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土木工程毕业设计第六章竖向荷载(恒载活载)作用下框架内力计算讲解

6.1框架内力计算的基本概念

(1)框架内力计算是土木工程中一项至关重要的工作，它涉及到对结构在受到各种荷载作用下的内部受力状态进行分析。这一过程不仅包括对结构强度、稳定性和刚度的评估，还涵盖了结构在长期使用过程中可能出现的变形和裂缝问题。在框架结构中，内力主要包括弯矩、剪力和轴力，这些内力的计算对于确保结构的安全和功能至关重要。

(2)框架内力计算的基本概念涵盖了荷载的分类、作用位置和传递方式。荷载可以分为恒载和活载，恒载是指结构自重、固定设备重量等长期存在的荷载，而活载则是指风荷载、雪荷载、地震作用等短期存在的荷载。在计算框架内力时，需要根据荷载的性质和大小，确定其作用位置，并分析荷载在结构中的传递路径。此外，还需要考虑荷载的分布规律，如均匀分布、集中分布或线性分布等。

(3)框架内力计算的方法主要包括结构力学中的静力平衡方程和材料力学中的截面性质分析。静力平衡方程用于求解结构在荷载作用下的内力分布，而截面性质分析则用于确定截面在受力时的承载能力。在实际计算过程中，还需要考虑结构的几何形状、材料特性以及连接方式等因素。通过这些基本概念的掌握，工程师可以准确地计算出框架结构在竖向荷载作用下的内力，为结构设计和施工提供可靠的数据支持。

6.2竖向荷载的确定

(1)竖向荷载的确定是框架结构设计中的一项基础工作，它直接关系到结构的安全性和经济性。竖向荷载主要包括恒载和活载两部分，恒载通常包括结构自重、非活动设备的重量以及装修层的荷载等，而活载则涉及可变荷载，如使用荷载、风荷载、雪荷载等。在确定竖向荷载时，首先要对结构的所有组成部分进行详细的荷载计算，确保计算的准确性。

(2)恒载的确定相对较为直接，通常可以通过查阅相关设计规范和材料手册，结合结构的具体尺寸和材料属性进行计算。然而，活载的确定则更为复杂，它不仅受到使用功能、使用频率等因素的影响，还需要考虑环境因素，如气候条件、地震烈度等。在设计过程中，工程师需要综合考虑这些因素，采用适当的计算方法，确保活载的取值符合实际使用需求。

(3)在确定竖向荷载时，还需注意荷载的分布规律和传递路径。荷载的分布可以是均匀的，也可以是非均匀的，这取决于荷载作用的位置和结构的设计。荷载的传递路径则是指荷载从作用点传递到结构支撑点的路径，了解这一路径对于合理分配荷载至关重要。此外，竖向荷载的确定还需要考虑到结构的整体性能和局部响应，确保在荷载作用下结构能够保持稳定和可靠。

6.3恒载活载对框架内力的影响

(1)恒载和活载对框架内力的影响是结构设计中不可忽视的重要方面。恒载，如结构的自重和永久性设备荷载，由于其长期存在，对框架结构产生持续的静力效应。这种效应主要体现在框架的弯矩和轴力上，尤其是在框架的底层和支撑区域，恒载作用下的弯矩和轴力往往较大，需要特别注意结构的承载能力和稳定性。

(2)活载，如人员、家具、设备等可变荷载，其特点是随时间变化，且存在一定的随机性。活载对框架内力的影响主要体现在剪力和弯矩上，尤其是在框架的楼层和跨中区域。活载的增加会导致结构内力的增大，因此在设计时必须考虑活载的最不利组合，以确保结构在极端荷载作用下的安全性能。

(3)恒载和活载对框架内力的影响还体现在结构的变形和裂缝发展上。恒载会引起结构的长期变形，而活载的变化则可能导致结构出现周期性变形。这种变形不仅会影响结构的正常使用，还可能加剧裂缝的产生和发展。因此，在设计框架结构时，需要综合考虑恒载和活载的影响，采取相应的措施来控制结构的变形和裂缝，保证结构的整体性能。

6.4框架内力计算方法及步骤

(1)框架内力计算的目的是为了确定结构在竖向荷载作用下的受力状态，这一过程通常采用结构力学的方法。首先，根据设计规范和荷载计算结果，确定结构所受的恒载和活载。接着，运用结构分析软件或手工计算，对结构进行节点和截面的内力分析。

(2)计算步骤通常包括荷载组合、结构分析、内力分配和截面设计。荷载组合是指根据不同荷载的特性和作用时间，确定荷载的最不利组合。结构分析则是对整个框架进行力学建模，包括节点位移、杆件内力等。内力分配是将计算得到的节点位移转化为杆件内力，最后根据杆件的内力进行截面设计，确保结构满足强度和稳定性要求。

(3)在进行框架内力计算时，还需注意以下几点：一是考虑结构的几何非线性，如大变形、材料非线性等；二是确保计算模型的准确性，包括材料属性、边界条件等；三是进行验算和校核，确保计算结果的可靠性和安全性。通过这些步骤，工程师可以全面地评估框架结构的受力情况，为结构设计和施工提供科学依据。