毕业设计框架水平荷载作用下内力计算

1、1会计学毕业设计框架水平荷载作用下内力计算毕业设计框架水平荷载作用下内力计算我国有关规范中规定： 高层民用建筑设计防火规范GB50045-95中规定10层及层及10层层以上的居住建筑和建筑高度超过24m的公共建筑为高层建筑。 高层建筑混凝土结构技术规程（JBJ3-2010）中规定:10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构。1 基本规定（需要了解的知识）房屋最大适用高度房屋最大适用高度表5.1例题：例题： a.某框架结构，乙类，某框架结构，乙类，类场地土，类场地土，7度度(0.15g)设防，设防，23.5m，试确，试确定地震作用计算、抗震

2、措施的抗震等级。定地震作用计算、抗震措施的抗震等级。(例扬州某中学教室例扬州某中学教室) b.某框架结构，丙类，某框架结构，丙类，类场地土，类场地土，7度度(0.15g)设防，设防，23.5m，试确，试确定地震作用计算、抗震措施的抗震等级。定地震作用计算、抗震措施的抗震等级。 (例扬州某大学教室例扬州某大学教室) c.某框架结构，丙类，某框架结构，丙类， 类场地土，类场地土，7度度(0.15g)设防，设防，23.5m，试，试确定地震作用计算、抗震措施的抗震等级。确定地震作用计算、抗震措施的抗震等级。 (毕业设计毕业设计)表 5.3 开 始确 定 结 构 方 案 与 结 构 布 置初 步 选 定

3、 梁 柱 截 面 及 材 料 强 度 等 级计 算 各 层 荷 载 、 重 力 荷 载 代 表 值计 算 结 构 刚 度 参 数计 算 结 构 自 振 周 期 及 振 型计 算 多 遇 烈 度 下 地 震 作 用计 算 多 遇 烈 度 下 结 构 侧 移地 震 作 用 下 结 构 内 力 分 析竖 载 作 用 下 结 构 内 力 分 析内 力 组 合 、 截 面 设 计 、 构 造 设 计需 要 作 薄 弱 层 变 形 验 算 否罕 遇 烈 度 下 薄 弱 层 变 形 验 算结 束特 殊 构 造 措 施满 足不 需 要不 满 足不 满 足结 构 方 案 调 整TF 结构基本周期结构基本周期水平

4、地震影响系数水平地震影响系数地震水平作用力地震水平作用力2 水平地震作用的计算方法水平地震作用的计算方法-底部剪力法底部剪力法底部剪力法（适用条件）底部剪力法（适用条件） 高度不超过高度不超过40m的框架（包括填充墙框架），其变形的框架（包括填充墙框架），其变形以剪切变形为主，当质量和刚度沿高度分布比较均匀时，以剪切变形为主，当质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法计算地震作用。可采用底部剪力法计算地震作用。 (3107) NoImage（5.4） 0.60.70.8TTT：周期折减系数。当采用实砌填充墙时取；当采用轻质墙或外挂墙板时取。TiuGm：假想以各楼层处的重力荷载代表值为水

5、平荷载，按弹性方法求出的结构顶部位移（ ）。1.结构的自振周期结构的自振周期 结构的基本周期可顶点位移法计算结构的基本周期可顶点位移法计算 2.重力荷载代表值重力荷载代表值 重力荷载代表值重力荷载代表值=永久荷载永久荷载+可变荷载的组合值可变荷载的组合值 EkE ikiGGQkGkiQE i结构和构件永久荷载标准值；结构和构件永久荷载标准值； 结构和构件第结构和构件第i个个 可变荷载标准值；可变荷载标准值； 第第i可变荷载的组合值可变荷载的组合值 系数；系数； 可变荷载组合系数，根据地可变荷载组合系数，根据地震时的遇合概率取值，见表震时的遇合概率取值，见表。(3.196)2022-6-1813

6、2cihi12d =212hiDcci设计用反应谱曲线分为四段：设计用反应谱曲线分为四段： （1）0T0.1s， 上升直线段：上升直线段： =0.45+(10 2 4.5)T max （2）0.1s T Tg，水平直线段：，水平直线段： = 2 max 4.地震影响系数地震影响系数 （3）TgT5Tg， 下降曲线段：下降曲线段：2max()gTT （4）5TgT 1.4 Tg ）时，需考虑高振型影响的结构，按上）时，需考虑高振型影响的结构，按上述公式计算的结果，结构述公式计算的结果，结构顶顶部的地震剪力部的地震剪力偏小偏小，还需进行调整。，还需进行调整。7. 顶部附加地震作用顶部附加地震作用F

7、n 调整方法：将结构总地震作用的调整方法：将结构总地震作用的一部分一部分( (Fn )作为集中力作用于结构的顶部，再将其作为集中力作用于结构的顶部，再将其余部分余部分(F(Fekek -Fn) )按倒三角形分配给各质点。按倒三角形分配给各质点。顶部附加的集中水平地震作用可表示为顶部附加的集中水平地震作用可表示为n 顶部附加地震作用系数；顶部附加地震作用系数；Fn 顶部附加水平地震作用。顶部附加水平地震作用。n的确定的确定:对于多层钢筋混凝土和钢结构，根据场对于多层钢筋混凝土和钢结构，根据场地的特征周期地的特征周期Tg及结构的基本周期及结构的基本周期T1由表由表3.5确定确定。nnEkFF7.

8、顶部附加地震作用Fn 表3.5顶部附加地震作用系数n 调整后的水平地震作用计算公式 n1 (1-) iiiEknjjjH GFFH G(1, 2,)in( 3.110 )8.鞭梢效应鞭梢效应 1. 建筑物突出屋面的小建筑：由于刚度和建筑物突出屋面的小建筑：由于刚度和质量突然变小，地震反应特别强烈，这质量突然变小，地震反应特别强烈，这一现象即所谓的一现象即所谓的“鞭端效应鞭端效应”。抗震规范抗震规范规定：计算小建筑地震作用规定：计算小建筑地震作用效应时，宜乘以增大系数效应时，宜乘以增大系数3，此增大部分此增大部分不应往下传递。不应往下传递。2.2.附加集中水平地震作用附加集中水平地震作用 Fn：

9、当建筑物有当建筑物有突出屋面的小建筑时，应将其置于突出屋面的小建筑时，应将其置于主体主体建筑的顶层，突出屋面小建筑的地震作建筑的顶层，突出屋面小建筑的地震作用按用按Fi计算公式计算。计算公式计算。 FnFnFi+1FiF1GnGi+1GiG1HiH地震作用地震作用3Fn+1Gn+12022-6-1826水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。在水平荷载作用下框架结构的内力和侧移可用结构力学在水平荷载作用下框架结构的内力和侧移可用结构力学方法计算，常用的近似算法有迭代法、反弯点法、方法计算，常用的近似算法有迭代法、反弯点法、D值值法和门架法等。法和门架法等。202

10、2-6-1827水平荷载下的框架弯矩图和变形水平荷载下的框架弯矩图和变形 2022-6-18292cihi12d=式中：ic - 柱的线刚度 h - 层高注意注意：1、侧移刚度的物理意义； 2、此时假定柱上下两端均不发生转角侧移刚度d表示柱产生单位水平侧移时需要在柱顶施加的水平柱产生单位水平侧移时需要在柱顶施加的水平力力。根据假定，梁柱线刚度之比无穷大，则各柱端转角为零，由结构力学的两端无转角但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程，柱的侧移刚度d可写成：iiVd2022-6-1830Vd1i=VddViii=iiVd2022-6-18312022-6-1832底层柱：底层柱：上端上端 Mj上上=

11、Vjhj/3 下端下端 Mj下下=Vj2hj/3其它层柱：其它层柱：上下端上下端Mj上上=Mj下下=Vjhj/22022-6-1833 柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定梁柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定梁的弯矩。的弯矩。用反弯点法求图所示框架的弯矩图。用反弯点法求图所示框架的弯矩图。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。 三、例题三、例题【解解】（1）计算柱的剪力计算柱的剪力当同层各柱当同层各柱h相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。第第3层：层：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层：层：P=10+19=29kN VDG=9.67kN VEH=13.89kN VFI=6.44kN第第1层：层：P=10+19+22=51kN VGJ=17kN VHK=20.4kN VIL=13.6kN(2) 计算柱端弯矩计算柱端弯矩第第3层层MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm 第第2层层MDG=MGD=24.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm第第1层层 MGJ=34kNm MJG

13、=68kNm MHK=40.8kNm MKH=81.6kNm MIL= 27.2kNm MLI=54.4kNm(3) 根据节点平衡条件算出梁端弯矩根据节点平衡条件算出梁端弯矩第第3层层 MAB=MAD=6.66kNm MBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第第2层层MDE= 30.84kNmMED=15.82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm第第1层层MGH=58.18kNm MHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm根据以上结果，画出根据以上结果，画出M图。图。（单位：（单

14、位： kNm)2022-6-18402022-6-1841212hiDcci2022-6-1843当横梁线刚度与柱的线刚度之比不很大时，柱的两端转角相差较大，尤其是最上层和最下几层，其反弯点并不在柱的中央，它取决于柱上下两端转角： 当上端转角大于下端转角时，反弯点移向柱上端；当上端转角大于下端转角时，反弯点移向柱上端； 反之，则移向柱下端。反之，则移向柱下端。各层柱反弯点高度可统一按下式计算各层柱反弯点高度可统一按下式计算：yh= (y0+y1+y2+y3)h 1、标准反弯点高度比、标准反弯点高度比 y0y0 指规则框架的反弯点高度比。主要考虑梁柱线刚度比及结构层数和楼层位置的影响，它可根据梁

15、柱相对线刚度比、框架总层数m、该柱所在层数n、荷载作用形式,可由附表查得。 标准反弯点位置简化求解标准反弯点位置简化求解2、上下层横梁线刚度不同时的修正值、上下层横梁线刚度不同时的修正值y1 当某层柱的上梁与下梁刚度不同，则柱上下端转角不同，反弯点位置有变化，修正值为y1。根据1和K值由附表查得。横梁刚度变化对反弯点位置的修正横梁刚度变化对反弯点位置的修正 对底层框架柱，不考虑修正值y1。3、上下层层高变化时的修正值、上下层层高变化时的修正值y2、y3当柱所在楼层的上下楼层层高有变化时，反弯点也将偏移标准反弯点位置。令上层层高与本层层高之比为2，即2=h上/h。由2和K由附表查得修正值y2。

16、对顶层柱不考虑修正值y2，对底层柱不考虑修正值y3。层高变化对反弯点位置的影响层高变化对反弯点位置的影响 用用D值法求图示框值法求图示框架的弯矩图。架的弯矩图。图中括号内数字为各杆图中括号内数字为各杆的相对线刚度。的相对线刚度。四、例题四、例题【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)。 计算过程及结果计算过程及结果如下表如下表1所示所示。（2）求各柱反弯点高度求各柱反弯点高度 (m)。 计算过程及结果计算过程及结果如下表如下表2所示所示。（3）根据剪力和反弯点高度求柱端弯矩根据剪力和反弯点高度求柱端弯矩柱上端弯矩柱上端弯矩 M上上=V（h- y)柱下端弯矩柱下端弯矩 M

17、下下=Vy（4）根据节点平衡条件求梁端弯矩根据节点平衡条件求梁端弯矩（5） 绘弯矩图如下图绘弯矩图如下图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求求各各柱柱反反弯弯点点高高度度表表2图3 M图（单位： kNm) 525 抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：2022-6-1853框架的侧移主要是由水平荷载引起，对两部分侧移加以框架的侧移主要是由水平荷载引起，对两部分侧移加以限制：限制：一是一是顶层最大位移顶层最大位移，若过大会影响正常使用；，若过大会影响正常使用；二是二是层间相对侧移层间相对侧移，过大会使

18、填充墙出现裂缝。，过大会使填充墙出现裂缝。侧移控制侧移控制 （1）顶层最大位移 （2）层间相对位移框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看做是梁柱框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看做是梁柱弯曲变形和柱的轴向变形所引起的侧移的叠加。弯曲变形和柱的轴向变形所引起的侧移的叠加。变形由变形由2部分部分组成组成 （1）由梁柱弯曲引起的侧移 （2）由柱轴向变形引起的侧移如下图所示，注意其变形性质的区别一、框架的侧移控制一、框架的侧移控制框架在水平荷载作用下的变形 (a) 梁柱弯曲变形 (b) 柱的轴向变形 框架剪切变形框架剪切变形（1）梁、柱弯曲变形引起的侧移）梁、柱弯曲变形引起的侧移 （2）柱轴向变形

19、引起的侧移）柱轴向变形引起的侧移框架弯曲变形框架弯曲变形侧移刚度的物理意义是柱两端产生单位层间侧侧移刚度的物理意义是柱两端产生单位层间侧移所需的层剪力。当已知框架结构某一层所有柱的移所需的层剪力。当已知框架结构某一层所有柱的侧移刚度侧移刚度D值和层剪力后，按照侧移刚度的定义，可值和层剪力后，按照侧移刚度的定义，可得第得第j层框架的层间相对侧移层框架的层间相对侧移uj应为应为框架顶点的总侧移框架顶点的总侧移应为各层层间相对侧移之和应为各层层间相对侧移之和，即，即 二、用二、用D值法计算框架的侧移值法计算框架的侧移mj=1=ju=jjjPuD框架结构的侧向刚度过小，水平位移过大，将影响正常使用；侧

20、向刚度过大，水平位移过小，虽满足使用要求，但不满足经济性要求。因此，框架结构的侧向刚度宜合适，一般以使结构满足层间位移限值为宜。由于变形验算属正常使用极限状态的验算，所以计算u时，各作用分项系数均应采用各作用分项系数均应采用1.0，混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度。另外，楼层层间最大位移u以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。三、侧移限值（自学）三、侧移限值（自学）4具体计算步骤：具体计算步骤：根据根据抗震规范计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自抗震规范计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数

21、，应按表重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数，应按表41采采用。用。 组合值系数组合值系数 表表21可变荷载种类可变荷载种类组合值系数组合值系数雪荷载雪荷载0.50.5屋面活荷载屋面活荷载不计入不计入按实际情况计算的楼面活荷载按实际情况计算的楼面活荷载1.01.0按等效均布荷载计算的按等效均布荷载计算的楼面活荷载楼面活荷载藏书库、档案库藏书库、档案库0.80.8其他民用建筑其他民用建筑0.50.5nijjEkiGVEkiVjG2022-6-1862例题例题：某建筑第：某建筑第1层重力荷载代表值计算层重力荷载代表值计算1 第一层重力荷载代表值计算第一层重力荷载代表值计算1.1可变荷载可变荷载楼层处楼层处：1.活载2.5 kN/m2：（）*2.活载3.5 kN/m2：（）*3.雨篷0.5 kN/m2：（）*4.梁上活载：5*3.8+5*3.85=38.25 kN层间处层间处：1.楼梯2.5 kN/m2：（）*2.雨篷0.5 kN/m2：（）*3.层间梁上活载：（5*（3.8+3.85）+0.75*（8+4.3+3.85）*0.5=25.18 kN 可变荷载总重是可变荷载总重是2898.