框架設(shè)計(jì)練習(xí)題答案

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)練習(xí)題答案、思考題: 1框架結(jié)構(gòu)定義及優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及其適用范圍如何答：框架結(jié)構(gòu)是指由梁柱桿系構(gòu)件構(gòu)成，能承受豎向和水平荷載作用的承重結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活， 可根據(jù)需要分隔成小房間或者改成大房間；結(jié)構(gòu)自重較輕。缺點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小。適用范圍：僅適用于房屋高度不大、層數(shù)不多的結(jié)構(gòu)2、框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理是什么答：豎向荷載作用下，一般情況，梁端抗彎承載力首先達(dá)到其極限承載力，出現(xiàn)塑性鉸區(qū)域，相應(yīng)地梁端截面轉(zhuǎn)角位移顯著加大，內(nèi)力向跨中發(fā)生轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致跨中彎矩進(jìn)一步提咼，跨中撓曲變形增大，直至破壞。水平荷載作用下，框架柱承受水平剪力和柱端彎矩，并由此產(chǎn)生水平側(cè)移，同時(shí)由水平力

2、引起的傾覆力矩，使框架的近側(cè)柱拉伸、遠(yuǎn)側(cè)柱壓縮，形成框架的整體彎曲變形，水平力也引起樓層剪力， 使梁、柱產(chǎn)生垂直其桿軸線的剪切變形和彎曲變形， 形成框架的整體剪切變形，直至破壞。3、框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)整體布置原則有哪些答：柱網(wǎng)應(yīng)規(guī)則、整齊、間距合理，傳力體系合理；減少開(kāi)間、進(jìn)深的類型。 房屋平面應(yīng)盡可能規(guī)整、均勻?qū)ΨQ，體型力求簡(jiǎn)單，以使結(jié)構(gòu)受力合理； 提高結(jié)構(gòu)總體剛度，減小位移。房屋高寬比不宜過(guò)大；（滿足非抗震設(shè)計(jì)時(shí)為 5;設(shè)防烈度為6度、7度時(shí)為4； 8度時(shí)為3； 9度時(shí)為2） 應(yīng)考慮地基不均勻沉降、溫度變化和混凝土收縮等影響，設(shè)置必要的變形縫。4、框架結(jié)構(gòu)梁、柱構(gòu)件截面幾何尺寸的初選方法是什么答

3、：（1 ）梁梁高：hb1 1（10才梁寬:bb(2)柱:柱截面面積一般根據(jù)軸壓比限值N估算，同時(shí)截面的高度、寬度要fcA滿足以下要求:bc、hc (丄 丄)Hc15205、分層法計(jì)算豎向荷載作用下平面框架結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)時(shí)的基本假定是什么答：分層法的基本假定（1）梁上荷載僅在該梁上及與其相連的上下層柱上產(chǎn)生內(nèi)力， 在其他層梁及柱上產(chǎn)生的內(nèi)力 可忽略不計(jì)；（2）豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平位移可忽略不計(jì)。6、分層法為什么要將上層柱的線剛度乘以進(jìn)行折減傳遞系數(shù)為什么要變?yōu)?/3答：在分層的時(shí)候， 假定各個(gè)開(kāi)口剛架的上下端均為固定支承， 而實(shí)際上， 除底層的下端外， 其他各層柱端均有轉(zhuǎn)角產(chǎn)生， 即

4、上層的剛架中， 其它層對(duì)本層剛架約束作用應(yīng)介于鉸支承與 固定支承之間的彈性支承， 為了改善由此所引起的誤差， 在計(jì)算時(shí)做以下修正： 除底層以 外其他各層柱的線剛度均乘的折減系數(shù)；除底層以外其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取為 1/3.7、分層法的計(jì)算步驟（1）計(jì)算梁柱的線剛度及相對(duì)線剛度；（2）將框架計(jì)算簡(jiǎn)圖分層 （分層后的各柱遠(yuǎn)端為固定支座） ，并對(duì)除底層柱外的其它各層柱 的線剛度乘折減系數(shù)；（3）用彎矩分配法計(jì)算各層單元的桿端彎矩；（4）疊加各層的桿端彎矩，注意梁的彎矩值保持不變，柱的彎矩值為各層單元的柱端彎矩 的代數(shù)和，疊加后若結(jié)點(diǎn)彎矩不平衡，可再進(jìn)行一次彎矩分配；（5）按靜力平衡條件計(jì)算出框架

5、的剪力和軸力，并繪出內(nèi)力圖。8、反彎點(diǎn)法計(jì)算水平荷載作用下平面框架結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)時(shí)，其基本假定是什么答：（1）梁的線剛度與柱線剛度之比大于3 時(shí)，可認(rèn)為梁剛度為無(wú)限大，柱兩端無(wú)轉(zhuǎn)角；（2）梁、柱軸向變形均可忽略不計(jì)，同一層各節(jié)點(diǎn)的水平位移相等；（3）確定各柱的反彎點(diǎn)位置時(shí) ,認(rèn)為除底層外其余各層柱上下兩端的轉(zhuǎn)角相同。9、柱抗側(cè)移剛度的物理意義是什么 答：柱抗側(cè)移剛度指無(wú)角位移的兩端固定桿件，柱頂產(chǎn)生單位側(cè)移時(shí)需的剪力。10、反彎點(diǎn)法計(jì)算彎矩時(shí)，與框架中節(jié)點(diǎn)相連的梁端彎矩計(jì)算公式說(shuō)明了什么 答：反彎點(diǎn)法計(jì)算彎矩時(shí)， 與框架中節(jié)點(diǎn)相連的梁端彎矩計(jì)算公式說(shuō)明了梁端彎矩不但與相 連的柱端彎矩有關(guān) ,而

6、且還與該梁的線剛度成正比。11、D值法的基本假定是什么答：（1 ）水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)同層各結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角位移相等;（2 ）梁、柱軸向變形均忽略不計(jì)。12、柱反彎點(diǎn)高度與哪些因素有關(guān)答：柱反彎點(diǎn)高度與荷載形式、梁柱剛度比、建筑物總層數(shù)和柱所在的樓層號(hào)有關(guān)。13、什么是標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高比答：假定框架橫梁的線剛度、 框架柱的線剛度和層高沿框架高度不變時(shí)， 反彎點(diǎn)高度與計(jì)算 柱高度的比值?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)框架總層數(shù) n,計(jì)算柱所在層數(shù) m梁、柱線剛度比 k,以及水 平荷載形式由有關(guān)表格查得的。14、反彎點(diǎn)法與 D值法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的具體步驟是什么答：反彎點(diǎn)法計(jì)算步驟 計(jì)算柱子抗側(cè)移剛度 dij或D值； 計(jì)算各

7、層總水平剪力 Vpj，按柱抗側(cè)移剛度分配計(jì)算柱反彎點(diǎn)處的水平剪力Vj ； 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M耳上=M j下=/ hj / 2底層柱：上端彎矩M祁上=Vi1h1 /3 ；下端彎矩M襯下=2Vi1h1 / 3Mb左（Mj上 Mj1下）左Mb右ib左ib右可根據(jù)力的平衡原則，由梁兩端的彎矩求出梁剪力。(M ij 上MjVVlr(Mb Mb)l柱的軸力計(jì)算由節(jié)點(diǎn)左右梁端剪力之和得到nlrNik(VbVib)i根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁端彎矩，如圖所示對(duì)于邊柱：M bM ij 上M j 1 下對(duì)于中柱：設(shè)梁的端彎矩與梁的線剛度成正比，則產(chǎn)生的水平位移 N兩部分

8、組成，即=MQ + N15、框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移是由哪幾部分組成的各怎樣計(jì)算MQ和由于框架柱軸向變形答：水平側(cè)移由框架梁、柱彎曲和剪切變形產(chǎn)生的水平位移梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移MQ計(jì)算:16、什么是控制截面什么是控制內(nèi)力框架梁、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的控制截面分別有幾個(gè)控制內(nèi)力各有哪些答：控制截面就是構(gòu)件中內(nèi)力最大的截面?？刂苾?nèi)力就是控制截面上的最不利內(nèi)力?？蚣芰旱趇層的層間位移 iiVpiDj第i層的水平位移 iiikk 1頂點(diǎn)位移為Nskk 1框架柱軸向變形產(chǎn)生的水平位移N :VoH3 FNEz1Az1B2 N的控制截面有3個(gè)，兩端和跨中；框架柱的控制截面有2個(gè)，各層柱的上、下兩端。控制內(nèi)力

9、如下表。構(gòu)件梁柱控制截面梁端跨中柱端最不利內(nèi)力-MIVI max+ MmaxV|1 Imax-M max+ M max+ M max及相應(yīng)的N, V -M max及相應(yīng)的N, VNmax及相應(yīng)的M VNmin及相應(yīng)的M V17、梁端彎矩調(diào)幅原因是什么調(diào)幅大小有何依據(jù)答：梁彎矩調(diào)幅原因是按照框架結(jié)構(gòu)的合理破壞形式，在梁端出現(xiàn)塑性鉸是允許的，為了便于澆搗混凝土，也往往希望節(jié)點(diǎn)處梁的負(fù)鋼筋放的少些；而對(duì)于裝配式和裝配整體式框架，節(jié)點(diǎn)并非絕對(duì)剛性， 梁端實(shí)際彎矩將小于其彈性計(jì)算值，因此，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般均對(duì)梁端彎矩進(jìn)行調(diào)幅。調(diào)幅大小依據(jù)，考慮豎向荷載作用下梁端塑性變形內(nèi)力重分布，對(duì)梁端負(fù)彎矩

10、進(jìn)行調(diào)幅， 現(xiàn)1/2。澆框架調(diào)幅系數(shù)為， 裝配式框架調(diào)幅系數(shù)為， 梁端負(fù)彎矩減少后，應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào) 幅后的跨中彎矩，且要求梁跨中正彎矩至少應(yīng)取按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩的、計(jì)算題:1.圖示兩層兩跨框架，試用分別用彎矩分配法和分層法計(jì)算框架內(nèi)力，并分別作出彎矩圖。注：括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示各桿件線剛度的相對(duì)值。 = 25kK/m1i i 4 | r-<5 廣 30jN/mI1k i i 1 1 X Xi i J 1 i(51g(1-3)(13)：1.3) fABCI15 m1題2岡解:(1)計(jì)算梁的固端彎矩(列于各分層框圖中，以帶*號(hào)的數(shù)值表示)下層30x5 =-62.5kb1-m上層-25x63

11、 = -75iM-nia 25:-. = -5 2.kN ir-7549.05 3.46 3T78-7V24.53-1C.583 67 4-52.0052.08-1S.23 -36462JP4 刃-1_呂013 S6-22.8820 79L32L03-4 7®-0.35 313Jf/f z-13.061.16JT9-0 6540.3&2 0.4470.7口i25 J51.832777-5.5S-0.77(5.35-2 12-15.622997L531.47-90*5039,24 62 -4 51 -< -g 011 97 3TT-15.664.5515.74-0.67

12、inr5T-62.05*62 3* IS-11.14 f -5.572.7229.1H73fi-CI.S2-6.91-Oil32-3 71上層(2)分層計(jì)算 (每層6分，共12分)下層（3）作彎矩圖（單位：kN - nr）（6 分）2.用反彎點(diǎn)法計(jì)算圖示三層框架（層高為3.6m、梁跨為6m）的剪力、彎矩和軸力，并繪出彎矩圖，圖中括號(hào)中的數(shù)據(jù)為假定彈性模量為單位1時(shí)的梁柱線剛度解:1）計(jì)算一層各柱的相對(duì)抗側(cè)剛度第一、二層：A柱：CA1= 12iA1 /h2 B 柱：DB1= 12iB1 /h2 C柱：Dc1=12iC1/h22Dm+ Db1+ Dc1=123.5/ hC柱:X12iC3/h2D3

13、+ D B3+ D C3= 12 3 / h 22)各層層剪力V1=300KNV3=120KN3)各柱的剪力Vai=VCi =1 300120KN(1)(1)(1)100KN(1)(1.5)(1)80KN(5)79(1)廠77(1.5)廠77(1)廠V2=220KN300vb41 1 1.5VA2= Vc21= 12201 1 1.5Va3= Vc3=Vb3=40KN111.51.5 220B2=1 1 1.5解:(1)計(jì)算梁、柱線剛度比的線剛度比梁:ib也 E 243 10 32.7 10 3e下柱：ic下EIc3E 2.1 1030.35 10 E上柱：ic下EIcl3E 2.1 1030

14、.467 10 E4.5因?yàn)椋浩?ic上ibic下2.7 103E0.467 10 3E5.78 3所以可用反彎點(diǎn)法4) 各柱端彎矩Mai= Mtci=x = ? mMai= Mbci= x = ? m*bi=x = ? mMbi=x= ? mMa2= Mtc2=x = ? mMa2= Mbc2= x = ? mMb2=x= ? mbMb2=x= ? mMa3= Mtc3= MtB3=40X= 72KNP mMa3= Mbc3= MbB3=40X= 72KNP m5) 繪制彎矩圖3、如圖所示鋼筋混凝土框架，采用 C25混凝土，其彈性模量為 E 28 106kN m2，各梁 的慣性矩均為g 24.3 10 3m4，各柱的慣性矩均為lc 2.1 10 3m4，求該結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位 移。(2)計(jì)算各柱的側(cè)向剛度 D上柱：D上12 ic上h上12 0.467 10 3 28 1064.527.75 103kN m下柱：D下 12 2ic下 12 °3