[高等教育]第5章-1 框架结构近似计算方法1.ppt
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1、高等教育第5章-1 框架结构近似计算方法1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望5.1 5.1 计算基本假定计算基本假定5.1.1 弹性工作状态假定弹性工作状态假定5.1.2 平面抗侧力结构和刚性楼板假定平面抗侧力结构和刚性楼板假定(1)(1)平面抗侧力结构假定平面抗侧力结构假定 v整个结构可以划分成不同方向的平面抗侧力结构,共整个结构可以划分成不同方向的平面抗侧力结构,共同抵抗结构承受的侧向水平荷载,同抵抗结构承受的侧向水平荷载,见图见图5-15-1。
2、(2)(2)刚性楼板假定刚性楼板假定v水平放置的楼板,在其自身平面内刚度很大,可以视为刚水平放置的楼板,在其自身平面内刚度很大,可以视为刚度无限大的平板;楼板平面外的刚度很小,可以忽略。度无限大的平板;楼板平面外的刚度很小,可以忽略。v刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受侧向水刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受侧向水平荷载,平荷载,见图见图5-25-2。5.1.3 高层建筑结构分析的内容高层建筑结构分析的内容(1)(1)总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配v荷载分配与各片平面抗侧力结构的刚度、变形特点都荷载分配与各片平面抗侧力结构的刚度
3、、变形特点都有关系,不能像低层建筑结构那样按照受荷载面积计算有关系,不能像低层建筑结构那样按照受荷载面积计算各片平面抗侧力结构的水平荷载。各片平面抗侧力结构的水平荷载。(2)(2)计算每片平面抗侧力结构在所分到的水平荷载作计算每片平面抗侧力结构在所分到的水平荷载作用下的内力和位移。用下的内力和位移。(3)(3)结构有扭转时,先计算结构平移时的内力和位移,结构有扭转时,先计算结构平移时的内力和位移,然后计算扭转下的内力,最后将两部分叠加。然后计算扭转下的内力,最后将两部分叠加。5.2 5.2 框架结构的近似计算方法框架结构的近似计算方法5.2.1竖向荷载下的近似计算竖向荷载下的近似计算分层法分层
4、法5.2.1.1 计算假定计算假定(1)(1)不考虑结构的侧移。不考虑结构的侧移。(2)(2)每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计,仅向下的柱中传每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计,仅向下的柱中传递轴力,即本单元上梁弯距不在其它单元上进行分配及传递。递轴力,即本单元上梁弯距不在其它单元上进行分配及传递。(3)(3)活荷载一般按满布考虑,不进行各种不利布置的计算。活荷载一般按满布考虑,不进行各种不利布置的计算。(4)(4)除除底底层层外外,其其它它各各层层柱柱的的线线刚刚度度乘乘以以折折减减系系数数0.9,传传递递系系数取数取1/3。5.2.1.2 计算单元选取及计算方法计算单元选取及计算方法(1
5、)(1)每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元,每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元,柱远端按固定端考虑,柱远端按固定端考虑,见图见图5-35-3。(2)(2)各单元内力:各单元内力:忽略侧移影响,用力矩分配法计算。忽略侧移影响,用力矩分配法计算。(3)(3)框架内力:框架内力:分层计算所得的梁的弯矩即为其最后分层计算所得的梁的弯矩即为其最后的弯矩。每根柱的弯矩。每根柱(底层柱除外底层柱除外)属于上、下两层,所以属于上、下两层,所以柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相加。柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相加。(1)(1)弯距计算分配完成后,梁端弯距即为梁的平衡弯距。柱端弯距计算分配完成后,梁端弯距即为
6、梁的平衡弯距。柱端弯距取相邻单元对应的柱端弯距之和。弯距取相邻单元对应的柱端弯距之和。(2)(2)一般地,分层计算的结果,在各节点上的弯距不平衡,一般地,分层计算的结果,在各节点上的弯距不平衡,但误差不大可不计。如果较大时,可将不平衡弯距再进但误差不大可不计。如果较大时,可将不平衡弯距再进行一次分配。行一次分配。(3)(3)在竖向荷载作用下,梁端负弯距较大时,可考虑塑性内力在竖向荷载作用下,梁端负弯距较大时,可考虑塑性内力重分布予以降低。重分布予以降低。(4)(4)为使梁跨中钢筋不至于过少,保证梁跨中截面有足够的承为使梁跨中钢筋不至于过少,保证梁跨中截面有足够的承载力,经过调幅后的梁跨中弯距不
7、小于按简支梁计算的载力,经过调幅后的梁跨中弯距不小于按简支梁计算的跨中弯距的跨中弯距的50。(5)(5)梁梁端端弯弯距距调调幅幅只只对对竖竖向向荷荷载载进进行行,水水平平力力作作用用下下的的梁梁端端弯弯距不允许调幅。距不允许调幅。5.2.1.3 计算结果处理计算结果处理5.2.2 水平荷载下的近似计算水平荷载下的近似计算反弯点法反弯点法5.2.2.1 多层框架在水平荷载下内力及变形特点多层框架在水平荷载下内力及变形特点(1)(1)如如不不考考虑虑轴轴向向变变形形的的影影响响,则则上上部部同同一一层层的的各各结结点点水水平平位位移移相相等等;上上部部各各结结点点有有转转角角;柱柱脚脚处处固固定,
8、线位移和角位移为定,线位移和角位移为0 0,如,如图图5-4(a)5-4(a)。(2)(2)各各杆杆的的弯弯矩矩M M图图均均为为直直线线。每每杆杆M M均均有有一一零零弯弯矩矩点点,称反弯点,该点有剪力,如称反弯点,该点有剪力,如图图5-4(b)5-4(b)。5.2.2.2 5.2.2.2 反弯点法的基本假定反弯点法的基本假定(1)在在确确定定柱柱子子的的反反弯弯点点位位置置时时,假假定定除除底底层层以以外外的的 各个柱子的上下端节点转角均相同。各个柱子的上下端节点转角均相同。(2)在求各柱的剪力时,认为在求各柱的剪力时,认为梁柱线刚度比较大梁柱线刚度比较大(ib/ic3)时,节点转角很小,
9、可忽略不计,即柱端转角时,节点转角很小,可忽略不计,即柱端转角0。(3)不考虑梁的轴向变形,故同层各节点水平位移相等。不考虑梁的轴向变形,故同层各节点水平位移相等。(4)底层柱与基础固接,线位移与角位移均为底层柱与基础固接,线位移与角位移均为0。(1)(1)将将每每层层以以上上的的水水平平荷荷载载(即即层层剪剪力力)按按某某一一比比例例分分配给该层的各柱,求出各柱的剪力配给该层的各柱,求出各柱的剪力(图图5-55-5);5.2.2.3 反弯点法的基本思路反弯点法的基本思路(2)(2)确定各柱反弯点高度确定各柱反弯点高度y y(图(图5-4(b)5-4(b));(3)(3)反弯点处切开,求柱端弯
10、矩反弯点处切开,求柱端弯矩(图图5-5);(4)(4)求梁端弯矩。求梁端弯矩。(1)(1)确定柱反弯点高度确定柱反弯点高度5.2.2.4 计算方法和步骤计算方法和步骤(2)(2)计算柱反弯点处的剪力计算柱反弯点处的剪力(3)(3)计算柱端弯矩计算柱端弯矩(4)(4)计算梁端弯矩计算梁端弯矩(5)(5)求其它内力求其它内力v反弯点高度反弯点高度y是指反弯点至柱下端的距离。是指反弯点至柱下端的距离。(1)(1)确定柱反弯点高度确定柱反弯点高度v对于上层各柱,由对于上层各柱,由假定一假定一,反弯点在柱中点。,反弯点在柱中点。即:即:yi=hi/2(i=2,3,n)v对于底层柱,由于底端固定而上端有转
11、角,反对于底层柱,由于底端固定而上端有转角,反弯点向上移弯点向上移(图图5-6)5-6),通常假定反弯点在距底端,通常假定反弯点在距底端2h13处处(y1=h1/2)。(2)(2)计算柱反弯点处的剪力计算柱反弯点处的剪力(a)(a)框架框架的层间总剪力的层间总剪力Vpjv设框架结构共有设框架结构共有n n层,外荷载(层,外荷载(F Fj)在第)在第j j层产层产生的层间总剪力生的层间总剪力Vpj为为(见图见图5-5)5-5):(b)层间总剪力在楼层各柱之间的分配层间总剪力在楼层各柱之间的分配n 柱的侧移刚度柱的侧移刚度d d由由假定假定2 2:柱的剪力与水平位移的关系为:柱的剪力与水平位移的关
12、系为:其其中中:d 称称为为柱柱的的侧侧移移刚刚度度柱柱上上下下两两端端相相对对有有单单位位侧侧移移(=1)时柱中产生的剪力。时柱中产生的剪力。n层间总剪力层间总剪力Vpj在同层各柱间的分配在同层各柱间的分配v 设设框框架架共共有有n层层,第第j层层内内有有m个个柱柱子子,各各柱柱剪剪力力为为Vjl、Vj2、Vji,根据层剪力平衡的条件有:,根据层剪力平衡的条件有:Vji第第j层第层第i柱所承受的剪力;柱所承受的剪力;m第第j层内的柱子数。层内的柱子数。v 由由假假定定3,同同层层各各柱柱柱柱端端水水平平位位移移相相等等(均均为为j),按侧移刚度按侧移刚度d的定义,有的定义,有Vj1=dj1j
13、;Vj2=dj2j;Vjm=djmj (b)v(b)(b)代入代入(a)得:得:(c)v(c)(c)代入(代入(b)得各柱剪力)得各柱剪力V Vji:也可以写成:也可以写成:Vji=jiVPj 式中:式中:Vji第第j j层第层第i i柱的剪力;柱的剪力;ji剪力分配系数;剪力分配系数;dji第第j j层层第第i i柱的柱的侧侧移移刚刚度;度;VPj第第j j层层的的层层剪力剪力。(3)(3)计算柱端弯矩计算柱端弯矩v各各柱柱端端弯弯矩矩由由该该柱柱剪剪力力和和反反弯弯点点高高度度计计算算(图图5-5-4b4b、图、图5-55-5)。v上部各层柱:上下端的弯矩相等,即:上部各层柱:上下端的弯矩
14、相等,即:Mji上上=Mji下下=Vjihj/2 2v 底层柱:上端弯矩底层柱:上端弯矩 M1i上上=V1ih1 1/3 3 下端弯矩下端弯矩 M1i下下=2=2V1ih1 1/3 3 (4)(4)计算梁端弯矩计算梁端弯矩v梁端弯矩可由节点平衡条件和变形协调条件求得。梁端弯矩可由节点平衡条件和变形协调条件求得。(a)(a)边节点:边节点:(b)(b)中间节点:中间节点:(5)(5)求其它内力求其它内力v由梁两端的弯矩,根据梁的平衡条件,可求出梁的剪力;由梁两端的弯矩,根据梁的平衡条件,可求出梁的剪力;v由梁的剪力,根据结点的平衡条件,可求出柱的轴力。由梁的剪力,根据结点的平衡条件,可求出柱的轴
15、力。小结:小结:归纳起来,反弯点法的计算步骤如下:归纳起来,反弯点法的计算步骤如下:(a)(a)多多层层多多跨跨框框架架在在水水平平荷荷载载作作用用下下,当当(ib bic c3)3)时时,可可采采用反弯点法计算杆件内力。用反弯点法计算杆件内力。(b)(b)计计算算各各柱柱侧侧移移刚刚度度;并并按按柱柱侧侧移移刚刚度度把把层层间间总总剪剪力力分分配配到到每个柱。每个柱。(c)(c)根据各柱分配到的剪力及反弯点位置,计算柱端弯矩。根据各柱分配到的剪力及反弯点位置,计算柱端弯矩。(d)(d)根据结点平衡条件和变形协调条件计算梁端弯矩。根据结点平衡条件和变形协调条件计算梁端弯矩。(1)(1)梁柱线刚
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