9第5章 横向侧移.doc

第五章 侧向水平荷载作用下内力和侧移的计算 第五章 侧向水平荷载作用下内力和侧移的计算5.1 侧向水平荷载作用下内力和侧移的计算5.1.1 横向自振周期的计算运用顶点位移法来计算，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，基本自振周期可按下式来计算： 式中，计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移，单位为m，即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算得的结构顶点位移；结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6； 。故先计算结构顶点的假想侧移，计算过程如下表：表4.1 结构顶点位移计算层次51075.811075.818446612.74211.124987.182062.998446624.42197.383987.813050.828446636.11172.962987.814038.618446647.81136.8511464.025502.636180089.0489.04由上表计算基本周期， 5.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算理想分析表明，对于质量和刚度沿高度分布比较均匀、高度不超过40m、以剪切变形为主的结构，振动时具有以下特点：（1） 水平阵型以基本阵型为主；（2） 基本阵型接近直线 此时可近似按照底部剪力法计算。 式中， 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数； 结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值的85； 地震影响6度7度8度9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震-0.50(0.72)0.9(1.20)1.4水平地震影响系数最大值amax设计地震分组场地类别第一组0.250.350.450.65第二组0.30.40.550.75第三组0.350.450.650.9注：计算8、9度罕遇地震作用时，Tg应按照表中数值增加0.05S场地特征周期值Tg 郑州地区特征分区为一区，又场地类别为类，查规范得特征周期 查表得，水平地震影响系数最大值由水平地震影响系数曲线来计算，式中， 曲线下降段的衰减系数，0.05时，取0.9；因为所以不需要考虑顶部附加水平地震作用。则质点i的水平地震作用为：（1-n）式中：、分别为集中于质点i、j的荷载代表值；、分别为质点i、j的计算高度，n为顶部附加地震作用系数，对于多层钢筋混土和钢结构房屋按下表选择。顶部附加地震作用系数Tg/s T11.4TgT11.4Tg0.350.08T1+0.070.000.35-0.550.08T1+0.010.550.08T1-0.02具体计算过程如下表，各楼层的地震剪力按 来计算，一并列入表中:表4.2 各层在地震作用下剪力的计算表层次516.51075.8117705.8799.1599.15413.5987.1813326.9374.63173.78310.5987.1810365.3958.05231.8327.5987.187403.8541.46273.2914.51464.026588.0936.85311.0455543.51图4.1各层剪力以及各层总剪力（KN） 5.1.3地震作用下位移验算用D值法来验算框架第层的层间剪力、层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算： 计算过程见下表，表中计算了各层的层间弹性位移角。表4.3 横向水平地震作用下的位移验算层次599.15844661.17414.26230001/25554173.78844662.05713.08930001/14583231.83844662.74511.01430001/10932273.29844663.2368.26930001/9271311.04618005.0335.03345001/894从表中可以看到，第一层发生最大层间弹性位移角，1/8941/550,满足要求。5.1.4 水平地震作用下框架内力计算首先求出所求框架的总的侧向刚度，然后按照所求框架在总的框架中所占的比列分配每层的剪力。柱端剪力按下式来计算：求得各柱所承受的剪力以后，柱上、下端弯矩、按下式来计算 式中： i层j柱的侧移刚度；h为该层柱的计算高度； y-反弯点高度比； 标准反弯点高比，其值与结构总层数n、该柱所在的层次j、框架柱线刚度比K以及侧向何在的形式等因素有关。 可以根据上下衡量的线刚度比I和K查表得出。 、上下层高变化对y的修正值。表4.4 边柱柱端的剪力和弯矩值层次y53 99.15844661701319.970.6480.3520.9738.9443 173.78844661701335.000.6480.4042.0063.0033 231.83844661701346.690.6480.4563.3277.3923 273.29844661701355.050.6480.4573.3289.6114.5311.04618001418571.390.9720.65112.4 208.82表4.5 中柱的剪力和弯矩值层次y53 99.15844662522029.601.2870.3732.8655.9443 173.78844662522051.891.2870.4570.0585.6233 231.83844662522069.221.2870.4797.60110.123 273.29844662522081.601.2870.47115.06129.714.5311.04618001671584.131.9310.65132.50246.9注：弯矩：,剪力：KN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式来计算 表4.6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N520.9716.5366.2516.3316.332.413.61-6.25-7.36442.0070.05623.6970.3670.362.458.63-29.94-42.30363.3292.16636.4191.0691.062.475.88-66.35-81.77243.32113.2643.99118.88118.92.499.07-110.3-136.91112.4131.3681.25186.78186.82.4155.65-191.6-211.2 图4.2 左地震作用下框架弯矩图（KN）图4.3 左地震作用下梁端剪力及柱轴力图(kN)5.2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.2.1 风荷载标准值 我国建筑结构荷载规范GB5009-2001规定垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷标准值Wk：式中，Z高度处的风振系数 风压体型系数风压高度变化系数基本风压值（kN/m2）荷载规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类. A类指近海面、海岛、海岸以及沙滩地区； B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类指有密集建筑群的城市市区； D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；由此，郑州地区重现期为50年，基本风压：=0.3KN/m，地面粗糙度：C类。由荷载规范查得： =0.8（迎风面）和=-0.5（背风面）。且，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。本设计中，房屋高度H=16.8 30m，H/B=16.8/14.4=1.16 1.5，则不需要考虑风压脉动的影响，取=1.0。 由风荷载产生的层间剪力如下表： 表4.7 风荷载计算层次Z(m) 51.01.316.80.740.316.444.744.7441.01.313.80.740.3185.199.9331.01.310.80.740.3185.1915.1221.01.37.80.740.3185.1920.3111.01.34.80.740.322.56.4926.8顶层：；中间层：；底层：。 图4.4风荷载作用下计算简图(kN)5.2.2 风荷载作用下的水平位移验算 表4.8 风荷载作用下剪力及侧移计算层次54.744.74844660.0561.0271/5357145.199.93844660.1180.9711/2542435.1915.12844660.1790.8531/1676025.1920.31844660.2400.6741/445116.4926.8618000.434 0.434 1/1106由表可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/1106，小于1/550，满足要求。5.2.3 风荷载作用下框架结构内力计算采用D值法，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柱上、下端的弯矩、分别按下列各式计算：柱端剪力计算公式为： 柱端弯矩计算公式为： ， 表4.9 各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次Ky534.7484466170130.950.6480.361.001.85439.9384466170131.990.6480.432.393.583315.1284466170133.020.6480.434.084.982320.3184466170134.060.6480.435.496.7014.826.861800141855.360.9720.665.6310.45表4.10 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次Ky534.7484466252203.1091.2870.361.58 2.60439.9384466252206.3271.2870.433.974.853315.1284466252209.2591.2870.436.36 8.252320.31844662522012.0251.2870.438.5411.4514.826.8618001671513.9211.9310.6611.28 22.62注：表中弯矩单位为KN.M,剪力单位为KN。 梁端弯矩、剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算：； ； 表4.11 风荷载作用下的梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力边柱N中柱N5 1.000.7960.300.790.792.40.66-0.30-0.6644.243.3061.263.27