框架結(jié)構(gòu)近似計(jì)算方法ppt課件

1、貴州大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系沈汝偉框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算程序 （手算）根據(jù)使用要求，經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)結(jié)構(gòu)布置：柱網(wǎng)布置，梁布置梁、柱選型初估）計(jì)算單元選取計(jì)算簡(jiǎn)圖選取及荷載計(jì)算豎向荷載下的分層計(jì)算水平荷載下的內(nèi)力和變形計(jì)算荷載效應(yīng)組合承載力設(shè)計(jì)構(gòu)造處理框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算程序電算）根據(jù)使用要求，經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)柱網(wǎng)布置建模：梁、柱選型尺寸初估及布置，樓板板厚，材料選用建模：荷載計(jì)算及布置修改不同的荷載和板厚相應(yīng)計(jì)算參數(shù)的設(shè)置，生成計(jì)算數(shù)據(jù)內(nèi)力及配筋計(jì)算查看計(jì)算結(jié)果，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范查看各構(gòu)件的內(nèi)力、配筋，調(diào)整截面繪制施工圖框架結(jié)構(gòu)房屋是空間結(jié)構(gòu)體系，一般應(yīng)按三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。但對(duì)于平面布置較規(guī)

2、則的框架結(jié)構(gòu)房屋，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為若干個(gè)橫向或縱向平面框架進(jìn)行分析，每榀平面框架為一計(jì)算單元。 為簡(jiǎn)化計(jì)算，可假定： 1、每榀框架結(jié)構(gòu)僅在其自身平面內(nèi)提供抗側(cè)移剛度，平面外的抗側(cè)移剛度忽略不計(jì)； 2、平面樓蓋在其自身平面內(nèi)剛度無(wú)限大； 3、框架結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下材料均處于線彈性階段?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算單元 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元及計(jì)算模型框架結(jié)構(gòu)的承重方案框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖在框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖中，梁、柱用其軸線表示，梁與柱之間的連接用節(jié)點(diǎn)表示，梁或柱的長(zhǎng)度用節(jié)點(diǎn)間的距離表示，由圖可見(jiàn)，框架柱軸線之間的距離即為框架梁的計(jì)算跨度；框架柱的計(jì)

3、算高度應(yīng)為各橫梁形心軸線間的距離，當(dāng)各層梁截面尺寸相同時(shí)，除底層外，柱的計(jì)算高度即為各層層高。對(duì)于梁、柱、板均為現(xiàn)澆的情況，梁截面的形心線可近似取至板底。對(duì)于底層柱的下端，一般取至基礎(chǔ)頂面；當(dāng)設(shè)有整體剛度很大的地下室；且地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍時(shí)，可取至地下室結(jié)構(gòu)的頂板處。在實(shí)際工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度變化。當(dāng)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(shí)，其計(jì)算簡(jiǎn)圖與各層柱截面不變時(shí)的相同。當(dāng)上、下層柱截面尺寸不同且形心軸也不重合時(shí)，一般采取近似方法，即將頂層柱的形心線作為整個(gè)柱子的軸線，但是必須注意，在框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析中，各層

4、梁的計(jì)算跨度及線剛度仍應(yīng)按實(shí)際情況取；另外，尚應(yīng)考慮上、下層柱軸線不重合，由上層柱傳來(lái)的軸力在變截面處所產(chǎn)生的力矩。此力矩應(yīng)視為外荷載，與其他豎向荷載一起進(jìn)行框架內(nèi)力分析。 變截面柱框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖變截面柱框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖5.2.1 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算在豎向荷載作用下，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(xué)方法計(jì)算。工程設(shè)計(jì)中，如采用手算，可采用迭代法、分等結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。工程設(shè)計(jì)中，如采用手算，可采用迭代法、分層法、彎矩二次分配法及系數(shù)法等近似方法計(jì)算。層法、彎矩二次分配法及系數(shù)法等近似方法計(jì)算。分層法

5、分層法豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及內(nèi)力計(jì)算假定：豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及內(nèi)力計(jì)算假定：（1不考慮框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移對(duì)其內(nèi)力的影響；不考慮框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移對(duì)其內(nèi)力的影響；（2每層梁上的荷載僅對(duì)本層梁及其上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生影響，對(duì)其他每層梁上的荷載僅對(duì)本層梁及其上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生影響，對(duì)其他各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計(jì)。各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計(jì)。 應(yīng)當(dāng)指出，上述假定中所指的內(nèi)力不包括柱軸力，因?yàn)槟硨恿荷系膽?yīng)當(dāng)指出，上述假定中所指的內(nèi)力不包括柱軸力，因?yàn)槟硨恿荷系暮奢d對(duì)下部各層柱的軸力均有較大影響，不能忽略。荷載對(duì)下部各層柱的軸力均有較大影響，不能忽略。 在進(jìn)行框架的內(nèi)力和位移計(jì)算

6、時(shí)，現(xiàn)澆樓板、上有現(xiàn)澆疊合層的預(yù)制樓板和樓板雖無(wú)現(xiàn)澆疊合層但為拉開(kāi)預(yù)制板板縫且有配筋的裝配整體疊合梁，均可考慮梁的翼緣作用。增大梁的慣性矩。此時(shí)框架梁的慣性矩可按下表取值。 梁部位梁部位樓板樓板邊框架梁邊框架梁中框架梁中框架梁裝配整體裝配整體I=1.2I0I=1.2I0I=1.5I0I=1.5I0現(xiàn)澆樓板現(xiàn)澆樓板I=1.5I0I=1.5I0I=2.0I0I=2.0I0豎向荷載作用下分層計(jì)算示意圖（2除底層柱的下端外，其他各柱的柱端應(yīng)為彈性約束。為便于計(jì)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他各層柱的線剛度乘以修正系數(shù)0.9。 分層法計(jì)算要點(diǎn)分

7、層法計(jì)算要點(diǎn)（1將多層框架沿高度分成若干單層無(wú)側(cè)移的敞口框架，將多層框架沿高度分成若干單層無(wú)側(cè)移的敞口框架，每個(gè)敞口框架包括本層梁和與之相連的上、下層柱。梁上作用每個(gè)敞口框架包括本層梁和與之相連的上、下層柱。梁上作用的荷載、各層柱高及梁跨度均與原結(jié)構(gòu)相同。的荷載、各層柱高及梁跨度均與原結(jié)構(gòu)相同。（3用無(wú)側(cè)移框架的計(jì)算方法如彎矩分配法計(jì)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；因每一柱屬于上、下兩層，所以每一柱端的最終彎矩值需將上、下層計(jì)算所得的彎矩值相加。在上、下層柱端彎矩值相加后，將引起新的節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩，如欲進(jìn)一步修正，可對(duì)這些不平衡彎矩再作一次彎矩分配。 如用彎矩分配

8、法計(jì)算各敞口框架的桿端彎矩，在計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)周?chē)鳁U件的彎矩分配系數(shù)時(shí)，應(yīng)采用修正后的柱線剛度計(jì)算；并且底層柱和各層梁的傳遞系數(shù)均取1/2，其他各層柱的傳遞系數(shù)改用1/3。（4在桿端彎矩求出后，可用靜力平衡條件計(jì)算梁端剪力及梁跨中彎矩；由逐層疊加柱上的豎向荷載包括節(jié)點(diǎn)集中力、柱自重等和與之相連的梁端剪力，即得柱的軸力。彎矩二次分配法彎矩二次分配法具體計(jì)算步驟：具體計(jì)算步驟：（1根據(jù)各桿件的線剛度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)，并計(jì)算豎根據(jù)各桿件的線剛度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)，并計(jì)算豎向荷載作用下各跨梁的固端彎矩。向荷載作用下各跨梁的固端彎矩。 （2計(jì)算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，并對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的不

9、平衡彎矩同時(shí)計(jì)算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，并對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時(shí)進(jìn)行第一次分配其間不進(jìn)行彎矩傳遞）。進(jìn)行第一次分配其間不進(jìn)行彎矩傳遞）。（3將所有桿端的分配彎矩同時(shí)向其遠(yuǎn)端傳遞對(duì)于剛接框架，傳遞將所有桿端的分配彎矩同時(shí)向其遠(yuǎn)端傳遞對(duì)于剛接框架，傳遞系數(shù)均取系數(shù)均取1/2）。）。 （4將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。 至此，整個(gè)彎矩分配和傳遞過(guò)程即告結(jié)束。至此，整個(gè)彎矩分配和傳遞過(guò)程即告結(jié)束。 （5將各桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩疊加，即得各桿端彎將各桿端的固端彎

10、矩、分配彎矩和傳遞彎矩疊加，即得各桿端彎矩。矩。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(jì)算，常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(jì)算，常用的近似算法有迭代法、反彎點(diǎn)法、用的近似算法有迭代法、反彎點(diǎn)法、D值法和門(mén)架法等。值法和門(mén)架法等。1水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力及變形特點(diǎn)水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力及變形特點(diǎn)2 2D D值法值法（ 1層間剪力在各柱間的分配層間剪力在各柱間的分配該式即為層間剪力該式即為層間剪力Vi在各柱間的分配公式，它適用于整個(gè)框架結(jié)構(gòu)在各柱間的分配公式，它適用于整個(gè)框架結(jié)構(gòu)同層各柱之間的剪力分配?？梢?jiàn)，每根柱分配到的剪力值與其側(cè)向剛度同層各柱之間

11、的剪力分配?？梢?jiàn)，每根柱分配到的剪力值與其側(cè)向剛度成比例。成比例。5.2.2 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算框架第2層脫離體圖（2框架柱的側(cè)向剛度框架柱的側(cè)向剛度D值：一般規(guī)則框架中的柱值：一般規(guī)則框架中的柱2c2c12122hihiKKVDcKK2c框架柱側(cè)向剛度計(jì)算公式稱(chēng)為柱的側(cè)向剛度修正系數(shù)，它反映了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)降低了稱(chēng)為柱的側(cè)向剛度修正系數(shù)，它反映了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)降低了柱的側(cè)向剛度，而節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的大小則取決于梁對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束柱的側(cè)向剛度，而節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的大小則取決于梁對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束程度。，這表明梁線剛度越大，對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束能力程度。，這表明梁線剛度越大，對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束能力越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)越小，柱的

12、側(cè)向剛度越大。越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)越小，柱的側(cè)向剛度越大。 現(xiàn)討論底層柱的現(xiàn)討論底層柱的D值。值。 同理，當(dāng)?shù)讓又南露藶殂q接時(shí)，可得同理，當(dāng)?shù)讓又南露藶殂q接時(shí)，可得 KK215 . 0ccK1c底層柱D值計(jì)算圖式柱高不等及有夾層的柱柱高不等及有夾層的柱 不等高柱不等高柱夾層柱柱的反彎點(diǎn)高度yh框架各柱的反彎點(diǎn)高度比框架各柱的反彎點(diǎn)高度比y可用下式表示：可用下式表示： 式中：式中：yn表示標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比；表示標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比；y1表示上、下層橫梁線剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值；表示上、下層橫梁線剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值；y2、y3表示上、下層層高變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值。表示上、下層層

13、高變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值。反彎點(diǎn)高度示意圖反彎點(diǎn)高度示意圖y = yn + y1 + y2 + y3（1標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比yn。 yn是指規(guī)則框架的反彎點(diǎn)高度比。是指規(guī)則框架的反彎點(diǎn)高度比。標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)位置簡(jiǎn)化求解標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)位置簡(jiǎn)化求解梁剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)的修正梁剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)的修正3 3反彎點(diǎn)法反彎點(diǎn)法 由上述分析可見(jiàn)，由上述分析可見(jiàn)，D值法考慮了柱兩端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)其側(cè)向剛度和反彎值法考慮了柱兩端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)其側(cè)向剛度和反彎點(diǎn)位置的影響，因此，此法是一種合理且計(jì)算精度較高的近似計(jì)算方法，點(diǎn)位置的影響，因此，此法是一種合理且計(jì)算精度較高的近似計(jì)算方法，適用于一般多、高層框架結(jié)構(gòu)在水

14、平荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算。適用于一般多、高層框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算。 當(dāng)梁的線剛度比柱的線剛度大很多時(shí)例如當(dāng)梁的線剛度比柱的線剛度大很多時(shí)例如ib/ic3），梁柱節(jié)點(diǎn)的），梁柱節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角很小。如果忽略此轉(zhuǎn)角的影響，則水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的轉(zhuǎn)角很小。如果忽略此轉(zhuǎn)角的影響，則水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算方法，尚可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，這種忽略梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角影響的計(jì)算方法稱(chēng)計(jì)算方法，尚可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，這種忽略梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角影響的計(jì)算方法稱(chēng)為反彎點(diǎn)法。為反彎點(diǎn)法。在確定柱的側(cè)向剛度時(shí)，反彎點(diǎn)法假定各柱上、下端都不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在確定柱的側(cè)向剛度時(shí)，反彎點(diǎn)法假定各柱上、下端都不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即認(rèn)

15、為梁柱線剛度比為無(wú)限大。將趨近于無(wú)限大代入即認(rèn)為梁柱線剛度比為無(wú)限大。將趨近于無(wú)限大代入D值法的公式，值法的公式，可得可得=1。因此，由式可得反彎點(diǎn)法的柱側(cè)向剛度，并用。因此，由式可得反彎點(diǎn)法的柱側(cè)向剛度，并用D0表示為：表示為： 2c012hiD cc同樣，因柱的上、下端都不轉(zhuǎn)動(dòng)，故除底層柱外，其他各層柱的反同樣，因柱的上、下端都不轉(zhuǎn)動(dòng)，故除底層柱外，其他各層柱的反彎點(diǎn)均在柱中點(diǎn)彎點(diǎn)均在柱中點(diǎn)h/2h/2）；底層柱由于實(shí)際是下端固定，柱上端的約束剛）；底層柱由于實(shí)際是下端固定，柱上端的約束剛度相對(duì)較小，因此反彎點(diǎn)向上移動(dòng)，一般取離柱下端度相對(duì)較小，因此反彎點(diǎn)向上移動(dòng)，一般取離柱下端2/32/

16、3柱高處為反彎點(diǎn)柱高處為反彎點(diǎn)位置，即取位置，即取yh=yh=用反彎點(diǎn)法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的要點(diǎn)與用反彎點(diǎn)法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的要點(diǎn)與D值法相同。值法相同。構(gòu)件設(shè)計(jì)中的一些重要規(guī)定 1 1、框架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化手算方法分析內(nèi)力和位移，、框架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化手算方法分析內(nèi)力和位移，應(yīng)分別在豎向荷載、風(fēng)荷載或地震作用下單獨(dú)應(yīng)分別在豎向荷載、風(fēng)荷載或地震作用下單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，然后按非抗震設(shè)計(jì)時(shí)荷載效應(yīng)的組進(jìn)行計(jì)算，然后按非抗震設(shè)計(jì)時(shí)荷載效應(yīng)的組合或抗震設(shè)計(jì)時(shí)荷載效應(yīng)與地震作用效應(yīng)的組合或抗震設(shè)計(jì)時(shí)荷載效應(yīng)與地震作用效應(yīng)的組合。合。2 2、組合后的框架側(cè)向位移應(yīng)校核是否滿(mǎn)足位移、組合后的框架側(cè)向位移應(yīng)校核是否滿(mǎn)足位移限

17、制值的要求。如果已滿(mǎn)足，則按組合后的內(nèi)限制值的要求。如果已滿(mǎn)足，則按組合后的內(nèi)力進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，不滿(mǎn)足時(shí)，則應(yīng)修改構(gòu)力進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，不滿(mǎn)足時(shí)，則應(yīng)修改構(gòu)件截面大小或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，然后再進(jìn)件截面大小或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，然后再進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算，直至側(cè)向位移滿(mǎn)足限制值。行內(nèi)力和位移計(jì)算，直至側(cè)向位移滿(mǎn)足限制值。3 3、在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)豎向活荷載與永久荷載之、在高層建筑框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)豎向活荷載與永久荷載之比小于比小于0.50.5時(shí)，可不考慮活荷載的不利布置。在豎向活時(shí)，可不考慮活荷載的不利布置。在豎向活荷載大于荷載大于4KN/m2(4KN/m2(如書(shū)庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等如書(shū)庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等)

18、)時(shí)，宜考慮活荷載時(shí)，宜考慮活荷載不利布置引起的梁彎矩的增大。不利布置引起的梁彎矩的增大。4 4、風(fēng)荷載及水平地震作用時(shí)，應(yīng)按兩個(gè)主軸方向作用分、風(fēng)荷載及水平地震作用時(shí)，應(yīng)按兩個(gè)主軸方向作用分別進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算，每個(gè)方向水平力必須考慮正、別進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算，每個(gè)方向水平力必須考慮正、反兩個(gè)方向作用。反兩個(gè)方向作用。 在有斜交布置抗側(cè)力框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)沿斜交方向在有斜交布置抗側(cè)力框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)沿斜交方向作用的水平力可能使斜交抗側(cè)力框架的內(nèi)力比主軸方作用的水平力可能使斜交抗側(cè)力框架的內(nèi)力比主軸方向水平力產(chǎn)生的內(nèi)力更大時(shí)，則應(yīng)計(jì)算這斜向水平力向水平力產(chǎn)生的內(nèi)力更大時(shí)，則應(yīng)計(jì)算這斜向水平力作用下的內(nèi)力。作用下的內(nèi)力。5 5、內(nèi)力組合后的取用值，梁端控制截面在柱邊，柱端控、內(nèi)力組合后的取用值，梁端控制截面在柱邊，柱端控制截面在梁底及梁頂。按軸線計(jì)算簡(jiǎn)圖得到的彎矩和制截面在梁底及梁頂。按軸線計(jì)算簡(jiǎn)圖得到的彎矩和剪力值宜換算到設(shè)計(jì)控制截面處的相應(yīng)值。為了簡(jiǎn)便剪力值宜換算到設(shè)計(jì)控制截