第三章 多层框架结构简化计算

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1.7kN M右=0.58+2=2.58
M左=1.33 M右=(0.7+2.75) ×16/26=2.12
n=2 M =0.8×2.5=2.0 上 ∑P=2.5 ∑d=9 V=2.5×3/9=0.8
M上=1.1×2.5=2.75
V=2.5×4/9=1.1
42 16 i i 2 1.6 2 4.5 20 .3
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第三节
一 二 三 四
反弯点法
概述 基本假定 计算方法 注意点
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第三节
反弯点法

概述
框架所受的水平荷载主要是风力和地震 力,它们都可以化成作用在框架节点上水 平集中力(如图示)。这时框架的侧移是主 要的变形因素。对于层数不多的框架,柱子 轴力较小,截面也较小。当梁的线刚度ib比 柱的线刚度ic大得多时,可忽略节点转角, 各杆的弯矩图均为直线,每杆均有一零弯矩 点,称反弯点,采用反弯点法计算其内力, 误差较小。
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第三节
反弯点法
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第三节
反弯点法

注意点
在实际工程中,有时一层或数层横梁不 全部贯通部位,柱的侧移刚度系数要特别处 理。 数柱并联:d总=d1+d2+….+dj+…. 数柱串联:1/d总=1/d1+1/d2+…+1/dj+…
框架的侧移刚度就是同层各柱先并联后串 联而成。 返回
第四节
一 二 三
第三节
反弯点法

补:形常数
A
基本假定
M AB 4i
B
θA=1
M BA 2i
M AB
6i V l
A
B
φ
△=1
M BA
A
θA=1
6i 12 i V 2 l l 6i l l
B
M AB i M BA i
V 0
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第三节
反弯点法

基本假定
图中虚线表示框架在水平荷载下的变 形情况,它具有如下几个特点: (1)固定柱脚处,线位移和角位移为0; (2)如不考虑轴向变形的影响,则上部同 一层的各节点水平位移相等; (3)上部各节点有转角。 在整个框架中,柱子变形情况可分为 两类:
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第一节
概述
一 计算方法
2.平面结构假定 一般情况下,将空间结构简化成平面结构。 ◎ 在正交布置时,抗侧力结构在平面外刚度 忽略不计,每一主轴方向的水平力由该方向 的平面抗侧力结构承受,垂直于该方向的抗 侧力结构不参加工作。 ◎ 当抗侧力构件与主轴斜交时,可将抗侧力 构件的抗侧刚度转换到主轴方向再进行计算。
2.两端固定,作用其他荷载时,可用上式 通过积分求得。 2 l
qdx q
M BA
B
A
x l
dx
同理:
M BA
ql 12
2
M AB
ql 12
2
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第二节
分层法

注意点
例3-1:下图为一两跨二层框架,用分 层计算法作弯矩图。括号内的数字表示梁柱 相对线刚度i值。
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第二节
分层法

注意点
解:1.求各节点的分配系数 (注意∑μ =1) 7.63 G节点: 0.668
反弯点法

计算方法
n i i
1. 计算层剪力 V P 第i层的总剪力 2.求同层各柱反弯点处剪力
i i
由于同层各柱柱端水平位移相等,为Δ 按侧移刚度d的定义有
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第三节
反弯点法

所以讲到这里
计算方法
d ij
Vij
d
j 1
n
Vi
ij
Vij ijVi
根据力学知识,对于两端固定杆,当一 12i 端产生位移时,支座剪力
D值法
特点 D值计算 注意事项
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第四节
D值法

特点
反弯点法在考虑柱侧移刚度d时,假设 结点转角为0,亦即横粱的线刚度假设为无 穷大。对于层数较多的框架,由于柱轴力大, 柱截面也随着增大,梁柱相对线刚度比较接 近,甚至有时柱的线刚度反而比梁大,这样, 上述假没将产生较大误差。另外,反弯点法 计算反弯点高度y时,假设柱上下节点的转 角相等,特别在最上和最下数层。
GH
GD
7.63 4.21 0.9 4.21 0.9 0.332 7.63 4.21 0.9
7.63 0.353 H节点: HG 7.63 10.21 4.21 0.9 10.21 HI 0.472 7.63 10.21 4.21 0.9
12ic 12ic Vn 2 ( n n1 ) h h
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第三节
反弯点法

假定条件:
基本假定
1.将水平荷载化为节点集中力; 2.假定横梁为刚性梁,梁柱线刚度比较大, 节点角位移θ =0,各节点只有侧移; 3.楼层柱反弯点在柱高1/2处,底层柱反 弯点在距柱底2/3处。
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第三节
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第二节
分层法

注意点
13.13×0.668=
3.利用分层法求节点弯矩
0.332 0.668 G -13.13 4.36 8.77 -1.25
0.353 0.175 0.472 0.864 0.136 13.13 H -7.32 -3.16 7.32 -6.32 I -1.00
传递1/2
4.39
HE 1 HG HI 0.175 返回
第二节
分层法

2.求固端弯矩
M GH M HG
注意点
1 2.8 7.52 13.13 KN.m 12
M HI M IH
1 2.8 5.62 7.32 KN.m 12
…….. 3.利用分层法求节点弯矩
M左=0.7×7.5/19.5 M右=0.43 =0.27 M上=0.31×2.25=0.7
n=3
∑P=0.8
M上=0.29×2=0.58
d=1.6 ∑d=4.1 V=0.8×1.5/4.1=0.29 - y=2.25V=0.8×1.6/4.1=0.31 - y=2 M下=0.29×2=0.58 M下=0.31×2.25=0.7
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第四节
D值法

特点
日本武藤清在分析多层框架的受力特点 和变形特点的基础上,对框架在水平荷载作 用下的计算,提出了修正柱的侧移刚度和调 整反弯点高度的方法,修正后的柱侧移刚度 用D表示,故称为D值法。
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第四节
D值法

D值计算
D值法在理论分析时考虑结点转角及其 上下节点转角的差别,但仍假定同层各节点 转角相等,即保证横梁在水平荷载作用下时 反弯点在跨中,而该点没有竖向位移。
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第一节
概述
一 计算方法
(二)框架结构计算方法分类 1.精确法: (力法、位移法)接近实际状态,但 计算复杂,利用计算机求解。 2.渐近法: (力矩分配法、迭代法、无剪力分配 法)数字运算,逐次逼近。 3.近似法: (分层法、反弯点法、D值法)手算。
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第一节
概述
二 截面估算
梁和柱的截面尺寸通常在初步设计时, 根据经验估算,然后通过承载力和侧移验算 后确定。 其估算方法如前所述。
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第三节
反弯点法

基本假定
根据转角位移方程,可求得内力与位移 的关系如下: 返回
第三节
反弯点法

6ic M0 1 2ic1 h
基本假定
6ic M1 1 4ic1 h
12ic 6ic V1 2 1 1 h h
M n M n1 6ic ( n n1 ) 6ic h
V h
2

V 12ic 柱的抗侧刚度 d 2 h
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第三节
反弯点法

计算方法
3.柱端弯矩的确定 M =V y j下 j j
M j上=V j (h j y j )
4.梁端弯矩的确定
Mj上 Mj
M j M j 上 M j下
M j左 i左 ( M j上 M j下 ) i左 i右 i右 ( M j上 M j下 ) i左 i右 返回
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三 计算简图
根据假定,将空间结构简化成了平面结 构,使每榀框架可分别进行计算。
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第二节
分层法
多层多跨刚架(框架)在竖向荷载作 用下,通过用力法或位移法计算,其侧移 较小。一般可按无侧移的刚架来处理。 一 基本假定 二 计算要点 三 注意点
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第二节
分层法

基本假定
1.在竖向荷载作用下,可以忽略框架的侧 移。 2. 本层梁上的荷载对其他各层梁的内力 影响忽略不计。 据此,多层框架在竖向荷载作用下便可 分层计算。
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第一节
概述
源自文库
一 计算方法
3.刚性楼面假定 一般假定楼盖在自身平面内刚度无穷大, 在平面外刚度不考虑。当楼盖在平面内的最 大相对位移小于建筑物长度的1/12000时, 可认为属刚性楼盖。 据以上假定,在水平力作用下,由于抗 侧构件在同一标高处的水平位移相等,各片 抗侧力构件按其抗侧刚度的大小分配相应的 水平力。
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第二节
分层法

计算要点
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第二节
分层法

计算要点
1. 将多层框架分层,每层梁与上下柱构 成的单层框架作为计算单元,柱远端假定 为固端。 2.各计算单元按弯矩分配法分配内力,层 间传递系数为1/2。 3.由于柱实际上为弹性支撑,为减少误差, 各层柱的线刚度乘以折减系数0.9(底层除 外),楼层柱弯矩传递系数为1/3,底层柱 为1/2。
-2.49 -1.23 -3.32
0.41 0.84 4.77 -4.77
1/3
1.59 D
0.72 -0.4 -0.2 -0.54 15.05 -1.43 -13.62 E 1/3 -0.48
0.42
-1.66 1.43 0.23 0.77 -0.77 1/3 -0.26
F
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第二节
分层法

注意点
P


A
a
l
b
B
Pab 2 Pb 2 2a M AB 2 QAB 2 (1 ) l l l Pba 2 Pa 2 2b M BA 2 QBA 2 (1 ) l l l
杆端弯矩以顺时针为正,求得固端弯矩后,可根据 返回 平衡条件求出剪力。
第二节
分层法

注意点
qdx(l x) x 2 l 0
Mj下
Mj上 Mj左 Mj下
Mj右
M j右
第三节
反弯点法

注意点
1. 适用条件: 梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3 2. 对于层数不多的框架,误差不大。 3. 对于层数较多的框架,由于柱截面加 大,梁柱相对线刚度比减小,此时误差较 大。
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第三节
反弯点法
例3-2:

注意点
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第三节
反弯点法
0.8kN M右=0.58
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第四节
D值法

D值计算
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第四节
D值法

D值计算
D值法要解决的主要问题: 侧移刚度和反弯点高度 (一)柱侧移刚度D值计算 从框架中任取一柱AB,由转角位移方 程有:
12ic 6ic V 2 ( A B ) h h
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第四节
D值法

D值计算
由此可以看出,侧移刚度D=V/Δ值不但 与柱本身的刚度有关,而且与柱上下两端转 动约束有关,与柱的弦转角有关。 返回
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第三节
反弯点法

概述
返回
第三节
反弯点法

概述
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第三节
反弯点法

概述
在反弯点处,有剪力存在,如果能求出  ̄ 该点剪力和反弯点的高度y, 即可求出柱端弯 矩,进而可求得梁端弯矩。 反弯点法的主要工作有两个:  ̄; ◎ 确定反弯点的高度y ◎ 每层以上的水平荷载按某一比例分配给 该层的各柱。
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第三章 多层框架结构简化计算
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概述 分层法 反弯点法 D值法 侧移计算
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第一节
一 计算方法 二 截面估算 三 计算简图
概述
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第一节
概述
一 计算方法
(一 ) 基本假定 由于框架是高次超静定结构,而地震作用的 随机性及钢筋混凝土的弹塑性,使其受力状态很 复杂,为便于计算,必须进行计算简化,使计算 模型简化。 1.弹性假定 在竖向荷载及风荷载作用下,结构应保持使 用状态下处于弹性阶段,当抗震设计时,在进行 承载力和小震下变形计算时,结构处于不坏的弹 性阶段,故按弹性方法进行计算。
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第二节
分层法
作业:用分层法计算图示框架弯矩,并绘制弯矩图
20kN/m C (1.38) (7) F (1.78) (8.88×2) F/ (7) 4.2m 10kN/m 20kN/m
C/
B
(7) (1.0)
E (1.29)
(8.88×2)
E/
(7)
B/
5.8m
A 7.5m
D
D/
A/
3.0m
7.5m
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第二节
分层法

计算要点
4. 横梁的最后弯矩即分层计算所得弯矩。 5. 柱端的最后弯矩为上、下两相邻简单 刚架柱的弯矩叠加。对叠加后节点的不平 衡弯矩可在该节点内作一次分配平衡。
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第二节
分层法

注意点
ib / ic 5 当框架梁、柱线刚度之比 ,或框架不规则时,分层法不适用。 补充:固端弯矩、固端剪力,见结构力学 1.两端固定,作用一集中力时
第四节
D值法

c
D值计算
c
1.上部各层(一般层)柱的D值 12i 6i V ( ) 中不能 从式 h h 直接求出D值,要想办法找出θ 与Δ 的关系。 从框架计算简图中取出一般楼层柱AB, 画出其变形图。根据变形特点假设 θ C= θ B= θ A= θ φ AB= φ AC= φ
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