2024年4月21日发(作者：巨天蓝)
网格式框架在竖向荷载作用下的静力性能分析
黄宗辉;张华刚;吴琴;申波
【摘 要】为研究网格式框架在竖向荷载作用下的静力性能,通过调整网格尺寸和构
件刚度,采用有限元方法共进行了30个算例的参数分析,考察控制截面的内力变化.
结果表明,楼层梁刚度对中柱轴力和壁柱弯矩影响较大,而对层间梁内力几乎不产生
影响;结构水平方向网格尺寸加密和提高中柱刚度有利于调整楼层梁和壁柱内力,但
不影响层间梁内力;加密结构竖向网格尺寸有利于改善壁柱内力,层间梁刚度对改善
结构内力意义不大;提高壁柱刚度会相应降低中柱轴力并影响楼层梁内力,但不影响
层间梁内力.
【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(031)003
【总页数】4页(P82-85)
【关键词】网格式框架;竖向荷载;静力性能;有限元;参数分析
【作 者】黄宗辉;张华刚;吴琴;申波
【作者单位】贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研
究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学
空间结构研究中心,贵州贵阳550003
【正文语种】中 文
【中图分类】TU375.4
贵州具有丰富的磷矿资源，磷酸厂排放的磷石膏大量堆积后，对环境和水系造成的
极大污染，将磷石膏资源化利用是利国利民的。从2000年开始，文［1］开展了
磷石膏资源化利用的系列研究。2005～2007年间，文［2］开展了现浇磷石膏在
住宅结构中应用的可行性分析，随后文［3-4］提出节能与结构一体化的新型小高
层住宅结构，由文［5］对磷石膏现浇成墙进行改性研究后，文［6］于2010年
成功将其应用于实际工程中，取得了较好的经济和社会效益。
新型小高层住宅结构的承重墙由网格式框架和现浇磷石膏墙共同组成，现浇磷石膏
充填在网格式框架中，网格式框架作为主要承重骨架，其构造如图1所示，它由
楼层梁、层间梁、壁柱和中柱构成，在同等条件下，梁、柱的截面尺寸均小于普通
框架，因此有必要讨论其在竖向荷载作用下的静力性能，为工程推广应用提供参考。
图1 网格式框架模型
1 算例情况及分析方法
1.1 算例情况
基于图1所示模型，通过调整网格式框架水平方向和竖向网格尺寸及构件截面尺
寸进行分析，算例情况包括:
(1)仅改变楼层梁截面高度，考察楼层梁跨高比对结构内力和位移的影响，楼层梁
截面高度分别为0.3 m、0.35 m、0.4 m、0.45 m 和 0.5 m，共计算了5个算例。
(2)中柱数量从0～4等间距加密水平方向网格计算5个算例;在图1基础上仅改变
中柱截面尺寸计算了5个算例，考察中柱刚度对结构静力性能的影响，墙体厚度
为0.24 m，中柱截面宽度分别为0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.25 m 和 0.3 m。
(3)等间距加密层间横梁共计算了5个算例;仅改变层间梁的截面高度计算了5个算
例，层间梁的截面高度分别为 0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.25 m和 0.3 m。
(4)仅改变壁柱截面尺寸共计算了5个算例，壁柱截面宽度分别为 0.3 m、0.35 m、
0.4 m、0.45 m和 0.5 m。
1.2 分析方法
本文主要考察单参数变化对结构内力的影响。全部算例的计算单元均采用二维梁单
元并约束柱脚线位移和角位移，混凝土弹性模量取E=3.00×104N/mm2，泊松比
为ν=0.2。计算荷载施加于楼层梁，为均布线荷载1000 kN/m，计算完成后内力
考察截面为:楼层梁为边支座(壁柱)截面，层间梁为顶面层间梁边支座(壁柱)截面，
中柱为边中柱柱顶截面，壁柱为柱脚截面。
2 计算结果及分析
2.1 楼层梁跨高比对结构静力性能的影响
基于图1所示模型，维持楼层梁截面宽度(墙厚)为240 mm，通过增加楼层梁截面
高度来考察其跨高比对网格式框架静力性能的影响，计算结果如图2所示。可见
对于本文考察截面，随楼层梁跨高比的增大，中柱轴力增大，而壁柱轴力略有减小，
楼层梁弯矩降低，而壁柱柱脚弯矩增大，层间横梁和中柱弯矩几乎不受楼层梁刚度
影响。
图2 楼层梁跨高比对内力的影响
2.2 水平网格尺寸及中柱刚度对结构静力性能的影响
2.2.1 水平网格尺寸的影响
在图1所示构件截面尺寸下，等间距加密中柱后的计算结果如图3所示。中柱数
量为0时，相当于普通框架设置2道层间梁。加密水平方向的网格，相当于同时
提高了层间梁及楼层梁的刚度。可见各构件内力变化的梯度随水平方向网格尺寸的
加密而趋于平缓，因此水平方向网格尺寸对结构内力影响较大，特别是对壁柱和楼
层梁内力分布的改善是比较明显的，而中柱和层间梁的内力受水平方向网格尺寸的
影响较小。
图3 水平网格对内力的影响
2.2.2 中柱刚度的影响
计算模型如图1所示，维持墙厚240 mm，通过调整中柱截面宽度来改变中柱刚
度。共计算了5个算例，考察截面的内力结果如图4所示。可见中柱轴力随中柱
刚度的增加而增加，而壁柱和楼层梁内力随中柱刚度的增加而降低。因此，提高中
柱刚度可有效改善壁柱和楼层梁的内力。
图4 中柱刚度对内力的影响
2.3 竖向网格尺寸及层间梁刚度对结构静力性能的影响
2.3.1 竖向网格尺寸的影响
基于图1所示模型，等间距增加层间梁的数量，相当于间接提高了柱的线刚度，5
个算例的计算结果如图5所示。可见对于本文的网格尺寸，除壁柱内力变化较为
明显外，楼层梁、层间梁及中柱内力几乎没有变化，网格数大于3以后壁柱内力
变化也趋于平稳。
图5 层间梁数量对内力的影响
2.3.2 层间梁刚度的影响
采用图1模型，通过调整层间梁的截面高度以调整其刚度，考察截面的内力结果
如图6所示，随着层间梁刚度的增加，层间梁自身内力呈增长趋势，壁柱内力略
有增加，楼层梁的弯矩和剪力几乎不受层间梁刚度的影响。
图6 层间梁刚度对内力的影响
2.4 壁柱刚度对结构静力性能的影响
对图1模型仅调整壁柱宽度计算了5个算例，各构件考察截面的内力结果如图7
所示。随着壁柱刚度的增加，壁柱自身内力增长较为明显，中柱轴力降低而弯矩剪
力变化不明显，楼层梁弯矩、剪力均先减小而后增大，而层间梁内力几乎不受壁柱
刚度的影响。
3 结论
通过本文的有限元参数化分析，可得如下结论:
(1)楼层梁刚度改变除影响楼层梁自身内力分布外，对中柱轴力和壁柱弯矩影响较
大，层间梁内力几乎不受楼层梁刚度影响。
(2)水平方向网格尺寸加密可有效调整楼层梁和壁柱的内力数值，而对中柱和层间
梁的内力影响较小;提高中柱刚度可有效改善楼层梁和壁柱的内力。
(3)加密竖向网格有利于改善壁柱内力，增加层间梁刚度对改善结构受力意义不大。
(4)提高壁柱刚度除了会增大壁柱内力外，还会相应降低中柱轴力并影响楼层梁内
力，而对层间梁的内力几乎不产生影响。
图7 壁柱刚度对内力的影响
参考文献:
［1］曹建新，陈前林，刘毅.磷石膏中杂质的形态及水溶性磷对水泥物理性能的影
响［J］.环境工程，2001，19(5):40-43.
［2］马克俭，张华刚，高国富，等.磷石膏在大开间灵活划分居室住宅建筑中的综
合应用可行性研究报告［R］.贵阳:贵州大学空间结构研究所，贵州省建设厅，
2007.
［3］马克俭，高国富，张华刚，等.节能与结构一体化新型钢筋混凝土结构体系
［J］.贵州工业大学学报:自然科学版，2008，37(4):34-43.
［4］张华刚，马克俭，卢亚琴，等.以磷石膏为模板的密肋网格式框架小高层住宅
结构体系［J］.贵州工业大学学报:自然科学版，2008，37(4):28-32.
［5］曹建新，杨林，林倩，等.磷建筑石膏墙体灌浆料及现场施工研究报告［R］.
贵阳:贵州大学化学与化工学院，2009.
［6］张华刚，梁凡凡，罗玚，等.基于现浇磷石膏的节能与结构一体化新型墙体结
构及其应用［J］.贵州大学学报:自然科学版，2013，30(1):104-109.
2024年4月21日发(作者：巨天蓝)
网格式框架在竖向荷载作用下的静力性能分析
黄宗辉;张华刚;吴琴;申波
【摘 要】为研究网格式框架在竖向荷载作用下的静力性能,通过调整网格尺寸和构
件刚度,采用有限元方法共进行了30个算例的参数分析,考察控制截面的内力变化.
结果表明,楼层梁刚度对中柱轴力和壁柱弯矩影响较大,而对层间梁内力几乎不产生
影响;结构水平方向网格尺寸加密和提高中柱刚度有利于调整楼层梁和壁柱内力,但
不影响层间梁内力;加密结构竖向网格尺寸有利于改善壁柱内力,层间梁刚度对改善
结构内力意义不大;提高壁柱刚度会相应降低中柱轴力并影响楼层梁内力,但不影响
层间梁内力.
【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(031)003
【总页数】4页(P82-85)
【关键词】网格式框架;竖向荷载;静力性能;有限元;参数分析
【作 者】黄宗辉;张华刚;吴琴;申波
【作者单位】贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研
究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学
空间结构研究中心,贵州贵阳550003
【正文语种】中 文
【中图分类】TU375.4
贵州具有丰富的磷矿资源，磷酸厂排放的磷石膏大量堆积后，对环境和水系造成的
极大污染，将磷石膏资源化利用是利国利民的。从2000年开始，文［1］开展了
磷石膏资源化利用的系列研究。2005～2007年间，文［2］开展了现浇磷石膏在
住宅结构中应用的可行性分析，随后文［3-4］提出节能与结构一体化的新型小高
层住宅结构，由文［5］对磷石膏现浇成墙进行改性研究后，文［6］于2010年
成功将其应用于实际工程中，取得了较好的经济和社会效益。
新型小高层住宅结构的承重墙由网格式框架和现浇磷石膏墙共同组成，现浇磷石膏
充填在网格式框架中，网格式框架作为主要承重骨架，其构造如图1所示，它由
楼层梁、层间梁、壁柱和中柱构成，在同等条件下，梁、柱的截面尺寸均小于普通
框架，因此有必要讨论其在竖向荷载作用下的静力性能，为工程推广应用提供参考。
图1 网格式框架模型
1 算例情况及分析方法
1.1 算例情况
基于图1所示模型，通过调整网格式框架水平方向和竖向网格尺寸及构件截面尺
寸进行分析，算例情况包括:
(1)仅改变楼层梁截面高度，考察楼层梁跨高比对结构内力和位移的影响，楼层梁
截面高度分别为0.3 m、0.35 m、0.4 m、0.45 m 和 0.5 m，共计算了5个算例。
(2)中柱数量从0～4等间距加密水平方向网格计算5个算例;在图1基础上仅改变
中柱截面尺寸计算了5个算例，考察中柱刚度对结构静力性能的影响，墙体厚度
为0.24 m，中柱截面宽度分别为0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.25 m 和 0.3 m。
(3)等间距加密层间横梁共计算了5个算例;仅改变层间梁的截面高度计算了5个算
例，层间梁的截面高度分别为 0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.25 m和 0.3 m。
(4)仅改变壁柱截面尺寸共计算了5个算例，壁柱截面宽度分别为 0.3 m、0.35 m、
0.4 m、0.45 m和 0.5 m。
1.2 分析方法
本文主要考察单参数变化对结构内力的影响。全部算例的计算单元均采用二维梁单
元并约束柱脚线位移和角位移，混凝土弹性模量取E=3.00×104N/mm2，泊松比
为ν=0.2。计算荷载施加于楼层梁，为均布线荷载1000 kN/m，计算完成后内力
考察截面为:楼层梁为边支座(壁柱)截面，层间梁为顶面层间梁边支座(壁柱)截面，
中柱为边中柱柱顶截面，壁柱为柱脚截面。
2 计算结果及分析
2.1 楼层梁跨高比对结构静力性能的影响
基于图1所示模型，维持楼层梁截面宽度(墙厚)为240 mm，通过增加楼层梁截面
高度来考察其跨高比对网格式框架静力性能的影响，计算结果如图2所示。可见
对于本文考察截面，随楼层梁跨高比的增大，中柱轴力增大，而壁柱轴力略有减小，
楼层梁弯矩降低，而壁柱柱脚弯矩增大，层间横梁和中柱弯矩几乎不受楼层梁刚度
影响。
图2 楼层梁跨高比对内力的影响
2.2 水平网格尺寸及中柱刚度对结构静力性能的影响
2.2.1 水平网格尺寸的影响
在图1所示构件截面尺寸下，等间距加密中柱后的计算结果如图3所示。中柱数
量为0时，相当于普通框架设置2道层间梁。加密水平方向的网格，相当于同时
提高了层间梁及楼层梁的刚度。可见各构件内力变化的梯度随水平方向网格尺寸的
加密而趋于平缓，因此水平方向网格尺寸对结构内力影响较大，特别是对壁柱和楼
层梁内力分布的改善是比较明显的，而中柱和层间梁的内力受水平方向网格尺寸的
影响较小。
图3 水平网格对内力的影响
2.2.2 中柱刚度的影响
计算模型如图1所示，维持墙厚240 mm，通过调整中柱截面宽度来改变中柱刚
度。共计算了5个算例，考察截面的内力结果如图4所示。可见中柱轴力随中柱
刚度的增加而增加，而壁柱和楼层梁内力随中柱刚度的增加而降低。因此，提高中
柱刚度可有效改善壁柱和楼层梁的内力。
图4 中柱刚度对内力的影响
2.3 竖向网格尺寸及层间梁刚度对结构静力性能的影响
2.3.1 竖向网格尺寸的影响
基于图1所示模型，等间距增加层间梁的数量，相当于间接提高了柱的线刚度，5
个算例的计算结果如图5所示。可见对于本文的网格尺寸，除壁柱内力变化较为
明显外，楼层梁、层间梁及中柱内力几乎没有变化，网格数大于3以后壁柱内力
变化也趋于平稳。
图5 层间梁数量对内力的影响
2.3.2 层间梁刚度的影响
采用图1模型，通过调整层间梁的截面高度以调整其刚度，考察截面的内力结果
如图6所示，随着层间梁刚度的增加，层间梁自身内力呈增长趋势，壁柱内力略
有增加，楼层梁的弯矩和剪力几乎不受层间梁刚度的影响。
图6 层间梁刚度对内力的影响
2.4 壁柱刚度对结构静力性能的影响
对图1模型仅调整壁柱宽度计算了5个算例，各构件考察截面的内力结果如图7
所示。随着壁柱刚度的增加，壁柱自身内力增长较为明显，中柱轴力降低而弯矩剪
力变化不明显，楼层梁弯矩、剪力均先减小而后增大，而层间梁内力几乎不受壁柱
刚度的影响。
3 结论
通过本文的有限元参数化分析，可得如下结论:
(1)楼层梁刚度改变除影响楼层梁自身内力分布外，对中柱轴力和壁柱弯矩影响较
大，层间梁内力几乎不受楼层梁刚度影响。
(2)水平方向网格尺寸加密可有效调整楼层梁和壁柱的内力数值，而对中柱和层间
梁的内力影响较小;提高中柱刚度可有效改善楼层梁和壁柱的内力。
(3)加密竖向网格有利于改善壁柱内力，增加层间梁刚度对改善结构受力意义不大。
(4)提高壁柱刚度除了会增大壁柱内力外，还会相应降低中柱轴力并影响楼层梁内
力，而对层间梁的内力几乎不产生影响。
图7 壁柱刚度对内力的影响
参考文献:
［1］曹建新，陈前林，刘毅.磷石膏中杂质的形态及水溶性磷对水泥物理性能的影
响［J］.环境工程，2001，19(5):40-43.
［2］马克俭，张华刚，高国富，等.磷石膏在大开间灵活划分居室住宅建筑中的综
合应用可行性研究报告［R］.贵阳:贵州大学空间结构研究所，贵州省建设厅，
2007.
［3］马克俭，高国富，张华刚，等.节能与结构一体化新型钢筋混凝土结构体系
［J］.贵州工业大学学报:自然科学版，2008，37(4):34-43.
［4］张华刚，马克俭，卢亚琴，等.以磷石膏为模板的密肋网格式框架小高层住宅
结构体系［J］.贵州工业大学学报:自然科学版，2008，37(4):28-32.
［5］曹建新，杨林，林倩，等.磷建筑石膏墙体灌浆料及现场施工研究报告［R］.
贵阳:贵州大学化学与化工学院，2009.
［6］张华刚，梁凡凡，罗玚，等.基于现浇磷石膏的节能与结构一体化新型墙体结
构及其应用［J］.贵州大学学报:自然科学版，2013，30(1):104-109.