第三章框架结构设计案例分析.ppt

建 筑 结 构 设 计 第三章 多层和高层框架结构设计 框架结构的特点和适用范围 定义： 横梁与立柱为主要承重构件，节点全部或大部分为刚性连接 满足使用功能的要求 例：某七层框架结构，每层建筑平面如下图示，抗震等级为三级，每层层高均为3米，试初步确定底层柱梁尺寸及混凝土强度等级。 如图所示一榀三层框架计算简图，已知其柱截面均为350mmx400mm,梁截面均为250mmx600mm,梁两边均不带翼缘，试确定其二层A节点处的梁负弯矩值。 （3）计算支座弯矩值和弯矩分配系数： （3）计算支座弯矩值和弯矩分配系数： （3）计算支座弯矩值和弯矩分配系数： （4）弯矩两次分配一次传递结果如下图示： (1)绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个方框 例:已知一榀三层框架在二层上分配的地震力为160KN，各柱梁线刚度为 试按照D值法求B柱分配的剪力值及其反弯点高度。 （2）求B柱上分配的地震剪力： 整体浇筑时，梁的跨中截面按T形截面计算，支座按矩形计算 （5）叠加A节点支座弯矩值为：下柱14.2，上柱13.1，左梁 74.4，右梁-101.7（单位KN.m），注意应核算计算是否正确，即节点弯矩最后是否平衡（14.2+13.1+74.4-101.7=0, 平衡） ? 竖向荷载作用下的计算方法——迭代法 (2)计算汇交于每一个节点各杆的转角分配系数 (3)计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩 ，并写在相应的各杆端部，求出汇交 于每一个节点的各杆固端弯矩之和 ，并写在该节点的内框中。 (4)计算每一个杆件的近端转角弯矩 (5)循环计算，直至满足精度要求 (6)计算每一杆端的最后弯矩值 (7)得到弯矩图，进而得到剪力图和轴力图 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 水平荷载为节点荷载，所以在柱中必有直线弯矩图，定能找 到反弯点，如果能求得反弯点处的剪力和反弯点的高度，即 可求得柱的弯矩图，进而求得弯矩图。 （1）在剪力分配时，认为 基本假定 解题思路 （2）反弯点位置（图3.6.6) （3）不考虑框架梁的轴向变形，同一层各节点水平位移相等 其余柱： 底层柱： 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 柱的抗侧刚度 柱顶产生单位位移所需的水平力(剪力）称为抗侧刚度，用D表示。 h Δ=1 D 如果柱两端没有转角，则抗侧刚度D为 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 F2 F3 F1 V31 V33 V32 V31 F3 V32 V33 Δ31 Δ32 Δ33 反弯点处剪力计算 平衡条件 几何条件 物理条件 各柱的剪力 柱剪力计算 将框架在某一层的反弯点切开 V31 F3 V32 V33 Δ31 Δ32 Δ33 F3 F2 V21 V22 V23 F2 F1 V11 V12 V13 F3 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 反弯点处剪力计算 结论：每一层各柱剪力之和等于该层以上水平荷载之和，而每一根柱分配到的剪力按抗侧刚度之比分配 柱剪力计算 柱端弯矩计算 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 逐层取脱离体，利用各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩 底层柱： Vi1 Vi2 Vij Vi1hi/2 Vi1hi/2 Vi2hi/2 Vi2hi/2 Vijhi/2 Vijhi/2 其余层柱： 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 梁端弯矩计算 梁端弯矩由节点平衡条件求出，并按同一节点上各梁的线刚度分配 顶部边节点 一般边节点 中节点 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 梁端剪力计算 l 从上到下利用节点竖向力平衡条件求出 柱轴力计算 在各层反弯点处切开 柱反弯点处的剪力 剪力分配 柱端弯矩 梁端弯矩 利用节点力 矩平衡条件 梁端剪力 柱轴力 节点竖向力 平衡条件 水平荷载作用下的计算方法——反弯点法 计算步骤 适用范围 反弯点适用于梁的线刚度与柱的线刚度之比不小于3，即 水平荷载作用下的计算方法——D值法 两点改进: 柱的侧移刚度和柱反弯点的位置; 柱的抗侧刚度 考虑柱本身线刚度和上下层梁刚度的影响,对抗侧刚度修正： 柱抗侧刚度修正系数 （表3.6.2) 反弯点高度修正 水平荷载作用下的计算方法——D值法 柱的反弯点高度比 顶层柱没有y2修正值，底层柱没有y3修正值，也没有y1修正值 经过各项修正后，柱反弯点高度： y0 ––– 标准反弯点高度比，主要考虑梁柱线刚度比及楼层位置的影响； y1 ––– 上下层横梁线刚度不同时的修正系数； y2, y3 ––– 上、下层层高不同的修正系数。 将反弯点高度和柱的抗侧刚度修正后，其余的计算步骤同反弯点法。 解：（1）求各柱的D值： 按照表3.6.2求一般层柱抗侧移刚度修正系数 左边柱： 右边柱： 中柱： 则D左柱＝