柱端弯矩不再往此点传递；(2)各层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(2ic)，底层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(1.5ic)，式中的ic为柱的线刚度，梁的转动刚度，当远端为固定端时，为S＝4ib，当远端为定向滑动支座时，为S＝ib，式中ib为梁的线刚度；(3)计算分配系数μ、梁端固端弯矩、分配、传递，最后对各节点求和。
所述反弯点包括各层柱的反弯点和底层柱的反弯点。
所述的各层柱的反弯点在层高中点处，所述的底层柱的反弯点在距柱底1/3层高处。
本发明的有益效果为当采用本发明的改进分层法后，可省去传统分层法中的繁琐的柱远端弯矩传递、叠加和节点不平衡弯矩二次分配，对分层计算简图的内力计算结果，就是框架结构的内力结果，即改进分层法中分层计算的结果就是最终的内力，从而达到简化内力计算的目的。该方法简单明了，是一种更加快捷且概念清晰的改进分层法。特别是应用在工程中方案设计阶段，学生在学习理论阶段。对如图1所示的计算简图通过用传统的分层法、改进分层法与计算机软件计算进行对比分析，精度分析见表1和表2，经分析比较可知改进分层法计算的精度远远高于传统的分层法，误差基本上在5％以下。
图1是采用的框架结构计算简图(图中数字为线刚度，单位×10-4Em3)；图2是现有的将图1的框架结构计算简图用分层法计算的框架在恒荷载下的弯矩图(单位kN·m)；图3是本发明将图1的框架结构计算简图用改进分层法计算过程简图；图4是本发明将图1的框架结构计算简图用改进分层法计算的框架在恒荷载下的弯矩图(单位kN·m)。
具体实施例方式
按图1中的框架结构计算简图，用本发明的改进分层法来计算弯矩首先各分层计算模型中的柱取至弯矩为零的反弯点处，反弯点包括各层柱的反弯点，底层柱的反弯点，各层柱的反弯点在层高中点处，底层柱的反弯点在距柱底1/3层高处。因为柱端弯矩不再往此点传递；然后各层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(2ic)；底层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(1.5ic)，式中的ic为柱的线刚度，梁的转动刚度，当远端为固定端时，为S＝4ib，当远端为定向滑动支座时，为S＝ib，ib为梁的线刚度，如图1所示，AB和CD之间，由底层往上数第一根柱的转动刚度S＝3×(1.5×5.30)＝23.85，由底层往上数第二根至第六根柱的转动刚度相等，均为S＝3×(2×7.12)＝42.72，由底层往上数第一根至第六根梁的转动刚度S＝4×8.68＝34.72；BC之间，由底层往上数第一根柱的转动刚度S＝3×(1.5×5.30)＝23.85，由底层往上数第二根至第六根柱的转动刚度相等，均为S＝3×(2×7.12)＝42.72，由底层往上数第一根至第六根梁的转动刚度S＝2×10.67＝21.34这是因为计算时利用了结构的对称性，中间跨取其一半计算，故此处在计算S时线刚度乘2，按照此法算出各层的柱和梁的S值。
(3)计算分配系数μ，μAnA(n-1)＝SAnA(n-1)/(SAnA(n-1)+SAnA(n+1)+SAnBm)，μAnBm＝SAnBm/(SAnA(n-1)+SAnA(n+1)+SAnBm)；A是指对应图1中的A柱，AB是指对应图1中的AB梁，n是指从建筑物底层往上数第n根柱，0是指柱脚，m是指从建筑物底层往上数第m根梁。
计算A、D柱的第五根柱的μA5A4＝SA5A4/(SA5A4+SA5A6+SA5B5)＝42.72/(42.72+42.72+34.72)＝0.356；计算AB之间的梁，以B为铰支座时(AB)，第五根梁的μA5B5＝SA5B5/(SA5A4+SA5A6+SA5B5)＝34.72/(42.72+42.72+34.72)＝0.289；计算以A为铰支座时(BA)第五根梁的μB5A5＝SB5A5/(SB5B4+SB5B6+SB5A5+SB5C5)＝34.72/(42.72+42.72+34.72+21.34)＝0.245；计算以B柱的第五根柱的μB5B4＝SB5B4/(SB5B4+SB5B6+SA5B5+SB5C5)＝42.72/(42.72+42.72+34.72+21.34)＝0.302；计算BC之间的梁，以C为铰支座时(BC)，第五根梁的μB5C5＝SB5C5/(SB5B4+SB5B6+SB5A5+SB5C5)＝21.34/(42.72+42.72+34.72+21.34)＝0.151；按此法依次算出所有柱跟梁的分配系数μ，如图3所示，进行两次分配后求和得如表1、表2所示的弯矩，然后绘制成如图4所示的弯矩图，完成近似内力计算。
表1 梁端弯矩(单位kN·m)计算结果对比
说明A、B、C、D分别为柱列；0指柱脚，1指层1，2指层2，......，6指层6。表2与此相同。
表2 柱端弯矩(单位kN·m)计算结果对比
权利要求
1.一种改进分层法，其特征在于包括如下步骤，(1)各分层计算模型中的柱取至弯矩为零的反弯点处；(2)各层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(2ic)，底层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(1.5ic)，式中的ic为柱的线刚度；(3)计算分配系数μ、梁端固端弯矩、分配、传递，最后对各节点求和。
2.如权利要求1所述的改进分层法，其特征在于所述反弯点包括各层柱的反弯点，底层柱的反弯点。
3.如权利要求1所述的改进分层法，其特征在于所述的各层柱的反弯点在层高中点处，所述的底层柱的反弯点在距柱底1/3层高处。
全文摘要
本发明公开一种改进分层法，包括如下步骤，各分层计算模型中的柱取至弯矩为零的反弯点处；各层柱视其远端为铰支座，取其转动刚度为S＝3×(2i
文档编号E04B1/19GK101074570SQ20071006943
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者杨旭东 申请人:绍兴文理学院