框架结构设计竖向荷载.pptx

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1、 1框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下f)弯矩迭代法弯矩迭代法 计算步骤计算步骤 (4)计算各杆件近端弯矩，记在相应的杆端处；计算各杆件近端弯矩，记在相应的杆端处；(5)循环若干轮直至达到要求的精度为止；循环若干轮直至达到要求的精度为止；(6)计算得到每一杆件的最终弯矩值。计算得到每一杆件的最终弯矩值。节点固端弯矩之和节点固端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 2框架结构设计框架结构设计远端弯矩远端弯矩近端弯矩近端弯矩jkmnl对节点对节点 j 而言，而言，j 端为其近端端为其近端，k,l,m,n 端为端为其远端

2、。其远端。第2页/共61页 3框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下g)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右图括号中为梁、右图括号中为梁、柱线刚度的相对值柱线刚度的相对值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 4框架结构设计框架结构设计计算节点弯矩分配系数计算节点弯矩分配系数节点节点 G：节点节点 I：(4.21)(7.11)(7.63)

3、(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第4页/共61页 53.2 框架结构设计框架结构设计节点节点 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 6框架结构设计框架结构设计节点节点 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 7框架结构设计框架结构设计节点节点 E：(4.21)(7.11)(7

4、.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第7页/共61页 8框架结构设计框架结构设计节点节点 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 9计算框架梁固端弯矩（同前例）计算框架梁固端弯矩（同前例）框架结构设计框架结构设计第9页/共61页 10框架结构设计框架结构设计-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0

5、.2327.32-0.075-0.425-0.173循循环环迭迭代代计计算算-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 11框架结构设计框架结构设计-17.

6、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-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.232.34-1.74-0.95-2.33-2.12-0.37-0.42-2.99-0.85-0.33-1.02-0.76-0.383.721.642.764.262.35-1.32-0.72-1.77-2.18-0.38-0.37-2.6

7、3-0.75-0.62-1.41-0.72-1.901.703.862.872.274.10-1.23-0.68-1.65-2.25-0.40-0.32-0.66-2.31-0.66-2.00-0.75-1.493.901.722.904.072.25-1.20-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.91第11页/共61页 123.2 框架结构设计框架结构设计-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.232

8、7.32-0.075-0.425-0.173循循环环迭迭代代计计算算-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.072.25-1.20-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.91-6.1914.80-12.851.126.22-1.98-1.12-11.49-18.72-15.21 2.315.69-1.98-1.045.80-1.52-1.302.90-0.76-0.656.22=2*2.25+1

9、.72-6.19=-13.13+2*4.07+1.20第12页/共61页 13框架结构设计框架结构设计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 14框架结构设计框架结构设计弯矩图：分层法弯矩图：分层法弯矩图：弯矩二次分配法弯矩图：弯矩二次分配法第14页/共61页 15框架结构设计框架结构设计弯矩图：弯矩二次分配法弯矩图：弯矩二次分配法弯矩图：迭代法弯矩图：迭代法第15页/共61页 16框架结构设计框架结构设计 内力分析

10、内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下h)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和剪剪力力系系数数见见参参考考教教材。材。第16页/共61页 17框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下h

11、)系数法系数法 当框架结构满足下列条件时，可按系数法计算：当框架结构满足下列条件时，可按系数法计算：结结构构不不少少于于两两跨跨，两两个个相相邻邻跨跨的的跨跨长长相相差差不不超超过过短跨跨长的短跨跨长的20%；荷载均匀布置，且活载与恒载的比值不大于荷载均匀布置，且活载与恒载的比值不大于3；框架梁截面为矩形。框架梁截面为矩形。第17页/共61页 18框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下i)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

12、，弯弯矩矩迭迭代代法法和和系系数数法法尚可求有侧移框架的内力尚可求有侧移框架的内力；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的的则则是是杆杆端端弯弯矩矩的的全量值全量值；第18页/共61页 19框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算a.竖向荷载作用下竖向荷载作用下i)四种方法的比较四种方法的比较系数法可在截面尺寸未知情况下得到杆件内力；系数法可在截面尺寸未知情况下得到杆件内力；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

13、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 20框架结构设计框架结构设计课后作业一：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250mm450

14、mm，混混凝凝土土强强度度等等级级C30。第20页/共61页 21框架结构设计框架结构设计390042006000ABCEFMNO6000DPGHIJKL3000RSTQ390039005.0 kN/m4.0 kN/m4.0 kN/m4.0 kN/m第21页/共61页 22框架结构设计框架结构设计要求：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、弯弯矩矩和剪力和剪力），并绘制相应的内力图。），并绘制相应的内力图。第22页/共61页 2

15、3框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下a)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，且且每每跨跨梁梁和和每每根柱均有根柱均有一零弯矩点一零弯矩点即即反弯点存在反弯点存在；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）及及单单根根柱柱的的剪力均为常数剪力均为常数；第23页/共61页 24框架结构设计框架结构设计水平荷载作用下的弯矩图水平荷载作用下的弯矩图第24页/共61页 25框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下a)受力与变形

16、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影响响，则则同层各节点的水平侧移相等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变变形形，节节点点转转角角随随梁梁柱柱线线刚刚度度比比的增大而减小。的增大而减小。第25页/共61页2023/3/2526框架结构设计框架结构设计水平荷载作用下的变形图水平荷载作用下的变形图第26页/共61页2023/3/2527框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下b)计算策略计算策

17、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反反弯弯点点的的位位置置，则则杆杆件的内力即可根据平衡条件求得。件的内力即可根据平衡条件求得。第27页/共61页2023/3/2528框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)反弯点法反弯点法基本假定基本假定(1)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为为无无穷大，即各柱端的转角为零，只发生水平侧移

18、；穷大，即各柱端的转角为零，只发生水平侧移；(2)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，其余柱的上下端转角相等。其余柱的上下端转角相等。第28页/共61页2023/3/2529框架结构设计框架结构设计F1F2FiFn水平荷载作用下的变形图：反弯点法水平荷载作用下的变形图：反弯点法h1h2hihn第29页/共61页2023/3/2530框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)反弯点法反弯点法柱剪力计算柱剪力计算求求解解策策略略：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

19、件即可求得各柱的剪力。即可求得各柱的剪力。第30页/共61页2023/3/2531框架结构设计框架结构设计FiFnVi1VimVi2VijF1F2h1h2hihn第31页/共61页2023/3/2532框架结构设计框架结构设计FiFnVi1VimVi2Vij受力平衡条件柱端相对侧移相等条件第32页/共61页2023/3/2533框架结构设计框架结构设计柱中剪力与侧移的关系ij柱柱两两端端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抗侧移刚度。的抗侧移刚度。第33页/共61页2023/3/2534框架结构设计框架结构设计剪力分配系数剪力分配系数第第 i层层

20、 柱柱的总剪力的总剪力第34页/共61页2023/3/2535 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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ABhihi/2M图图AB第35页/共61页2023/3/2536 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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ABhi2hi/3M图图AB第36页/共61页2023/3/2537 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c

21、)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：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中点。的中点。框架结构设计框架结构设计第37页/共61页2023/3/2538 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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一般层柱：hihi/2第38页/共61页2023/3/2539 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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

22、设计底层柱：h12h1/3第39页/共61页2023/3/2540 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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顶层边节点其余层边节点中间节点第40页/共61页2023/3/2541 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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第41页/共61页2023/3/2542 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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FiFnNi1Vi1NijVij边

23、柱中柱第42页/共61页2023/3/2543 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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，层层高高和跨度变化不大，层数不多时，才可应用。和跨度变化不大，层数不多时，才可应用。框架结构设计框架结构设计第43页/共61页2023/3/2

24、544 内力分析内力分析E.内力计算内力计算b.水平荷载作用下水平荷载作用下c)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右图括号中为梁、右图括号中为梁、柱线刚度的相对值柱线刚度的相对值第44页/共61页2023/3/2545框架结构设计框架结构设计计算各柱剪力分配系数计算各柱剪力分配系数顶层：顶层：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)

25、第45页/共61页2023/3/2546框架结构设计框架结构设计底层：底层：(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2023/3/2547框架结构设计框架结构设计计算各柱反弯点处的剪力值计算各柱反弯点处的剪力值顶层：顶层：(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2023/3/2548框架结构设计框架结构设计底层：底层：(1.5)(1.5)(0.6)ABCDEFGIH(0.6)(0.8)(1

26、.8)(1.8)(0.6)(0.5)(0.5)16kN32kN第48页/共61页2023/3/2549框架结构设计框架结构设计求各柱柱端弯矩求各柱柱端弯矩顶层：顶层：(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2023/3/2550框架结构设计框架结构设计底层：底层：(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51框架结构设计框架结构设计求各梁梁端弯矩求各梁梁端弯矩顶层：顶层：(1

27、.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2023/3/2552框架结构设计框架结构设计底层：底层：(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2023/3/2553框架结构设计框架结构设计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2023/3/2554第54页/共61页2023/3/2555第55页/共61页第56页/共61页2023/3/2557第57页/共61页2023/3/2558第58页/共61页第59页/共61页第60页/共61页2023/3/2561感谢您的观看。第61页/共61页