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混凝土框架结构设计毕业设计指导书.doc

混凝土框架结构设计毕业设计指导书

施玉苓
2019-03-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《混凝土框架结构设计毕业设计指导书doc》,可适用于工程科技领域

高等学校土木工程专业毕业设计指导用书混凝土框架结构设计主编参编主审内容提要本书为土木工程专业系列选修课教材中的土木工程专业毕业设计指导用书主要内容包括建筑结构的选型与布置、结构计算简图确定、框架结构内力计算方法、荷载组合及内力组合原则、框架梁柱截面设计、板设计、楼梯结构设计、基础设计、PKPM软件在框架结构设计中的应用、结构施工图绘制、单位工程施工组织设计由一翔实完整的工程结构设计实例贯穿全书其间穿插结构设计各阶段的知识要点和计算分析方法突出重点、难点并附有符合现行设计表达要求的用平法表示的主要结构构件施工图。全书安排内容满足土木工程专业的教学计划要求且符合社会发展对土木工程专业房屋建筑方向毕业生的具体需要可供高等院校全日制本、专科毕业设计用书也可作为土木工程设计、施工、教学人员参考。前言目前土木工程专业房屋建筑工程方向本科毕业生虽然有相当一部分都直接从事建筑工程施工工作但大多数学校仍将框架结构设计作为毕业设计的主要选题主要是框架结构的结构类型在建筑结构中具有代表性难度及工作量也较适宜于一般学生的学习水平。通过结构设计的全过程训练帮助学生对建筑结构的基本概念、一般构造要求进行系统全面的梳理对今后无论是从事设计、施工还是其它相关工作的毕业生都具有指导作用。为符合面向经济建设、结合生产实际的具体需求使学生能更快地适应具体工作编者认为应对毕业设计内容进行相应调整宜以结构设计为主要内容手算分析与专业软件分析相结合并加入部分施工组织设计工作。本指导书的编写体系采用两条平行路线一部分为结构设计的基本概念、设计方法和计算步骤另一部分为一非常翔实完整的工程结构设计实例。每一章都先对该部分要掌握的知识要点和计算分析方法进行简要阐述突出重点、难点在此基础上再通过设计实例提供具体的实施方法和步骤使理论与实际充分融合。两部分内容互相穿插可有目的地引导学生学习结构设计的基本理论知识和方法有效避免对例题的生搬硬套。在撰写本书的过程中参考了较多的教材、专业设计手册及国家规范但由于编写时间较长有些资料已难以列出在此一并向有关作者表示感谢。由于水平有限书中错误及不当之处在所难免敬请读者、专家指正以便及时修正和完善。编者目录第一章结构选型与布置结构选型结构布置设计例题已知条件第二章确定计算简图基本理论设计例题确定计算简图梁、柱截面尺寸材料强度等级荷载计算第三章框架内力计算计算方法竖向荷载作用下框架内力计算框架活荷载不利布置水平荷载作用下框架内力计算例题计算恒载作用下的框架内力活载作用下的框架内力风荷载作用下的位移、内力计算地震作用下横向框架的内力计算第四章框架内力组合荷载组合控制截面及最不利内力控制截面最不利内力组合弯矩调幅例题计算第五章框架梁柱截面设计理论基础例题计算第六章楼梯结构计算设计基本理论板式楼梯梁式楼梯例题设计梯段板计算休息平台板计算梯段梁计算第七章现浇楼面板设计计算方法单向板肋形楼盖双向板肋形楼盖例题计算跨中最大弯矩求支座中点最大弯矩A区格E区格第八章基础设计柱下独立基础设计按持力层强度初步确定基础底面尺寸抗震承载力验算地基软卧层强度验算地基变形验算确定基础高度基础底板配筋基础设计例题荷载计算确定基础底面积地基变形验算基础结构设计第九章PKPM软件在框架结构设计中的应用 PKPM软件介绍 框架结构设计在PKPM系列软件中的实施 PMCAD全楼结构模型建立 PK模块分析单榀框架内力 TAT空间框架分析及平法配筋施工图绘制软件分析结果与手算结果分析比较第十章施工图绘制结构施工图的表示方法各类结构构件的平法施工图柱平法施工图梁平法施工图板平法施工图楼梯平法施工图基础平法施工图标准构件详图例题部分施工图第十一章单位工程施工组织设计单位工程施工组织设计概述单位工程施工组织设计的编制依据单位工程施工组织设计的编制程序和基本内容单位工程施工组织设计指导工程概况施工准备施工方案施工进度计划资源需要量计划施工现场平面图技术措施某中学教学楼施工组织设计实例工程概况施工准备工作施工方案施工进度计划施工平面布置图技术质量、安全生产、文明施工措施附录规则框架承受均布及倒三角形分布水平力作用时标准反弯点的高度比附录双向板弯矩、挠度计算系数主要参考文献第一章结构选型与布置结构设计的主要内容包括:结构选型、结构布置、确定计算简图、选择合理简单的计算方法进行各种荷载作用下的内力计算、荷载效应组合、截面配筋设计(计算、构造)、绘施工图。结构选型结构选型是一个综合性问题应选择合理的结构形式。根据结构受力特点常用的建筑结构形式有:混合结构、框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构(一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构)等。混和结构主要是墙体承重由于取材方便造价低施工方便我国广泛地应用于多层民用建筑中但砌体结构强度低、自重大、抗震性能较差一般用于层及层以下的建筑。框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载墙体起维护作用其整体性和抗震性均好于混合结构且平面布置灵活可提供较大的使用空间也可构成丰富多变的立面造型但随着层数和高度的增加构件截面面积和钢筋用量增多侧向刚度越来越难以满足设计要求一般不宜用于过高的建筑现浇框架结构适用最大高度见表。框架-剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙既能满足平面布置灵活又能满足结构抗侧力要求一般常用于~层的建筑中。剪力墙结构是依靠剪力墙承受竖向及水平荷载整体性好、刚度大、抗震性能好常用于~层的高层建筑。现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m)表结构体系设防烈度框架结构结构选型时需充分了解各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等根据建筑物高度及使用要求结合具体建设条件进行综合分析从而做出最终的决定。结构设计中选择合理科学的建筑结构体系非常重要是达到既安全可靠又经济合理的重要前提。实际工程中多层与小高层常采用框架结构体系。在我国由于经济水平及其它条件的限制混凝土框架结构比钢框架结构应用要广因此本书以现浇钢筋混凝土框架结构作为分析实例。结构布置进行混凝土框架结构布置的主要工作是合理地确定梁、柱的位置及跨度。其基本原则是:()结构平面形状和立面体型宜简单、规则使刚度均匀对称减小偏心和扭转。()控制结构高宽比以减少水平荷载下的侧移钢筋混凝土框架结构高宽比限值为:非抗震设防时为度、度抗震设防时为度抗震设防时为度抗震设防时为。()尽量统一柱网及层高以减少构件种类规格简化梁设计及施工。框架结构的柱网尺寸即平面框架的柱距(开间、进深)和层高首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求柱网布置方式可分为内廊式、等跨式、不等跨式等几种见图其次是满足建筑平面功能的要求如图此外平面应尽可能简单规则、受力合理使各构件跨度、内力分布均衡如图。工程实践中常用的梁、板跨度:主梁(与框架柱相连且承担楼面板主要荷载的梁)跨度~m次梁跨度~m单向板跨~m一般不得超过m双向板跨m左右荷载较大时宜取较小值因为板跨直接影响板厚而板的面积较大板厚度的增加对材料用量及结构自重增加影响较大。()房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内当房屋长度超过规定值时伸缩缝将房屋分成若干温度区段。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生裂缝而设置的。在伸缩缝处基础顶面以上的结构和建筑全部分开。现浇钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距为m。确定层高、柱网尺寸后应选择合理的结构平面布置方案即选择合理的楼盖类型。详见第章。图旅馆横向柱列布置图结构布置对框架内力分布地影响设计例题已知条件题目:江苏省南京市六合区某中学教学楼根据建筑方案图本工程结构为四层钢筋混凝土框架建筑面积约m建筑一层平面图、南立面图、东立面图及剖面图分别见图、、、结构标准层平面及剖面简图如图、所示其它条件如下:气象资料()基本风压值:W=kNm()基本雪压值:S=kNm水文地质资料场地条件:拟建场地地表平整现场地标高变化范围在m土层分布见图。场地地下水类型上层滞水水位在地表下m。场地土层等效剪切波速为msmledovlem。场地为稳定场地,类别Ⅱ类。场地土层物理力学指标见表:土层号天然含水量omega()天然重度gamma(KNm)天然孔隙比e塑性指数IP液性指数IL抗剪强度指标压缩指标ES承载力特征值fak(kPa)Ck(kpa)phik(ordm)①②③④抗震设防烈度:七度。(假定场地覆盖层厚度大于m小于m。)荷载资料()教学楼楼面活载查《建筑结构荷载规范》(GBndash)确定楼面活载标准值为kNm()不上人屋面:活载标准值为kNm()屋面构造:厚times的C预制钢筋混凝土架空板、防水层、厚:水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土屋面板、厚纸筋石灰粉平顶()楼面构造:水泥楼面:厚:水泥砂浆面层压实抹光、厚:水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土楼面板、厚纸筋石灰粉平顶()围护墙:围护墙采用厚非承重空心砖(timestimes,容重kNm)M混合砂浆砌筑双面粉刷(容重kNm)每开间采用times(btimesh)通长塑钢窗。本工程采用全现浇框架结构由于开间较小双向板的跨度超过经济跨度不多同时考虑使用要求在楼面不设次梁。图一层建筑平面图(:)图南立面图(:)图东立面图图剖面图图标准层柱网平面布置图图剖面图图土层分布第二章确定计算简图基本理论实际建筑结构是三维空间结构且结构材料和结构荷载都具有随机性使结构精确分析十分困难。在没有计算机辅助设计的情况下当结构布置规则、荷载分布均匀时我们通常将空间框架简化为平面框架采用手算进行分析其中计算模型和受力分析都必须进行不同程度的简化。要计算出框架结构中梁柱内力必须首先确定框架结构简化后的计算简图即需确定框架的计算单元、框架的跨度、层高、构件截面、框架承受荷载等。计算单元一般取中间具有代表性的一榀框架进行分析见图-(a)现浇框架梁柱的连接节点简化为刚接框架柱与基础的连接简化为固结。跨度、层高结构计算中杆件用其轴线来定位框架梁跨度取柱子轴线之间的距离当上下层柱截面尺寸变化时一般以最小截面的形心线来确定。框架层高底层取基础顶面到二层楼板结构顶面的距离其余层取下层结构楼面到上层结构楼面的距离。此阶段由于基础设计还未进行可初步估算基础顶面的位置:根据地基土层的分布情况初步确定基础的形式、基础高度和持力层位置即可估算出基础顶面的位置如图所示。当基础埋置较深若采用刚性地面也可直接采用h=底层层高m进行计算。图基础埋深构件材料选择)混凝土选择混凝土强度等级时要根据混凝土结构的环境类别满足混凝土耐久性要求当采用HRB钢筋时混凝土强度等级不宜低于C当采用HRB和RRB钢筋以及承受重复荷载的构件混凝土强度等级不得低于C。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时混凝土强度等级不宜低于C。抗震设计时现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级按一级抗震等级设计时不应低于C按二~四级和非抗震设计时不应低于C。现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C框架柱的混凝土强度等级:抗震设防烈度为度时不宜大于C抗震设防烈度为度时不宜大于C。为便于施工梁、柱混凝土最好采用相同强度等级常用C~C。)钢筋结构构件中的普通纵向受力钢筋宜选用HRB、HRB钢筋箍筋宜选用HRB、HRB、HPB钢筋。对于钢筋混凝土框架梁、柱等主要结构构件的纵向受力钢筋通常采用HRB或HRB钢筋构造钢筋及箍筋可采用HPB对于钢筋混凝土板、墙等构件的受力钢筋可采用HPB或HRB构造钢筋采用HPB钢筋。构件截面估算及弯曲刚度的确定)柱柱的截面尺寸宜符合下列各项要求:矩形截面柱在非抗震设计时边长不宜小于mm抗震设计时截面的宽度和高度均不宜小于mm圆柱直径不宜小于mm剪跨比宜大于截面长边与短边的边长比不宜大于。若采用横向或纵向承重框架框架柱宜采用矩形截面若采用纵横向承重框架则宜采用方形截面。柱轴压比不宜超过《建筑抗震设计规范》(GB)表的规定即抗震等级分别为一、二、三的框架结构柱轴压比限值分别为、、。轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。在初步估算柱截面面积时应满足下式:式中Nc:考虑地震荷载组合时柱的轴力设计值可进行初步估算C:弯矩对框架柱轴力的影响中柱扩大系数取边柱S为该柱承担的楼面荷载面积近似按柱距划分mu:轴压比柱轴压比不宜超过《建筑抗震设计规范》的规定。)梁梁的截面尺寸宜符合下列各项要求:截面宽度不宜小于mm截面高宽比不宜大于净跨与截面高度之比不宜小于。梁截面一般可先按下列方法估算:()框架主梁:h=(~)lb=(~)hbgebcge()框架纵梁、承重梁:h=(~)l非承重梁:h=(~)l()次梁:h=(~)l在初步确定梁尺寸后可按全部荷载的~作用在框架梁上按简支梁进行抗弯、抗剪截面校核验算梁截面尺寸的合理性。()现浇板:连续单向板hgel连续双向板hgelhge其中h为梁截面高度b为梁截面宽度bc为柱截面宽度l为梁的跨度。框架结构中当梁柱有偏心时梁中线与柱中线之间的偏心矩不宜大于柱宽的。在计算梁、柱弯曲刚度时应考虑楼盖对框架梁的影响在现浇楼盖中中框架梁的截面惯性矩取I=I边框架梁取I=I在装配整体式楼盖中中框架梁的截面惯性矩取I=I边框架梁取I=II为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。框架柱的惯性矩按实际截面尺寸确定。梁、柱抗弯线刚度按计算式中为混凝土弹性模量为梁、柱长度为梁、柱截面惯性矩。荷载框架结构一般承担的荷载主要有:楼(屋)面恒载、使用活荷载、风荷载、地震作用及框架自重。楼(屋)面恒载:包括楼(屋)面板自重、建筑面层自重、天花板自重恒载标准值等于构件的体积乘以材料的自重。构件材料的自重可从《建筑结构荷载规范》(GB)中查得。楼(屋)面活荷载:活荷载根据建筑结构的使用功能由《建筑结构荷载规范》(GB)查出活荷载为面荷载。多、高层建筑中的楼面活荷载不可能以荷载规范所给的标准值同时满布在所有的楼面上所以在结构设计时可考虑楼面活荷载折减。对于住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的楼面梁当其负荷面积大于m时折减系数为。对于墙、柱、基础则需根据计算截面以上楼层数的多少取不同的折减系数如表所示。活荷载按楼层数的折减表墙柱基础计算截面以上层数计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数.(.).....注:当楼面梁的从属面积超过m时采用括号里的系数。楼(屋)面恒、活荷载的传递路线:楼面竖向荷载rarr楼板rarr梁(主梁、次梁)rarr柱rarr基础rarr地基图(a)框架结构不同的楼面结构布置其荷载传递路线亦不相同:(a)横向布置空心板:横向框架承重楼面竖向荷载rarr楼板rarr横向框架梁rarr柱rarr基础rarr地基(b)竖向布置空心板:纵向框架承重楼面竖向荷载rarr楼板rarr纵向框架梁rarr柱rarr基础rarr地基(c)现浇单向板肋梁楼盖设如图b次梁eqoac(○,A)~eqoac(○,B)、eqoac(○,B)~eqoac(○,C)跨近似为单向板肋梁楼盖荷载传递路线为:楼面竖向荷载rarr楼板rarr次梁rarr主梁(横向框架梁)rarr柱rarr基础rarr地基。填充墙自重直接传递至支承梁上。(d)双向板肋梁楼盖:现浇楼面板的长短边之比小于时为双向板否则为单向板图a结构楼面若采用现浇板不设次梁则为双向板。此时楼面竖向荷载的荷载传递路线为:楼面竖向荷载rarr楼板rarr纵、横向框架梁rarr柱rarr基础rarr地基双向板传向框架梁的路线如图。图(a)框架柱轴线图(b)单向板肋梁楼盖(双向承重框架)图结构布置对荷载传递路线的影响图双向板承重框架图框架节点集中风荷载计算范围风荷载主体结构计算时垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按下式计算:式中:为风荷载标准值(kN/m)为基本风压(kN/m)为风压高度变化系数为风荷载体型系数为z高度处的风振系数。式中各参数由《建筑结构荷载规范》(GB)中查得。计算时将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载范围是上下各半层、左右各跨的风压总和如图。地震作用高度不超过m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构可采用底部剪力法简化计算地震作用。采用底部剪力法时各楼层可仅取一个自由度结构的水平地震作用标准值应按下列公式确定:FEK=alphaGeqDeltaFn=deltanFEKFEk-结构总水平地震作用标准值图结构水平地震作用计算简图Geq-结构等效总重力荷载单质点应取总重力荷载代表值多质点可取总重力荷载代表值的Fi-质点i的水平地震作用标准值GiGj-分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值重力荷载代表值应取结构自重标准值和各可变荷载组合值之和各可变荷载的组合系数见《建筑抗震设计规范》(GB)表。各层重力荷载代表值中的恒载为整个楼层的以楼面上下各半层高度范围内的恒载与单榀框架恒载的计算范围不同如图。组合值系数表可变荷载种类组合值系数雪荷载屋面积灰荷载屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库其他民用建筑吊车悬吊物重力硬钩吊车软钩吊车不计入a)重力荷载代表值计算范围b)单榀框架恒载计算范围图重力荷载代表值计算范围HiHj-分别为质点i、j的计算高度alpha-相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值见图建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值应按表采用特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表采用,计算、度罕遇地震作用时特征周期应增加s。alpha地震影响系数alphamax地震影响系数最大值eta直接下降段的下降斜率调整系数gamma衰减指数Tg特征周期eta阻尼调整系数T结构自震周期图地震影响系数曲线水平地震影响系数最大值表地震影响度度度度多遇地震()()罕遇地震()()特征周期表(s)表设计地震分组场地类别ⅠⅡⅢⅣ第一组第二组第三组建筑结构地震影响系数曲线(图)的阻尼调整和形状参数应符合下列要求:  除有专门规定外建筑结构的阻尼比应取地震影响系数曲线的阻尼调整系数应按采用形状参数应符合下列规定:)直线上升段周期小于s的区段。)水平段自s至特征周期区段应取最大值(alphamax)。)曲线下降段自特征周期至倍特征周期区段衰减指数应取。)直线下降段自倍特征周期至s区段下降斜率调整系数应取。deltan-顶部附加地震作用系数多层钢筋混凝土和钢结构房屋可按《建筑抗震设计规范》(GB)表采用多层内框架砖房可采用其他房屋可采用DeltaFn-顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数表Tg(s)TTgTleTgleTTTT为结构基本自振周期对于质量、刚度沿竖向分布比较均匀的框架结构可按下式计算基本自振周期:为考虑非承重墙体刚度对结构周期的调整系数当采用实砌填充砖墙时取~当采用轻质墙、外挂墙板时或仅有纵墙时取无纵墙时取。为结构顶点的假想位移值是以各质点的重力荷载代表值作为水平荷载求得的结构顶点水平位移。采用底部剪力法时突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应宜乘以增大系数此增大部分不应往下传递,但与该突出部分相连的构件应予计入。计算水平荷载(风荷载、地震作用)作用下的侧移可采用D值法(详见第章)水平荷载作用下框架弹性侧移应满足规范所规定的限值:结构顶点总侧移需满足:楼层层间相对侧移需满足:侧移限值见下表:水平荷载作用下框架弹性侧移限值表填充墙类型风荷载作用下地震作用下uHDeltauhuHDeltauh空框架或轻质隔墙考虑砌体填充墙抗侧力作用若水平侧移不满足规定要求应重新确定截面尺寸增大结构刚度。设计例题确定计算简图本工程横向框架计算单元取图中斜线部分所示范围框架的计算简图假定底层柱下端固定于基础按工程地质资料提供的数据查《抗震规范》可判断该场地为Ⅱ类场地土地质条件较好初步确定本工程基础采用柱下独立基础挖去所有杂填土基础置于第二层粉质粘土层上基底标高为设计相对标高ndashm(图)。柱子的高度底层为:h=ndash=m(初步假设基础高度m)二~四层柱高为h~h=m。柱节点刚接横梁的计算跨度取柱中心至中心间距离三跨分别为:l=、、。计算简图见图。梁、柱截面尺寸()框架柱:③、⑨轴边柱⑤、⑥、⑦轴与A轴相交的边柱由构造定为times其余均为times()梁:横向框架梁AB跨、CD跨:timesBC跨:times。纵向连系梁:times。图计算简图材料强度等级混凝土:均采用C级钢筋直径gemm的采用HRB钢筋其余采用HPB钢筋。荷载计算本例题以⑧轴线横向框架为计算分析对象。屋面横梁竖向线荷载标准值a)恒载作用下结构计算简图b)活载作用下结构计算简图图计算简图()恒载(图a)屋面恒载标准值:厚架空隔热板times=kNm防水层kNm厚:水泥砂浆找平层times=kNm()厚钢混凝土现浇板times=kNm(ABCD跨板厚取BC跨取)(times=kNm)厚纸筋石灰粉平顶times=kNm屋面恒载标准值:kNm(kNm)梁自重边跨AB、CD跨:timestimes=kNm梁侧粉刷:times()timestimes=kNmkNm中跨BC跨:timestimes=kNm梁侧粉刷:times()timestimes=kNmkNm作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为:梁自重:gAB=gCD=kNmgBC=kNm板传来的荷载:gAB=gCD=times=kNmgBC=times=kNm()活载(图b)作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为:qAB=qCD=times=kNmqBC=times=kNm楼面横梁竖向线荷载标准值()恒载(图a)厚水泥砂浆面层times=kNm()厚钢混凝土现浇板times=kNm(times=kNm)厚板底粉刷times=kNm楼面恒载标准值:kNm(kNm)边跨(ABCD跨)框架梁自重:kNm中跨(BC跨)梁自重:kNm作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为:梁自重:gAB=gCD=kNmgBC=kNm板传来荷载:gAB=gCD=times=kNmgBC=times=kNm()活载(图b)楼面活载:qAB=qCD=times=kNmqBC=times=kNm屋面框架节点集中荷载标准值:(图)()恒载边跨连系梁自重:timestimestimes=kN粉刷:times()timestimestimes=kNm高女儿墙:timestimes=kN粉刷:timestimestimestimes=kN连系梁传来屋面自重:timestimestimestimes=kN顶层边节点集中荷载:GA=GD=kN图恒载顶层集中力中柱连系梁自重:timestimestimes=kN粉刷:()()timestimestimes=kN连系梁传来屋面自重:timestimestimestimes=kNtimes()timestimes=kN顶层中节点集中荷载:GB=Gc=kN()活载:QA=QD=timestimestimestimes=kNQB=Qc=timestimestimestimestimes()timestimes=kN楼面框架节点集中荷载标准值:(图)()恒载:边柱连系梁自重kN粉刷:kN连系梁传来楼面自重:timestimestimestimes=kNkN中间层边节点集中荷载:GA=GD=kN框架柱自重:GArsquo=GDrsquo=timestimestimes=kN中柱连系梁自重:kN粉刷:kN连系梁传来楼面自重:timestimestimestimes=kNtimes()timestimes=kNkN中间层中节点集中荷载:GB=Gc=kN柱传来集中荷载:GBrsquo=Gcrsquo=kN()活载:QA=QD=timestimestimestimes=kNQB=QC=timestimestimestimestimes()timestimes=kN图恒载中间层结点集中力风荷载已知基本风压W=kNm本工程为市郊中学地面粗糙度属B类按荷载规范。风载体型系数:迎风面为背风面为ndash因结构高度H=m<m(从室外地面算起)取风振系数计算过程如表所示风荷载图见图:图横向框架上的风荷载风荷载计算表层次betazmusZ(m)muzW(kNm)A(m)Pi(kN)地震作用)建筑物总重力荷载代表值Gi的计算(a)集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G雪载:timestimestimes=kN层面恒载:timestimestimestimestimes=kN横梁:(timestimestimes)times=kN纵梁:()timestimes()timestimes=kN女儿墙:timestimes()times=kN柱重:timestimestimestimestimestimestimestimes=kN横墙:timestimestimes(timestimes)times=kN纵墙:(timestimes)timestimestimestimestimes=kN(忽略内纵墙的门窗按墙重量算)钢窗:timestimestimestimes=kNGE=kN(b)集中于三、四层处的质点重力荷载代表值G~G楼面活载:timestimestimes=kN楼面恒载:timestimestimestimestimes=kN横梁:kN纵梁:kN柱重:times=kN横墙:times=kN纵墙:times=kN钢窗:times=kNG=G=kN(c)集中于二层处的质点重力荷载标准值G楼面活载:kN楼面恒载:kN横梁:kN纵梁:kN柱重:timestimestimes()timestimestimestimes()times=kN横墙:times=kN纵墙:times=kN钢窗:times=kNG=kN)地震作用计算:()框架柱的抗侧移刚度在计算梁、柱线刚度时应考虑楼盖对框架梁的影响在现浇楼盖中中框架梁的抗弯惯性矩取I=I边框架梁取I=I在装配整体式楼盖中中框架梁的抗弯惯性矩取I=I边框架梁取I=II为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱线刚度表杆件截面尺寸Ec(kNmm)I(mm)I(mm)L(mm)(kN﹒mm)相对刚度B(mm)H(mm)边框架梁timestimestimes边框架梁timestimestimes中框架梁timestimestimes中框架梁timestimestimes底层框架柱timestimestimes中层框架柱timestimestimes底层框架柱timestimestimes中层框架柱timestimestimes每层框架柱总的抗侧移刚度见表:框架柱横向侧移刚度D值表项目根数层柱类型及截面二至四层边框架边柱(times)边框架中柱(times)中框架边柱(times)中框架边柱(times)中框架中柱(times)底层边框架边柱(times)边框架中柱(times)中框架边柱(times)中框架边柱(times)中框架中柱(times)ic:梁的线刚度iz:柱的线刚度。底层:sumD=times()timestimestimes=kNmm二~四层:sumD=times()timestimestimes=kNmm()框架自振周期的计算框架顶点假想水平位移Delta计算表表层Gi(kN)sumGi(kN)sumD(kNmm)delta=sumGisumD(层间相对位移)总位移Delta(mm):(考虑结构非承重砖墙影响的折减系数对于框架取)则自振周期为:()地震作用计算根据本工程设防烈度、Ⅱ类场地土设计地震分组为第一组查《抗震规范》特征周期Tg=secalphamax=结构等效总重力荷载:TTg=times=sec故需考虑框架顶部附加集中力作用框架横向水平地震作用标准值为:结构底部:各楼层的地震作用和地震剪力标准值由表计算列出。楼层地震作用和地震剪力标准值计算表表层Hi(m)Gi(kN)GiHi楼层剪力Vi(kN)图横向框架上的地震作用第三章框架内力计算计算方法框架结构一般承担的荷载主要有恒载、使用活荷载、风荷载、地震作用其中恒载、活荷载一般为竖向作用风荷载、地震则为水平方向作用手算多层多跨框架结构的内力(M、N、V)及侧移时一般采用近似方法。如求竖向荷载作用下的内力时有分层法、弯矩分配法、迭代法等求水平荷载作用下的内力时有反弯点法、改进反弯点法(D值法)、迭代法等。这些方法采用的假设不同计算结果有所差异但一般都能满足工程设计要求的精度。本章主要介绍竖向荷载作用下无侧移框架的弯矩分配法和水平荷载作用下D值法的计算。在计算各项荷载作用效应时一般按标准值进行计算以便于后面荷载效应的组合。竖向荷载作用下框架内力计算弯矩分配法在竖向荷载作用下较规则的框架产生的侧向位移很小可忽略不计。框架的内力采用无侧移的弯矩分配法进行简化计算。具体方法是对整体框架按照结构力学的mdash般方法计算出各节点的弯矩分配系数、计算各节点的不平衡弯矩然用进行分配、传递在工程设计中每节点只分配两至三次即可满足精度要求。相交于同一点的多个杆件中的某一杆件其在该节点的弯矩分配系数的计算过程为:()确定各杆件在该节点的转动刚度杆件的转动刚度与杆件远端的约束形式有关如图:(a)杆件在节点A处的转动刚度(b)某节点各杆件弯矩分配系数图A节点弯矩分配系数(图中)()计算弯矩分配系数mu()相交于一点杆件间的弯矩分配弯矩分配之前还需先要求出节点的固端弯矩这可查阅相关静力计算手册得到。表为常见荷载作用下杆件的固端弯矩。在弯矩分配的过程中一个循环可同时放松和固定多个节点(各个放松节点和固定节点间间隔布置如图)以加快收敛速度。计算杆件固端弯矩产生的节点不平衡弯矩时不能丢掉由于纵向框架梁对柱偏心所产生的节点弯矩。具体计算可见例题。常见荷载作用下杆件的固端弯矩表荷载形式图公式集中荷载均布荷载梯形荷载三角形荷载注:梯形和三角形分布荷载下的固端弯矩以及反力:图弯矩分配过程中放松和固定节点顺序图分层法的计算单元划分分层法分层法是弯矩分配法的进一步简化它的基本假定是:框架在竖向荷载作用下的侧移忽略不计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。计算过程仍然是先计算出各节点的弯矩分配系数、求出节点的固端弯矩计算各节点的不平衡弯矩然用进行分配、传递只是分层法是对各个开口刚架单元进行计算(见图)这里各个刚架的上下端均为固定端。在求得各开口刚架中的结构内力以后则可将相邻两个开口刚架中同层同柱号的柱内力叠加作为原框架结构中柱的内力。而分层计算所得的各层梁的内力即为原框架结构中相应层次的梁的内力。如果叠加后节点不平衡弯矩较大可在该节点重新分配一次但不再作传递最后根据静力平衡条件求出框架的轴力和剪力并绘制框架的轴力图利剪力图。在计算柱的轴力时应特别注意某一柱的轴力除与相连的梁剪力有关外不要忘记节点的集中荷载对柱轴力的贡献。为了改善误差计算开口刚架内力时应做以下修正:①除底层以外其他各层柱的线刚度均乘的折减系数②除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为/。框架活荷载不利布置活荷载为可变荷载应按其最不利位置确定框架梁、柱计算截面的最不利内力。竖向活荷载最不利布置原则:()求某跨跨中最大正弯矩mdashmdash本层同连续梁(本跨布置其它隔跨布置)其它按同跨隔层布置(图a)()求某跨梁端最大负弯矩mdashmdash本层同连续梁(本跨及相邻跨布置其它隔跨布置)相邻层与横梁同跨的及远的邻跨布置活荷载其它按同跨隔层布置(图b)()求某柱柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩mdashmdash该柱右侧跨的上、下邻层横梁布置活荷载然后隔跨布置其它层按同跨隔层布置(图c)当活荷载作用相对较小时常先按满布活荷载计算内力然后对计算内力进行调整的近似简化法调整系数:跨中弯矩~支座弯矩。(a)(b)(c)图竖向活荷载最不利布置水平荷载作用下框架内力计算反弯点法在图中如能确定各柱内的剪力及反弯点的位置便可求得各柱的柱端弯矩并进而由节点平衡条件求得梁端弯矩及整个框架结构的其他内力。为此反弯点法中假定:图框架在水平力作用下的弯矩图()求各个柱的剪力时假定各柱上下端都不发生角位移即认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大()在确定柱的反弯点位置时假定除底层以外各个柱的上、下端节点转角均相同即除底层外各层框架柱的反弯点位于层高的中点对于底层柱。则假定其反弯点位于距支座层高处。()梁端弯矩可由节点平衡条件求出并按节点左右梁的线刚度进行分配。当梁的线刚度与柱的线刚度之比超过时由上述假定所引起的误差能够满足工程设计的精度要求可采用反弯点法。反弯点法具体计算方法是将每层的层间总剪力按柱的抗侧刚度直接分配到每根柱上求出每根柱的剪力然后根据反弯点位置即能求出柱端弯矩计算公式为:式中:为第j层第k柱所分配到的剪力为第j层第k柱的线刚度为j层框架柱数第j层层间剪力。根据柱剪力和反弯点位置可计算柱上、下端弯矩对于底层柱柱端弯矩为:对于上部各层柱端弯矩为:、分别为第j层第k柱的上、下端部弯矩hj为第j层柱柱高。求出柱端弯矩后再求节点弯矩平衡最后按节点左右梁的线刚度对节点不平衡弯矩进行分配可求出梁端弯矩。式中、为节点处左、右梁端弯矩、为节点处柱上、下端弯矩、为节点处左、右梁的线刚度。最后以各梁为隔离体将梁的左右端弯矩之和除以该梁的跨长可得梁内剪力自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力即可得到柱内轴向力。D值法D值法为修正反弯点法修正后柱的抗侧刚度为式中为柱刚度修正系数可按表采用柱的反弯点高度比修正后可按下式计算:y=yyyy式中y为标准反弯点高度比是在各层等高、各跨相等、各层梁和柱线刚度都不改变的情况下求得的反弯点高度比y为因上、下层梁刚度比变化的修正值y为因上层层高变化的修正值y为因下层层高变化的修正值。yyyy的取值见附表~表。风荷载作用下的反弯点高度按均布水平力考虑地震作用下按倒三角分布水平力考虑。D值法具体计算步骤为:先计算各层柱修正后的抗侧刚度D及柱的反弯点高度将该层层间剪力分配到每个柱柱剪力分配式为:根据柱剪力和反弯点位置可计算柱上、下端弯矩为:式中:为第j层第k柱所分配到的剪力为第j层第k柱的侧向刚度D值为j层框架柱数第j层层间剪力为第j层第k柱的弯矩为第j层第k柱的反弯点高度比h为柱高。梁端弯矩的计算与反弯点法相

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