A框架剪力墙框架剪力墙结构的近似计算方法与设计概念.ppt

第5章 框架、剪力墙、框架剪力墙结构 的近似计算方法与设计概念 1.平面结构假定 5.1 计算基本假定 一片框架或者墙可以抵抗本身平面内的侧向 力，而在平面外刚度很小，可以忽略。 2.楼面刚度无限大假定 连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很大， 平面外很小。 5.1 计算基本假定 5.2 框架结构的近似计算方法 框架结构体系由梁、柱、节点构成承重结构。 节点 梁 柱 框架结构的设计方法： 在初步设计阶段，为确定结构布置方案、估算构件截面 尺寸，往往需要手算； v电算（实际工程中常用） v手算（本门课程） 在结构设计过程中，往往借助手算校核电算结果； 通过手算方法的学习，能够帮助大家建立结构受力性能 的基本概念。 因此必须了解框架结构的手算方法 5.2 框架结构的近似计算方法 框架结构设计的内容提要： 框架结构的计算简图 框架结构的内力、位移计算 框架结构的内力组合 框架结构的构件设计和构造 内容提要 确定计算模型 计算内力 内力组合 构件截面设计 设计思路 5.2 框架结构的近似计算方法 框架结构的计算简图 跨度、层高 计算单元 构件抗弯刚度 节点简化 荷载 5.2 框架结构的近似计算方法 一、计算单元的确定 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 空间受力体系 平面受力体系 忽 略 扭 转 二、节点的简化 框架节点 施工方案 构造措施 刚接节点 铰接节点 半铰接节点 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 刚接节点 现浇框架节点 装配整体式 框架节点 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 铰接节点 装配式框架节点 半铰接节点 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 框 架 支 座 铰支座 固定支座 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 三、跨度和层高的确定 框架梁跨度柱轴线距离 框架的层高 （柱长） 建筑层高 上、下柱截面改变时，以最 小截面的形心线来确定。 底层柱高度从基础顶面算起。 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 四、构件截面抗弯刚度的计算 正弯矩截面（T形） 惯性矩放大 考虑现浇 楼板影响 负弯矩截面 惯性矩不变 边框架 L 中框架 T 现浇板 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 四、构件截面抗弯刚度的计算 考虑 楼板影响 正弯矩截面（T形） 惯性矩放大 负弯矩截面 惯性矩不变 装配整体式楼板 边框架 L 中框架 T 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 无现浇层 装配式楼板四、构件截面抗弯刚度的计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 荷载效应 竖直荷载水平荷载 恒载 活载 地震力 风荷载 五、荷载计算 内力位移 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 框架结构内力计算方法（手算） 框架结构内力计算方法 竖直荷载 水平荷载 分层法 反弯点法 D值法 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.1 竖向荷载下的近似计算 受力特点 侧移小 可确定竖 向荷载作 用下框架 的受力模 型为无侧 移刚架。 传递少 竖向荷载作用在 某层梁上时，其 只在该层梁和相 邻柱中产生较大 内力，在其它楼 层梁柱产生的内 力很小。 5.2 框架结构 的近似计算方法 简化假定： 1）在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移； 2）每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。 简化 假定 5.2.1 竖向荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 分层法中的弯矩传递系数： ？ 计算时，假定上、下柱的远端是固端。实 际上，除底层柱底端是固定以外，其他柱 端的约束形式都是介于铰支和固端之间的 弹性支承，假定带来的误差如何处理？ z将上层各柱线刚度乘以0.9的修正系数，并将各 柱的弯矩传递系数修正为1/3 。 z底层柱底端的弯矩传递系数 (固定支座) 0 (铰支座) 5.2.1 竖向荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 图示为一两层两跨框架，用分层法作弯矩图， 跨号内数字表示梁柱相对线刚度i值。 例5-1 5.2.1 竖向荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.2 水平荷载下的近似计算 水平荷载作 用下框架受 力分布特点 柱的剪力在柱高范围内相同 梁、柱的弯矩图呈直线型 梁、柱跨度范围内通常出现反弯点 弯矩为0 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 适用条件：梁柱线刚度之比ib/ic3 柱端弯矩 反弯点位置 反弯点处剪力 梁端弯矩梁端剪力柱轴力 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 步骤1：柱反弯点高度y 中间柱： Y=h/2 底层柱： Y=2h/3 柱两端转角相同， 故柱端弯矩相同， 反弯点在柱中。 柱底转角为0， 柱顶转角不为0， 导致MlMu，反 弯点上移。 计算步骤 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤2：柱抗侧刚度 结构力学 知识 据计算假设： （柱抗侧刚度） 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤3：楼层剪力分配 第 j 层第 i 根柱的剪力： 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤4：柱端弯矩 中柱 底柱 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤5：梁端弯矩 边柱中柱 边柱 中柱 边柱、顶层柱 如何处理？ 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤6：梁的剪力 弯矩图 剪力图 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 步骤7：柱的轴力 j层柱的轴力 第j层柱轴力等于其上层梁左右剪力和 结力 知识 j层梁施加给j层柱的轴力 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 例题 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 问题 1、随着框架层数的增加，框架柱的 截面尺寸和框架梁截面尺寸逐渐接近 ，当梁、柱线刚度之比小于3时，柱 端转角变形较大而不可忽略，反弯点 法的计算误差过大； 2、随着框架房屋层数的增加，尤其在顶层和底层 ，反弯点位置将出现较大的误差 梁、柱线刚度之比大于3，认为结点转 角为0的一种近似算法。 反弯点法 ： 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 D值法：由日本武藤清教授提出来，用修正柱的抗侧 移刚度和调整反弯点高度的方法计算水平荷载下框架 的内力，修正后的抗侧刚度用D表示，称为D值法。 1、计算步骤与反弯点法相同，计算简便实用。 2、计算精度比反弯点法高。 优点： 缺点：1、忽略柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大。 2、非规则框架中使用效果不好。 柱抗侧刚度 反弯点高度 D值法与反弯点法的区别 D值法的计算步骤： 1.确定柱侧移刚度D值，按照反弯点法计算各柱剪力 2.确定柱反弯点高度，求出各杆端弯矩 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 1.柱侧移刚度D值的计算 与梁、柱线刚度有关的修正系数 第 j 层第 i 根柱的剪力： (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 影响柱两端转角大小的主要因素： 1）结构总层数及该层所在位置； 2）梁柱线刚度比； 3）荷载形式； 4）上下层梁线刚度比值； 5）上下层层高比。 2.各层柱的反弯点位置 根据结构力学的相关知识可知，影响柱反弯点高度的主 要因素是柱两端弯矩的大小，而柱两端弯矩的大小又由柱两 端转角决定。 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 yh=(y0+y1+y2+y3)h y1 考虑上、下横梁线刚度不相等时，引入的修正值 h 该柱的高度（层高） y2 、 y3 考虑上层、下层层高变化时，引入的修正值 y0 柱标准反弯点高度比 与外荷载形状、总层数m、该层所在楼层位置n以 及梁柱线刚度比有关。 反弯点位置的表达式： y 反弯点高度比 反弯点距柱下端的高度与柱全高的比值 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 下图为3层框架结构的平面及剖面图。图（b） 给出了楼层高处的总水平力及各杆线刚度相对 值。要求用D值法分析内力。 例5-2 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 各层柱D值及每根柱分配到的剪力 10根边柱和5根中柱 (修正反弯点法D值法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 反弯点高度比 柱反弯点位置、柱端弯矩、梁端弯矩 框架侧移主要由水平 荷载引起，规范对层 间位移以及顶点位移 的大小限制。 一、前言 越到底层，相邻 两点变形越大 越到底层，相邻 两点变形越小 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算 一、前言 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算 一、前言 剪切型变形 弯曲型变形 空腹悬臂柱 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算 框架柱轴向变形引起的侧移 框架梁柱弯曲变形引起的侧移 对房屋高度H不大于50m或房屋的高宽比H/B大于4的结 构，N=(5%11%)MV，此时N可忽略不计。 框架在水平荷载下总侧移，可近似地看作 是由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形引起侧 移的叠加： 结论 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算 二、梁、柱弯曲变形产生的侧移 其中，第i层柱层间相对侧移： 第i层各柱侧移刚度之和 第i层的楼层剪力 等于第i层以上所有水平力之和 5.2 框架结构 的近似计算方法 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算 THE END 装配整体式框架节点 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 框架梁跨度 三、跨度和层高的确定 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 四、构件截面抗弯刚度的计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 框架结构的计算简图 柱端弯矩 (反弯点法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 节点弯矩 (反弯点法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 水平荷载作用下框架弯矩图 (反弯点法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 柱抗侧刚度 (反弯点法) 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 楼层剪力分配 现浇楼板 平面内刚 度无穷大 柱层间位 移相同 剪力按刚 度分配 5.2.2 水平荷载下的近似计算 5.2 框架结构 的近似计算方法 (反弯点法) 柱轴力计算 (反弯点法) 5.2.2 水平荷载下的