土木工程毕业论文 工程设计 框架结构(三).docx

第四章 结构构件刚度计算4.1材料选择梁的混凝土强度2-5层均采用C30，首层采用C35混凝土。因采用现浇楼盖在计算截面惯性矩时，对边跨框架梁取（为矩形梁的截面惯性矩）对中跨框架梁取，查混凝土结构设计规范表4.1.5得：C30： C35:4.2 刚度计算表4.1 首层框架梁计算表截面（m2）跨度(m)惯性矩（m4） 边框架梁中框架梁Ib=1.5IOib=Ib=2IOib=3008009.012.810-319.210-36720025.610-3896003006006.85.410-38.110-33752210.810-3500293004002.71.610-32.410-3280003.210-337333 表4.2 二至五层框架梁计算表截面（mm2）跨度(m)惯性矩（m4）边框架梁中框架梁Ib=1.5IOib=Ib=2IOib=3008009.012.810-319.210-36400025.610-3853333006006.85.410-38.110-33573510.810-3476473004002.71.610-32.410-326666.73.210-335555.56表4.3 边框架侧移刚度层次边框架边柱边框架中柱层高h（m）根数根数3-53.9858460.17116494858460.2718110423.9858460.18121914858460.2718383414.9694290.41142274694290.49170034表4.4 中框架侧移刚度层次中框架边柱中框架中柱层高h（m）根数根数3-53.9858460.221490010858460.33223561223.9858460.221490010858460.33223561214.9694290.451561510694290.541873812表4.5 各层D值汇总（）层次3-521566108569296537156由表可见，=537156/569296=0.940.7,故侧向刚度满足要求。第五章 横向水平作用框架下结构内力和侧移计算5.1横向水平地震作用下框架结构内力和侧移计算5.1.1横向自震周期计算对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架-剪力墙和剪力墙结构，按顶点位移法计算框架的自振周期，计算公式，其中基本周期；计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移（m），及假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重墙影响系数，框架结构取0.60.7，本设计取0.7；对于框架结构按下列公 式计算： ,，式中集中在K层楼面处的重力荷载代表值;集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得的第i层的层间剪力；第i层的层间侧移刚度；、第i、k层的层间侧移；s 同层内框架柱的数量总数。表5.1 结构顶点的假想侧移计算层次/57783.727783.7256610815.6280.541041918202.7256610836.6264.9310419528621.7256610857.5238.3210419539040.7256929671.6170.8110724.649765.3253715699.299.2则结构基本自震周期=1.70.70.57s图5.1 重力荷载作用下结构层间侧移图() 5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力本设计中结构高度不超过40m，房屋高宽比19.5/16.3=1.154质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。依据建筑设计抗震规范结构总水平地震作用标准值计算公式：式中相应于结构基本周期的水平影响系数；结构等效总重力荷载；G结构总重力荷载；等效重力荷载系数，抗震规范规定=0.85。本设计场地类别为II类，8度设防烈度，设计基本地震加速度值为0.20g（第一组）结构特征周期=0.35s和水平地震影响系数，混凝土结构阻尼比。因5=2s,在这一区段为曲线下降段，曲线呈双曲线变化：， 则=；对于自震周期比较长的多层钢筋混凝土房屋、多层内框架砖房，经计算发现，在房屋顶部的地震剪力按底部剪力法计算结果较精确法偏小，为了减小这一误差，抗震规范采取调整地震作用的办法，使顶层的剪力有所增加。对于上述建筑，抗震规范规定按下式计算质点i的水平地震作用标准值：因=0.57s1.4=0.49s，故考虑顶部附加地震作用；=0.080.57+0.01=0.0556，=0.05564086=274。表5.2 各层地震作用及楼层层次层高Hi/mGi/kNGiHi/Fi/kNVi/kN520.57783.72159566.26609080.70.23210031277416.610419172955.40.25110932370312.710419132321.30.191821319128.81041991687.20.132544373514.9107246525505.540.0763524086各质点、水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布见下图： 图5.2 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布图5.1.3水平地震作用下位移验算水平荷载作用下框架结构的位移可用D值法计算。框架第i层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移u分别按下式计算：表5.3 横向水平地震作用下的位移验算层次/kN/mm/mm/mm512775661082.7126.639001/1439423705661084.6924.139001/832331915661086.2719.939001/662237355692966.8514.439001/569140865371568.148.250501/602由抗震规范查知：层间弹性转角，由上计算可知最大弹性转角发生在2层处为1/569，则，满足变形要求。5.1.4水平地震作用下框架内力计算选取轴线横向框架内力计算，按D值法计算。一、柱端弯矩及剪力计算在求得框架第i层的层间剪力后，i层j柱分配到的剪力以及该柱的上、下端弯矩和分别按下列各式计算：，=+；式中：为i层j柱的侧移刚度；h为该层的柱的计算高度；为框架柱的标准层反弯点高度比；为上、下层横梁刚度比对的修正值，首层不考虑，；为上、下层高度变化的修正值，顶层不考虑；为上、下层高度变化的修正值，首层不考虑；表5.4 边柱反弯点高度的计算层次mm50.561-10.30-00.31.172.7340.561110.40000.41.562.3430.561110.450000.451.7552.14520.570.9511.260.5150000.5152.011.8910.72-0.80-0.69-0-0.693.3811.515表5.5 中柱反弯点高度的计算层次mm50.971-10.350-00.351.3652.53540.971110.450000.451.7552.14530.971110.480000.481.8722.02820.990.9511.260.500000.501.951.9511.255-0.8-0.63-0-0.633.0871.813边柱及中柱柱端弯矩和剪力的计算分别见下表表5.6 边柱柱端弯矩和剪力计算表层次层高h（m）kN/mm53.912775661081490035.451.172.7341.4896.7843.923705661081490058.851.562.3491.81137.7133.93915661081490082.141.7552.145144.16176.1923.931355692961490098.282.011.89197.54185.7514.9408653715615615118.783.3811.519401.6180.4表5.7 中柱柱端弯矩和剪力计算表层次层高h（m）kN()/mm53.912775661082235653.191.3652.53572.60134.8443.923705661082235688.31.7552.145154.97189.4033.9319156610822356123.251.8722.028230.72249.9523.9373556610822356147.461.951.95287.55287.5514.9408653715618738142.533.0871.813439.99258.415.1.5梁端弯矩、剪力及柱轴力计算梁端弯矩、剪力及柱轴力计算公式如下：，k式中：、分别表示节点左右梁的线刚度，、分别表示节点左右梁的弯矩，为柱在i层的轴力，以受压为正。表5.8 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层 数边梁走道梁柱轴力l (m) () () ()l (m) () () ()边柱中柱5 6.896.7877.2225.59 2.757.6257.6242.68 -25.59 -17.09 4 76.8179.1915048.51 2.7112112.82.96-73.74 -51.54 3 6.826823273.53 2.7 172.9172.9128.07-147.27 -106.08 2 6.8329.71296.97 92.162.7221.3221.3163.93 -239.43 -177.85 1 6.8377.94312.65 101.55 2.7233.31233.31172.81 -340.98 -249.12注：1）柱轴力中的负号表示拉力，当左震作用时左侧两根柱受拉，对应的右侧两根柱受压；2）表中M的单位为，V的单位为，N的单位为，的单位为m，水平地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图如下图所示： .图5.3 框架弯矩图() 图5.4 框架梁端剪力及柱轴力图()第六章 竖向荷载作用下框架结构内力计算6.1横向框架内力计算6.1.1计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度8.4m，如下图所示，由于房间内布置次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的倾斜阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架各节点上还作用有集中力矩。图6.1 横向框架计算单元6.1.2荷载计算一、 恒载计算图6.2 各层梁上作用的恒载在上图中，、q代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第5层=4.82，q =3.22、分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。=5.2554.5=23.62，= 5.2552.7=14.19、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：=(4.52.251/2) 2+(2.3+6.8)/22.25 5.255+6.429+3.406.81/2+2.90.69=192.00=(4.52.251/2) 2+(6.8+2.3)/22.25+(3.15+4.5)1.35 5.255+6.429+3.46.8/2=230.62集中力矩：=192=28.8 =230.62=34.59对于1-4层，包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其它荷载计算方法同第五层。=4.82+2.173.3=11.98， q =3.22=4.2924.5=19.31， =4.2922.7=11.59=229=集中力矩：=229=34.35 =262.74=39.41二、活载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图6.3所示：图6.3 各层梁上作用的活载五层：活载0.5=0.54.5=2.25，=0.52.7=1.35=10.18 ，=15.34集中力矩：=10.180.15=1.53 =15.340.15=2.3对于1-4层：楼面活荷载3.0，走廊活载2.5=3.04.2=12.6 ，=2.52.7=6.75=20.363.0=61.08=20.363.0+10.332.5=86.91集中力矩：=61.080.15=9.16 =86.910.15=13.04将以上计算结果汇总，见表6.1和6.2。表6.1 横向框架恒载汇总表层次q一至四层11.983.2219.3111.59229262.7434.35 39.41五层4.83.2223.6514.19192230.6228.8 34.59表6.2 横向框架活载汇总表层次一至四层12.66.7561.0886.919.1613.04五层2.251.3510.1815.341.532.36.1.3内力计算框架在重力荷载作用下的内力分析，通常采用弯矩二次分配法。弯矩二次分配法是一种近似的计算方法，这种方法是将各节点的不平衡弯矩同时做分配与传递，并以二次分配为限。实际上弯矩二次分配法只将不平衡弯矩分配二次，将分配弯矩传递一次，弯矩二次分配所得的结果与精确法比较相差甚少，其计算法已满足工程需要。 正负号规定，杆端转角、杆端弯矩、固端弯矩对杆断顺时针旋转为正，节点处逆时针旋转为正，作用于节点处的外力偶荷载，作用于转动约束的约束力矩对节点或约束顺时针为正。 两端固定传递系数：；一端固定一端滑动：在下述计算中会用到如下表6.3所示的梁柱线刚度表6.3 梁柱线刚度 构件类型层次边梁柱走道梁二至五层476478584635555首层500296942937333因为框架结构对称、荷载对称、，又属奇数跨，故在对称轴上梁的截面只有竖向位移，没有转角。所以取半边结构计算。对称截面处可取滑动端分配系数按下式计算： 其中为节点k第i根杆件的相对转动刚度；为节点k各杆相对转动刚度之和。 梁、柱转动刚度及相对转动刚度如下表6.4所示表6.4 梁、柱转动刚度及相对转动刚度构件名称转动刚度S 相对转动刚度框架梁首层边跨1.407中跨1.050其它层边跨1.340中跨1.000框架柱首层1.953其它层2.415各节点杆件分配系数见表6.5，分配系数 表6.5 各节点杆件分配系数节点61.340+2.415=3.7550.3570.643522.415+1.340=6.170.2180.3910.391422.415+1.340=6.170.2180.3910.391322.415+1.340=6.170.2180.3910.39122.415+1.953+1.407=5.7750.2440.4180.338121.340+1.000+2.415=4.7550.2820.2100.508111.340+1.000+2.4152=7.170.1870.1390.3370.337101.340+1.000+2.4152=7.170.1870.1390.3370.33791.340+1.000+2.4152=7.170.1870.1390.3370.33781.340+1.000+2.415+1.935=6.0780.2000.1490.3600.2916.1.4.恒载作用下梁固端弯矩和剪力计算计算固端弯矩时将各层的梯形荷载等效为均布荷载，其中=2.25/6.8=0.28，;三角形荷载等效为均布荷载。5层: ，=23.65，=19.35，； =24.15其它层: ，=19.31，=15.80，； =27.78计算梁端剪力时各层的梯形荷载则等效为均布荷载，即q=0.67q5层:=23.65，q =0.6723.65=13.76； =20.65其它层:=19.31，q =0.6719.31=13.52； =25.5恒载作用下的边跨梁端弯矩及剪力计算如表6.6所示表6.6 恒载作用下的边跨梁端弯矩及剪力计算表层次梁跨L/mM/V/=56.824.1520.65-93.0693.0670.21-70.211-46.827.7825.15-107.05107.0586.7-86.7恒载作用下的中跨梁端弯矩及剪力计算如表6.7所示表6.7 恒载作用下的中跨梁端弯矩及剪力计算表层次梁跨L/mM/V/=051.3512.09-7.34-3.6716.3201-41.3510.46-6.35-3.1814.1206.1.5活载作用下梁固端弯矩和剪力计算计算固端弯矩时将各层的梯形荷载等效为均布荷载，其中=2.25/6.8=0.33，；三角形荷载等效为均布荷载。5层:=2.25，=1.84，；其它层:=12.6，=10.31，。计算梁端剪力时各层的梯形荷载则等效为均布荷载，即q=0.67q5层:=2.25，q=0.67q =1.51； 其它层:=12.6， q=0.67q=8.44。 活载作用下的边跨梁端弯矩及剪力计算如表6.8所示表6.8 活载作用下的边跨梁端弯矩及剪力计算表层次梁跨L/mM/V/=56.81.841.51-7.097.095.134-5.1341-46.810.318.44-39.7339.7328.70-28.70活载作用下的中跨梁端弯矩及剪力计算如表6.9所示表6.9 活载作用下的中跨梁端弯矩及剪力计算表