框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算.ppt

1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主 講 人： 謝 孝 副教授 后勤工程學(xué)院建筑工程系 結(jié)構(gòu)教研室 電話:68598194 移動(dòng)CHAPTER Five,2,框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算,CHAPTER Five,1. 計(jì)算簡(jiǎn)圖,2. 豎向荷載內(nèi)力計(jì)算方法分層法,3. 水平荷載內(nèi)力計(jì)算方法反彎點(diǎn)法,2019/7/12,3,空間結(jié)構(gòu)分析：TBSA、TAT、廣廈 平面結(jié)構(gòu)分析： （1）結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算：彎矩分配法 （2）近似計(jì)算方法： 豎向結(jié)構(gòu)計(jì)算：分層法 水平荷載下平面框架結(jié)構(gòu)分析： 反彎點(diǎn)法 D值法 手算優(yōu)點(diǎn)：容易理解結(jié)構(gòu)受力性能的基本概念，掌握結(jié)構(gòu)分析的基本方法 手算缺點(diǎn)：繁雜、耗時(shí),2019/7/12,4, 5.1計(jì)算簡(jiǎn)圖,一、計(jì)算單元的確定 計(jì)算簡(jiǎn)圖： 桿件以軸線表示 梁的跨度：框架柱軸線距離 層高：結(jié)構(gòu)層高，底層柱長(zhǎng)度從基礎(chǔ)承臺(tái)頂面算起 注意：建筑標(biāo)高結(jié)構(gòu)標(biāo)高裝修層高度 跨度差小于10的不等跨框架，近似按照等跨框架計(jì)算,2019/7/12,5,計(jì)算簡(jiǎn)圖,忽略框架結(jié)構(gòu)縱向與橫向框架之間的空間聯(lián)系，忽略空間作用,2019/7/12,6,計(jì)算簡(jiǎn)圖,忽略框架結(jié)構(gòu)縱向與橫向框架之間的空間聯(lián)系，忽略空間作用,2019/7/12,7,計(jì)算簡(jiǎn)化與假設(shè)： 忽略桿件的抗扭轉(zhuǎn)作用 空間三向受力的框架節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為平面節(jié)點(diǎn)，受力狀態(tài)分為 剛結(jié)節(jié)點(diǎn)：現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鉸接節(jié)點(diǎn)：裝配式框架結(jié)構(gòu) 半鉸接節(jié)點(diǎn)：裝配式框架結(jié)構(gòu),計(jì)算簡(jiǎn)圖,2019/7/12,8,二、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗彎剛度 考慮樓板的影響，框架梁的截面抗彎剛度應(yīng)適當(dāng)提高 現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋： 中框架：I2I0 邊框架：I1.5I0 裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋： 中框架：I1.5 I0 邊框架：I1.2 I0 裝配式鋼筋混凝土樓蓋： 中框架：II0 邊框架：II0 注：I0為矩形截面框架梁的截面慣性矩,截面形式選?。?框架梁跨中截面： T型截面 框架梁支座截面： 矩形截面,計(jì)算簡(jiǎn)圖,2019/7/12,9, 5.2 豎向荷載作用下的近似計(jì)算方法分層法,計(jì)算假定： 多層多跨框架在一般豎向荷載作用下，側(cè)移小，作為無(wú)側(cè)移框架按力矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析 多層框架簡(jiǎn)化為單層框架，分層作力矩分配計(jì)算 假定上下柱的遠(yuǎn)端為固定，實(shí)際僅底層柱為固定，其它柱端均為彈性支座。修正：除底層柱外，各層柱線剛度乘以0.9，柱的傳遞系數(shù)為1/3,2019/7/12,10,分層法,首先，將多層框架分解成一層一層的單層框架,2019/7/12,11,分層法,2019/7/12,12,例題：,分層法,2019/7/12,13,力學(xué)知識(shí)回顧,固端彎矩 方向 +,轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的抵抗能力。端的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度以S表示 等于桿端產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角時(shí)需要施加的力矩。,分層法,2019/7/12,14,傳遞系數(shù),分配系數(shù),分層法,2019/7/12,15,計(jì)算過(guò)程,最終結(jié)果： 分層計(jì)算的梁端彎矩為最終彎矩 上下層所得同一根柱子內(nèi)力疊加，得到柱得最終彎矩 節(jié)點(diǎn)會(huì)不平衡，誤差不大。如誤差較大，可將節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩再進(jìn)行一次分配 根據(jù)彎矩M剪力V軸力N,分層法,2019/7/12,16,構(gòu)件彎矩圖,分層法,2019/7/12,17,3.3 水平荷載作用下內(nèi)力近似計(jì)算方法反彎點(diǎn)法,水平荷載：風(fēng)力、地震作用 條件：梁的線剛度與柱的線剛度比3,假定: （1）不考慮柱子的軸向變形，同層節(jié)點(diǎn)水平位移相等，節(jié)點(diǎn)整體的轉(zhuǎn)角為0 （2）假定上層柱子的反彎點(diǎn)在中點(diǎn) （3）底層柱子的反彎點(diǎn)在距底端2h/3,2019/7/12,18,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,19,計(jì)算思路： 1. 反彎點(diǎn)的位置 2. 該點(diǎn)的剪力,y=2h/3,y,h,h,h,反彎點(diǎn),y=h/2,P,P,P,反彎點(diǎn)法,y,2019/7/12,20,1. 柱抗側(cè)剛度：?jiǎn)挝晃灰葡轮募袅?V柱剪力 柱層間位移 h層高 EI柱抗彎剛度 ic柱線剛度,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,21,2、剪力的計(jì)算 根據(jù)假定3：,第j層第I根柱的剪力及其抗側(cè)剛度,第j層總剪力,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,22,第j層各柱剪力為,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,23,3、反彎點(diǎn)的確定： 反彎點(diǎn)：彎矩為零的點(diǎn) 柱兩端完全無(wú)轉(zhuǎn)角，彎矩相等：反彎點(diǎn)為柱中點(diǎn) 梁的線剛度與柱的線剛度比3：反彎點(diǎn)近似在中點(diǎn) 底層柱：底部固定，上端有轉(zhuǎn)角，反彎點(diǎn)上移反彎點(diǎn)在距柱底2h/3處 4、計(jì)算柱端彎矩 反彎點(diǎn)法總結(jié)： 檢驗(yàn)運(yùn)用反彎點(diǎn)法的條件：梁的線剛度與柱的線剛度比3 計(jì)算各柱的抗側(cè)剛度 把各層總剪力分配到每個(gè)柱,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,24,根據(jù)各柱分配到的剪力及反彎點(diǎn)位置，計(jì)算柱端彎矩 上層柱：上下端彎矩相等 底層柱： 上端彎矩： 下端彎矩：,根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁端彎矩 邊柱 中柱,反彎點(diǎn)法,2019/7/12,25,5.4 水平荷載作用下內(nèi)力近似計(jì)算方法D值法,水平荷載：風(fēng)力、地震作用 條件：考慮梁的線剛度與柱的線剛度比不滿足3條件的情況（梁柱線剛度比較小，結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角較大） 假定： （1）平面結(jié)構(gòu)假定； （2）忽略柱的軸向變形； （3）D值法考慮了結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角， 假定同層結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等,2019/7/12,26,D 值法,計(jì)算方法 1、D值修正抗側(cè)剛度的計(jì)算 水平荷載作用下，框架不僅有側(cè)移，且各結(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)角，設(shè)桿端有相對(duì)位移 ，轉(zhuǎn)角 、 ，轉(zhuǎn)角位移方程為：,2019/7/12,27,令 （D值的物理意義同d相同單位位移下柱的剪力） D值計(jì)算假定： （1）各層層高相等； （2）各層梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等； （3）各層層間位移相等,D 值法,2019/7/12,28,令,K 為梁柱剛度比 柱剛度修正系數(shù)（表示梁柱線剛度比對(duì)柱剛度的影響）,D 值法,2019/7/12,29,梁柱剛度比K 中柱：（梁線剛度不同）,邊柱：（ 或 ）,D 值法,2019/7/12,30,梁柱剛度比K,D 值法,2019/7/12,31,由假定3同一層各柱底側(cè)移相等,2、確定柱反彎點(diǎn)高度 （1）主要因素：柱上下端的約束條件 兩端約束相等：反彎點(diǎn)位于中點(diǎn) 約束剛度不等：反彎點(diǎn)移向約束較弱的一端 一端鉸結(jié)：反彎點(diǎn)與鉸結(jié)端重合,D 值法,2019/7/12,32,（2）影響柱端約束剛度的主要因素： 結(jié)構(gòu)總層數(shù)、該層所在的位置 梁柱線剛度比 荷載形式 上層與下層梁剛度比 上、下層層高剛度比,D 值法,2019/7/12,33,（3）計(jì)算方法 標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比： （反彎點(diǎn)到柱下端距離與柱全高的比值） 條件：同層高、同跨度、各層梁和柱線剛度不變，在水平荷載作用下求得的反彎點(diǎn)高度比。 查表：根據(jù)不同荷載查不同表，由總層數(shù)n、該層在位置j、梁柱線剛度比K標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比,D 值法,2019/7/12,34,標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比,P,h,h,h,均布荷載,倒三角形荷載,y,反彎點(diǎn),D 值法,h,h,h,2019/7/12,35,上下梁剛度變化時(shí)的反彎點(diǎn)高度比修正值 當(dāng) 時(shí)， 令 ， 由 、K表y1，取正值， 反彎點(diǎn)向上移 當(dāng) 時(shí)， 令 ， 由 、K表y1，取負(fù)值， 反彎點(diǎn)向下移 說(shuō)明：底層柱，不考慮y1修正,D 值法,2019/7/12,36,上下層高度變化時(shí)的反彎點(diǎn)高度比修正值y2,令 上層層高/本層層高 h上/h 1y2為正值， 反彎點(diǎn)上移 1y2為負(fù)值， 反彎點(diǎn)下移 說(shuō)明：頂層柱不考慮y2修正,D 值法,2019/7/12,37,上下層高度變化時(shí)的反彎點(diǎn)高度比修正值y3 令下層層高/本層層高h(yuǎn)上/h y3 1y3為負(fù)值，反彎點(diǎn)下移 1y3為正值，反彎點(diǎn)上移 說(shuō)明：底層柱不考慮y2修正 柱反彎點(diǎn)高度比：,D 值法,2019/7/12,38, 5.5 水平荷載作用下側(cè)移的近似計(jì)算,梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移,(2)彎曲型變形,柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移,懸臂柱 剪切變形,懸臂柱 彎曲變形,框架總變形梁柱彎曲變形側(cè)移柱軸向變形側(cè)移,特點(diǎn)： 底層層間側(cè)移最大，向上逐漸減小,特點(diǎn)：頂層層間側(cè)移最大， 向下逐漸減小,(1)剪切型變形,39,剪切變形,彎曲變形,40,2019/7/12,41,1、梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移 由抗側(cè)剛度D值的物理意義： 單位層間側(cè)移所需的層剪力， 可得層間側(cè)移公式：,頂點(diǎn)側(cè)移公式： 所有層層間側(cè)移之總和,2019/7/12,42,2、柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移 隨著高層框架的高度增加，柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移占的比例增大，不容忽視水平荷載作用下，只考慮兩根邊柱軸力（一拉一壓）,M(z)上部水平荷載對(duì)坐標(biāo)Z力矩總和 B兩邊柱軸線間的距離,2019/7/12,43,任意水平荷載下柱軸向變形產(chǎn)生的第j層處側(cè)移 把框架連續(xù)化，根據(jù)單位荷載法：,Nq（z）對(duì)坐標(biāo)z處的力矩M（z）引起的邊柱軸力 N為單位集中力作用在j處時(shí)在邊柱產(chǎn)生的軸力 Hjj層樓板距底面高度,柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移,2019/7/12,44,積分后得到計(jì)算公式：,V0基底剪力（水平荷載的總和） Fn系數(shù)，根據(jù)不同荷載形式查圖,層間變形：,說(shuō)明： 框架總變形梁柱彎曲變形側(cè)移柱軸向變形側(cè)移，框架變形仍以剪切型為主，底層層間側(cè)移較大,45,作業(yè)： 如圖所示某三層框架結(jié)構(gòu)，混凝土