1.2　结构的计算简图

1.2.1　结构的计算简图

结构的计算简图是指在结构计算中，用以代替实际结构，并反映实际结构主要受力和变形特点的计算模型。其简化原则为略去次要因素，便于分析和计算，尽可能反映实际结构的主要受力特征。

1.2.2　结构简化的内容

1.结构体系的简化

一般结构实际上都是空间结构，各部分相互连接成为一个空间整体，以承受各个方向可能出现的荷载。但多数情况下，常常可以忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算得以简化。本书主要讨论平面结构的计算问题。

2.杆件的简化

用杆轴线代替杆件。如梁、柱等构件的纵轴线为直线，就用相应的直线表示；拱、曲杆等构件的纵轴线为曲线，则用相应的曲线来表示。

3.结点的简化

结构中两个或两个以上的杆件共同连接处称为结点。根据结点的实际构造，通常简化为铰结点、刚结点和组合结点三种类型。

（1）铰结点。铰结点的特征是约束杆端的相对线位移，但铰结点处各杆端可以相对转动，各杆间的夹角受荷载作用后发生改变，因此，铰结点不能承受和传递力矩。如图1-4（a）为一木屋架端结点，可简化为图1-4（b）所示简化形式。

（2）刚结点。刚结点的特征是约束结点处各杆端的相对线位移和相对转角，各杆间的夹角受荷载作用前后保持不变，因此，刚结点可以承受和传递力矩。如图1-5（a）为一现浇钢筋混凝土梁柱结点，可简化为图1-5（b）所示简化形式。

（3）组合结点。若在同一结点处，某些杆间相互刚接，而另一些杆间相互铰接，则称为组合结点。例如，在图1-6中E结点则为组合结点。组合结点E由FE、DE、BE三杆在该结点相连，其中FE和BE两杆是刚性连接，DE杆与FE、BE杆则由铰连接。组合结点处的铰又称为不完全铰。

4.支座的简化

结构与基础相连接起来的装置称为支座，可分为固定铰支座[图1-7（a）和图1-7（b）]、活动铰支座[图1-7（d）]、固定支座[图1-7（c）]、定向支座[图1-7（e）]四种类型。

1.2.3　示例

【例1-1】　图1-8（a）所示为钢筋混凝土单层厂房结构，梁与柱都是预制的。柱子下端插入基础的杯口内，然后用细石混凝土填实。屋架与柱是通过梁端和柱顶的预埋钢板进行焊接连接。在横向平面内柱与屋架组成排架。在每个排架之间，在屋架上有屋面板连接，在柱的牛腿上有吊车梁连接。试确定其计算简图。

解：（1）结构体系的简化。从整体上看，该厂房是一个空间结构。但从其荷载传递来看，屋面荷载和吊车轮压都主要通过屋面板和吊车梁等构件传递到一个个的横向排架上，故在选择计算简图时，可以略去排架之间纵向联系的作用，而把这样的空间结构简化为一系列的平面排架来分析，如图1-8（b）所示。

（2）屋架的计算简图。屋架承受屋面板传来的竖向荷载的作用，荷载大小按柱间中线之间所围的面积计算。屋架的计算简图如图1-8（c）所示。这里采用了以下的简化：

1）屋架杆件用其轴线表示。

2）屋架杆件之间的连接简化为铰结点。

3）屋架的两端通过预埋件与柱顶焊接，可简化为一个固定铰支座和一个活动铰支座。

4）屋架荷载通过屋面板的四个角点以集中力的形式作用在屋架的上弦杆上。

（3）排架的计算简图。竖向荷载作用下，排架柱的计算简图如图1-8（d）所示。这里采用了以下的简化：

1）柱用其轴线表示。由于上下两段柱的截面大小不同，因此，应分别用一条通过各自截面形心的连线来表示。

2）屋架以一链杆代替。由于屋架的刚度很大，相应变形很小，因此，认为两柱顶之间的距离在受荷载前后没有变化，即可用EA＝∞的一根链杆代替该屋架。

3）柱插入基础后，用细石混凝土填实，柱基础视为固定支座。

4）排架柱除承受屋架传来的压力外，还承受牛腿上吊车梁传来的吊车荷载作用。

在建筑力学中，以计算简图作为力学计算的主要对象。