框架结构内力计算【高教知识】.ppt
《框架结构内力计算【高教知识】.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《框架结构内力计算【高教知识】.ppt(182页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、高层建筑结构设计,第七、八、九、十讲,1,李 琳,1,全面分析,第5章 框架结构设计,2021/4/11,高层建筑结构设计,2,5-1 概述及结构布置 5-2 ,3 截面尺寸及计算简图的确定 5-4,5,6 框架结构的内力与位移计算 5-7 框架结构的最不利内力及内力组合 5-8 承载力计算及构造要求 5-9 框架结构设计实例,2,全面分析,2021/4/11,3,5.1 框架结构概述,特点 优点 建筑平面布置灵活,既可形成较大的使用空间,也可分隔为若干小空间; 结构整体性较好; 构件类型少,结构轻巧,施工方便; 设计计算理论较成熟。,3,全面分析,2021/4/11,4,5.1 框架结构概述
2、,特点 缺点 框架节点处应力集中显著; 当建筑高度较大时,底部各层柱的轴力很大,致使构件截面尺寸过大和配筋过密; 框架结构的侧向刚度小,在风荷载和地震作用下结构侧移迅速增大。,4,全面分析,2021/4/11,5,5.1 框架结构概述,适用范围 框架结构特别适合于在办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用。,5,全面分析,2021/4/11,6,5.1 框架结构概述,适用范围 考虑到框架结构侧向刚度较小,故框架结构建筑一般不超过20层,其适用高度及高宽比与抗震设防烈度有关。若不需进行抗震设计,适用高度不大于70m,最大高宽比为5,其它情形见高层建筑混凝土
3、技术规程JGJ 3-2010(简称高规)。,6,全面分析,2021/4/11,7,5.1 框架结构概述,多层和高层框架结构 比较 高层建筑承受的荷载比多层建筑更大,刚度比多层建筑更小,水平荷载对高层建筑的影响较对多层建筑的影响更大; 从设计计算角度,高层框架结构除风荷载取值、楼面活荷载布置与多层框架结构略有不同,水平荷载作用下应补充侧移验算外,其它基本相同。,7,全面分析,8,注: 框架结构水平侧移曲线呈现 剪切型变形特点 底部层间变形最大,二 结构布置, 最大适用高度 (P35表215) 高宽比限值 (P29表210), 平、立面布置原则,8,全面分析,2021/4/11,9,5.1 框架结
4、构概述,结构布置 柱网布置 概述 平面上框架柱在纵横方向的排列即形成柱网。柱网布置就是确定纵向柱列的柱距和横向柱列的 柱距(通称跨度)。柱网尺寸应根据建筑的使用功能要求而定,不一大于10m, 主梁的跨度一般为5 8m,次梁一般为 4 7m。,9,全面分析,2021/4/11,10,5.1 框架结构概述,内廊式,等跨式,附加次梁,次梁,10,全面分析,2021/4/11,11,5.1 框架结构概述,结构布置 立面布置,内收,规则框架,外挑,错层,抽柱,缺梁,11,全面分析,12, 梁,截面 尺寸,荷载、跨度、设防烈度、砼强度,h( 1/10 1/18 ) l0,b( 1/2 1/3 ) h,材料
5、 强度,一级: 不应低于C30,二四级: 不应低于C20,不宜大于C40,5.2 截面尺寸,12,全面分析,2021/4/11,13,截面尺寸估算 框架梁,边框架梁,中框架梁,5.2 截面尺寸,13,全面分析,2021/4/11,14,截面尺寸估算 框架梁,5.2 截面尺寸,14,全面分析,2021/4/11,15,5.2 截面尺寸,截面尺寸估算 框架梁 在框架结构布置中,梁、柱轴线宜重合。如梁须偏心放置时(如使外墙与框架柱外侧平齐,或走廊两侧墙体与框架柱内侧平齐),梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方面宽度的1/4。如偏心距大于该方向柱宽的1/4时,可增设梁的水平加腋。,15,全面分
6、析,16, 柱,截面 尺寸,依据轴压比:,非抗震:不宜小于250mm 抗震: 不宜小于300mm 圆柱: d 不宜小于350mm 宜大于2、 h / b不宜大于3,材料 强度,一级: 不应低于C30,二四级: 不应低于C20,8度不宜大于C70、9度不宜大于C60,柱的负荷面积*(12-14)kN/m2,16,全面分析,2021/4/11,17,5.2 截面尺寸,截面尺寸估算 框架柱 柱的负荷面积取法如下图所示:,待估算柱柱顶以上楼层层数,单位面积上的竖向荷载的设计值3.3p38,17,全面分析,2021/4/11,南昌航空大学土木工程系,18,计算简图 梁和柱的线刚度分别为:,梁,柱,5.2
7、 截面尺寸,18,全面分析,2021/4/11,19,5.2 截面尺寸,截面尺寸估算 框架柱 为简化施工,多层建筑中柱截面沿房屋高度不宜改变。高层建筑中的柱截面可保持不变或根据房屋层数,高度和荷载等情况作12次变化。变化时,中间柱宜使上、下柱轴线重合,边柱和角柱宜使截面外边线重合。,19,全面分析,2021/4/11,20,5.2 截面尺寸,截面尺寸估算 算例 某六层教学楼为钢筋混凝土现浇框架结构,其结构平面布置如图所示,标准层高3.6m,底层层高3.9m,试估算该结构的梁、柱截面尺寸(梁、柱混凝土强度等级分别为C30和C40,不考虑抗震设防要求),20,全面分析,2021/4/11,21,5
8、.2 截面尺寸,3600,3600,3600,3600,D,C,B,A,7200,3000,7200,结构平面布置图,21,全面分析,22,5.3 计算简图,基本假定,平面抗侧力假定,弹性变形假定,刚性楼板假定,计算 单元 简图,22,全面分析,2021/4/11,23,计算单元 框架结构建筑是空间结构体系,一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋,为了简化计算,通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析,每榀平面框架为一计算单元。,5.3 计算简图,23,全面分析,2021/4/11,24,计算单元,计算单元,计算模型,5.3 计算简图,24,全面分析
9、,2021/4/11,25,计算简图 框架结构的计算简图中,梁、柱用其轴线表示,梁与柱之间的连接用节点表示,梁或柱的长度用节点间的距离表示。现浇框架各节点均视为刚节点,底层柱固支于基础顶面。,5.3 计算简图,25,全面分析,2021/4/11,26,计算简图,承重框架,框架柱截面尺寸相同时的结构计算简图,5.3 计算简图,26,全面分析,2021/4/11,27,内力分析 计算简图 框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度。框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离。当各层梁截面尺寸相同时,底层柱的计算高度由基础顶面算至楼面标高处,其余各层柱的计算高度即为各层层高。,5.3 计算简图,27,
10、全面分析,2021/4/11,28,内力分析 计算简图 当框架梁的坡度小于1/8时,近似按水平梁计算;当各跨跨度相差不大于10%时,近似按等跨框架计算。,5.3 计算简图,28,全面分析,2021/4/11,29,计算简图 当框架柱截面尺寸沿房屋高度变化时,若上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时,其计算简图与各层柱截面不变时的相同。,5.3 计算简图,29,全面分析,2021/4/11,30,计算简图 当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时,可将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线,但在结构的内力和变形分析中,各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取;另外,尚应考虑上、下层柱轴
11、线不重合产生的偏心力矩,设置水平加腋后,仍需考虑梁柱偏心的不利影响。,5.3 计算简图,30,全面分析,2021/4/11,31,框架柱截面尺寸变化时的结构计算简图,计算简图,承重框架,5.3 计算简图,31,全面分析,32,梁、柱:几何轴线,刚接节点,梁柱连接处:,跨度差10 % ,视为等跨,构件截面惯性矩:,柱:按实际截面计算,梁,现浇:,边跨I1.5I0 中跨I2.0I0,预制:II0,荷载简化:,次梁:简支梁,其它形式荷载简化为等效均布荷载,32,全面分析,计算简图的确定,5.3 计算简图,33,全面分析,2021/4/11,34,内力分析 内力计算 竖向荷载作用下 楼面荷载分配原则
12、当采用整体式楼盖时,一般取纵横向框架承重方案,板上荷载的传递方式取决于每个区格板是单向板还是双向板。,5.3 计算简图,34,全面分析,2021/4/11,35,内力分析 内力计算 竖向荷载作用下 楼面荷载分配原则 单向板上的竖向荷载沿板的短跨方向传给两个长边支承梁。双向板则可通过四个分角线及其交点的连线将板区格分成四部分,每一部分的板上竖向荷载传给最近的支承梁,长、短边支承梁上承受的板上竖向荷载分别为梯形和三角形。,5.3 计算简图,35,全面分析,2021/4/11,36,纵向平面框架,横向平面框架,整体式单向板楼盖楼面荷载分配,次梁,5.3 计算简图,36,全面分析,2021/4/11,
13、37,纵向平面框架,横向平面框架,整体式双向板楼盖楼面荷载分配:小柱网,5.3 计算简图,37,全面分析,2021/4/11,38,纵向平面框架,横向平面框架,整体式双向板楼盖楼面荷载分配:大柱网,次梁,5.3 计算简图,38,全面分析,2021/4/11,39,g4, q4,G41(Q41),Fw4,Fw3,Fw2,Fw1,框架结构上的荷载,g3, q3,g2, q2,g1, q1,G31(Q31),G21(Q21),G11(Q11),G43(Q43),G33(Q33),G23(Q23),G13(Q13),G01,G03,G02,5.3 计算简图,39,全面分析,荷载分析,竖向荷载 恒载Gk
14、 可变荷载(活载) Qk 考虑负荷面积的折减问题 最不利布置 水平荷载 风载Wk 地震作用(偶然作用) Ek,2021/4/11,高层建筑结构设计,40,Wk,Gk,Qk,Qk,Ek,5.3框架结构的内力与位移计算,40,全面分析,竖向荷载作用下 计算方法概述 结构力学方法: 力法、位移法等计算。 工程设计中,如采用手算, 分层法、 迭代法、 弯矩二次分配法 系数法等近似方法。,41,5.4 竖向荷载下的内力计算,41,全面分析,42,J,K,42,全面分析,2021/4/11,43,内力计算 竖向荷载作用下 分层法 基本假定 (1) 不考虑框架结构的侧移对其内力的影响; (2) 每层梁上的荷
15、载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生 影响,对其它各层梁、柱内力的影响可忽略不计。 上述假定中所指的内力不包括柱轴力,因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响,不能忽略。,5.4 竖向荷载下的内力计算,43,全面分析,2021/4/11,44,梁端剪力的计算,梁跨中弯矩的计算,5.4 竖向荷载下的内力计算,44,全面分析,2021/4/11,45,柱轴力的计算,柱剪力的计算,5.4 竖向荷载下的内力计算,45,全面分析,2021/4/11,46,弯矩二次分配法 基本假定 (1) 不考虑框架结构的侧移对其内力的影响; (2) 每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的 内力产生影响,对其它各层
16、梁、柱内力的影 响可忽略不计。 上述假定中所指的内力同样不包括柱轴力。,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,46,全面分析,2021/4/11,47,竖向荷载作用下 弯矩二次分配法 计算步骤 (1) 计算各节点弯矩分配系数; (2) 计算框架梁的固端弯矩; (3) 计算各节点不平衡弯矩,并对所有节点的不 平衡弯矩同时进行第一次分配(其间不进行 弯矩传递);,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,47,全面分析,2021/4/11,48,竖向荷载作用下 弯矩二次分配法 计算步骤 (4)将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递(对于刚接框架,传递系数均取1/2); (5)将各节点因传递弯矩而
17、产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配,使各节点处于平衡状态; (6) 将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加,即得各杆端弯矩。,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,48,全面分析,2021/4/11,49,弯矩二次分配法 计算例题,右图括号中为梁、柱线刚度的相对值,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,49,全面分析,2021/4/11,50,计算节点弯矩分配系数,节点 G:,节点 I:,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,50,全面分析,2021/4/11,51,节点 H:,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,51,全面分析,2021/4/11,52,节点 D:,5.
18、4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,52,全面分析,2021/4/11,53,节点 E:,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,53,全面分析,2021/4/11,54,节点 F:,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,54,全面分析,2021/4/11,55,计算框架梁固端弯矩,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,55,全面分析,2021/4/11,56,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,56,全面分析,2021/4/11,57,上柱,下柱,右梁,左梁,下柱,右梁,左梁,下柱,上柱,上柱,梁端不平衡弯矩及其分配,-17.81,17.8,-8.89,8.89,-13.1
19、3,-7.32,13.13,7.32,4.67,8.46,6.07,3.60,8.14,-2.01,-1.11,-2.69,-6.23,-1.09,-2.71,-1.20,-1.38,-3.63,-1.78,-6.24,-0.87,4.23,2.34,-1.01,-0.56,-1.35,-3.12,-0.55,1.80,3.04,4.07,-1.36,-0.60,-0.69,-1.82,-3.12,-0.89,-0.44,-0.28,-0.51,-0.18,-0.10,-0.23,1.52,0.27,-0.33,-0.20,-0.45,-0.12,-0.05,-0.06,-0.16,0.47,
20、1.67,0.23,6.19,-6.19,15.17,-1.81,-13.36,1.26,-1.26,5.74,5.74,-11.48,19.05,-1.81,-1.44,15.80,-1.31,2.50,-1.19,A,B,C,D,E,F,I,H,G,5.4 竖向荷载下的内力计算,弯矩分配法,57,全面分析,系数法是UNIFORM BUILDING CODE(统一建筑规范)中介绍的方法。当框架结构满足下列条件时可按系数法计算框架结构的内力: 两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的20%; 活载与恒载之比不大于3; 荷载均匀布置; 框架梁截面为矩形。,5.4 竖向荷载下的内力计算,系数法,58,
21、全面分析,2021/4/11,59,弯矩图:分层法,弯矩图:弯矩二次分配法,5.4 竖向荷载下的内力计算,59,全面分析,2021/4/11,60,弯矩图:弯矩二次分配法,弯矩图:迭代法,5.4 竖向荷载下的内力计算,60,全面分析,2021/4/11,61,四种方法的比较 分层法、弯矩二次分配法、迭代法和系数法均可求无侧移框架的内力,弯矩迭代法和系数法尚可求有侧移框架的内力; 每次运算时,弯矩二次分配法计算的是杆端弯矩的增量值,而弯矩迭代法计算的则是杆端弯矩的全量值;,5.4 竖向荷载下的内力计算,61,全面分析,2021/4/11,62,竖向荷载作用下 四种方法的比较 系数法可在截面尺寸未
22、知情况下得到杆件内力; 当梁线刚度较柱的线刚度大很多时,分层框架计算结果较符合实际。分层法只有当框架层数较多,且中间若干分层框架相同时,应用起来才比较简便。若分层框架的数目与整个框架的层数相近,采用弯矩二次分配法更加简便。,5.4 竖向荷载下的内力计算,62,全面分析,2021/4/11,高层建筑结构设计,63,分层法,弯矩二次分配法,迭代法,对比分析:,63,全面分析,4.竖向荷载下框架梁端弯矩的调幅,在竖向荷载作用下,可以考虑梁端塑性变形内力重分布,减小梁端负弯矩,相应增大梁跨中弯矩。 调幅后的支座弯矩为: =M 式中 梁支座截面调幅后的弯矩; M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩; 调幅
23、系数,现浇框架:0.80.9 装配式框 架:0.70.8。,5.4 竖向荷载下的内力计算,64,全面分析,5.4 竖向荷载下的内力计算,65,全面分析,(1)轴力 框架柱的轴力= puA 式中 pu 楼面单位面积上恒载与活载设计值之和; A 柱的负荷面积。 (2)弯矩,框架柱内力,当横梁不在立柱形心线上时,要考虑由于偏心引起的不平衡弯矩,并将这个弯矩也平均分配给上、下柱柱端。,5.4 竖向荷载下的内力计算,66,全面分析,2021/4/11,南昌航空大学土木工程系,67,5.5 水平荷载下的内力计算方法,内力计算 水平荷载作用下 受力与变形特点 框架梁、柱的弯矩均为线性分布,且每跨梁和每根柱均
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高教知识 框架结构 内力 计算 高教 知识
链接地址:https://www.31doc.com/p-10026779.html