在常規(guī)的結(jié)構(gòu)體系中,梁柱剛度基本匹配,梁柱互為約束,每層的框梁形成對(duì)柱的有效側(cè)支撐。我們對(duì)這種體系已經(jīng)習(xí)以為常,但有時(shí),慣性思維可能讓我們忽略了結(jié)構(gòu)中的“大框架體系”。最常見(jiàn)的大框架體系,是帶加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)。


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帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)

在這種結(jié)構(gòu)體系中,柱往往比較大,一般層的梁不足以形成對(duì)柱的有效約束。所以,習(xí)慣做法是:以加強(qiáng)層為分界,按“分區(qū)”討論柱的穩(wěn)定性。這是一個(gè)比較重要的概念。

“大框架”的概念固然重要,但也要注意區(qū)分。比如說(shuō),在結(jié)構(gòu)高區(qū),柱截面逐漸減小,一般層梁的約束作用逐漸增大,此時(shí),就要小心,一般層梁的約束作用是否可以忽略?即,是否還符合“大框架”的概念?

這個(gè)問(wèn)題的本質(zhì)就是,梁柱滿足何種關(guān)系,可以當(dāng)做“大框架”,而在什么情況下,應(yīng)該當(dāng)做“普通框架”。鄙人曾以梁柱線剛度比這個(gè)指標(biāo),統(tǒng)計(jì)了幾個(gè)框筒結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目。

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主要結(jié)論是:普通框筒結(jié)構(gòu)的梁柱線剛對(duì)比大致在0.04~0.20之間,此時(shí),梁對(duì)柱的約束能力非常明顯,分析柱的穩(wěn)定性時(shí),不可忽略梁的作用。而對(duì)巨柱框筒結(jié)構(gòu),梁柱線剛度比量級(jí)大致為10-4~1.5x10-3,梁對(duì)框柱的約束較小,一般梁的作用基本可以忽略。

事實(shí)上,“大框架”的概念并不僅限于帶加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)體系中。比如轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可能也有這個(gè)問(wèn)題。13年結(jié)構(gòu)一注考試就有一道這樣的試題。在計(jì)算層剛度比的時(shí)候,將F2、F3作為一層,用串聯(lián)后的剛度比與F4進(jìn)行比較。這是“大框架”概念的一個(gè)局部應(yīng)用。 

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13年一注考題-a

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13年一注考題-b

撇開(kāi)考題中層剛度比的討論,對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),無(wú)論是桁架轉(zhuǎn)換,還是梁式轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換層都會(huì)對(duì)柱形成“強(qiáng)約束”。轉(zhuǎn)換柱通常也比較大,而轉(zhuǎn)換層以下的梁,是有可能無(wú)法對(duì)柱形成有效側(cè)支撐。在這種情況下,就可能會(huì)形成“大框架”體系。我們可以仔細(xì)想想高位轉(zhuǎn)換。 

 

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“大框架”代表一種變形特征,同時(shí)也反映一種受力特征,這與普通的框架是不同的。比如,《高規(guī)》10.2.11條第3款規(guī)定,“與轉(zhuǎn)換構(gòu)件相連的一、二級(jí)轉(zhuǎn)換柱的上端和底層柱下端截面的彎矩組合值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.3”。

這里面還有一些特殊情況,程懋堃在《創(chuàng)新思維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中曾講到,“轉(zhuǎn)換層下面兩~三層,受剛度變化的影響最大(從計(jì)算和試驗(yàn)中都可得出此結(jié)論),因此,各種計(jì)算及構(gòu)造,均須按框支要求,再往下,就無(wú)必要了。”鄙人認(rèn)為,程大師提到的這種情況,在梁對(duì)柱有一定約束的高位轉(zhuǎn)換中,是可以考慮的。也就是說(shuō),在非大框架的高位轉(zhuǎn)換中,可以用,以便節(jié)省造價(jià)。