框架结构内力计算.pptx

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1、Back框架结构平面布置框架结构平面布置第1页/共82页框框架架结结构构透透视视图图第2页/共82页 考虑因素：生产工艺使用要求，建筑、结构及施工条件等；采用预制构件，符合模数制；柱网尺寸应力求简单规则，受力合理及有利于施工工业化。民用建筑柱网布置柱网布置柱网布置第3页/共82页柱网布置柱网布置 好 差与分隔墙协调，柱通常设在纵与分隔墙协调，柱通常设在纵横墙交叉点上，以减小对建筑横墙交叉点上，以减小对建筑功能的影响，柱距一般在功能的影响，柱距一般在6-9m之间。之间。而且要考虑结构在荷载作用下而且要考虑结构在荷载作用下受力合理，各构件材料强度能受力合理，各构件材料强度能充分发挥。充分发挥。第4

2、页/共82页3 梁柱截面尺寸的初步确定框架梁：梁高：框架梁计算跨度框架梁计算跨度梁宽：注意：现浇框架梁是注意：现浇框架梁是T形截面，装配或装配整体式位矩形形截面，装配或装配整体式位矩形 或花篮形截面或花篮形截面第5页/共82页框架柱截面尺寸为方形或矩形按非抗震设计时柱组合轴压力设计值柱组合轴压力设计值第6页/共82页一级抗震一级抗震二级抗震二级抗震三级抗震三级抗震一般宜取一般宜取而且要求而且要求按抗震设计时按抗震设计时第7页/共82页4 变形缝的设置 变形缝是伸缩缝、沉降缝、抗震缝的统称。在多高层建筑结构中，尽量少设或不设变形缝，可以简化构造方便施工，而且可增强结构整体性或空间刚度。措施：在建

3、筑设计时，调整平面形状、尺寸、体型等；结构设计时，选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等；施工时，分段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施防止收缩、不均匀沉降等因素引起的损坏。但当建筑平面狭长或体型复杂、不对称，部分刚度、高度、重量相差悬殊，且上述措施无法解决时，应设置变形缝。(1)、伸缩缝 仅将仅将基础顶面以上基础顶面以上的结构分开，宽度一般为的结构分开，宽度一般为2040mm2040mm。作用：作用：避免由于温度变化和混凝上收缩而使房屋产生裂缝。避免由于温度变化和混凝上收缩而使房屋产生裂缝。设置：设置：伸缩缝的设置主要与施工方法和房屋长度有关。伸缩缝的设置主要与施工方法和房屋长度有

4、关。第8页/共82页(2)、沉降缝 沉降缝将沉降缝将基础至屋顶全部分开基础至屋顶全部分开。作用：作用：避免因房屋产生过大的不均匀沉降而导致基础、地面、墙体、楼面、避免因房屋产生过大的不均匀沉降而导致基础、地面、墙体、楼面、屋面拉裂。屋面拉裂。设置沉降缝：设置沉降缝：1)1)地质条件变化较大处；地质条件变化较大处；2)2)地基基础处理方法不同处；地基基础处理方法不同处；3)3)房屋平面形状变化的凹角处；房屋平面形状变化的凹角处；4)4)房屋高度、重量、刚度有较大变化处：房屋高度、重量、刚度有较大变化处：5)5)新建部分与原有建筑的结合处。新建部分与原有建筑的结合处。第9页/共82页(2)、沉降缝

5、 处理地基不均匀沉降的方法有三种：第一种是“放”，设沉降缝让建筑物各部分自由沉降互不影响；第二种是“抗”，采用刚度较大的基础，利用本身的刚度来抵抗沉降差，不需设沉降缝；第三种是“调”，施工过程中，沉降缝位置的基础到楼(屋)盖结构的梁板不断开，钢筋连续，设约800mm宽的后浇段，待沉降基本完成后再连成整体，不设永久性的沉降缝。需同时设伸缩缝和沉降缝时，应二缝合一，以使整个房屋的缝数减少，缝宽度不小于50mm，当房屋高度超过10m时，缝宽应不小于70mm。第10页/共82页(2)、沉降缝 沉降缝设置方法：挑梁或搁置预制板、预制梁第11页/共82页(3)、抗震缝 震害表明，建筑物造型复杂，质量和刚度

6、分布差异显著，地质条件变化较大时，在地震作用下，由于结构各部位产生的变形不协调，导致结构一些部位破坏。在这种情况下，设置抗震缝，将基础顶面以上的结构断开，把房屋分成若干个独立的单元体，使其在地震作用下互不影响，地震作用明确。规范要求下列情况宜设抗震缝：1)平面形状复杂而无加强措施；2)房屋有较大错层；3)各部分结构的刚度或荷载相差悬殊。当需要同时设置伸缩缠、沉降续和抗震缝时，应三缝合一。宽度：详见建设计规范。第12页/共82页两栋房屋的沉降缝处理柱轴线错位第13页/共82页两栋房屋的沉降缝处理悬臂挑出第14页/共82页人群、家具、设备等荷载，取值见建筑结构荷载规范，可折减。框架荷载垂直荷载水平

7、荷载恒载活载风载地震作用框架自重；粉灰重；板、次梁、墙体重。荷载计算 传力路线明确第15页/共82页 竖向荷载：恒载：自重、面层重、永久设备 梁承担的竖向荷载：活荷载（角平分线分配荷载）按面积分配 第16页/共82页当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通过预制板的两端传递给它的支承结构；当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边/短边3时沿单向传递，长边/短边3时时沿双向传递。n 楼面荷载分配原则楼面荷载分配原则现浇楼盖荷载传递示意图第17页/共82页 某3层框架结构平面布置与截面尺寸如下图所示，纵向框架主梁截面尺寸为300mm800m

8、m；横向框架主梁截面尺寸为300mm700 mm，走道框架主梁截面尺寸为300mm500mm；框架的次梁截面尺寸为300mm700mm。柱子1层截面尺寸为600mm600 mm，计算高度为5.13m；23层截面尺寸为500mm500mm，柱子计算高度为4.2m。梁、板采用C30混凝土（Ec=3.0104N/mm2），柱子采用C35混凝土（Ec=3.15104N/mm2）；各楼面荷载设计值为3.06 KN/m2。第18页/共82页第19页/共82页第20页/共82页第21页/共82页第22页/共82页横向框架结构计算简图 第23页/共82页ABBCCC横向框架结构荷载计算区域示意图 q1=3.0

9、63=9.18 KN/m (A区);P1=(3.0637.5/2)2=68.85 KN (B区)P2=(3.0637.5/2)2+3.063/29=110.16 KN (C区)第24页/共82页纵向框架计算简图如下 第25页/共82页纵向框架结构荷载计算区域示意图 q2=3.061.5=4.59 KN/m (D区);P3=3.061.57.5/2=17.21 KN (E区)P4=3.0637.5/2=34.425 KN (F区)DE F第26页/共82页 对六层以下无侧移的框架，此法较为方便。具体步骤：（1）首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数；（2）计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固定端弯

10、矩；（3）计算框架各节点处的不平衡弯矩，并将每一节点处的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数为1/2；（4）进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）。弯矩二次分配法第27页/共82页 弯矩二次分配法例题：某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构。梁的截面尺寸为250mmx 600mm，混 凝 土 采 用C20；柱的截面尺寸为450mmx450mm，混凝土采用C30，现浇梁、柱，结构剖面图及计算简图见右图，试用弯矩二次分配法绘该框架的弯矩图。第28页/共82页第29页/共82页第30页/共82页两边有楼板一边有楼板现浇楼面Ib=2.0I0Ib=1.5I0装配整体式楼面 Ib=1.5I0Ib=

11、1.2I0框架梁截面惯性矩增大系数 为了简化计算,本例框架梁截面惯性矩增大系数 均采用1.2。第31页/共82页半边结构第32页/共82页第33页/共82页第34页/共82页（）弯矩分配与传递首先将各节点的分配系数填在相应方框内，将梁的固端弯矩填写在框架横梁相应的位置上。第一次分配：放松节点，把各节点不平衡弯矩“同时”进行分配。第35页/共82页（）弯矩分配与传递 第一次分配 传递假定：远端固定进行传递；右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递；上（下）柱分配弯矩向下（上）柱传递（传递系数均为1/2）；第36页/共82页（）弯矩分配与传递第一次分配传递第二次分配：放松节点，把各节点不平衡弯矩“同时”

12、进行分配。第37页/共82页(5)作弯矩图第38页/共82页三、框架梁在竖向荷载作用下弯矩的调幅 框架梁在竖向荷载作用下，梁端负弯矩允许考虑塑性变形内力重分布予以适当降低，可采用调幅系数 对于现浇框架 对于装配整体式框架 为计算方便，在求梁固端弯矩值时先可乘以调幅系数 值，然后再进行框架弯矩分配计算。第39页/共82页三、框架梁在竖向荷载作用下弯矩的调幅相应简支梁弯矩第40页/共82页框架梁端的弯矩调幅只在竖向荷载作用下进行，水平力作用下梁端弯矩不允许调幅。因此，必须先对竖向荷载作用下梁端弯矩按调幅计算后的各杆弯矩再与水平力作用下的各杆弯矩进行组合，而不应采用竖向荷载作用下与水平力作用下计算所

13、得弯矩组合后再对梁端弯矩进行调幅。三、框架梁在竖向荷载作用下弯矩的调幅第41页/共82页 竖向荷载作用下，框架梁跨中计算所得的弯矩值小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%时，则至少按简支梁计算的跨中弯矩的50%进行截面配筋。三、框架梁在竖向荷载作用下弯矩的调幅第42页/共82页 梁端弯矩调幅方法 减少梁端 竖向荷载 作用下弯矩值计算值 内力组合之前调幅调幅范围 调幅系数 0.8 0.9（现浇框架）；0.7 0.8（装配式整体框架）调幅的依据 混凝土结构塑性内力重分布 x 0.35 h0 保证各跨的内力平衡第43页/共82页水平荷载作用下的 D 值法第44页/共82页第45页/共82页 3）柱端剪力

14、计算 层间剪力 柱端剪力第46页/共82页4）确定修正后柱的反弯点位置 不再是定值，而是与柱的上下端的刚度有关，反弯点偏向刚度小的一端。主要影响因素：水平荷载的形式柱与梁的线刚度比上下层梁的线刚度比上下层的层高总层数及计算层所在位置 于是，框架各层柱经过修正后的反弯点位置可由下式计算得到：第47页/共82页各层柱标准反弯点高度比。各层柱标准反弯点高度比。考虑上下层梁刚度不同时的修正值，可根据上下考虑上下层梁刚度不同时的修正值，可根据上下横梁线刚度比横梁线刚度比和梁柱线刚度比和梁柱线刚度比K从表中查得。从表中查得。考虑上下层层高不同时的修正系数。考虑上下层层高不同时的修正系数。是在各层等高、各跨

15、相等、各层梁和柱线刚度都是在各层等高、各跨相等、各层梁和柱线刚度都不改变的多层框架在水平荷载作用下求得的反弯不改变的多层框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度比。点高度比。第48页/共82页第49页/共82页第50页/共82页第51页/共82页第52页/共82页PP底层柱时底层柱时第53页/共82页第54页/共82页PP顶层柱时顶层柱时底层柱时底层柱时第55页/共82页5）柱端弯矩计算 第56页/共82页6）梁端弯矩计算 根据节点弯矩的平衡计算梁端弯矩按梁刚度分配节点两端的弯矩第57页/共82页3 框架结构侧移计算及限值1）侧移的近似计算梁柱弯曲变形产生的侧移：剪切型变形 层间侧移 顶部侧移侧移

16、的特点：层间侧移上部小，下部大。如在均布荷载或倒三角形荷载作用下，层间剪力是逐层累加，越靠底层，剪力越大2）弹性层间位移限值 第58页/共82页结构的侧向位移曲线第59页/共82页地震作用第60页/共82页 地震作用计算时用到地震反应谱曲线地震作用计算时用到地震反应谱曲线由由255条地震加速度纪录经计算整理得到。条地震加速度纪录经计算整理得到。地震影响系数曲线地震影响系数曲线2、地震影响系数地震影响系数第61页/共82页结构自振周期结构自振周期场地特征周期场地特征周期地震影响系数最大值地震影响系数最大值直线下降段的下降斜率调整系数直线下降段的下降斜率调整系数(一般情况取一般情况取0.2)阻尼调

17、整系数阻尼调整系数(一般情况取一般情况取1.0)衰减指数衰减指数(一般情况取一般情况取0.9)第62页/共82页抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系抗震设防烈度6设计基本地震加速度值0.05g0.10(0.15)g 0.20(0.30)g0.40g第63页/共82页水平影响系数最大值1.400.90(1.20)0.50(0.72)0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.049度8度7度6度多遇地震多遇地震地震影响地震影响罕遇地震罕遇地震特征周期设计地震设计地震分组分组场地类别场地类别第一组第一组0.250.350.450.65第二组第二组0.300.400.550.75第三

18、组第三组0.350.450.650.90注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和和0.30g的地区的地区第64页/共82页1）水平地震作用计算 3、地震作用的计算方法地震作用的计算方法我国我国抗震规范抗震规范规定：规定：抗震设计抗震设计设防烈度在设防烈度在6度以上的建筑物必须进行；度以上的建筑物必须进行；地震作用计算地震作用计算设防烈度在设防烈度在7、8、9度的建筑物；度的建筑物；6度度类场地上的较高建筑物。类场地上的较高建筑物。第65页/共82页计算方法计算方法反应谱底部剪力法反应谱底部剪力法 反应谱振型分解法反应谱振型分解法 时程分析

19、法时程分析法作补充计算（1）反应谱底部剪力法）反应谱底部剪力法 对于对于重量重量、刚度刚度沿高沿高度分布度分布比较均匀比较均匀、高度、高度不超过不超过40m，以，以剪切剪切变形为主变形为主的多层和高层建筑结构，采用此法的多层和高层建筑结构，采用此法计算水平地震作用。这时计算水平地震作用。这时各楼层各楼层仅取仅取一个自一个自由度由度。第66页/共82页结构的总水平地震作用标准值相应于结构基本自振周相应于结构基本自振周期的水平地震影响数值期的水平地震影响数值结构等效总重力荷载：结构等效总重力荷载：单质点取总重力荷单质点取总重力荷载代表值；载代表值；多质点取总重力荷多质点取总重力荷载代表值的载代表值

20、的85%。第67页/共82页总重力荷载代表值：总重力荷载代表值：建筑的总重力荷载代表值应按下列规定采用：建筑的总重力荷载代表值应按下列规定采用：1、恒荷载、恒荷载取取100%2、雪荷载、雪荷载取取50%3、楼面活荷载、楼面活荷载按实际情况计算时取按实际情况计算时取100%；按；按等效均布活荷载计算时，藏书库、档案室、库房取等效均布活荷载计算时，藏书库、档案室、库房取80%，一般民用建筑取，一般民用建筑取50%。4、屋面活荷载、屋面活荷载不考虑不考虑结构等效总重力荷载：结构等效总重力荷载：第68页/共82页例例1：某三层框架的结构计算简图及恒载图、活载图如图所示。：某三层框架的结构计算简图及恒载

21、图、活载图如图所示。按按8度设防，第一组，度设防，第一组，类场地土。两跨梁的总长为类场地土。两跨梁的总长为12m。均。均布荷载的单位为布荷载的单位为 ，集中荷载的单位为，集中荷载的单位为要求：计算总重力荷载代表值及等效总重力荷载代表值。要求：计算总重力荷载代表值及等效总重力荷载代表值。5090第69页/共82页解：解：1、计算各层重力荷载代表值、计算各层重力荷载代表值2、计算总重力荷载代表值、计算总重力荷载代表值 及等效总重力荷载代表值及等效总重力荷载代表值第70页/共82页各楼层的水平地震作用标准值为：顶部附加水平地震作用标准值为：第71页/共82页顶部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数顶

22、部附加地震作用系数顶部附加地震作用系数结构基本自振周期结构基本自振周期第72页/共82页 抗震验算时，结构任意楼层的水平地震剪力应符合下列要求：第第i层对应于水平地震作用标准值的楼层层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力。剪力。剪力系数，不应小于下表规定的楼层最小剪力系数，不应小于下表规定的楼层最小剪力系数，对竖向不规则结构的薄弱层，剪力系数，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以尚应乘以1.15的增大系数。的增大系数。第73页/共82页楼层最小剪力系数值类别类别7度度8度度9度度扭转效应明显或基本扭转效应明显或基本周期小于周期小于3.5s的结构的结构0.016(0.024)0.032(0.048)

23、0.064基本周期大于基本周期大于5.0s的的结构结构0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注：注：1、基本周期介于、基本周期介于3.5s和和5s之间的结构，可插入取值；之间的结构，可插入取值；2、括号内数值分别用于设计基本地震加速度为、括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g 和和0.30g的地区。的地区。第74页/共82页例例2：某工程为某工程为8层框架结构，梁柱现浇，楼板预层框架结构，梁柱现浇，楼板预制，设防烈度为制，设防烈度为7度，第一组，场地为度，第一组，场地为类场地土，类场地土，特征周期为特征周期为 ，水平地震影响系数最大值，水平地震影响系数最大值为为

24、，现已计算出结构自振周期为，现已计算出结构自振周期为 ，集中在楼盖和屋盖的恒载为顶层，集中在楼盖和屋盖的恒载为顶层5400kN，2-7层层5000kN，底层，底层6000kN，活载为，活载为1-7层层1000kN，顶层雪荷载顶层雪荷载600kN。要求：按底部剪力法计算各楼层的地震作用标准要求：按底部剪力法计算各楼层的地震作用标准值与地震剪力标准值。值与地震剪力标准值。第75页/共82页7m7m4m7x3m=21m第76页/共82页解：解：1、楼层重力荷载代表值、楼层重力荷载代表值计算地震作用时，重力荷载计算地震作用时，重力荷载代表值去全部恒载，代表值去全部恒载，50%活载，因而各楼层的重力荷载

25、代表值活载，因而各楼层的重力荷载代表值为为:顶层：顶层：27层：层：底层：底层：总重力荷载代表值为：总重力荷载代表值为：2、总地震作用标准值计算、总地震作用标准值计算结构等效总重力荷载代表值为：结构等效总重力荷载代表值为：由于由于第77页/共82页地震影响系数曲线地震影响系数曲线第78页/共82页3、计算各楼层的地震作用标准值、计算各楼层的地震作用标准值由于由于应考虑顶部附加水平作用应考虑顶部附加水平作用，所以，顶部附加水平地震作用为：所以，顶部附加水平地震作用为：各楼层的地震作用标准值为：各楼层的地震作用标准值为：4、计算各楼层的地震剪力标准值、计算各楼层的地震剪力标准值总地震作用标准值为：

26、总地震作用标准值为：第79页/共82页4、结构自振周期的计算计算方法：直接从结构自由振动的方程组中求解（精度高、工作量大）；实用近似计算方法(荷载规范中的附录E）；对已有建筑进行自振周期实测得出的经验统计公式（我国采用脉动或激振动经大量统计回归得到的公式）。第80页/共82页现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级结构类型结构类型烈度烈度6度度7度度8度度9度度框架框架结构结构高度（高度（m)3030 3030 3030 25框架框架四四三三三三二二二二一一一一剧场、体育馆等大剧场、体育馆等大跨度公共建筑跨度公共建筑三三二二一一一一框架框架-抗抗震墙结震墙结构构高度高度(m)6060 6060 6060 50框架框架四四三三三三二二二二一一一一抗震墙抗震墙三三二二一一一一一一抗震墙抗震墙结构结构高度高度(m)8080 8080 8080 60抗震墙抗震墙四四三三三三二二二二一一一一部分框部分框支抗震支抗震墙结构墙结构抗震墙抗震墙三三二二二二一一框支层框架框支层框架二二二二一一一一（此表摘自抗震规范中对部分结构形式的规定，未含全部）第81页/共82页感谢您的观看。第82页/共82页