大跨空间结构（ppt共44）

第四四章章框框架架结结构构分分析析高层层建建筑筑结结构构主讲讲：：韩韩小小雷雷（（教教授授））123456框架架结结构构计计算算简简图图竖向向荷荷载载下下的的近近似似计计算算水平平荷荷载载下下的的近近似似计计算算（（反反弯弯点点法法））水平平荷荷载载下下的的近近似似计计算算（（D值法法））水平平荷荷载载作作用用下下位位移移的的近近似似计计算算框架架结结构构的的内内力力组组合合目录录第一一节节框框架架结结构构的的计计算算简简图图结构构简简化化计计算算的的假假设设：：（1）结结构构处处于于弹弹性性状状态态（2）刚刚性性楼楼板板假假定定（3）平平面面抗抗侧侧力力结结构构假假定定（4）不不考考虑虑结结构构扭扭转转第一一节节框框架架结结构构的的计计算算简简图图结构构分分析析方方法法：：第一一节节框框架架结结构构的的计计算算简简图图节点点的的简简化化：：第一一节节框框架架结结构构的的计计算算简简图图构件件截截面面抗抗弯弯刚刚度度的的计计算算：：在框框架架梁梁两两端端节节点点附附近近，，梁梁受受负负弯弯矩矩，，顶顶部部的的楼楼板板受受拉拉，，楼楼板板对对梁梁的的截截面面抗抗弯弯刚刚度度影影响响较较小小；；而而在在框框架架梁梁的的跨跨中中，，梁梁受受正正弯弯矩矩，，楼楼板板处处于于受受压压区区形形成成T形截截面面梁梁，，楼楼板板对对梁梁的的截截面面抗抗弯弯刚刚度度影影响响较较大大。。考虑虑楼楼板板的的影影响响，，框框架架梁梁的的截截面面抗抗弯弯刚刚度度应应适适当当提提高高。。现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土楼楼盖盖：：中框框架架：：I＝2I0边框框架架：：I＝1.5I0装配配整整体体式式钢钢筋筋混混凝凝土土楼楼盖盖：：中框框架架：：I＝1.5I0边框框架架：：I＝1.2I0装配配式式钢钢筋筋混混凝凝土土楼楼盖盖：：中框框架架：：I＝I0边框框架架：：I＝I0I0为矩矩形形框框架架梁梁截截面面惯惯性性矩矩第二二节节竖竖向向荷荷载载下下的的近近似似计计算算第二二节节竖竖向向荷荷载载下下的的近近似似计计算算分层层法法：：假定定：：①忽忽略略竖竖向向荷荷载载下下框框架架侧侧移移的的影影响响；；②作作用用在在某某一一层层的的框框架架梁梁上上的的竖竖向向荷荷载载只只对对本本楼楼层层的的梁梁以以及及与与本本层层梁梁相相连连的的框框架架柱柱产产生生弯弯矩矩和和剪剪力力，，而而对对其其他他楼楼层层框框架架不不产产生生弯弯矩矩和和剪剪力力。。第二二节节竖竖向向荷荷载载下下的的近近似似计计算算分层层法法：：计算算修修正正：：①除除底底层层以以外外其其他他各各层层柱柱的的线线刚刚度度均均乘乘0.9的折折减减系系数数；；②柱柱的的弯弯矩矩传传递递系系数数取取为为1/3。第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算分层法：：求得各开开口刚架架的结构构内力以以后，相相邻两个个开口刚刚架同层层同柱的的柱内力力叠加即即为原框框架结构构中柱的的内力，，分层计计算后所所得的各各层梁内内力即为为原框架架结构中中相应层层次梁的的内力。。由于分层层法为近近似方法法，计算算单元与与实际结结构不符符，分层层法计算算所得的的框架节节点处弯弯矩之和和常不为为零，可可对节点点不平衡衡弯矩再再作一次次弯矩分分配予以以修正。。第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：计算修正正：①不折减减：在分分层计算算简图中中，远端端刚接柱柱的线刚刚度不再再乘调整整系数0.9；②不传递递：除柱柱脚固定定支承的的底层柱柱从上端端以传递递系数1/2将弯矩传传给柱脚脚外，其其它各层层住在上上、下端端间不再再传递弯弯矩。柱柱端弯矩矩因此亦亦毋需从从相邻两两层的分分析叠加加。第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：例题：图图示为一一两跨二二层刚架架，用直直捷分层层计算法法作M图。括号号内的数数字表示示每根杆杆线刚度度的相对对值。第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：（1）计算固固端弯矩矩（2）计算弯弯矩分配配系数节点G：第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：节点H：节点I：第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：节点D：节点E：第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：节点E：节点F：第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：顶层分配配过程：：（带*为固端端弯矩））第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：底层分配配过程：：（带*为固端端弯矩））第二节竖竖向荷荷载下的的近似计计算直捷分层层法：根据计算算得出的的杆端弯弯矩画弯弯矩图：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：假定：①风或地地震等水水平作用用简化为为作用于于框架节节点上的的水平力力；②忽略梁梁的轴向向变形，，同一层层内的各各节点具具有相同同的侧向向位移，，同一层层的各柱柱具有相相同的层层间位移移；③求各柱柱子剪力力时，各各柱上下下端都不不发生角角位移，，即梁线线刚度与与柱线刚刚度之比比为无限限大；④确定柱柱子反弯弯点位置置时，假假定除底底层以外外各柱子子上下端端节点转转角均相相同，即即假定除除底层外外，各层层框架柱柱的反弯弯点位于于层高的的中点；；对底层层柱，假假定反弯弯点位于于距支座座2/3层高处；；⑤梁端弯弯矩可由由节点平平衡条件件求出，，并按节节点左右右梁的线线刚度进进行分配配。适用条件件：梁柱柱线刚度度之比大大于3，（一般在在层数较较少，楼楼面荷载载较大的的框架结结构）第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：典型框架架在水平平荷载下下的变形形图及弯弯矩图：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：简化后的的水平荷荷载作用用下的弯弯矩图：：y=2h/3y=h/2yhhh反弯点yy=h/2FFF第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：计算步骤骤：1、计算柱柱子的侧侧移刚度度第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：计算步骤骤：2、层间各柱柱剪力分分配第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：计算步骤骤：3、计算柱端端弯矩上层柱：：反弯点点在1/2处：底层柱：：反弯点点在距支支座2/3层高处：：柱顶：柱底：y=2h/3y=h/2yhhhyy=h/2FFF第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：计算步骤骤：4、计算梁端端弯矩根据梁柱柱节点平平衡边柱：中柱：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：计算步骤骤：5、计算梁柱柱剪力，，柱轴力力分别取梁梁、柱为为隔离体体，计算算剪力；；取梁柱节节点为隔隔离体，，根据梁梁端剪力力，计算算柱轴力力，绘制内内力图第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：例题：已知框架架计算简简图如图图所示，，图中括括号内数数值为该该杆件的的线刚度度。用反反弯点法法求出各各杆件内内力，并并绘制出出弯矩图图。第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：解：(1）求出各各柱在反反弯点处处的剪力力第三层：：第二层：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：第一层：：（2）求出各各柱柱端端的弯矩矩第三层：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：第二层：：第一层：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：(3）求出各各横梁梁梁端的弯弯矩第三层：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：第二层：：第三节水水平荷荷载下的的近似计计算反弯点法法：第一层：（4）绘制各标杆杆件的弯矩图图第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：对于层数较多多的框架，由由于柱子轴力力大，柱截面面也随着增大大，梁柱线刚刚度比较接近近，甚至有时时柱线刚度反反而比梁的线线刚度大，结结点转角较大大，这与反弯弯点法的适用用条件不符。。日本武藤清教教授在分析多多层框架的受受力特点和变变形特点的基基础上，对框框架在水平荷荷载作用下的的内力计算，，提出了修正正柱的侧移刚刚度和调整反反弯点高度的的方法。修正正后的柱侧移移刚度用D表示，故称为为D值法。第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：优点：1、D值法的计算步步骤与反弯点点法基本相同同，计算简单单实用。2、对柱抗侧刚刚度和反弯点点高度进行了了修正，计算算精度比反弯弯点法高，尤尤其是计算高高层框架时最最高和最低数数层。缺点：1、忽略柱的轴轴向变形，随随结构高度增增大，误差增增大。2、非规则框架架中使用效果果不好。第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：解决的问题：：1、修正柱的抗抗侧刚度框架节点对柱柱的约束应为为弹性支承，，节点转动影影响柱的抗侧侧移刚度，柱柱的侧移刚度度不但与柱本本身的线刚度度和层高有关关，而且还与与梁的线刚度度有关。为考虑柱上下下端节点弹性性约束的修正正系数，反映映了梁柱线刚刚度比值对柱柱抗侧刚度的的一个影响（（降低）系数数，当框架梁梁的线刚度无无穷大时，第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：值值的计算楼层简图k一般柱边柱

底层柱固结

第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：与反弯点法相相似，层间剪剪力按修正后后的柱抗侧刚刚度分配：第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：解决的问题：：2、修正柱的反反弯点高度假定：框架在在节点水平力力作用下，同同层各节点的的转角相等，，即假定同层层各横梁的反反弯点均在各各横梁跨度的的中央而该点点无竖向位移移，对框架进行简简化。修正后的反弯弯点高度比：：第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：简化后的框架：修正后的反弯弯点高度比：：第四节水平平荷载下的近近似计算D值法：修正后的反弯弯点高度比：：：标准反弯点点高度比，与与结构总层数数n，该柱所在的的层次j，框架梁柱线线刚度比K及侧向荷载的的形式有关。。：考虑上下横横梁线刚度比比对反弯点高高度影响的修修正值。：考虑上层层层高变化对反反弯点高度影影响的修正值值，对顶层柱柱，。：考虑下层层层高变化对反反弯点高度影影响的修正值值，对底层柱柱，。第五节水平平荷载作用下下位移的近似似计算D值法：位移组成：剪剪切型变形+弯曲型变形剪切型变形：：梁柱弯曲变变形产生的侧侧移，特点：：底层层间侧侧移最大，向向上逐渐减小小。弯曲型变形：：柱轴向变形形产生的侧移移，特点：顶顶层层间侧移移最大，向下下逐渐减小。。剪切型变形弯弯曲型变变形剪剪切型变变形弯弯曲型变形形第五节水平平荷载作用下下位移的近似似计算D值法：位移计算公式：层间位移：顶点位移：上述公式求得得的结构侧向向位移只是梁梁、柱弯曲变变形产生的变变形量，而未未考虑梁、柱柱的轴向变形形和截面剪切切变形所产生生的结构侧移移。第六节框架架结构的内力力组合D值法：在恒荷载、活活荷载、风荷荷载及地震作作用分别计算算框架结构内内力后，要按按照“可能与与最不利”的的原则进行内内力组合。目的：求出控控制截面的最最不利内力控制截面及最最不利组合内内力框架梁：梁端端截面：梁跨中截面：：第六节框架架结构的内力力组合D值法：控制截面及最最不利组合内内力框架柱：柱上上、下端截面面：以及相应的以及相应的以及相应的第六节框架架结构的内力力组合D值法：梁端最危险截截面在梁端柱柱边，而不是是在结构计算算的轴线处，，故梁端控制制截面的组合合用内力为：：计算水平荷载载或竖向集中中荷载产生的内力时时，。第六节框架