語文多層和高層框架結(jié)構(gòu)設計PPT學習教案

1、會計學12021-12-162 熟悉框架結(jié)構(gòu)的特點和適用范圍； 熟悉框架結(jié)構(gòu)的平面布置和構(gòu)件選型； 掌握框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法及組合原則； 熟悉框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移驗算方法。第1頁/共252頁2021-12-1633.1 框架結(jié)構(gòu)概述3.2 框架結(jié)構(gòu)設計3.3 框架結(jié)構(gòu)設計實例3.4 本章小結(jié)第2頁/共252頁2021-12-164 概念框架結(jié)構(gòu)是指由橫梁和立柱作為主要承重構(gòu)件而組成的結(jié)構(gòu)體系。其中，梁和柱的連接節(jié)點全部或大部分為剛接。第3頁/共252頁2021-12-165第4頁/共252頁2021-12-166第5頁/共252頁2021-12-167第6頁/共252頁2021-12

2、-168第7頁/共252頁2021-12-169 分類A. 按跨數(shù)分：單跨、多跨；B. 按層數(shù)分：單層、多層；C. 按材料分：鋼框架、鋼筋混凝土框架、木框架、鋼與鋼筋混凝土混合框架等。第8頁/共252頁2021-12-1610 分類 鋼筋混凝土框架按施工方法可分為現(xiàn)澆整體式、裝配式和裝配整體式。a.現(xiàn)澆整體式：整體性能好，抗震性能好，現(xiàn)場工作量大，費模板；b.裝配式：標準化、工廠化生產(chǎn)，施工速度快，整體性能差，抗震性能弱；c.裝配整體式：兼有上述兩者的優(yōu)點。第9頁/共252頁2021-12-1611 特點A. 優(yōu)點a.建筑平面布置靈活，既可形成較大的使用空間，也可分隔為若干小空間；b. 結(jié)構(gòu)整

3、體性較好；c.構(gòu)件類型少，結(jié)構(gòu)輕巧，施工方便；d. 設計計算理論較成熟。第10頁/共252頁2021-12-1612 特點B. 缺點a.框架節(jié)點處應力集中顯著；b. 當建筑高度較大時，底部各層柱的軸力很大，致使構(gòu)件截面尺寸過大和配筋過密；c.框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，在風荷載和地震作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移迅速增大。第11頁/共252頁2021-12-1613 適用范圍 框架結(jié)構(gòu)特別適合于在辦公樓、教學樓、公共性與商業(yè)性建筑、圖書館、輕工業(yè)廠房、公寓以及住宅類建筑中采用。第12頁/共252頁2021-12-1614 適用范圍 考慮到框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小，故框架結(jié)構(gòu)建筑一般不超過20層，其適用高度及高寬比與抗震

4、設防烈度有關。若不需進行抗震設計，適用高度不大于70m，最大高寬比為5，其它情形見高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程JGJ 3-2002（簡稱高規(guī)）。第13頁/共252頁2021-12-1615 多層和高層框架結(jié)構(gòu)A. 界限 多層與高層建筑無統(tǒng)一劃分界限。我國高規(guī)將10層及其以上或高度超過28m的建筑物稱為高層建筑。第14頁/共252頁2021-12-1616 多層和高層框架結(jié)構(gòu)B. 比較a.高層建筑承受的荷載比多層建筑更大，剛度比多層建筑更小，水平荷載對高層建筑的影響較對多層建筑的影響更大；b.從設計計算角度，高層框架結(jié)構(gòu)除風荷載取值、樓面活荷載布置與多層框架結(jié)構(gòu)略有不同，水平荷載作用下應補充側(cè)移驗算外

5、，其它基本相同。第15頁/共252頁2021-12-1617 概述框架結(jié)構(gòu)設計的主要步驟包括： 結(jié)構(gòu)布置； 構(gòu)件選型； 內(nèi)力分析； 構(gòu)件設計； 施工圖繪制。第16頁/共252頁2021-12-1618 結(jié)構(gòu)布置A. 布置原則a.盡量與建筑的平、立剖面劃分一致，以便設計和施工；b.結(jié)構(gòu)的平面布置應盡可能規(guī)則、對稱，使結(jié)構(gòu)傳力直接、受力明確；c.結(jié)構(gòu)的豎向布置應力求體形簡單，使結(jié)構(gòu)剛度沿高度分布均勻，避免突變；d.應合理地設置伸縮縫、沉降縫和防震縫。第17頁/共252頁2021-12-1619 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案a. 橫向框架承重方案布置：由主梁和柱組成的承重主框架沿房屋的橫向布置。樓

6、（屋）面板支承于主梁上，縱向由連系梁將橫向框架連成空間結(jié)構(gòu)體系。第18頁/共252頁2021-12-1620 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案a. 橫向框架承重方案優(yōu)點：橫向剛度得到加強，有利于抵抗橫向水平力。縱向連系梁的截面高度較小，梁下可開設大的門窗洞口，有利于房屋室內(nèi)的采光和通風。缺點：橫向梁的高度較大，房間凈空減小，開間布置不靈活，且不利于縱向管道的敷設。p總評：橫向框架承重布置時，建筑物的橫向剛度較大，結(jié)構(gòu)性能好，實際中應用較多。第19頁/共252頁2021-12-1621 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案b. 縱向框架承重方案布置：由縱向主梁與柱構(gòu)成的承重主框架沿房屋的縱向布置。樓（屋

7、）面板支承于主梁上，橫向連系梁將縱向框架連成空間結(jié)構(gòu)體系。第20頁/共252頁2021-12-1622 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案b. 縱向框架承重方案優(yōu)點：縱向剛度進一步增大，有利于調(diào)整縱向地基不均勻沉降。橫向連系梁的截面高度較小，可獲得較大的凈空，且有利于縱向管道的敷設。缺點：橫向剛度較差。p總評：實際中應用較少。第21頁/共252頁2021-12-1623 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案c. 雙向框架承重方案布置：在房屋的兩個方向均布置承重主框架，樓（屋）面板上的荷載有兩個方向梁共同承擔。第22頁/共252頁2021-12-1624 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案c. 雙向框架承重方

8、案特點：結(jié)構(gòu)的空間剛度較大，結(jié)構(gòu)整體性好，對抗震有利。適用于柱網(wǎng)平面形狀為方形或樓面荷載較大的情況，樓蓋常采用現(xiàn)澆混凝土雙向板或井式梁。第23頁/共252頁2021-12-1625 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案d. 注意事項a)框架結(jié)構(gòu)中的“連系梁”由于不直接承受板上豎向荷載，其截面高度可比相應的框架梁的截面高度小一些，但其重要性也不容忽視?！斑B系梁”除了起連系承重框架的作用，其與框架柱組成的平面框架同樣要承受風荷載及地震作用，并與承重框架一起組成建筑物的空間承重骨架。第24頁/共252頁2021-12-1626 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案d. 注意事項b)當樓（屋）面采用預制混凝土板時

9、，才可以將板上豎向荷載視為單向傳遞。嚴格來說，橫向框架承重方案和縱向框架承重方案是當樓（屋）蓋采用預制板時才存在的；第25頁/共252頁2021-12-1627 結(jié)構(gòu)布置B. 平面框架承重方案d. 注意事項c)當框架體系采用整體式鋼筋混凝土樓（屋）蓋時，板上豎向荷載均會傳給其四周的支承梁，（雖然計算時單向板按單向傳力考慮，但實際仍為雙向傳力），故采用全現(xiàn)澆樓（屋）蓋的框架結(jié)構(gòu)均為縱橫向框架承重方案。第26頁/共252頁2021-12-1628 結(jié)構(gòu)布置C. 柱網(wǎng)布置a. 概述 平面上框架柱在縱橫方向的排列即形成柱網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向柱列的柱距和橫向柱列的 柱距（通稱跨度）。柱網(wǎng)尺寸應根據(jù)建

10、筑的使用功能要求而定，主梁的跨度一般為5 8m，次梁一般為 4 7m。第27頁/共252頁2021-12-1629 結(jié)構(gòu)布置C. 柱網(wǎng)布置b. 工業(yè)建筑 多層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)常用柱網(wǎng)有內(nèi)廊式和等跨式兩種。工業(yè)廠房的柱網(wǎng)尺寸較大，相應的板區(qū)格跨度也大，為了減小樓板厚度，可在跨內(nèi)布置若干次梁，以減少板區(qū)格的跨度，從而減少板厚。第28頁/共252頁2021-12-1630內(nèi)廊式等跨式附加次梁次梁第29頁/共252頁2021-12-1631 結(jié)構(gòu)布置C. 柱網(wǎng)布置c. 民用建筑 民用建筑由于使用功能要求復雜多變，柱網(wǎng)布置也各部相同。縱向柱列的柱距與房間的開間尺寸有關，開間較大時，可采用一個開間一個柱距

11、方案，開間較小時，可采用兩個開間一個柱距的方案?？缍却笮≈饕c房間進深有關，如辦公樓和旅館常采用三跨內(nèi)廊式。第30頁/共252頁2021-12-1632 結(jié)構(gòu)布置D. 立面布置內(nèi)收規(guī)則框架外挑錯層抽柱缺梁第31頁/共252頁2021-12-1633 結(jié)構(gòu)布置E. 其它 框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻宜選用輕質(zhì)墻體，并且與框架結(jié)構(gòu)有可靠的拉結(jié)。此外，結(jié)構(gòu)布置時應避免上、下層剛度變化過大、避免形成短柱并應減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn)。第32頁/共252頁2021-12-1634 構(gòu)件選型及截面尺寸確定A. 構(gòu)件選型 框架梁的截面形狀通常設計成T形和矩形,花籃形?？蚣苤话銥榫匦位蛘叫?，也可根據(jù)需要做成

12、圓形或其它形狀。第33頁/共252頁2021-12-1635 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算a. 概述 結(jié)構(gòu)設計時，一般應先估算構(gòu)件的截面尺寸，待構(gòu)件的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的變形計算好后，若預估的截面尺寸符合要求，便可以此尺寸作為最終截面尺寸；若與實際所需尺寸相差很大，則須重新估算和驗算直至符合要求為止。第34頁/共252頁2021-12-1636 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁 框架梁的截面尺寸應根據(jù)承受荷載的大小、梁的跨度、框架的間距、是否考慮抗震設防要求以及選用的材料強度等諸多因素綜合考慮確定。第35頁/共252頁2021-12-1637 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B.

13、 截面尺寸估算b. 框架梁框架梁的截面尺寸可按下式估算：b011818hl截面高度截面寬度b1124bbh梁的計算跨度梁的截面寬度不宜小于200mm。第36頁/共252頁2021-12-1638 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁 為了獲得較大的使用空間，有時將框架梁設計成扁梁。對框架扁梁，其截面尺寸可按下式估算：b0111825hlb1 3bbh 扁梁除滿足承載力要求外，還應特別注意其變形和裂縫是否滿足有關要求。第37頁/共252頁2021-12-1639 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁 多層和高層建筑中的樓面可做成裝配式、裝配整體式和現(xiàn)澆式三種形式。

14、裝配式剛度弱，一般只用于多層建筑，高度超過50m的高層建筑宜采用現(xiàn)澆式，不超過50的高層建筑除現(xiàn)澆式外，還可采用裝配整體式和連接可靠的裝配式。第38頁/共252頁2021-12-1640 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁 在計算框架梁的慣性矩時，要考慮樓面板與梁的連接對梁慣性矩的有利影響。其中，現(xiàn)澆樓面板的鋼筋與框架梁的鋼筋交織在一起，整體性最好，采用裝配整體式樓面板時整體性稍差，采用裝配式樓面板則最差。第39頁/共252頁2021-12-1641 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁樓板類型樓板類型邊框架梁邊框架梁中框架梁中框架梁現(xiàn)澆樓板現(xiàn)澆樓板I1.5I

15、0I2.0I0裝配整體式樓板裝配整體式樓板I1.2I0I1.5I0裝配式樓板裝配式樓板II0II030112bbIb h第40頁/共252頁2021-12-1642 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁邊框架梁中框架梁第41頁/共252頁2021-12-1643 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁 在框架結(jié)構(gòu)布置中，梁、柱軸線宜重合。如梁須偏心放置時（如使外墻與框架柱外側(cè)平齊，或走廊兩側(cè)墻體與框架柱內(nèi)側(cè)平齊），梁、柱中心線之間的偏心距不宜大于柱截面在該方面寬度的1/4。如偏心距大于該方向柱寬的1/4時，可增設梁的水平加腋。第42頁/共252頁2021-12-1

16、644 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算b. 框架梁第43頁/共252頁2021-12-1645 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算c. 框架柱多層建筑中，框架柱的截面尺寸可按下式估算：111218cibH截面寬度截面高度1 2cchb第i層層高第44頁/共252頁2021-12-1646 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算c. 框架柱 高層建筑中，若不考慮抗震設防，框架柱的截面面積可按下式估算：NccccAb hNf截面面積軸向力設計值v1.11.2NN柱支承的樓面面積上豎向荷載產(chǎn)生的軸向力設計值NNccN f A軸壓比第45頁/共252頁2021-12-1647 構(gòu)件選

17、型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算c. 框架柱 柱支承的樓面面積取法如下圖所示:vNnqSS待估算柱柱頂以上樓層層數(shù)單位面積上的豎向荷載的設計值第46頁/共252頁2021-12-1648 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算c. 框架柱 矩形框架柱的截面邊長不宜小于250mm，圓柱的截面直徑不宜小于350mm，剪跨比宜大于2（避免因出現(xiàn)短柱而發(fā)生脆性破壞），截面的高寬比不宜大于3。第47頁/共252頁2021-12-1649 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算c. 框架柱 為簡化施工，多層建筑中柱截面沿房屋高度不宜改變。高層建筑中的柱截面可保持不變或根據(jù)房屋層數(shù)，高度和荷載等情況作

18、12次變化。變化時，中間柱宜使上、下柱軸線重合，邊柱和角柱宜使截面外邊線重合。第48頁/共252頁2021-12-1650 構(gòu)件選型及截面尺寸確定B. 截面尺寸估算d. 算例 某六層教學樓為鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)平面布置如圖所示，標準層高3.6m，底層層高3.9m，試估算該結(jié)構(gòu)的梁、柱截面尺寸（梁、柱混凝土強度等級分別為C30和C40，不考慮抗震設防要求）第49頁/共252頁2021-12-16513600360036003600DCBA720030007200結(jié)構(gòu)平面布置圖第50頁/共252頁2021-12-1652梁截面尺寸b0117200mm600mm1212hl橫向梁截面尺寸b

19、0113600mm450mm88hl縱向梁截面尺寸b55600mm250mm1212bbhb44450mm200mm99bbhb011818hlb1124bbh第51頁/共252頁2021-12-1653柱截面尺寸：方法一113900mm300mm1313cibH1.31.3 300mm390mmcchb111218cibH1 2cchb實際取300mmcb 實際取400mmch 柱全部采用相同截面第52頁/共252頁2021-12-1654柱截面尺寸：方法二柱全部采用相同截面，按中柱進行估算。豎向荷載產(chǎn)生的軸力設計值按14kN/m2取用。NccccAb hNfv1.11.2NNvNnqSv6

20、 14 3.6 (3.6 1.5)kN1542.24kNNnqSv1.21.2 1542.24kN=1850.69kNNN322N1850.69 101.0 19.1 mm96894.66mmccccAb hNf實際取300mmcb 400mmch 第53頁/共252頁2021-12-16553600360036003600ABCD720030007200第54頁/共252頁2021-12-1656 內(nèi)力分析A. 概述框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的整個過程可概括為:確定計算簡圖計算各種荷載進行內(nèi)力分析進行內(nèi)力組合第55頁/共252頁2021-12-1657 內(nèi)力分析B. 計算單元 框架結(jié)構(gòu)建筑是空間結(jié)構(gòu)體

21、系，一般應按三維空間結(jié)構(gòu)進行分析。但對于平面布置較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)房屋，為了簡化計算，通常將實際的空間結(jié)構(gòu)簡化為若干個橫向或縱向平面框架進行分析，每榀平面框架為一計算單元。第56頁/共252頁2021-12-1658 內(nèi)力分析B. 計算單元計算單元計算模型第57頁/共252頁2021-12-1659 內(nèi)力分析B. 計算單元 就結(jié)構(gòu)承受的豎向和水平荷載而言，當橫向（縱向）框架承重，且在截取橫向（縱向）框架計算時，全部荷載由橫向（縱向）框架承擔，不考慮另一方向框架的作用。當縱、橫向框架混合承重時，豎向荷載由縱、橫向框架共同承擔。第58頁/共252頁2021-12-1660 內(nèi)力分析C. 計算簡圖 框

22、架結(jié)構(gòu)的計算簡圖中，梁、柱用其軸線表示，梁與柱之間的連接用節(jié)點表示，梁或柱的長度用節(jié)點間的距離表示?，F(xiàn)澆框架各節(jié)點均視為剛節(jié)點，底層柱固支于基礎頂面。第59頁/共252頁2021-12-1661現(xiàn)澆式框架剛節(jié)點現(xiàn)澆式框架柱與基礎剛接第60頁/共252頁2021-12-1662裝配式框架的節(jié)點半鉸節(jié)點鉸節(jié)點預制柱與基礎剛接預制柱與基礎鉸接裝配式框架柱與基礎的連接第61頁/共252頁2021-12-1663計算簡圖承重框架框架柱截面尺寸相同時的結(jié)構(gòu)計算簡圖第62頁/共252頁2021-12-1664 內(nèi)力分析C. 計算簡圖 框架柱軸線之間的距離即為框架梁的計算跨度?？蚣苤挠嬎愀叨葢獮楦鳈M梁形心軸

23、線間的距離。當各層梁截面尺寸相同時，底層柱的計算高度由基礎頂面算至樓面標高處，其余各層柱的計算高度即為各層層高。第63頁/共252頁2021-12-1665 內(nèi)力分析C. 計算簡圖 當框架梁的坡度小于1/8時，近似按水平梁計算；當各跨跨度相差不大于10%時，近似按等跨框架計算。 第64頁/共252頁2021-12-1666 內(nèi)力分析C. 計算簡圖 當框架柱截面尺寸沿房屋高度變化時，若上層柱截面尺寸減小但其形心軸仍與下層柱的形心軸重合時，其計算簡圖與各層柱截面不變時的相同。第65頁/共252頁2021-12-1667 內(nèi)力分析C. 計算簡圖 當上、下層柱截面尺寸不同且形心軸也不重合時，可將頂層柱

24、的形心線作為整個柱子的軸線，但在結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析中，各層梁的計算跨度及線剛度仍應按實際情況??；另外，尚應考慮上、下層柱軸線不重合產(chǎn)生的偏心力矩，設置水平加腋后，仍需考慮梁柱偏心的不利影響。 第66頁/共252頁2021-12-1668框架柱截面尺寸變化時的結(jié)構(gòu)計算簡圖計算簡圖承重框架第67頁/共252頁2021-12-1669 內(nèi)力分析C. 計算簡圖梁和柱的線剛度分別為：bbbbE IilccciE Iih梁柱第68頁/共252頁2021-12-1670 內(nèi)力分析D. 荷載計算 框架結(jié)構(gòu)上的荷載主要包括為恒載和活載，恒載主要包括結(jié)構(gòu)自重和結(jié)構(gòu)表面的粉灰重等?；詈奢d則主要包括樓（屋）面活荷載

25、，風荷載和雪荷載等。 作用在多、高層框架結(jié)構(gòu)上的各種荷載，可按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取用。第69頁/共252頁2021-12-1671 內(nèi)力分析D. 荷載計算 結(jié)構(gòu)上荷載按其作用方向分可分為豎向荷載和水平荷載。豎向荷載主要指結(jié)構(gòu)自重、樓（屋）面活載和雪載等，水平荷載則主要包括風荷載和水平地震作用（暫不考慮）。豎向荷載多以均布力和集中力的形式出現(xiàn)，而風荷載則一般簡化為作用于框架節(jié)點的集中力并合并于迎風側(cè)一面。第70頁/共252頁2021-12-1672 內(nèi)力分析D. 荷載計算01()2wizsziiFw hhB 2wF3wF1h2h3h4h1wF4wF迎風面寬度風壓高度變化系數(shù)按集中荷載作用節(jié)點的高度

26、選取對頂層，取女兒墻高度的2倍第71頁/共252頁2021-12-1673g4, q4G41(Q41)Fw4Fw3Fw2Fw1框架結(jié)構(gòu)上的荷載g3, q3g2, q2g1, q1G31(Q31)G21(Q21)G11(Q11)G43(Q43)G33(Q33)G23(Q23)G13(Q13)G01G03G02第72頁/共252頁2021-12-1674 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下a) 樓面荷載分配原則 當采用整體式樓蓋時，一般取縱橫向框架承重方案，板上荷載的傳遞方式取決于每個區(qū)格板是單向板還是雙向板。第73頁/共252頁2021-12-1675 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷

27、載作用下a) 樓面荷載分配原則 單向板上的豎向荷載沿板的短跨方向傳給兩個長邊支承梁。雙向板則可通過四個分角線及其交點的連線將板區(qū)格分成四部分，每一部分的板上豎向荷載傳給最近的支承梁，長、短邊支承梁上承受的板上豎向荷載分別為梯形和三角形。第74頁/共252頁2021-12-1676縱向平面框架橫向平面框架整體式單向板樓蓋樓面荷載分配次梁第75頁/共252頁2021-12-1677縱向平面框架橫向平面框架整體式雙向板樓蓋樓面荷載分配：小柱網(wǎng)第76頁/共252頁2021-12-1678縱向平面框架橫向平面框架整體式雙向板樓蓋樓面荷載分配：大柱網(wǎng)次梁第77頁/共252頁2021-12-1679 內(nèi)力分

28、析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下b) 受力特點豎向荷載作用下，框架所產(chǎn)生的側(cè)移較小，若按無側(cè)移計算，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響不大；當結(jié)構(gòu)僅在某一層橫梁上受有豎向荷載時，直接承載的框架梁及與之相連的上、下層框架柱端彎矩較大，其它各層梁柱的彎矩均較小，且距離直接承載梁越遠，梁柱的彎矩則越小。第78頁/共252頁2021-12-1680 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下c) 計算方法概述 在豎向荷載作用下，多、高層框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可用力法、位移法等結(jié)構(gòu)力學方法計算。工程設計中，如采用手算，可使用分層法、迭代法、彎矩二次分配法及系數(shù)法等近似方法進行計算。第79頁/共252頁2021-12-1681

29、 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 基本假定 (1) 不考慮框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移對其內(nèi)力的影響； (2) 每層梁上的荷載僅對本層梁及其上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生 影響，對其它各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計。 上述假定中所指的內(nèi)力不包括柱軸力，因為某層梁上的荷載對下部各層柱的軸力均有較大影響，不能忽略。第80頁/共252頁2021-12-1682豎向荷載作用下分層計算示意圖+第81頁/共252頁2021-12-1683 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (1) 將多層框架沿高度分成若干單層無側(cè)移的敞口框架，每個敞口框架包括本層梁和與之相連的上、下層柱。梁上

30、作用的荷載、各層柱高及梁跨度均與原結(jié)構(gòu)相同，構(gòu)件剛度可采用彈性剛度。第82頁/共252頁2021-12-1684 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (2) 除底層柱的下端外，其他各柱的柱端應為彈性約束。為便于計算，均將其處理為固定端。這樣將使柱的彎曲變形有所減小，為消除這種影響，可把除底層柱以外的其它各層柱的線剛度乘以修正系數(shù)0.9。 第83頁/共252頁2021-12-1685 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (3) 用無側(cè)移框架的計算方法（如彎矩分配法）計算各敞口框架的桿端彎矩，由此所得的梁端彎矩即為其最后的彎矩值；因每一柱

31、屬于上、下兩層，所以每一柱端的最終彎矩值需將上、下層計算所得的彎矩值相加。第84頁/共252頁2021-12-1686 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (4) 在上、下層柱端彎矩值相加后，將引起新的節(jié)點不平衡彎矩，如欲進一步修正，可對這些不平衡彎矩在本節(jié)點再作一次分配，但不再傳遞。第85頁/共252頁2021-12-1687 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (5) 如用彎矩分配法計算各敞口框架的桿端彎矩，在計算每個節(jié)點周圍各桿件的彎矩分配系數(shù)時，應采用修正后的柱線剛度計算；并且底層柱和各層梁的傳遞系數(shù)均取1/2，其它各層柱的傳

32、遞系數(shù)改用1/3。第86頁/共252頁2021-12-1688 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算要點 (6) 在桿端彎矩求出后，可由靜力平衡條件計算梁端剪力及梁跨中彎矩；逐層疊加柱上的豎向荷載（包括節(jié)點集中力、柱自重等）和與之相連的梁端剪力，即得柱的軸力。第87頁/共252頁2021-12-1689 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算步驟(1) 畫出分層框架計算簡圖；(2) 計算框架梁柱線剛度，注意折減系數(shù);(3) 計算各分層框架梁、柱端彎矩；(4) 確定梁、柱端最終彎矩；(5) 計算梁跨中彎矩和剪力以及柱的剪力及軸力。第88頁/共252頁

33、2021-12-1690 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下d) 分層法 計算例題3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m右圖括號中為梁、柱轉(zhuǎn)動剛度3600440075005600(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第89頁/共252頁2021-12-1691注：內(nèi)力及位移正負號規(guī)定 本章中，桿端彎矩以順時針為正，剪力以使隔離體產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動趨勢為正，軸力以受壓為正；桿端轉(zhuǎn)角以順時針為正，側(cè)移或相對側(cè)移以向右為正。第90頁/共252頁2021-12-1692VMVNMN內(nèi)力

34、符號規(guī)定位移符號規(guī)定第91頁/共252頁2021-12-1693F頂層計算簡圖(0.94.21)(7.11)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)(0.94.21)(0.91.79)3.8 kN/m3.4 kN/m底層計算簡圖(7.63)(10.21)(0.94.21)(0.91.79)DEGHI2.8 kN/m(0.94.21)第92頁/共252頁2021-12-1694計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 G：GH7.630.6687.630.9 4.21(7.63)(10.21)(0.94.21)(0.91.79)DEGHI(0.94.21)FGD0.9 4.210.3

35、327.630.9 4.21節(jié)點 H：HG7.630.3537.630.9 4.21 10.21HE0.9 4.210.1757.630.9 4.21 10.21HI10.210.4727.630.9 4.21 10.21節(jié)點 I：IH10.210.86410.21 0.9 1.79IF0.9 1.790.13610.21 0.9 1.79第93頁/共252頁2021-12-1695計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 D：DG0.9 4.210.1860.9 4.21 9.537.11DE9.530.4660.9 4.21 9.537.11(0.94.21)(7.11)(4.84)(3.64)ABCDE

36、FGHI(9.53)(12.77)(0.94.21)(0.91.79)DA7.110.3480.9 4.21 9.537.11第94頁/共252頁2021-12-1696計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 E：ED9.530.3089.530.9 4.21 12.774.84EH0.9 4.210.1239.530.9 4.21 12.774.84(0.94.21)(7.11)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)(0.94.21)(0.91.79)EF12.770.4139.530.9 4.21 12.774.84EB4.840.1569.530.9 4.21 12.77

37、4.84第95頁/共252頁2021-12-1697計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 F：FI0.9 1.790.0890.9 1.79 12.773.64FE12.770.7090.9 1.79 12.773.64(0.94.21)(7.11)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)(0.94.21)(0.91.79)FC3.640.2020.9 1.79 12.773.64第96頁/共252頁2021-12-1698計算桿件固端彎矩：頂層2FGH2.8 7.5kN m13.13kN m12M 2FJK12qlM qJKFJKMFKJMl2FKJ12qlM2FHG2.8

38、7.5kN m13.13kN m12M2FHI2.8 5.6kN m7.32 kN m12M 2FIH2.8 5.6kN m7.32 kN m12MDEGHIF2.8 kN/m75005600第97頁/共252頁2021-12-1699計算桿件固端彎矩：底層2FDE3.8 7.5kN m17.81kN m12M 2FED3.8 7.5kN m17.81kN m12M2FEF3.4 5.6kN m8.89 kN m12M 2FFE3.4 5.6kN m8.89 kN m12M75005600ABCDEFGHI3.8 kN/m3.4 kN/m第98頁/共252頁2021-12-16100DEGHI

39、F0.3320.668下柱右梁0.8640.1360.3530.1750.472左梁下柱右梁下柱左梁計算各節(jié)點彎矩：頂層-13.1313.13-7.327.328.774.36-1.00-6.324.38-3.16-1.23-2.49-3.32-1.250.410.844.77-4.771.59-1.661.430.230.77 -0.77-0.260.420.72-0.20-0.40-0.54-1.4315.05-13.62-0.48第99頁/共252頁2021-12-16101計算各節(jié)點彎矩：底層0.1860.3480.466下柱右梁上柱0.3080.1230.1560.413上柱右梁左梁

40、下柱0.7090.2020.089下柱上柱左梁-17.8117.81-8.898.896.203.31-3.158.30-0.79-6.304.15-1.22-3.06-1.55-4.10-1.53-2.050.530.290.716.733.60-10.330.360.191.450.73-0.601.99-0.13-0.3418.92-0.17-0.46-1.35-1.72-15.85-0.863.37ABCDEFGHI-0.70-1.800.41-1.39-0.20-0.451.20第100頁/共252頁2021-12-16102ABCEFGHI6.733.374.7715.050.77

41、10.3318.9215.851.9913.621.720.860.701.395.975.191.831.880.970.86D彎矩圖第101頁/共252頁2021-12-16103qJKJKMKJM0llVrV梁端剪力的計算qJJKMxMxlVxV梁跨中彎矩的計算第102頁/共252頁2021-12-16104uNlNlVrV柱軸力的計算JKKJMJKMuVlV0h柱剪力的計算第103頁/共252頁2021-12-16105 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下e) 彎矩二次分配法 基本假定 (1) 不考慮框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移對其內(nèi)力的影響； (2) 每層梁上的荷載僅對本層梁及其上、下柱的

42、 內(nèi)力產(chǎn)生影響，對其它各層梁、柱內(nèi)力的影 響可忽略不計。 上述假定中所指的內(nèi)力同樣不包括柱軸力。第104頁/共252頁2021-12-16106 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下e) 彎矩二次分配法 計算步驟 (1) 計算各節(jié)點彎矩分配系數(shù)； (2) 計算框架梁的固端彎矩； (3) 計算各節(jié)點不平衡彎矩，并對所有節(jié)點的不 平衡彎矩同時進行第一次分配（其間不進行 彎矩傳遞)；第105頁/共252頁2021-12-16107 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下e) 彎矩二次分配法 計算步驟(4)將所有桿端的分配彎矩同時向其遠端傳遞（對于剛接框架，傳遞系數(shù)均取1/2）;(5)將各節(jié)

43、點因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進行第二次分配，使各節(jié)點處于平衡狀態(tài); (6) 將各桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩疊加，即得各桿端彎矩。第106頁/共252頁2021-12-16108 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下e) 彎矩二次分配法 計算例題3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m右圖括號中為梁、柱線剛度的相對值3600440075005600(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第107頁/共252頁2021-12-16109計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 G：GH

44、7.630.6447.634.21GD4.210.3567.634.21節(jié)點 I：IH10.210.85110.21 1.79IF1.790.14910.21 1.79(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第108頁/共252頁2021-12-16110節(jié)點 H：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)HG7.630.3467.634.21 10.21HE4.210.1917.634.21

45、10.21HI10.210.4637.634.21 10.21第109頁/共252頁2021-12-16111節(jié)點 D：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)DG4.210.2024.21 9.537.11DE9.530.4574.21 9.537.11DA7.110.3414.21 9.537.11第110頁/共252頁2021-12-16112節(jié)點 E：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.

46、77)ED9.530.3049.534.21 12.774.84EH4.210.1349.534.21 12.774.84EF12.770.4079.534.21 12.774.84EB4.840.1559.534.21 12.774.84第111頁/共252頁2021-12-16113節(jié)點 F：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)FI1.790.0981.79 12.773.64FE12.770.7021.79 12.773.64FC3.640.2001.79 12.773.64第112

47、頁/共252頁2021-12-16114計算框架梁固端彎矩2FGH2.8 7.5kN m13.13kN m12M 2FHG2.8 7.5kN m13.13kN m12M2FHI2.8 5.6kN m7.32 kN m12M 2FIH2.8 5.6kN m7.32 kN m12M3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m75005600ABCDEFGHI第113頁/共252頁2021-12-161152FDE3.8 7.5kN m17.81kN m12M 2FED3.8 7.5kN m17.81kN m12M2FEF3.4 5.6kN m8.89 kN m12M 2FFE3.4 5.6kN

48、 m8.89 kN m12M3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m75005600ABCDEFGHI第114頁/共252頁2021-12-161160.2020.3410.4570.3040.1340.1550.4070.7020.2000.098上柱0.346下柱右梁左梁0.3560.644下柱右梁0.8510.149左梁下柱上柱上柱0.1910.463梁端不平衡彎矩及其分配-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.324.678.466.073.608.14-2.01-1.11-2.69-6.23-1.09-2.71-1.20-1.38-3.63

49、-1.78-6.24-0.874.232.34-1.01-0.56-1.35-3.12-0.551.803.044.07-1.36-0.60-0.69-1.82-3.12-0.89-0.44-0.28-0.51-0.18-0.10-0.231.520.27-0.33-0.20-0.45-0.12-0.05-0.06-0.160.471.670.236.19-6.1915.17-1.81-13.361.26-1.265.745.74-11.4819.05 -1.81-1.44-15.80-1.312.50-1.19ABCDEFIHG第115頁/共252頁2021-12-16117ABCEFGHI

50、5.743.046.1915.171.2611.4819.0515.802.5013.361.440.690.891.316.195.741.811.811.261.19D彎矩圖第116頁/共252頁2021-12-16118 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下f) 彎矩迭代法 概述 彎矩迭代法既可求解無（忽略）側(cè)移框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，也可求解考慮側(cè)移時的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力。此處只討論第一種情形，后一種情形詳見教材 192-193頁。第117頁/共252頁2021-12-16119 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下f) 彎矩迭代法 計算步驟 (1) 繪出結(jié)構(gòu)計算簡圖，在各節(jié)點上繪兩方框

51、； (2) 計算節(jié)點各桿件的彎矩分配系數(shù)，沿桿件方 向記在外框的內(nèi)邊緣； (3) 計算固端彎矩，將各節(jié)點固端彎矩之和寫在 內(nèi)框中；( )12jkjkjkjii ( )12jkj 第118頁/共252頁2021-12-16120 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下f) 彎矩迭代法 計算步驟 (4) 計算各桿件近端彎矩，記在相應的桿端處； (5) 循環(huán)若干輪直至達到要求的精度為止； (6) 計算得到每一桿件的最終彎矩值。2FjkjkjkkjMMMM( )FjkjkjkjjMMM節(jié)點固端彎矩之和遠端彎矩近端彎矩第119頁/共252頁2021-12-16121( )FjkjkjkjjMMM遠端

52、彎矩近端彎矩jkmnl對節(jié)點 j 而言，j 端為其近端， k, l, m, n 端為其遠端。第120頁/共252頁2021-12-16122 內(nèi)力分析E. 內(nèi)力計算a. 豎向荷載作用下g) 彎矩迭代法 計算例題3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m右圖括號中為梁、柱線剛度的相對值3600440075005600(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第121頁/共252頁2021-12-16123計算節(jié)點彎矩分配系數(shù)節(jié)點 G：GH0.5 7.630.3227.634.21 GD0.5

53、 4.210.1787.634.21 節(jié)點 I：IH0.5 10.210.42510.21 1.79 IF0.5 1.790.07510.21 1.79 (4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)第122頁/共252頁2021-12-16124節(jié)點 H：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)HG0.5 7.630.1737.634.21 10.21 HE0.5 4.210.0957.634.2

54、1 10.21 HI0.5 10.210.2327.634.21 10.21 第123頁/共252頁2021-12-16125節(jié)點 D：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)DG0.5 4.210.1014.21 9.537.11 DE0.5 9.530.2294.21 9.537.11 DA0.5 7.110.1704.21 9.537.11 第124頁/共252頁2021-12-16126節(jié)點 E：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3

55、.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)ED0.5 9.530.1529.534.21 12.774.84 EH0.5 4.210.0679.534.21 12.774.84 EF0.5 12.770.2049.534.21 12.774.84 EB0.5 4.840.0779.534.21 12.774.84 第125頁/共252頁2021-12-16127節(jié)點 F：(4.21)(7.11)(7.63)(10.21)(4.21)(1.79)(4.84)(3.64)ABCDEFGHI(9.53)(12.77)FI0.5 1.790.0491.79 12.773.64 FE0.5 1

56、2.770.3511.79 12.773.64 FC0.5 3.640.1001.79 12.773.64 第126頁/共252頁2021-12-16128計算框架梁固端彎矩（同前例）第127頁/共252頁2021-12-16129-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循環(huán)迭代計算-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

57、-1.74-0.95-2.33-2.12-0.37-0.42-2.99-0.33-1.02-0.763.724.262.35-1.32-0.72-1.77-2.18-0.38-0.37-2.63-0.62-1.41-1.903.861.641.70( )FjkjkjkjjMMM2.762.87-0.38-0.72-0.85-0.75第128頁/共252頁2021-12-16130-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循環(huán)迭代計算-17.81-

58、0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.232.34-1.74-0.95-2.33-2.12-0.37-0.42-2.99-0.85-0.33-1.02-0.76-0.383.721.642.764.262.35-1.32-0.72-1.77-2.18-0.38-0.37-2.63-0.75-0.62-1.41-0.72-1.901.703.862.872.274.10-1.23-0.68-1.65-2.25-0.40 -0.32-0.66-2.31-0.66-2.00-0.75-1.493.90

59、1.722.904.072.25-1.20-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.91第129頁/共252頁2021-12-16131-17.8117.81-8.898.89-13.13-7.3213.137.32-13.13-0.178-0.3225.81-0.095-0.2327.32-0.075-0.425-0.173循環(huán)迭代計算-17.81-0.170-0.229-0.1018.92-0.077-0.204-0.067-0.1528.89-0.100-0.351-0.0494.072.25-1.2

60、0-1.62-0.66-2.29-0.40-0.32-2.28-0.65-0.66-0.76-1.50-2.021.722.903.912FjkjkjkkjMMMM-6.1914.8012.851.126.22-1.98-1.12-11.49-18.72-15.212.315.69-1.98-1.045.80-1.52-1.302.90-0.76-0.656.22=2*2.25+1.72-6.19=-13.13+2*4.07+1.72第130頁/共252頁2021-12-16132ABCEFGHI5.806.1914.801.1211.4918.7215.212.3112.851.521.30