框架结构设计竖向荷载PPT学习教案.pptx
会计学1框架结构设计框架结构设计(shj)竖向荷载竖向荷载第一页，共61页。2框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 弯矩迭代法弯矩迭代法 计算步骤计算步骤 (4)计计算算各各杆杆件件近近端端弯弯矩矩，记记在在相相应的杆端处；应的杆端处；(5)循循环环(xnhun)若若干干轮轮直直至至达达到到要求的精度为止；要求的精度为止；k (6)计计算算得得到到每每一一杆杆件件的的最最终终弯弯矩矩值。值。节点节点(ji din)固端固端弯矩之和弯矩之和远端弯矩远端弯矩近端弯矩近端弯矩第1页/共61页第二页，共61页。3框架结构设计框架结构设计(shj)远端弯矩远端弯矩近端弯矩近端弯矩jkmnl对节点对节点(ji din)j 而言，而言，j 端为其近端，端为其近端，k,l,m,n 端为其远端。端为其远端。第2页/共61页第三页，共61页。4框架结构设计框架结构设计(shj)内力内力(nil)分析分析 内力内力(nil)计算计算 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 弯矩迭代法弯矩迭代法 计算例题计算例题3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m右图括号右图括号(kuho)中为梁、柱线刚度中为梁、柱线刚度的相对值的相对值3600440075005600(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第3页/共61页第四页，共61页。5框架结构设计框架结构设计(shj)计计算算节节点点弯弯矩矩分分配配(fnpi)系数系数节点节点(ji din)G：节点节点 I：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第4页/共61页第五页，共61页。63.2 框架结构设计框架结构设计(shj)节点节点(ji din)H：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第5页/共61页第六页，共61页。7框架结构设计框架结构设计(shj)节点节点(ji din)D：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第6页/共61页第七页，共61页。8框架结构设计框架结构设计(shj)节点节点(ji din)E：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第7页/共61页第八页，共61页。9框架结构设计框架结构设计(shj)节点节点(ji din)F：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第8页/共61页第九页，共61页。10计计算算框框架架(kun ji)梁梁固固端端弯弯矩矩（同前例）（同前例）框架结构设计框架结构设计(shj)第9页/共61页第十页，共61页。11框架结构设计框架结构设计(shj)-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循循环环迭迭代代(di di)计计算算-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.232.34-1.74-0.95-2.33-2.12-0.37-0.42-2.99-0.33-1.02-0.763.724.262.35-1.32-0.72-1.77-2.18-0.38-0.37-2.63-0.62-1.41-1.903.861.641.702.762.87-0.38-0.72-0.85-0.75第10页/共61页第十一页，共61页。12框架结构设计框架结构设计(shj)-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循循环环迭迭代代(di di)计计算算-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.232.34-1.74-0.95-2.33-2.12-0.37-0.42-2.99-0.85-0.33-1.02-0.76-0.383.721.642.764.262.35-1.32-0.72-1.77-2.18-0.38-0.37-2.63-0.75-0.62-1.41-0.72-1.901.703.862.872.274.10-1.23-0.68-1.65-2.25-0.40-0.32-0.66-2.31-0.66-2.00-0.75-1.493.901.722.904.072.25-1.20-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.91第11页/共61页第十二页，共61页。133.2 框架结构设计框架结构设计(shj)-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循循环环迭迭代代(di di)计计算算-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.072.25-1.20-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.91-6.1914.80-12.851.126.22-1.98-1.12-11.49-18.72-15.212.315.69-1.98-1.045.80-1.52-1.302.90-0.76-0.656.22=2*2.25+1.72-6.19=-13.13+2*4.07+1.20第12页/共61页第十三页，共61页。14框架结构设计框架结构设计(shj)ABCEFGHI5.806.1914.801.1211.4918.7215.212.3112.851.521.306.225.691.981.981.121.04D2.900.760.65弯弯矩矩图图第13页/共61页第十四页，共61页。15框架结构设计框架结构设计(shj)弯矩图：分层法弯矩图：分层法弯矩图：弯矩二次分配弯矩图：弯矩二次分配(fnpi)法法第14页/共61页第十五页，共61页。16框架结构设计框架结构设计(shj)弯矩图：弯矩二次分配弯矩图：弯矩二次分配(fnpi)法法弯矩图：迭代法弯矩图：迭代法第15页/共61页第十六页，共61页。17框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 系数法系数法 采采用用上上述述三三种种方方法法时时，需需首首先先确确定定 梁梁、柱柱 截截 面面 尺尺 寸寸，计计 算算 过过 程程(guchng)也也较较为为繁繁复复。系系数数法法是是一一种种更更简简单单的的方方法法，只只要要给给出出荷荷载载、框框架架梁梁的的计计算算跨跨度度和和支支承承情情况况，就就可可很很方方便便地地计计算算出出框框架架梁梁、柱柱各各控控制制截截面面内内力力。相相应应的的弯弯矩矩和剪力系数见参考教材。和剪力系数见参考教材。第16页/共61页第十七页，共61页。18框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 系数法系数法 当当框框架架结结构构满满足足下下列列条条件件时时，可可按系数法计算：按系数法计算：结结构构不不少少于于两两跨跨，两两个个相相邻邻(xin ln)跨跨的的跨跨长长相相差差不不超超过过短短跨跨跨跨长长的的20%；荷荷载载均均匀匀布布置置，且且活活载载与与恒恒载载的的比比值值不大于不大于3；k框架梁截面为矩形。框架梁截面为矩形。第17页/共61页第十八页，共61页。19框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算(j sun)竖向荷载作用下竖向荷载作用下 四种方法的比较四种方法的比较分分层层法法、弯弯矩矩二二次次分分配配法法、弯弯矩矩迭迭代代法法和和系系数数法法均均可可求求无无侧侧移移框框架架的的内内力力，弯弯矩矩迭迭代代法法和和系系数数法法尚尚可可求求有有侧侧移移框框架架的的内力；内力；每每次次运运算算时时，弯弯矩矩二二次次分分配配法法计计算算(j sun)的的是是杆杆端端弯弯矩矩的的增增量量值值，而而弯弯矩矩迭迭代代法法计计算算(j sun)的的则则是是杆杆端端弯弯矩矩的的全全量值；量值；第18页/共61页第十九页，共61页。20框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 四种方法四种方法(fngf)的比较的比较系系数数法法可可在在截截面面尺尺寸寸未未知知情情况况下下得得到到杆杆件内力；件内力；当当梁梁线线刚刚度度较较柱柱的的线线刚刚度度大大很很多多时时，分分层层框框架架计计算算结结果果较较符符合合实实际际。分分层层法法只只有有当当框框架架层层数数较较多多，且且中中间间若若干干分分层层框框架架相相同同时时，应应用用起起来来才才比比较较简简便便。若若分分层层框框架架的的数数目目与与整整个个框框架架的的层层数数相相近近，采用弯矩二次分配法更加简便。采用弯矩二次分配法更加简便。第19页/共61页第二十页，共61页。21框架结构设计框架结构设计(shj)课后作业一：课后作业一：结构概况：结构概况：某某四四层层现现浇浇整整体体式式框框架架结结构构，柱柱截截面面尺尺寸寸均均为为400mm400mm，楼楼层层梁梁和和顶顶层层梁梁截截面面尺尺寸寸均均为为 250mm600mm，走走道道梁梁截截面面尺尺寸寸均均为为250mm450mm，混混凝凝土土强强度度(qingd)等级等级C30。第20页/共61页第二十一页，共61页。22框架结构设计框架结构设计(shj)390042006000ABCEFMNO6000DPGHIJKL3000RSTQ390039005.0 kN/m4.0 kN/m4.0 kN/m4.0 kN/m第21页/共61页第二十二页，共61页。23框架结构设计框架结构设计(shj)要求：要求：分分别别采采用用分分层层法法、弯弯矩矩二二次次分分配配法法、弯弯矩矩迭迭代代法法和和系系数数法法计计算算以以下下框框架架结结构构的的内内力力（包包括括：梁梁的的弯弯矩矩和和剪剪力力，柱柱的的轴轴力力、弯弯矩矩和剪力），并绘制和剪力），并绘制(huzh)相应的内力图。相应的内力图。第22页/共61页第二十三页，共61页。24框架结构设计框架结构设计(shj)内力内力(nil)分析分析 内力内力(nil)计算计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 受力与变形特点受力与变形特点框框架架梁梁、柱柱的的弯弯矩矩均均为为线线性性分分布布，且且每每跨跨梁和每根柱均有一零弯矩点即反弯点存在；梁和每根柱均有一零弯矩点即反弯点存在；框框架架每每一一层层柱柱的的总总剪剪力力（层层间间剪剪力力）及及单单根柱的剪力均为常数；根柱的剪力均为常数；第23页/共61页第二十四页，共61页。25框架结构设计框架结构设计(shj)水平荷载水平荷载(hzi)作用下的弯作用下的弯矩图矩图第24页/共61页第二十五页，共61页。26框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 受力与变形特点受力与变形特点若若不不考考虑虑梁梁、柱柱轴轴向向变变形形对对框框架架侧侧移移的的影响，则同层各节点的水平侧移相等；影响，则同层各节点的水平侧移相等；除除底底层层柱柱底底为为固固定定端端外外，其其余余杆杆端端或或节节点点既既有有水水平平侧侧移移又又有有转转角角(zhunjio)变变形形，节节点点转转角角(zhunjio)随随梁梁柱柱线线刚度比的增大而减小。刚度比的增大而减小。第25页/共61页第二十六页，共61页。2023/5/2527框架结构设计框架结构设计(shj)水平荷载作用水平荷载作用(zuyng)下下的变形图的变形图第26页/共61页第二十七页，共61页。2023/5/2528框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 计算策略计算策略 根根据据受受力力和和变变形形特特点点，即即各各层层柱柱的的层层间间剪剪力力为为定定值值和和柱柱弯弯矩矩图图为为直直线线且且存存在在反反弯弯点点，若若能能得得到到各各柱柱的的剪剪力力并并进进一一步步确确定定(qudng)反反弯弯点点的的位位置置，则杆件的内力即可根据平衡条件求得。则杆件的内力即可根据平衡条件求得。第27页/共61页第二十八页，共61页。2023/5/2529框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法基本假定基本假定进进行行柱柱的的剪剪力力分分配配时时，假假定定框框架架梁梁的的线线刚刚度度(n d)为为无无穷穷大大，即即各各柱柱端端的转角为零，只发生水平侧移；的转角为零，只发生水平侧移；在在确确定定框框架架柱柱的的反反弯弯点点位位置置时时，假假定定除除底底层层柱柱外外，其其余余柱柱的的上上下下端端转转角角相相等。等。第28页/共61页第二十九页，共61页。2023/5/2530框架结构设计框架结构设计(shj)F1F2FiFn水平荷载水平荷载(hzi)作用下的变形图：反弯作用下的变形图：反弯点法点法h1h2hihn第29页/共61页第三十页，共61页。2023/5/2531框架结构设计框架结构设计(shj)内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法柱剪力计算柱剪力计算求求解解(qi ji)策策略略：根根据据受受力力平平衡衡条条件件及及柱柱顶顶侧侧移移相相等等条条件件即即可可求求得得各各柱柱的的剪剪力。力。第30页/共61页第三十一页，共61页。2023/5/2532框架结构设计框架结构设计(shj)FiFnVi1VimVi2VijF1F2h1h2hihn第31页/共61页第三十二页，共61页。2023/5/2533框架结构设计框架结构设计(shj)FiFnVi1VimVi2Vij受力平衡条件柱端相对(xingdu)侧移相等条件第32页/共61页第三十三页，共61页。2023/5/2534框架结构设计框架结构设计(shj)柱中剪力与侧移的关系(gun x)ij柱柱 两两 端端(lin dun)发发生生单单位位相相对对侧侧移移时时所所需需要要的的剪剪力力值值，即即为为此此柱柱的的抗侧移刚度。抗侧移刚度。第33页/共61页第三十四页，共61页。2023/5/2535框架结构设计框架结构设计(shj)剪剪 力力 分分 配配(fnpi)系数系数第第i层层柱柱的的总剪力总剪力第34页/共61页第三十五页，共61页。2023/5/2536 内力内力(nil)分析分析 内力内力(nil)计算计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法柱的反弯点位置柱的反弯点位置(1)一般层柱一般层柱AB框架结构设计框架结构设计(shj)ABhihi/2M图图AB第35页/共61页第三十六页，共61页。2023/5/2537 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平水平(shupng)荷载作用下荷载作用下 反弯点法反弯点法柱的反弯点位置柱的反弯点位置(2)底层柱底层柱AB框架结构设计框架结构设计(shj)ABhi2hi/3M图图AB第36页/共61页第三十七页，共61页。2023/5/2538 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法柱的反弯点位置柱的反弯点位置 由由上上述述讨讨论论可可知知(k zh)：对对底底层层柱柱，反反弯弯点点取取在在距距柱柱底底2/3柱柱高高处处；对对其其余余层层柱柱，反反弯弯点点则则位位于于柱柱高高的的中中点。点。框架结构设计框架结构设计(shj)第37页/共61页第三十八页，共61页。2023/5/2539 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平水平(shupng)荷载作用下荷载作用下 反弯点法反弯点法柱端弯矩柱端弯矩框架结构设计框架结构设计(shj)一般(ybn)层柱：hihi/2第38页/共61页第三十九页，共61页。2023/5/2540 内力内力(nil)分析分析 内力内力(nil)计算计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法柱端弯矩柱端弯矩框架结构设计框架结构设计(shj)底层(d cn)柱：h12h1/3第39页/共61页第四十页，共61页。2023/5/2541 内力分析内力分析(fnx)内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法梁端弯矩梁端弯矩框架结构设计框架结构设计(shj)顶层(dn cn)边节点其余层边节点中间节点第40页/共61页第四十一页，共61页。2023/5/2542 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平水平(shupng)荷载作用下荷载作用下 反弯点法反弯点法梁的剪力梁的剪力框架结构设计框架结构设计(shj)第41页/共61页第四十二页，共61页。2023/5/2543 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载水平荷载(hzi)作用下作用下 反弯点法反弯点法柱的轴力柱的轴力框架结构设计框架结构设计(shj)FiFnNi1Vi1NijVij边柱中柱第42页/共61页第四十三页，共61页。2023/5/2544 内力分析内力分析 内力计算内力计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法适用范围适用范围 在在确确定定柱柱的的剪剪力力时时，假假定定框框架架梁梁的的线线刚刚度度为为无无穷穷大大，实实际际中中，当当框框架架节节点点(ji din)处处的的梁梁、柱柱线线刚刚度度比比ib/ic3，才才可可认认为为此此假假定定成成立立。而而反反弯弯点点高高度度为为定定值值的的假假定定，当当结结构构布布置置比比较较规规则则均均匀匀，层层高高和和跨跨度度变变化化不大，层数不多时，才可应用。不大，层数不多时，才可应用。框架结构设计框架结构设计(shj)第43页/共61页第四十四页，共61页。2023/5/2545 内力内力(nil)分析分析 内力内力(nil)计算计算 水平荷载作用下水平荷载作用下 反弯点法反弯点法计算例题计算例题框架结构设计框架结构设计(shj)4200480042004200(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)16kN32kN右图括号右图括号(kuho)中为梁、柱线刚度中为梁、柱线刚度的相对值的相对值第44页/共61页第四十五页，共61页。2023/5/2546框架结构设计框架结构设计(shj)计计算算各各柱柱剪剪力力分分配配(fnpi)系数系数顶层顶层(dn cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)第45页/共61页第四十六页，共61页。2023/5/2547框架结构设计框架结构设计(shj)底层底层(d cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)第46页/共61页第四十七页，共61页。2023/5/2548框架结构设计框架结构设计(shj)计计算算(j sun)各各柱柱反反弯弯点点处处的剪力值的剪力值顶层顶层(dn cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)16kN32kN第47页/共61页第四十八页，共61页。2023/5/2549框架结构设计框架结构设计(shj)底层底层(d cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)16kN32kN第48页/共61页第四十九页，共61页。2023/5/2550框架结构设计框架结构设计(shj)求各柱柱端弯矩求各柱柱端弯矩顶层顶层(dn cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)42004800第49页/共61页第五十页，共61页。2023/5/2551框架结构设计框架结构设计(shj)底层底层(d cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)42004800第50页/共61页第五十一页，共61页。52框架结构设计框架结构设计(shj)求各梁梁端弯矩求各梁梁端弯矩顶层顶层(dn cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)42004800第51页/共61页第五十二页，共61页。2023/5/2553框架结构设计框架结构设计(shj)底层底层(d cn)：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)42004800第52页/共61页第五十三页，共61页。2023/5/2554框架结构设计框架结构设计(shj)ABCDEFGIH10.0810.0810.086.7213.4413.446.7210.0810.0810.0848.0024.0028.8057.6024.0048.0034.0821.1221.1234.08弯弯矩矩图图第53页/共61页第五十四页，共61页。2023/5/2555第54页/共61页第五十五页，共61页。2023/5/2556第55页/共61页第五十六页，共61页。第56页/共61页第五十七页，共61页。2023/5/2558第57页/共61页第五十八页，共61页。2023/5/2559第58页/共61页第五十九页，共61页。第59页/共61页第六十页，共61页。第60页/共61页第六十一页，共61页。
