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)題答案一、思考題：1、框架結(jié)構(gòu)定義及優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及其適用圍如何？ 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，力向跨中發(fā)生轉(zhuǎn)移， 導(dǎo)致跨中彎矩進(jìn)一步提高， 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

2、時(shí)由水平力引起的傾覆力矩，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

3、方法是什么？答：（1 ）梁、亠 1 1梁?jiǎn)J：hb （）1梁寬：10 181 1bb ( )hb23（2）柱：柱截面面積一般根據(jù)軸壓比限值n估算，冋時(shí)截面的高度、寬度要fcA滿足以下要求：1 1bc、hc ( )H c15205、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)生力，在其他層梁及柱上產(chǎn)生的力可忽 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0.9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)開口剛架的上下端均為固定支

4、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0.9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0.9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

5、衡，可再進(jìn)行一次彎矩分配；（5）按靜力平衡條件計(jì)算出框架的剪力和軸力，并繪出力圖。&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)為梁剛度為無限大，柱兩端無轉(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

6、公式說明了梁端彎矩不但與相 連的柱端彎矩有關(guān)，而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)力的具體步驟是什么？答：反彎

7、點(diǎn)法計(jì)算步驟 計(jì)算柱子抗側(cè)移剛度 dj或D值； 計(jì)算各層總水平剪力 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 ij下=Vj hj / 2底層柱：上端彎矩皿讓=Vi1h1/3 ；下端彎矩Mi1下=2Vih/3 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：Mb Mj上皿廠下對(duì)于中柱：設(shè)梁的端彎矩與梁的線剛度成正比，則(Mj上Mjlr(Mb Mb)i十M b 左（M j 上 M j 1 下）M b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。柱的軸力計(jì)算由節(jié)點(diǎn)左右梁端剪力之和得到。Nk（

8、Vb； Vj；）i15、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？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MQ和由于框架柱軸向變形產(chǎn)生的水平位移n兩部分組成，即=MQ+ N梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移MQ計(jì)算：第i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 :VH3 FNEz1Az1B216、什么是控制截面？什么是控制力？框架梁、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的控制截面分別有幾個(gè)？控制 力各有哪些？答：控制截面就是構(gòu)件中力最大的截面。控制力就是控制截面上的最不利力。框架梁的控制截面有3個(gè)，兩端和跨中；框架柱的控制截面有

9、2個(gè)，各層柱的上、下兩端。控制力如下表。構(gòu)件梁柱控制截面梁端跨中柱端最不利力-M max + M maxV1 Imax-M max + M max+ M max及相應(yīng)的N , V -Mmax及相應(yīng)的N , VNmax及相應(yīng)的M, V Nmin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

10、作用下梁端塑性變形力重分布，對(duì)梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅， 現(xiàn)澆框架調(diào)幅系數(shù)為0.80.9，裝配式框架調(diào)幅系數(shù)為 0.70.8，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1/2。二、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)算框架力，并分別作出彎矩圖。 注：括號(hào)數(shù)字表示各桿件線剛度的相對(duì)值。丄）旳解：（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= -jUja =丄汽 30x2 =gQkN-ni12上層x30x52 =-62.5kN m=一必盼=-x25x5s = -52X8kN-m7.28-1 717

11、5上屋（2）分層計(jì)算（每層6分，共12分）-52.00*52.0329 9731.4720 T92LS3-50* HT39,24 62 -4 51 - -g 01197 3TT-0.67 icnr5715.74-4 7-0.3； 513-62.05*62,5* IS山孟0% IJ-11.14529.1135-匹-6.91-0 512-3 71下層-13.061,16JW-13.SS-17.2（3 ）作彎矩圖（單位：kN m ）（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

12、各柱的相對(duì)抗側(cè)剛度2第一、二層：A 柱：Dau 12iA1 /h2 B 柱：Db1= 12iB1 / hC柱：Dc1=12iC1/h22Da1+ D B1+ D C1= 12 3.5 / h第三層：A 柱：Da3 = 12i A3 / h22B 柱：Db3= 12i b3 / h120KN(1)(1)(1)100KN(1)(1.5)(1)80KN(5)79(1)廠77(1.5)廠77(1)廠22)各層層剪力C柱：Dc3=12iC3/hV1=300KNV2=220KNV3=120KN3)各柱的剪力1 300VA1=Vc1= 85.7KN1 1 1.51.5 300Vb1= 128.6KN1 11

13、.51 220Va2= Vc21= 62.9KN205.68308.641 11.51.5 220Vb2= 94.3KN1 1 1.5Va3= Vc3=V B3=40KN4)各柱端彎矩ttM A1= M C1=85.7 X1.2= 102.84KN?mbbM A1= M C1=85.7 X2.4 = 205.68KN?mtM b1=128.6 X1.2 = 154.32KN?mbM b1=128.6 X2.4 = 308.64KN ?mttM A2= M C2=62.9 X1.8= 113.22KN?mbbM A2= M C2=62.9 X1.8 = 113.22KN ?mMtB2=94.3

14、X1.8= 169.74KN ? mbM b2=94.3 X1.8= 169.74KN?mtttM A3= M C3= M b3=40 X1.8= 72KN ? mbbbM A3= M C3= M b3=40 X1.8 = 72KN ?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 1 06 kN m2，各梁3434的慣性矩均為lb 24.3 10 m，各柱的慣性矩均為lc 2.1 10 m，求該結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位 移。解:（1）計(jì)算梁、柱線剛度比的線剛度比梁:ib3Elb E 24.3 10 l下柱：ic下EIcl3E 2.1 10上柱：lc下EIclE 2.1 10 3因?yàn)?ibib4.52.7 10 3Eic上lc下0.467 10 3E5.78 3所以可用反彎點(diǎn)法（2）計(jì)算各柱的側(cè)向剛度 D12 咯 12 0.467 10 3 28 1063“上柱：D上 產(chǎn)27.75 10 kN mh 上4.512 ic下 12