框架剪力墙框架剪力墙结构的近似计算方法与设计概念PPT学习教案

1、会计学1框架剪力墙框架剪力墙结构的近似计算方框架剪力墙框架剪力墙结构的近似计算方法法(fngf)与设计概念与设计概念第一页，共66页。2.2.楼面楼面(lu min)(lu min)刚度无限大假定刚度无限大假定连结各个抗侧力结构间的楼板连结各个抗侧力结构间的楼板(lubn)(lubn)在自身平面在自身平面内很大，平面外很小。内很大，平面外很小。 5.1 5.1 计算计算(j sun)(j sun)基本假定基本假定第1页/共66页第二页，共66页。框架结构体系由梁、柱、节点构成承重框架结构体系由梁、柱、节点构成承重(chngzhng)(chngzhng)结构。结构。节点节点梁梁柱柱第2页/共66

2、页第三页，共66页。在初步设计阶段，为确定结构布置方案、估算在初步设计阶段，为确定结构布置方案、估算( ( sun) sun)构件截面尺寸，往往需要手算；构件截面尺寸，往往需要手算；v电算（实际工程电算（实际工程(g (gngchng)ngchng)中常用）中常用）v手算手算（本门课程）（本门课程）在结构设计过程中，往往借助手算校核电算结果；在结构设计过程中，往往借助手算校核电算结果；通过手算方法的学习，能够帮助大家建立结构受力性能的基本概念。通过手算方法的学习，能够帮助大家建立结构受力性能的基本概念。因此必须了解框架结构的手算方法因此必须了解框架结构的手算方法5.2 5.2 框架结构的近似计

3、算方法框架结构的近似计算方法第3页/共66页第四页，共66页。框架结构的计算简图框架结构的计算简图框架结构的内力、位移计算框架结构的内力、位移计算框架结构的内力组合框架结构的内力组合框架结构的构件设计和构造框架结构的构件设计和构造内容提要内容提要确定计算模型确定计算模型计算内力计算内力内力组合内力组合构件截面设计构件截面设计设计思路设计思路5.2 5.2 框架结构的近似计算方法框架结构的近似计算方法(fngf)(fngf)第4页/共66页第五页，共66页。跨度跨度(kud)、层高、层高计算计算(j sun)单元单元构件抗弯刚度构件抗弯刚度节点简化节点简化荷载荷载5.2 5.2 框架结构的近似计

4、算方法框架结构的近似计算方法第5页/共66页第六页，共66页。5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算框架结构的计算(j sun)简图简图空间受力体系空间受力体系平面受力体系平面受力体系忽忽 略略扭扭 转转第6页/共66页第七页，共66页。框架框架(kun ji)节点节点施工施工(sh gng)方案方案构造措施构造措施刚接节点刚接节点铰接节点铰接节点半铰接节点半铰接节点5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法框架结构的计算简图框架结构的计算简图第7页/共66页第八页，共66页。现浇框架现浇框架(kun ji)节点节点

5、装配装配(zhungpi)整体式整体式框架节点框架节点5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法框架结构的计算简图框架结构的计算简图第8页/共66页第九页，共66页。装配式框架装配式框架(kun ji)节点节点半铰接半铰接(jioji)节点节点5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法框架结构的计算简图框架结构的计算简图第9页/共66页第十页，共66页。铰支座铰支座(zh zu)固定固定(gdng)支座支座5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算简图框架结构的计算简图第10页/共66页第十一页，共66

6、页。框架梁跨度框架梁跨度柱轴线距离柱轴线距离框架的层高框架的层高（柱长）（柱长） 建筑层高建筑层高上、下柱截面上、下柱截面(jimin)改改变时，以最小截面变时，以最小截面(jimin)的形心线来确定的形心线来确定。底层柱高度底层柱高度(god)从基础顶面算起。从基础顶面算起。5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法框架结构的计算简图框架结构的计算简图第11页/共66页第十二页，共66页。正弯矩截面正弯矩截面(jimin)(jimin)（T T形）形）惯性矩放大惯性矩放大考虑现浇考虑现浇楼板影响楼板影响负弯矩截面负弯矩截面惯性矩不变惯性矩不变边框架边框架L中框架中框架T现浇

7、板现浇板5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算简图框架结构的计算简图第12页/共66页第十三页，共66页。考虑考虑楼板影响楼板影响正弯矩截面（正弯矩截面（T T形）形）惯性矩放大惯性矩放大负弯矩截面负弯矩截面惯性矩不变惯性矩不变装配装配(zhu(zhungpi)ngpi)整整体式楼板体式楼板边框架边框架L中框架中框架T5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算简图框架结构的计算简图第13页/共66页第十四页，共66页。无现浇层无现浇层装配式楼板装配式楼板(lub(lubn)n)5

8、.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算简图框架结构的计算简图第14页/共66页第十五页，共66页。荷载效应荷载效应竖直荷载竖直荷载水平荷载水平荷载恒载恒载活载活载地震力地震力风荷载风荷载内力内力位移位移5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算框架结构的计算(j sun)简图简图第15页/共66页第十六页，共66页。框架结构内力框架结构内力(nil)计算方法计算方法竖直竖直(sh zh)荷载荷载水平荷载水平荷载分层法分层法反弯点法反弯点法D D值法值法5.2 5.2 框架结构框架结

9、构的近似计算方法的近似计算方法第16页/共66页第十七页，共66页。受力特点受力特点(tdin)侧移小侧移小可 确 定 竖可 确 定 竖向 荷 载 作向 荷 载 作用用(zuyng)下框架的下框架的受 力 模 型受 力 模 型为 无 侧 移为 无 侧 移刚架。刚架。传递少传递少竖向荷载作用在竖向荷载作用在某层梁上时，其某层梁上时，其只在该层梁和相只在该层梁和相邻柱中产生较大邻柱中产生较大内力，在其它楼内力，在其它楼层梁柱产生的内层梁柱产生的内力很小。力很小。5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第17页/共66页第十八页，共66页。1 1）在竖向荷载作用）在竖向荷载作用(

10、zuyng)(zuyng)下，不考虑框架的侧移；下，不考虑框架的侧移；2 2）每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。）每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。简化简化假定假定竖向荷载竖向荷载(hzi)下的近似计算下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第18页/共66页第十九页，共66页。 ？计算时，假定上、下柱的远端是固端。实计算时，假定上、下柱的远端是固端。实际上，除底层柱底端是固定以外，其他柱际上，除底层柱底端是固定以外，其他柱端的约束形式都是介于铰支和固端之间的端的约束形式都是介于铰支和固端之间的弹性支承，假定带来的误差如何处理？弹性支承，假定

11、带来的误差如何处理？z将上层各柱线刚度乘以将上层各柱线刚度乘以0.90.9的修正系数的修正系数(xsh)(xsh)，并将各，并将各柱的弯矩传递系数柱的弯矩传递系数(xsh)(xsh)修正为修正为1/3 1/3 。z底层柱底端的底层柱底端的(dund)(dund)弯矩传递系数弯矩传递系数 ( (固定支座固定支座) )0 ( (铰支座铰支座) )竖向荷载下的近似竖向荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第19页/共66页第二十页，共66页。图示为一两层两跨框架图示为一两层两跨框架(kun ji)(kun ji)，用分层法作，用分层法作弯矩图，跨号内数字表示

12、梁柱相对线刚度弯矩图，跨号内数字表示梁柱相对线刚度i i值。值。竖向荷载竖向荷载(hzi)下的近似计算下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)第20页/共66页第二十一页，共66页。第21页/共66页第二十二页，共66页。第22页/共66页第二十三页，共66页。第23页/共66页第二十四页，共66页。水平荷载作用下框架受力分布特点水平荷载作用下框架受力分布特点 柱的剪力在柱高范围内相同柱的剪力在柱高范围内相同 梁、柱的弯矩图呈直线型梁、柱的弯矩图呈直线型 梁、柱跨度范围内通常出现反弯点梁、柱跨度范围内通常出现反弯点弯矩为弯矩为0 05.2

13、 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)第24页/共66页第二十五页，共66页。适用条件：梁柱线刚度之比适用条件：梁柱线刚度之比ib/ic3柱端弯矩柱端弯矩反弯点位置反弯点位置反弯点处剪力反弯点处剪力梁端弯矩梁端弯矩梁端剪力梁端剪力柱轴力柱轴力水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)第25页/共66页第二十六页，共66页。中间中间(zhngjin)柱：柱： Y=h/2底层底层(d cn)柱：柱： Y=2h/3柱两端转角相同，柱两端转角相同，故柱端弯矩相同，故

14、柱端弯矩相同，反弯点在柱中。反弯点在柱中。柱底转角为柱底转角为0，柱顶转角不为柱顶转角不为0，导致导致MlMu，反，反弯点上移。弯点上移。计算步骤计算步骤水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(反弯点法反弯点法)第26页/共66页第二十七页，共66页。 hihiVcABc12122)( 结构力学结构力学知识知识(zh shi) 212hiVc AB 据计算假设：据计算假设：0 （柱抗侧刚度）（柱抗侧刚度）212hiVdc 水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算

15、方法(反弯点法反弯点法)第27页/共66页第二十八页，共66页。jmjmjjijijjjjjjjdVdVdVdV 2211FVVVmjjj21Fdmiijj1 FddVijijij第第 j 层第层第 i 根柱的剪力：根柱的剪力：水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)(反弯点法反弯点法)第28页/共66页第二十九页，共66页。中柱中柱2jijbijhVM2jijtijhVM底柱底柱(d zh)3211jibihVM311jitihVM水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2

16、 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(反弯点法反弯点法)第29页/共66页第三十页，共66页。边柱边柱中柱中柱边柱边柱bctcbMMM中柱中柱()rbbbbctclbiiiMMM11()rbbrbbctcrbiiiMMM1边柱、顶层边柱、顶层(dn cn)柱柱如何处理？如何处理？水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(反弯点法反弯点法)第30页/共66页第三十一页，共66页。()lMMRBAA/()lMMRBAB/ARVAMBMABlARBRAMBM弯矩图弯矩图剪力图剪力图水平水平(shupng)荷

17、载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)(反弯点法反弯点法)第31页/共66页第三十二页，共66页。j层柱的轴力层柱的轴力mjibijNN第第j j层柱轴力等于层柱轴力等于(dngy)(dngy)其上层梁左右剪力和其上层梁左右剪力和结力结力知识知识(zh(zh shi)shi)bRbLbjVVNj j层梁施加给层梁施加给j j层柱的轴力层柱的轴力水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(反弯点法反弯点法)第32页/共66页第三十三页，共66页。水平水平(shup

18、ng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)(反弯点法反弯点法)第33页/共66页第三十四页，共66页。10kN10kN17kN17kN20kN20kN10kN10kNF F27kN27kNF F47kN47kNF F5 . 4 4d d9d d14d d第34页/共66页第三十五页，共66页。第35页/共66页第三十六页，共66页。问题问题(wnt)1、随着框架层数的增加，框架柱的截面、随着框架层数的增加，框架柱的截面尺寸和框架梁截面尺寸逐渐接近，当梁、尺寸和框架梁截面尺寸逐渐接近，当梁、柱线刚度之比小于柱线刚度之

19、比小于3时，柱端转角变形时，柱端转角变形(bin xng)较大而不可忽略，反弯点法较大而不可忽略，反弯点法的计算误差过大；的计算误差过大；2、随着框架房屋、随着框架房屋(fngw)层数的增加，尤其在顶层层数的增加，尤其在顶层和底层，反弯点位置将出现较大的误差和底层，反弯点位置将出现较大的误差梁、柱线刚度之比大于3，认为结点转角为0的一种近似算法。反弯点法：水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第36页/共66页第三十七页，共66页。水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法

20、的近似计算方法(fngf)(fngf)D D值法：值法：由日本武藤清教授提出来，用由日本武藤清教授提出来，用修正柱的抗侧修正柱的抗侧移刚度移刚度和和调整反弯点高度调整反弯点高度的方法计算水平荷载下框架的方法计算水平荷载下框架的内力，修正后的抗侧刚度用的内力，修正后的抗侧刚度用D D表示，称为表示，称为D D值法。值法。 1 1、计算步骤与反弯点法相同，计算简便实用。、计算步骤与反弯点法相同，计算简便实用。2 2、计算精度比反弯点法高。、计算精度比反弯点法高。优点：优点：缺点：缺点：1 1、忽略柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大。、忽略柱的轴向变形，随结构高度增大，误差增大。2 2、非规则框

21、架中使用效果不好。、非规则框架中使用效果不好。第37页/共66页第三十八页，共66页。柱抗侧刚度柱抗侧刚度(n d)反弯点高度反弯点高度(god)D D值法的值法的计算步骤：计算步骤：1.1.确定柱侧移刚度确定柱侧移刚度D D值，按照反弯点法计算各柱剪力值，按照反弯点法计算各柱剪力2.2.确定柱反弯点高度，求出各杆端弯矩确定柱反弯点高度，求出各杆端弯矩(修正反弯点法修正反弯点法D值法值法)水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第38页/共66页第三十九页，共66页。212hiDc 与梁、柱线刚度与梁、柱线刚度(n d)(n d)有关

22、的修正系数有关的修正系数 FDDVijijij第第 j 层第层第 i 根柱的剪力：根柱的剪力：(修正修正(xizhng)反弯点法反弯点法D值法值法)水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第39页/共66页第四十页，共66页。影响柱两端转角大小的主要因素： 1）结构总层数及该层所在位置； 2）梁柱线刚度(n d)比； 3）荷载形式； 4）上下层梁线刚度(n d)比值； 5）上下层层高比。 根据(gnj)结构力学的相关知识可知，影响柱反弯点高度的主要因素是柱两端弯矩的大小，而柱两端弯矩的大小又由柱两端转角决定。(修正反弯点法修正反弯点法

23、D值法值法)水平荷载下的近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第40页/共66页第四十一页，共66页。yh=(y0+y1+y2+y3)hy1 考虑上、下横梁(hn lin)线刚度不相等时，引入的修正值h 该柱的高度(god)（层高） y2 、 y3 考虑上层、下层层(cn cn)高变化时，引入的修正值y0 柱标准反弯点高度比与外荷载形状、总层数与外荷载形状、总层数m、该层所在楼层位置、该层所在楼层位置n以及梁柱线刚度比有关。以及梁柱线刚度比有关。y 反弯点高度比反弯点距柱下端的高度与柱全高的比值(修正反弯点法修正反弯点法D值法值法)水平荷载下的

24、近似水平荷载下的近似计算计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第41页/共66页第四十二页，共66页。第42页/共66页第四十三页，共66页。第43页/共66页第四十四页，共66页。第44页/共66页第四十五页，共66页。下图为3层框架结构的平面及剖面图。图（b）给出了楼层高处(o ch)的总水平力及各杆线刚度相对值。要求用D值法分析内力。 (修正修正(xizhng)反弯点法反弯点法D值法值法)水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第45页/共66页第四十六页，共66页。1010根边柱和根边

25、柱和5 5根中柱根中柱第46页/共66页第四十七页，共66页。(修正修正(xizhng)反弯点法反弯点法D值法值法)水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)反弯点高度比反弯点高度比第47页/共66页第四十八页，共66页。第48页/共66页第四十九页，共66页。框架框架(kun ji)(kun ji)侧移主要由水平侧移主要由水平荷载引起，规范对层荷载引起，规范对层间位移以及顶点位移间位移以及顶点位移的大小限制。的大小限制。一、前言一、前言(qin yn)(qin yn)越到底层，相邻越到底层，相邻

26、(xin ln)两点变形越大两点变形越大越到底层，相邻两点变形越到底层，相邻两点变形越小越小5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法第49页/共66页第五十页，共66页。5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)水平水平(shupng)(shupng)荷载作用下侧移的近似荷载作用下侧移的近似计算计算第50页/共66页第五十一页，共66页。剪切型变形剪切型变形 弯曲型变形弯曲型变形 空腹悬臂柱空腹悬臂柱5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)水平荷载水平荷载(hzi)(hzi)作用下侧移的近

27、似计算作用下侧移的近似计算第51页/共66页第五十二页，共66页。NMV MV 框架柱轴向变形引起的侧移框架柱轴向变形引起的侧移 框架梁柱弯曲变形引起的侧移框架梁柱弯曲变形引起的侧移N 对房屋对房屋(fngw)(fngw)高度高度H H不大于不大于50m50m或房屋或房屋(fngw)(fngw)的高宽比的高宽比H/BH/B大于大于4 4的结构，的结构，N=(5%11%)N=(5%11%)MVMV，此时，此时N N可忽略不计。可忽略不计。框架在水平荷载(hzi)下总侧移，可近似地看作是由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形引起侧移的叠加：5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法水平荷载

28、作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算第52页/共66页第五十三页，共66页。MV miMV 1iiiDV 其中，第其中，第i i层柱层间相对侧移：层柱层间相对侧移：iD 第第i i层各柱侧移刚度之和层各柱侧移刚度之和iV 第第i i层的楼层剪力层的楼层剪力等于第等于第i i层以上所有水平力之和层以上所有水平力之和5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)水平荷载水平荷载(hzi)(hzi)作用下侧移的近似计算作用下侧移的近似计算第53页/共66页第五十四页，共66页。第54页/共66页第五十五页，共66页。5.2 5.2 框架结构框架结构的

29、近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算框架结构的计算(j sun)简图简图第55页/共66页第五十六页，共66页。三、跨度三、跨度(kud)(kud)和层高的确定和层高的确定5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算简图框架结构的计算简图第56页/共66页第五十七页，共66页。5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)框架结构的计算框架结构的计算(j sun)简图简图第57页/共66页第五十八页，共66页。(反弯点法反弯点法)水平水平(shupng)荷载下的近似计算荷载下的近似计算5.2 5.2 框架结构框架结构的近似计算方法的近似计算方法(fngf)(fngf)第58页/共66页第五十九页，共66页。(反弯点法反弯