五层三跨框架结构内力计算任务书.doc

1、五层三跨框架结构力计算任务书学院：土木工程与力学学院教师：戴萍科目：结构力学班级：土木0901 班：许和平学号： U200915702Word 文档目录1. 计算任务.32. 计算结构的基本数据.33.水平荷载计算.53.1反弯矩法53.1.1.83.1.293.1.3.103.2 D 值法.113.2.1D12.3.2.2 D.133.2.3 D.143.3结构力学求解器.153.3.1.153.3.2.163.3.3.173.4计算结果比较.174.竖直荷载计算18.4.1分层法.18.4.1.1.204.1.2.214.1.3.224.2结构力学求解器.234.2.1.234.2.2.2

2、44.2.3.254.3计算结果比较.26Word 文档一、任务1、计算多层多跨框架结构在荷载作用下的力，画出力图。2、计算方法：水平荷载作用下，用反弯点法和D 值法及求解器分别计算；竖向荷载作用下，用分层法及求解器分别计算。3、对两种方法的计算结果进行对比，分析近似法的误差。4、把计算过程写成计算书的形式。二、计算简图及荷载结构（一）1、计算简图如图 1 所示。2、参考数据：Eh=3.0107kN/m 2柱尺寸： 600600，梁尺寸（边梁）：400600，（中间梁） 500400竖向荷载： q=17kN/m，q=17kN/m（图 2），P（图 ）水平荷载： FP=15kN,F =14kN3

3、m6.3m6.3m6.3m6.3m2.46m2.1m6m图 1Word 文档图 2qqqqq6m2.1m6m图 3m6.3m6.3m6.3m6.3m2.4Word 文档三、水平荷载作用下的计算：1. 水平荷载作用下，采用反弯点法求解解：由 I=bh3/12 得：I柱 =0.64，I边梁 =0.40.63/12,I中梁 =0.50.43/12/12所以：E I 柱 =3.24 105kN m, E I 边梁 =2.16105kNm, E I 中梁 =8104 kNm由此得： i 边梁 =E I 边梁 /6=3.6104,i 中梁 =E I 中梁 /2.1=3.8104,i 柱=E I 柱/3.6

4、=9104,i 底柱 =E I 柱 /4.2=7.7104,Word 文档由反弯点法原理得：FQAE = FQBF= FQCG = FQDH =15/4=3.75kN;FQEI = FQFJ= FQGK = FQHL =（15+14）/4=7.25kN；FQIM = FQJN= FQKO = FQLP=（15+142）/4=10.75kN；FQMQ = FQNR = FQOS= FQPT=（15+143）/4=14.25kN；FQQU = FQRV = FQSX = FQTY =（15+144）/4=17.75kN；由此可得：M AE = FQAE h/2=3.753.6/2=6.75 kNm

5、;同理：(顺时针为正 )M AE =M BH =M CG=M DH =6.75 kNm;MEA =M HB=M GC=M HD =6.75 kNm;M EI =M FJ=M GK=M HL =13.05kNm;M IE =M JF=M KG=M LH =13.05kNm;M IM =M JN=M KO =M LP=19.35kNm;M MI =M NJ=M OK =M PL =19.35kNm;M MQ =M NR =M OS=M PT= 25.65 kNm;M QM =M RN =M SO=M TP =25.65 kNm;由于底层反弯点为2/3h，所以M QU=M RV =M SX=M TY

6、 =24.85 kNm；M UQ=M VR =M XS =M YT =49.70kNm;根据结点平衡计算梁端弯矩之和， 再按左右梁的线刚度将弯矩分配到梁端：Word 文档由此原理可得：（顺时针为正）M AB =M DC =-6.75 kNm；M BA =M CD=-3.28 kN m;M BC=M CB =-3.47 kNm;M EF=M HG =-19.8 kNm；M GH=M FE =-9.70 kNm;M FG=M GF=-10.10 kNm;M IJ=M LK =-32.40 kNm；M KL =M JI=-15.88 kNm;M JK=M KJ=-16.52kNm;M MN =M P

7、O=-45.00 kNm；M NM =M OP=-22.05 kNm;M NO =M ON =-22.95kNm;M QR=M TS=-50.50 kNm；M RQ=M ST=-24.75 kNm;M RS=M SR=-25.75 kNm;Word 文档由此可作出水平荷载下，采用反弯点法求得的结构弯矩图：反弯点法弯矩图：弯矩图 M （kN m）Word 文档继而根据结构平衡关系可求得的结构剪力图：反弯点法剪力图：剪力图 FQ（kN ）Word 文档继而根据结构平衡关系可求得的结构轴力图：反弯点法轴力图：轴力图 FN （kN ）Word 文档2. 水平荷载作用下，采用 D 值法求解解：由 D 值

8、法原理可得结构各层剪力：由此得：由 D 值法原理可得修正后柱的反弯点高度：反弯点高度 h=yh 柱 ；反弯点高度比 y=y0+y1+y2+y3;查表计算得：Word 文档由此可作出水平荷载下，采用D 值点法求得的结构弯矩图：弯矩图 M （kN m）Word 文档继而根据结构的平衡关系求出结构的剪力，D 值法剪力图：剪力图 FQ（kN ）Word 文档继而根据结构的平衡关系求出结构的轴力，D 值法轴力图：轴力图 FN （kN ）Word 文档3. 水平荷载作用下，采用结构力学求解器求得力：结构的弯矩图：弯矩图 M （kNm）Word 文档结构的剪力图：剪力图（ kN ）Word 文档结构的轴力图

9、：轴力图（ kN ）计算结果对比：反弯点法认为柱的反弯点都在柱的中点，假定梁的刚度无限大，无结点转角。用 D 值法求解框架力时，考虑了结点转角，被称为精确的反弯点法，认为反弯点不在中点。计算结果中，结构力学求解器结构精确， D 值法次之，反弯点法误差较大。Word 文档四、竖直荷载作用下计算1.在竖直荷载作用下，采用分层法求解分层法原理：在竖向荷载作用下， 不考虑框架的侧移。 每层梁上的竖向荷载对其它层梁的影响可忽略不计。上、下柱的远端是固定。在计算中，除实际的固定端 (如底层柱端 )外，其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9。同时柱端的弯矩传递系数也相应地从原来的 12 改为 13。计算各层

10、梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩。 将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端。计算梁、柱线刚度。计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数。 按力矩分配法计算单层梁、柱弯矩。将分层计算得到的、 但属于同一层柱的柱端弯矩叠加得到柱的弯矩。 一般情况下，分层计算法所得杆端弯矩在各节点不平衡。如果需要更精确的结果时，可将节点的不平衡弯矩再进行分配。由于结构是对称的，所以可以取其半结构：Word 文档由原理：计算出半边结构各杆端的弯矩： （顺时针为正）M AB =-38.24 kNm; M BA =43.18 kNm; M BC=-12.18 kNm; M AE =38.24 kNm; M B

11、F =-31.00 kNm; M EA =25.87 kNm; M EF=-46.98 kNm; M EI =21.11 kNm; M FB =-21.63 kNm; M FE=48.80 kNm; M FJ=-18.04kNm; M FG=-9.13kNm; M IE =22.85 kNm; M IJ=-45.70 kNm; M IM =22.85 kNm; M JF=-19.25 kNm; M JI=47.90 kNm; M JN=-19.25 kNm; M JK=-9.40 kNm; M MI =23.39 kNm; M MN =-45.30 kN m; M MQ =21.91 kNm;

12、 M NJ=-19.25kNm; M NM =47.90 kNm; M NR=-19.25 kNm; M NO =-9.40 kNm; M QM =20.92 kNm; M QR=-34.15 kNm; M QU =13.23 kNm; M RN=-21.53 kNm; M RQ=46.36 kNm; M RV =-14.96kNm; M RS=-9.87 kNm; M UQ =6.62kNm; M VR =-7.48 kNm;由结构的对称性可以求得另一半的弯矩。Word 文档在竖直荷载作用下，采用分层法求得结构的弯矩图：弯矩图 M （kN m）Word 文档继而可以根据结构的平衡条件求得结构的剪力图和轴力图：结构剪力图：剪力图 FQ（kN ）Word 文档结构轴力图：轴力图 FN （kN ）Word 文档2.