畢業(yè)設(shè)計框架水平荷載作用下內(nèi)力計算

1、1會計學(xué)畢業(yè)設(shè)計框架水平荷載作用下內(nèi)力計算畢業(yè)設(shè)計框架水平荷載作用下內(nèi)力計算我國有關(guān)規(guī)范中規(guī)定： 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范GB50045-95中規(guī)定10層及層及10層層以上的居住建筑和建筑高度超過24m的公共建筑為高層建筑。 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JBJ3-2010）中規(guī)定:10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)。1 基本規(guī)定（需要了解的知識）房屋最大適用高度房屋最大適用高度表5.1例題：例題： a.某框架結(jié)構(gòu)，乙類，某框架結(jié)構(gòu)，乙類，類場地土，類場地土，7度度(0.15g)設(shè)防，設(shè)防，23.5m，試確，試確定地震作用計算、抗震

2、措施的抗震等級。定地震作用計算、抗震措施的抗震等級。(例揚州某中學(xué)教室例揚州某中學(xué)教室) b.某框架結(jié)構(gòu)，丙類，某框架結(jié)構(gòu)，丙類，類場地土，類場地土，7度度(0.15g)設(shè)防，設(shè)防，23.5m，試確，試確定地震作用計算、抗震措施的抗震等級。定地震作用計算、抗震措施的抗震等級。 (例揚州某大學(xué)教室例揚州某大學(xué)教室) c.某框架結(jié)構(gòu)，丙類，某框架結(jié)構(gòu)，丙類， 類場地土，類場地土，7度度(0.15g)設(shè)防，設(shè)防，23.5m，試，試確定地震作用計算、抗震措施的抗震等級。確定地震作用計算、抗震措施的抗震等級。 (畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計)表 5.3 開 始確 定 結(jié) 構(gòu) 方 案 與 結(jié) 構(gòu) 布 置初 步 選 定

3、 梁 柱 截 面 及 材 料 強 度 等 級計 算 各 層 荷 載 、 重 力 荷 載 代 表 值計 算 結(jié) 構(gòu) 剛 度 參 數(shù)計 算 結(jié) 構(gòu) 自 振 周 期 及 振 型計 算 多 遇 烈 度 下 地 震 作 用計 算 多 遇 烈 度 下 結(jié) 構(gòu) 側(cè) 移地 震 作 用 下 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 力 分 析豎 載 作 用 下 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 力 分 析內(nèi) 力 組 合 、 截 面 設(shè) 計 、 構(gòu) 造 設(shè) 計需 要 作 薄 弱 層 變 形 驗 算 否罕 遇 烈 度 下 薄 弱 層 變 形 驗 算結(jié) 束特 殊 構(gòu) 造 措 施滿 足不 需 要不 滿 足不 滿 足結(jié) 構(gòu) 方 案 調(diào) 整TF 結(jié)構(gòu)基本周期結(jié)構(gòu)基本周期水平

4、地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)地震水平作用力地震水平作用力2 水平地震作用的計算方法水平地震作用的計算方法-底部剪力法底部剪力法底部剪力法（適用條件）底部剪力法（適用條件） 高度不超過高度不超過40m的框架（包括填充墻框架），其變形的框架（包括填充墻框架），其變形以剪切變形為主，當(dāng)質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，以剪切變形為主，當(dāng)質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，可采用底部剪力法計算地震作用。可采用底部剪力法計算地震作用。 (3107) NoImage（5.4） 0.60.70.8TTT：周期折減系數(shù)。當(dāng)采用實砌填充墻時??；當(dāng)采用輕質(zhì)墻或外掛墻板時取。TiuGm：假想以各樓層處的重力荷載代表值為水

5、平荷載，按彈性方法求出的結(jié)構(gòu)頂部位移（ ）。1.結(jié)構(gòu)的自振周期結(jié)構(gòu)的自振周期 結(jié)構(gòu)的基本周期可頂點位移法計算結(jié)構(gòu)的基本周期可頂點位移法計算 2.重力荷載代表值重力荷載代表值 重力荷載代表值重力荷載代表值=永久荷載永久荷載+可變荷載的組合值可變荷載的組合值 EkE ikiGGQkGkiQE i結(jié)構(gòu)和構(gòu)件永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值；結(jié)構(gòu)和構(gòu)件永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件第結(jié)構(gòu)和構(gòu)件第i個個 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 第第i可變荷載的組合值可變荷載的組合值 系數(shù)；系數(shù)； 可變荷載組合系數(shù)，根據(jù)地可變荷載組合系數(shù)，根據(jù)地震時的遇合概率取值，見表震時的遇合概率取值，見表。(3.196)2022-6-1813

6、2cihi12d =212hiDcci設(shè)計用反應(yīng)譜曲線分為四段：設(shè)計用反應(yīng)譜曲線分為四段： （1）0T0.1s， 上升直線段：上升直線段： =0.45+(10 2 4.5)T max （2）0.1s T Tg，水平直線段：，水平直線段： = 2 max 4.地震影響系數(shù)地震影響系數(shù) （3）TgT5Tg， 下降曲線段：下降曲線段：2max()gTT （4）5TgT 1.4 Tg ）時，需考慮高振型影響的結(jié)構(gòu)，按上）時，需考慮高振型影響的結(jié)構(gòu)，按上述公式計算的結(jié)果，結(jié)構(gòu)述公式計算的結(jié)果，結(jié)構(gòu)頂頂部的地震剪力部的地震剪力偏小偏小，還需進(jìn)行調(diào)整。，還需進(jìn)行調(diào)整。7. 頂部附加地震作用頂部附加地震作用F

7、n 調(diào)整方法：將結(jié)構(gòu)總地震作用的調(diào)整方法：將結(jié)構(gòu)總地震作用的一部分一部分( (Fn )作為集中力作用于結(jié)構(gòu)的頂部，再將其作為集中力作用于結(jié)構(gòu)的頂部，再將其余部分余部分(F(Fekek -Fn) )按倒三角形分配給各質(zhì)點。按倒三角形分配給各質(zhì)點。頂部附加的集中水平地震作用可表示為頂部附加的集中水平地震作用可表示為n 頂部附加地震作用系數(shù)；頂部附加地震作用系數(shù)；Fn 頂部附加水平地震作用。頂部附加水平地震作用。n的確定的確定:對于多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)場對于多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)場地的特征周期地的特征周期Tg及結(jié)構(gòu)的基本周期及結(jié)構(gòu)的基本周期T1由表由表3.5確定確定。nnEkFF7.

8、頂部附加地震作用Fn 表3.5頂部附加地震作用系數(shù)n 調(diào)整后的水平地震作用計算公式 n1 (1-) iiiEknjjjH GFFH G(1, 2,)in( 3.110 )8.鞭梢效應(yīng)鞭梢效應(yīng) 1. 建筑物突出屋面的小建筑：由于剛度和建筑物突出屋面的小建筑：由于剛度和質(zhì)量突然變小，地震反應(yīng)特別強烈，這質(zhì)量突然變小，地震反應(yīng)特別強烈，這一現(xiàn)象即所謂的一現(xiàn)象即所謂的“鞭端效應(yīng)鞭端效應(yīng)”?？拐鹨?guī)范抗震規(guī)范規(guī)定：計算小建筑地震作用規(guī)定：計算小建筑地震作用效應(yīng)時，宜乘以增大系數(shù)效應(yīng)時，宜乘以增大系數(shù)3，此增大部分此增大部分不應(yīng)往下傳遞。不應(yīng)往下傳遞。2.2.附加集中水平地震作用附加集中水平地震作用 Fn：

9、當(dāng)建筑物有當(dāng)建筑物有突出屋面的小建筑時，應(yīng)將其置于突出屋面的小建筑時，應(yīng)將其置于主體主體建筑的頂層，突出屋面小建筑的地震作建筑的頂層，突出屋面小建筑的地震作用按用按Fi計算公式計算。計算公式計算。 FnFnFi+1FiF1GnGi+1GiG1HiH地震作用地震作用3Fn+1Gn+12022-6-1826水平荷載主要是風(fēng)荷載及水平地震作用。水平荷載主要是風(fēng)荷載及水平地震作用。在水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移可用結(jié)構(gòu)力學(xué)在水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，常用的近似算法有迭代法、反彎點法、方法計算，常用的近似算法有迭代法、反彎點法、D值值法和門架法等。法和門架法等。202

10、2-6-1827水平荷載下的框架彎矩圖和變形水平荷載下的框架彎矩圖和變形 2022-6-18292cihi12d=式中：ic - 柱的線剛度 h - 層高注意注意：1、側(cè)移剛度的物理意義； 2、此時假定柱上下兩端均不發(fā)生轉(zhuǎn)角側(cè)移剛度d表示柱產(chǎn)生單位水平側(cè)移時需要在柱頂施加的水平柱產(chǎn)生單位水平側(cè)移時需要在柱頂施加的水平力力。根據(jù)假定，梁柱線剛度之比無窮大，則各柱端轉(zhuǎn)角為零，由結(jié)構(gòu)力學(xué)的兩端無轉(zhuǎn)角但有單位水平位移時桿件的桿端剪力方程，柱的側(cè)移剛度d可寫成：iiVd2022-6-1830Vd1i=VddViii=iiVd2022-6-18312022-6-1832底層柱：底層柱：上端上端 Mj上上=

11、Vjhj/3 下端下端 Mj下下=Vj2hj/3其它層柱：其它層柱：上下端上下端Mj上上=Mj下下=Vjhj/22022-6-1833 柱端彎矩確定以后，根據(jù)節(jié)點平衡條件可確定梁柱端彎矩確定以后，根據(jù)節(jié)點平衡條件可確定梁的彎矩。的彎矩。用反彎點法求圖所示框架的彎矩圖。用反彎點法求圖所示框架的彎矩圖。圖中括號內(nèi)數(shù)字為各桿的相對線剛度。 三、例題三、例題【解解】（1）計算柱的剪力計算柱的剪力當(dāng)同層各柱當(dāng)同層各柱h相等時，各柱剪力可直接按其線剛度分配。相等時，各柱剪力可直接按其線剛度分配。第第3層：層：P=10kNVAD=10*1.5/(1.5+2+1)=3.33kNVBE= 10* 2 /(1.5

12、+2+1) =4.45kNVCF= 10* 1/(1.5+2+1) =2.22kN水平力如何得到？水平力如何得到？第第2層：層：P=10+19=29kN VDG=9.67kN VEH=13.89kN VFI=6.44kN第第1層：層：P=10+19+22=51kN VGJ=17kN VHK=20.4kN VIL=13.6kN(2) 計算柱端彎矩計算柱端彎矩第第3層層MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm 第第2層層MDG=MGD=24.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm第第1層層 MGJ=34kNm MJG

13、=68kNm MHK=40.8kNm MKH=81.6kNm MIL= 27.2kNm MLI=54.4kNm(3) 根據(jù)節(jié)點平衡條件算出梁端彎矩根據(jù)節(jié)點平衡條件算出梁端彎矩第第3層層 MAB=MAD=6.66kNm MBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第第2層層MDE= 30.84kNmMED=15.82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm第第1層層MGH=58.18kNm MHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm根據(jù)以上結(jié)果，畫出根據(jù)以上結(jié)果，畫出M圖。圖。（單位：（單

14、位： kNm)2022-6-18402022-6-1841212hiDcci2022-6-1843當(dāng)橫梁線剛度與柱的線剛度之比不很大時，柱的兩端轉(zhuǎn)角相差較大，尤其是最上層和最下幾層，其反彎點并不在柱的中央，它取決于柱上下兩端轉(zhuǎn)角： 當(dāng)上端轉(zhuǎn)角大于下端轉(zhuǎn)角時，反彎點移向柱上端；當(dāng)上端轉(zhuǎn)角大于下端轉(zhuǎn)角時，反彎點移向柱上端； 反之，則移向柱下端。反之，則移向柱下端。各層柱反彎點高度可統(tǒng)一按下式計算各層柱反彎點高度可統(tǒng)一按下式計算：yh= (y0+y1+y2+y3)h 1、標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比、標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比 y0y0 指規(guī)則框架的反彎點高度比。主要考慮梁柱線剛度比及結(jié)構(gòu)層數(shù)和樓層位置的影響，它可根據(jù)梁

15、柱相對線剛度比、框架總層數(shù)m、該柱所在層數(shù)n、荷載作用形式,可由附表查得。 標(biāo)準(zhǔn)反彎點位置簡化求解標(biāo)準(zhǔn)反彎點位置簡化求解2、上下層橫梁線剛度不同時的修正值、上下層橫梁線剛度不同時的修正值y1 當(dāng)某層柱的上梁與下梁剛度不同，則柱上下端轉(zhuǎn)角不同，反彎點位置有變化，修正值為y1。根據(jù)1和K值由附表查得。橫梁剛度變化對反彎點位置的修正橫梁剛度變化對反彎點位置的修正 對底層框架柱，不考慮修正值y1。3、上下層層高變化時的修正值、上下層層高變化時的修正值y2、y3當(dāng)柱所在樓層的上下樓層層高有變化時，反彎點也將偏移標(biāo)準(zhǔn)反彎點位置。令上層層高與本層層高之比為2，即2=h上/h。由2和K由附表查得修正值y2。

16、對頂層柱不考慮修正值y2，對底層柱不考慮修正值y3。層高變化對反彎點位置的影響層高變化對反彎點位置的影響 用用D值法求圖示框值法求圖示框架的彎矩圖。架的彎矩圖。圖中括號內(nèi)數(shù)字為各桿圖中括號內(nèi)數(shù)字為各桿的相對線剛度。的相對線剛度。四、例題四、例題【解解】（1）求各柱所分配的剪力值求各柱所分配的剪力值V(kN)。 計算過程及結(jié)果計算過程及結(jié)果如下表如下表1所示所示。（2）求各柱反彎點高度求各柱反彎點高度 (m)。 計算過程及結(jié)果計算過程及結(jié)果如下表如下表2所示所示。（3）根據(jù)剪力和反彎點高度求柱端彎矩根據(jù)剪力和反彎點高度求柱端彎矩柱上端彎矩柱上端彎矩 M上上=V（h- y)柱下端彎矩柱下端彎矩 M

17、下下=Vy（4）根據(jù)節(jié)點平衡條件求梁端彎矩根據(jù)節(jié)點平衡條件求梁端彎矩（5） 繪彎矩圖如下圖繪彎矩圖如下圖3所示。所示。求求各各柱柱所所分分配配的的剪剪力力值值表表1求求各各柱柱反反彎彎點點高高度度表表2圖3 M圖（單位： kNm) 525 抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：2022-6-1853框架的側(cè)移主要是由水平荷載引起，對兩部分側(cè)移加以框架的側(cè)移主要是由水平荷載引起，對兩部分側(cè)移加以限制：限制：一是一是頂層最大位移頂層最大位移，若過大會影響正常使用；，若過大會影響正常使用；二是二是層間相對側(cè)移層間相對側(cè)移，過大會使

18、填充墻出現(xiàn)裂縫。，過大會使填充墻出現(xiàn)裂縫。側(cè)移控制側(cè)移控制 （1）頂層最大位移 （2）層間相對位移框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移，可以看做是梁柱框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移，可以看做是梁柱彎曲變形和柱的軸向變形所引起的側(cè)移的疊加。彎曲變形和柱的軸向變形所引起的側(cè)移的疊加。變形由變形由2部分部分組成組成 （1）由梁柱彎曲引起的側(cè)移 （2）由柱軸向變形引起的側(cè)移如下圖所示，注意其變形性質(zhì)的區(qū)別一、框架的側(cè)移控制一、框架的側(cè)移控制框架在水平荷載作用下的變形 (a) 梁柱彎曲變形 (b) 柱的軸向變形 框架剪切變形框架剪切變形（1）梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移）梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移 （2）柱軸向變形

19、引起的側(cè)移）柱軸向變形引起的側(cè)移框架彎曲變形框架彎曲變形側(cè)移剛度的物理意義是柱兩端產(chǎn)生單位層間側(cè)側(cè)移剛度的物理意義是柱兩端產(chǎn)生單位層間側(cè)移所需的層剪力。當(dāng)已知框架結(jié)構(gòu)某一層所有柱的移所需的層剪力。當(dāng)已知框架結(jié)構(gòu)某一層所有柱的側(cè)移剛度側(cè)移剛度D值和層剪力后，按照側(cè)移剛度的定義，可值和層剪力后，按照側(cè)移剛度的定義，可得第得第j層框架的層間相對側(cè)移層框架的層間相對側(cè)移uj應(yīng)為應(yīng)為框架頂點的總側(cè)移框架頂點的總側(cè)移應(yīng)為各層層間相對側(cè)移之和應(yīng)為各層層間相對側(cè)移之和，即，即 二、用二、用D值法計算框架的側(cè)移值法計算框架的側(cè)移mj=1=ju=jjjPuD框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度過小，水平位移過大，將影響正常使用；側(cè)

20、向剛度過大，水平位移過小，雖滿足使用要求，但不滿足經(jīng)濟(jì)性要求。因此，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜合適，一般以使結(jié)構(gòu)滿足層間位移限值為宜。由于變形驗算屬正常使用極限狀態(tài)的驗算，所以計算u時，各作用分項系數(shù)均應(yīng)采用各作用分項系數(shù)均應(yīng)采用1.0，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度。另外，樓層層間最大位移u以樓層最大的水平位移差計算，不扣除整體彎曲變形。三、側(cè)移限值（自學(xué)）三、側(cè)移限值（自學(xué)）4具體計算步驟：具體計算步驟：根據(jù)根據(jù)抗震規(guī)范計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自抗震規(guī)范計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數(shù)

21、，應(yīng)按表重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數(shù)，應(yīng)按表41采采用。用。 組合值系數(shù)組合值系數(shù) 表表21可變荷載種類可變荷載種類組合值系數(shù)組合值系數(shù)雪荷載雪荷載0.50.5屋面活荷載屋面活荷載不計入不計入按實際情況計算的樓面活荷載按實際情況計算的樓面活荷載1.01.0按等效均布荷載計算的按等效均布荷載計算的樓面活荷載樓面活荷載藏書庫、檔案庫藏書庫、檔案庫0.80.8其他民用建筑其他民用建筑0.50.5nijjEkiGVEkiVjG2022-6-1862例題例題：某建筑第：某建筑第1層重力荷載代表值計算層重力荷載代表值計算1 第一層重力荷載代表值計算第一層重力荷載代表值計算1.1可變荷載可變荷載樓層處樓層處：1.活載2.5 kN/m2：（）*2.活載3.5 kN/m2：（）*3.雨篷0.5 kN/m2：（）*4.梁上活載：5*3.8+5*3.85=38.25 kN層間處層間處：1.樓梯2.5 kN/m2：（）*2.雨篷0.5 kN/m2：（）*3.層間梁上活載：（5*（3.8+3.85）+0.75*（8+4.3+3.85）*0.5=25.18 kN 可變荷載總重是可變荷載總重是2898.