框架结构设计二

第四章框架结构设计【本章教学目标】

通过本章学习，掌握高层框架结构的计算简图；掌握框架结构在竖向荷载下的分层计算法；掌握框架结构在水平荷载下的反弯点法和D值法；掌握框架结构侧移近似计算方法；熟悉高层框架构件的设计要求和构造要求。第一节框架结构内力与位移计算一、计算简图的确定实际结构往往为复杂空间体系，实际荷载也很复杂，钢结构也并非均质弹性结构，故对高层建筑结构作精确计算十分困难，在设计时必须进行简化计算。计算简图是对实际结构抓住主要因素加以抽象简化使计算结果与实际情况足够接近而得到的力学模型。计算简图选定后，还应在设计中采取相适应的构造措施使实际结构能实现计算简图的要求。1、结构体系的简化任何结构都为一个空间结构，但是对于框架、剪力墙、框架——剪力墙结构而言，大多数可以简化为平面结构，使计算大大简化。简化时作了以下三个假定：（1）、平面结构假定：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。故整个结构可以划分为若干个平面结构，共同抵抗与平面结构平行的荷载，垂直该方向的结构不参与受力。（2）、刚性楼板假定：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，可不考虑。（3）、弹性假定：假定材料处于线弹性阶段，规范按弹性方法进行内力计算。2、结构构件简化计算简图中，结构构件用其轴线表示，结构构件的连接长度用刚性节点表示，构件长度以节点间距离表示，荷载作用点转移到轴线上。3、结构荷载简化可按内力等效原则，将构件上荷载改造为集中荷载、均布荷载等。实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的，结构计算常常假定水平作用在结构主轴方向，对互相正交的主轴进行内力分析。要解决问题：(1)如何确定抗侧力结构刚度，水平荷载分配与各片抗侧力结构刚度有关，刚度越大结构单元所分配的荷载就大。(2)如何确定每片抗侧力结构所分配到的水平荷载下的内力以及位移。下面几章将进行详细讨论。设计时应采用空间分析软件进行整体内力位移计算，同时对结构分析软件的计算结果从力学概念和工程经验等方面进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。二、框架结构内力分析方法框架结构的内力计算方法一般分三类：①精确法：力法和位移法。其计算假定少，较为接近实际情况，需利用计算机求解，如PKPM系列、ETABS等；②渐进法：弯矩分配法、迭代法和无剪力分配法等；③近似法：分层法、反弯点法、D值法。其引入假定较多，计算简单，易于掌握和手算，适合于初步设计阶段的估算或对计算机计算结果的继验告证览。1、社竖向证荷载稠作用匠下的心内力例近似骨计算(分层滴计算租法)在一蹦般竖推向荷谁载下爽，框销架侧移希比衔较鸡小娃可雁以季按滤照遥弯杆矩维分乓配法进光行内塔力分邪析两层扛，6个角漏位移2盯0层，6倚0个筛角保位鸭移瓦，论分内配咳一次计乌算量稿大，拿必须习加以杜简化级。图4死-份1框丙架艳结飞构钉计潜算含简刮图(么2签)、各冠层荷壮载对隆其他燃各层龄杆件龙内力躬无影酒响计算妙时候野，假指定上辞下柱雷远端句均为读固定危，实费际上捎除挡了底针层柱振外，层其他外均为顾弹性唉支撑卖，故掉为接了减济小误粱差，浓特意岁作如枯下修下正：精确暴分析软表明诸：荷宫载哲只慰对京同层杆杀件内阶力影锯响很枕大，遮而对其呀他香层议影颂响辰很汇小婶。假到定获：(1惭)、无医侧移上通层贝各腿柱隆线氏刚逢度盆乘穿以0谎.糕9加以缘瑞修正炎。除底盐层柱寨外，证各柱饰传递荡系数息修正泽为1/锦3。图4听-胃2顶艰层告计币算愧简情图图4-意3底章层捷计酬算期简许图计卵算酬结衬果课中枪结肉点侄上角弯嫩矩孕可抓能惊不桃平控衡宇，骄但增是黄误溉差刷不族会睬太杏大版，瓣可忘以寄不距再蓄计洗算谱，坏也蛮可沙以尼为伙提顶高己精洁度航，牌再娇进寇行熔一学次意弯逼矩愤分霜配叔。图4给-哈4顶层碰节点促弯矩僵分配图4再-驶5底文层浓节配点台弯帽矩饲分砌配图4搅-释6整体广计算买弯矩身图图4吐-全6给皆出流了搅本禽节恐分帮层具计艳算锡法旱的数解图4千-易7给革出坝了吧精绝确膨解亩，何带秩括革号盯为隐不配考闹虑估结廊点昌线形位桨移撑弯亡矩隔，虏不昏带月括秩号炕为镇考劝虑洪结艇点垂线逝位驾移恭弯蓝矩豪，浆梁再上热误预差虾不怜大距，驳柱拢上尿弯钳矩主误宝差乓稍灵大株。图4-半7计算忧弯矩煎图与巴精确璃解的秃比较2驳.水平射荷载辨作用垄下的芬内力蠢近似飞计算A超.反弯茄点法抬：框架圣所受辉水平燃荷载雁主要劣是风派荷载融和地话震作佣用将剑在纲每喉个保楼冷层惹上麦的浅总默风答力介和脉总标地湾震叠力石分否配低给朋各郑个抹框脆架闹，惠将遇结合构棵分贤析逆简餐化久为伐平见面拴框战架司分柳析殊。平灵面截分若析祥时础，妈可赵以解采爽用捧反诱弯貌点照法绘以株及D值法争，按惭柱的悼抗侧日刚度荣将总莫水平暖荷载哑直接廊分配达到柱功，再泡根据看反弯奴点求荡出柱见各端金的弯臭矩M=炉Vy，然件后由冒结点逐平衡阀求出嫩梁端环弯矩状与剪织力。反弯甜点定走义：磁柱上董弯矩仙为0的点卫，注负意反竞弯点激可能慨在柱肉上，载也可覆能在惠柱外季。图4-贤8框架膏变形档图图4痕-夜9框喘架据弯烂矩视图反挣弯饮点备法为了吴方便静地求薯出各卧柱的汽剪力贪和反膊弯点猴的位挨置，咳根据蓝框架晚结构强的受赚力特辣点，怖假定爬：梁冻的转线碍刚桃度鄙与肠柱有的搬线竭刚蔑度鲁之种比足为犹无佩穷花大宇（琴大居于盐等抢于3），令各柱路上下监两端悦角位业移θ为零井。不刑考芒虑议框苏架剂梁格柱晨的色轴卸向救变舒形也，店同椒一市层傅各角节乖点读水患平怨位仆移鸡相辣等墙。底僻层聋柱猛反救弯劝点击在场距抖底始端闭高庙度左处2甜h类/简3处灭，骡其舱余深各讽层崭反打弯龟点版均拒在h/胖2处托。话其读原蛙因谋在技于阵底壁层阿柱昼下趋端碎转云角籍为放零师而肺上迎端手不再为吼零鹿。由誉假孔定(越1冷)，秧根挑据很转辩角材位欧移嘴方鄙程剃：V1=可得战侧移舰刚度排系数漂：d慌=由暂假暗定(2秋)，鲜同妈层合各竟柱修柱期端锐水驰平急位葬移获均嫂为Δ，则规：同层烛各柱争剪力习：Vj=由背假嫁定(许3熄)，柱箱端弯爽矩：Mj下=Mj上=梁吨端疤弯父矩反根魔据洽节手点盐平强衡糕求败出:图4古-纯1得0节康点鞠弯础矩雀平诉衡边柱奸：Mb=飞Mc上+Mc下Mb右=烈(缺Mc上+萌Mc下)中搬柱耻：Mb左=(堪Mc上+殖Mc下)例4-苍1：绪作冷图4赢-亚1黑1所乐示握框薄架的德弯抹矩晨图桥，偶图拐中旦括严号隙内慰数字为陈各杆湖的线日刚度绸。解牧：脉当妻同己层欺各券柱h相等买时，各柱数抗侧饰刚度d通=侄1舰2训ic/伐h2，可直娇接用ic计算塑它们众的分配贵系壶数苗。励这啊里背只狮有蜂第3层中立柱赚与极同剧层竹其小他江柱历高辟不尿同夏，做如悠下变尖换，衬即可张采用沙折算劣线娇刚故度曾计今算姓分万配势系很数燥。折算波线刚品度=(晨42/4神.52)贼i=(敬16范/2驱0.农3)蠢×2档=1更.6计佣算臂过烦程届见辰图3-怨10，最后资弯矩押图见版图4-讯12图4-逗11框粪架海计秒算喷简堂图图4询-娱1振2框架保反弯馅点法进计算姨过程图4-弹13框慈架族计偷算逃弯唱矩江图括治号盏内重数尤字当为引精餐确童解迷。荒本锡例帽表擦时烧，系用肺反剧弯聋点您法希计拖算摘的照结敢果症，供除揉个手别击地洪方贯外遥，牙误劣差钟是旬不苍大思的捞。臣误标差智大锐是镰因屑为侧梁舟柱女线按刚貌度鲁比咸不趟够污大笨，促略萌大章于3B.殃D值法串（修岭正反灭弯点粉法）逗：反弯誉点法捧：梁您、柱汉线刚前度比覆大于3，耻认聪为善结早点让转肃角圾为0的一追种近诵似算野法。布实际吐中，纯当梁活、柱争线刚找度比啄小于3，做结叼点庆转坚角资较绑大甜时匀，静此咸方拾法虑计森算删的扩内逮力霞误血差越较惠大织。D值法蝇“由拨日本亚武藤峰清教甜授提单出来昼，用欺修正循柱的海抗侧谨移刚唐度和间调整穴反弯伙点高飘度的肃方法城计算纷水平闻荷载己下框弟架的季内力更，修具正后怕的抗仍侧刚授度用D表示灰，称抛为D值佛法愚。假青定笨：1、水年平荷醉载作慈用下泳，框定架结饿构同慢层各升节点骨转角相等炕。2、不斑考虑血框架酬梁柱哨的轴冰向变耀形，泥同一羽层各留节点水平草位移辰相等快。优点猴：1、详计蜡算摆步计骤他与钟反齿弯镇点艘法奋相疗同钉，狗计斜算夕简尾便呈实浴用竖。2、计嫁算精救度比床反弯叫点法焰高。缺点睁：1、购忽半略端柱桌的控轴夺向滴变期形无，醉随包结摩构胞高放度络增陈大驾，寻误皇差增大紧。2、艰非所规辽则杜框姿架僻中铸使骨用域效桑果间不享好智。计坟算扭步锋骤舒：1、确够定柱勇侧移焰刚度D值，要按照瓜反弯宏点法做计算协各柱较剪力调。2、梦确昌定悬柱秀反许弯源点系高裳度活，舌求己出灰各鼠杆勇端救弯证矩。一购、经柱厉侧揉移拥刚仍度D值δ1=烛Δ1δ2=Δ2-Δ1δ3=闻Δ3-Δ2假定可：1、勾各磨层尸层沉间止位蜘移δ相等2、各搜层梁辆、柱我转角θ相炼等3、上德下层获柱线泼刚度鹊相等4、上西下层庙柱高主相等1、2杆铸可躲看纱作牙有δ2相对闷位移渣，再加礼上1端和2端阵的败转释角θ1和θ2M21=同从理：M2竹3=M24=M2托5=死6θ1=页θ2=θ3=θ虏δ1=δ2=饿δ3=余δ+(课6i1+6慈i2+8烧ic)θ2+2嘴ic(辛θ1+却θ3)弟=居0ΣM2=忽0θ=再来悉看V21=D2裹1=其中偿：—脑—梁柱堂线刚示度比——柱刚桌度修凶正系塑数，见表3犯-团1梁退柱偷刚针度蜂比衰对拴柱填刚柱度古的璃影弹响表4-犁1避α计算澡公式杀表当k村→∞，→良1，当K较小闪时候哗，<荣1有像了D值后匪，按孕照反粉弯点辅法步夏骤进柿行计气算，核只是老将反屠弯点阵法中雁的d=换草成忙了雹：D=×二窃、削柱前反拘弯错点曾高陡度斯比甜的王确谜定主与要瓦因队素睛是呈柱凤上丈、减下厚端罪的体约礼束社条胸件苗：图4-下15反弯虾点位顾置若θ1=牧θi-层1，则Mi=Mi-唉1反扔弯知点袭在赢中宰点其。若θ1≠θi-葡1，本则M接≠革Mi孟-到1反弯铺点移师向弯春矩较隙小的旗一端拳。约束的越小惜，弯弯矩越家小，怠极端惜情况渠下为斩铰接页点，蠢反弯偿点与该蓝端问重恩合组。影梢响福柱程两尼端蛛约吧束确大坡小逃的扒因凑素棵：1拆.结斑构组总奴层录数方以勉及散该逃层五位剂置2轧.梁粗柱熄刚宗度殿比3.荷秃载粮形爪式4弄.上层慌与下挠层梁境刚度础比5摔.上爹、饿下未层门层绪高示度榆变炮化D值黑法扇：油先释求钉得耀柱顷标农准甘反拜弯溉点既高斧度追比yn，再详根据恼上、莲下梁叔线刚箭度比湖以及登上下粗层高帮变化论，对yn进行陡调整极。1、警柱蒙标怪准凉反你弯碰点驴高游度蒸比ynyn根奇据类各萄层弯等阴高管、盗等遣跨让、蹄各栋层秋梁徐、另柱影线俯刚休度挨不去变革的恋多泉层嫂框裳架蒜在短水过平悉荷秋载艺作述用证下仆的赔反政弯童点姜位讽置剂求周得查。均布密水平洋荷载个下的yn见垒书攻上锹表4月-器3倒三哲角分握布荷铜载下晨的yn见书执上表4-教4可根惠据框宅架总怒层数m以及妙该层桃楼层瓜数以座及梁薯柱线插刚度辆比K值山查辽得吼。2、筋上现下煌梁爹刚乌度姐变筹化晶时肤反著弯赶点魔高珍度售比脏修蓄正音值y1某办柱怒上和下韵梁蝴刚易度留不帖等伐时新，厕导全致熔柱烟上煎下雾结冶点握转殖角尝不懒同夕，杠修套正我值降为y1。当(汇i1+i2)提<勉(虹i3+敌i4)时令α1=(店i1+i2)/赌(i3+校i4)从配表4晃-嫁2可灿以制查这出y1，取形正值表4-含2上键下奴梁逝相捡对剧刚嘉度笨变束化轮时真修径正且值y1当(i1+i2)<丧(i3+骨i4)时，α1=精(占i3+i4)沸/慌(政i1+慌i2)从露表4乱-缴2可雀以蔬查重出y1，竿但慢取恰负倍值扶。当顾上呢下测梁体的下刚断度锐相抽等突时划，α1=1，表闸中y1=对0，也搬即无者需修喜正底假层，月不考尖虑y1修疏正槐。3、喇上茧下薯层俭高碍度献变助化罗时叛，涨反据弯秤点跌高颠度荷比祖修育正厘值y2和y3。图4披-史1钱6层碗高戴对使反驳弯饭点斜的皱影艘响令h上/钢h奏=雾α2，肆从照表4弃-孤3可等以虑查鹊出y2，最恳上层辈不算怕。表4-涨3上武下侵层贡柱杏高配度我变柏化早时黑修按正惧值y2和y3α2>1，y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