6 5 4 3 2 1 注:此表要根据设计题目列出梁柱的种类,弯矩的单位为KN.m,剪力的单位为KN,轴力的单位为KN,长度单位为m。画出框架弯矩分布图和梁端剪力及柱轴力分布图。
3)、梁端弯矩与剪力和柱的轴力的计算
由于梁柱节点处梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和,所以梁每端弯矩可由柱端弯矩之和按梁的线刚度之比分配而得。
梁端剪力为梁两端弯矩之和除以梁的跨度而得。
柱的轴力可通过梁柱节点处力的平衡而得到,节点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力的增量。对中柱而言,当梁的跨度接近时,轴力近似为零。应当注意的是由于地震荷载的方向是可变的,故梁柱的弯矩、剪力和轴力的方向也是变化的。
(三)、风荷载作用下内力与侧移的计算 1、 风荷载的确定
由于风荷载大小及方向的不确定性,给计算带来了一定的困难,为简化计算,可将分布作用于墙体表面上的风荷载换算成节点水平荷载计算,将计算单元内节点上下半层墙面上的分布风荷载作用在该节点上,女儿墙和屋面上的风荷载由框架的顶节点承受。垂直于建筑物表面的风荷载标准值?k(kN/m)可由下式确定:
2?k??zusuz?0
2式中,?0为基本风压值(kN/m),可从规范中查出,但是?0?0.3kN/m,
2us为风荷载体型系数,按规范;uz为风压高度变化系数(规范P25地面粗糙系数均
取C)。
?2=1+
???z ?z式中,?—脉动增大系数(规范P42查)
?z—振型系数
?—脉动影响系数(规范P42查注意表7.4.4—2)
取一个刚架单元按公式计算沿房屋高度的分布风荷载标准值。
Q(z)=bW0?Z?S得各楼层标高处的Q(z)。
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?Z
式中,b为横向框架受风宽度,?Z要根据各楼层的标高Hi差取?Z代入可直接
风压计算要注意,受风面和负风面两种水的力的作用,分别算出后叠加为一种水平荷载计算。
另外《荷规》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?Z来考虑风压脉动的影响,故要计算?Z值。
表 沿高度分布风载标准值 层次 7 6 5 4 3 2 1
2、 风荷载作用下框架结构的内力计算
风荷载确定后,同样采用反弯点或D值方法,来计算风荷载作用下,结构的内力。具体的计算步骤为:
1)根据实际求得的作用于各层的等效侧向荷载形式,查表得各层反弯点高度比yn。
2)与水平地震作用的求解方法相同,根据各层的反弯点高度,求出各层剪力,并分配给每层各柱;
3)进一步求解柱端弯矩,梁端弯矩、剪力等内力值。 3.3.5 竖向荷载作用下的结构内力计算
竖向荷载作用下,一般取平面结构单元,按平面计算简图进行内力分析。根据结构布置及楼面荷载分布等情况,选取几榀有代表性的框架进行计算。作用在每榀框架上的荷载为将梁板视为简支时的支座反力;若楼面荷载均匀分布,则可从相邻柱距中线截取计算单元,见图 ,框架承受的荷载为计算单元范围内的荷载;对现浇楼面结构,作用载框架上的荷载可能为集中荷载、均布荷载、三角形或梯形分布荷载以及力矩等,见图 。
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Hi(m) Hi/H ?Z ?Z ?Z(+) q1(z)KN/m ?Z(-) q(z)KN/m
图 竖向荷载作用下框架结构计算简图
(一)、基本假定
1)多层多跨框架在竖向荷载作用下的侧移是不大的,可以忽略框架在竖向荷载作用下的侧移和侧移力矩,近似地按无侧移框架分析;
2)忽略本层荷载对其他各层内力的影响。当某层梁上作用有竖向荷载时,在该层梁及相邻柱子中产生较大内力,而在其它楼层的梁、柱中所产生的内力,在经过柱子的传递和节点的分配后,其值将随着传递和分配次数的增加而衰减,且梁的线刚度越大,衰减越快。因此在进行竖向荷载作用下的内力分析时,可假定作用在某一层框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力,而对其他楼层的框架梁和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。
于是,多层多跨框架在多层竖向荷载同时作用下的内力,可以看成是多层竖向荷载单独作用下的内力的叠加。而实际上,除底层柱子的下端为固定端以外,其他各层柱端均有转角产生,其他部分对计算楼层的约束作用应为介于铰支承与固定支承之间的弹性支承。为了减少误差,在计算时应作如下修正:除底层以外其它各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数;柱的弯矩传递系数取为1/3,底层柱仍为1/2。
(二)、计算步骤
1) 将多层框架分层,以每层梁与上下柱组成的单层框架为计算单元,柱远端假定为固端。
2) 确定梁的固端弯矩及节点各杆的弯矩分配系数,几种常遇荷载作用下梁的固端弯矩计算公式如表 。
表 等截面梁固端弯矩及杆端剪力
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3) 用弯矩分配法分别单独的进行力矩分配、传递、再分配······直至平衡,梁端弯矩求出后,从框架中截取梁为隔离体,用平衡条件可得梁端剪力及跨中弯矩,柱轴力为该层以上所有与该柱相连的梁端剪力与节点集中力之和,当为恒载作用时柱轴力中还应包括柱自重,柱端剪力可由柱端弯矩用平衡条件确定。
4) 分层计算所得得梁端弯矩即是梁的最后弯矩。由于每段柱子既是上层的下柱,又是下层的上柱,分别属于上下两个计算单元,上下层的恒载是同时存在的,所以柱端弯矩应由上下两层的计算结果叠加。因为分层计算时,假定上下柱得远端为固定端,而实际上是弹性支承,为了使误差减小些,除底层外,其它各层柱得线刚度乘以折减系数0.9,传递系数取1/3。此时,计算所得节点处的弯矩可能不平衡,这是由于分层计算单元与实际结构不符带来的误差,但一般误差不大,如需进一步调整时,可根据节点的分配系数,对节点(特别是边节点)的不平衡力矩再作一次分配,但不再传递。
对侧移较大的框架及不规则的框架不宜采用分层法。 5) 活荷载的不利布置及梁支座负弯矩调幅
计算活荷载作用下的框架内力时,按理应考虑活荷载的不利布置,但这样将使计算量增加很多,故手算时一般采用简化方法。对于一般民用建筑中的楼面活荷载,当活荷载与恒载之比不大于1时,可按活荷载满布计算。如此求得的梁支座弯矩、剪力及柱的最大轴力与按考虑活荷载不利布置求得的相应内力值很接近,但梁的跨中弯矩值偏低,实用上将这样所得的跨中弯矩乘以系数1.0~1.2予以调整。
为了便于施工及提高框架结构的延性,通常对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅。对现浇框架结构,调幅系数可取0.8~0.9;对装配式框架结构,调幅系数可取0.7~0.8。梁支座负弯矩调幅后,跨中弯矩应按调幅后的支座弯矩及相应荷载用平衡条件求得。
上述方法求得的梁、柱端弯矩和剪力为梁、柱支座中心处的弯矩和剪力,应进而求出梁、柱支座边缘截面的弯矩和剪力。
3.3.6 内力组合及最不利内力
根据框架结构构件的受力特点,应恰当的选择设计控制截面及不利内力类型,各种荷载的布置方法,内力调整要求及组合方法,以便求出构件的设计内力。
其一般步骤为:由恒载、活载、风荷载及地震作用分别计算框架梁柱内力,对某些内力值进行处理后,按照荷载效应组合规定,选取可能的多种组合类型,进行内力叠加。然后在各种组合类型中,根据控制截面和其相应的最不利内力类型,选
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