内力组合
土木工程毕业设计-内力分析与内力组合
第4章内力分析与内力组合结构设计时，需要计算各单项作用下的结构内力，然后根据《建筑结构荷载规范》 GB 50009 2012和《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010有关条款进行各种内力组合，组合结果作为结构配筋的依据。
多层框架结构在竖向荷载作用下的手算方法通常采用分层法或弯矩二次分配法，水平荷载作用下采用反弯点法或D值法。
本章介绍上述结构内力计算方法以及结构在无地震作用和有地震作用下的内力组合方式。
4. 1 竖向荷载作用下内力分析4.1.1 分层法1.基本假定在竖向荷载作用下的框架近似作为无侧移框架进行分析。
根据弯短传递的特点，当某层框架梁作用竖向荷载时，假定竖向荷载只在该层梁及相邻柱产生弯矩和剪力，而在其他楼层梁和隔层的框架柱不产生弯矩和剪力。
2.计算方法(1）叠加原理计算方法按照叠加原理，多层多跨框架在多层竖向荷载同时作用下的内力，可以看成是各层竖向荷载单独作用下内力的叠加，见图4-1 (a）。
又根据分层法所作的假定，可将各层框架梁及与其相连的框架柱作为一个独立的计算单元，柱远端按固定端考虑，图4-1 (b）。
先分别采用弯矩分配法计算独立计算单元在各自竖向荷载作用下的内力，然后叠加得到多层竖向荷载共同作用下的多层框架内力。
各独立计算单元竖向荷载作用下计算得到的梁端弯矩即为其最终弯矩，而每一层柱的最终弯矩由相邻独立计算单元对应柱的弯矩叠加得到。
（2）计算误差的修正由于各独立计算单元柱的远端按固定端考虑，这与实际框架节点的弹性连接情况不吻合，因此在计算中采用下列措施进行修正：除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9；除底层柱外，其他各层柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3；底层柱线刚度和弯短传递系数保持不变。
（3）不平衡弯矩的处理方法由于每一层柱均是由相邻上下独立计算单元对应柱的弯矩叠加得到，因此除顶层外各节点肯定存在不平衡弯矩。
节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不再传递。
根据弯矩计算结果，竖向荷载作用下梁的跨中弯矩、梁端剪力及柱的轴力由静力平衡条件得到。
内力组合及内力调整
7 内力组合及内力调整7.1内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。
当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行增幅。
分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合，并比较两种组合的内力，取最不利者。
由于构件控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处的（支座边缘处的）内力值。
1）、在恒载和活载作用下，跨间max M 可以近似取跨中的M 代替，在重力荷载代表值和水平地震作用下，跨内最大弯矩max M 采用解析法计算：先确定跨内最大弯矩max M 的位置，再计算该位置处的max M 。
当传到梁上的荷载为均布线荷载或可近似等效为均布线荷载时，按公式7-1计算。
计算方式见图7-1、7-2括号内数值，字母C 、D 仅代表公式推导，不代表本设计实际节点标号字母。
2max182M M M ql +≈-右左 且满足2max 116M ql = （7-1） 式中：q ——作用在梁上的恒荷载或活荷载的均布线荷载标准值；M 左、M 右——恒载和活载作用下梁左、右端弯矩标准值；l ——梁的计算跨度。
2）、在重力荷载代表值和地震作用组合时，左震时取梁的隔离体受力图，见图7-1所示, 调幅前后剪力值变化,见图7-2。
图7-1 框架梁内力组合图图7-2 调幅前后剪力值变化图中：GC M 、GD M ——重力荷载作用下梁端的弯矩； EC M 、CD M ——水平地震作用下梁端的弯矩C R 、D R ——竖向荷载与地震荷载共同作用下梁端支座反力。
左端梁支座反力：()C 1=2GD GC EC ED ql R M M M M l--++；由0M ddx=，可求得跨间max M 的位置为:1C /X R q = ； 将1X 代入任一截面x 处的弯矩表达式,可得跨间最大弯矩为： 弯矩最大点位置距左端的距离为1X ，1=/E X R q ；()101X ≤≤； 最大组合弯矩值：2max 1/2GE EF M qX M M =-+；当10X <或11X >时，表示最大弯矩发生在支座处，取1=0X 或1=X l ，最大弯矩组合设计值的计算式为：2max C 11/2GE EF M R X qX M M =--+； 右震作用时，上式中的GE M 、EF M 应该反号。
内力组合,配筋
=M-V ；
=V-q
将框架梁轴线处的内力换算为梁支座边缘处的内力值，计算过程见下 表。（梁端负弯矩调幅系数为）
轴线处内力换算为梁支座边缘处内力值（BF 跨）
截面位置
重力荷 内力
载
恒载
轴 线 处 内 力
梁支 座边 缘处 内力
调幅 后梁 支座 边缘 处内 力
载+风载）。 （2）地震作用效应和其他荷载效应的基本组合。 考虑重力荷载代表值、风载和水平地震组合（对一般结构，风载组 合系数为 0）：×重力荷载+×水平地震。 （3）荷载效应的标准组合 荷载效应的标准组合：×恒载+×活载。
二、框架梁内力组合 选择第四层 BF 框架梁为例进行内力组合，考虑恒载、活载、重力荷载代
梁跨中截面：+Mmax 及相应的 V（正截面设计），有时需组合-M。 梁支座截面：-Mmax 及相应的 V（正截面设计），Vmax 及相应的 M （斜截面设计），有时需组合+Mmax。 框架柱的控制截面通常是柱上、下梁端截面。柱的剪力和轴力在 同一层柱内变化很小，甚至没有变化，而柱的梁端弯矩最大。同一端 柱截面在不同内力组合时，有可能出现正弯矩或负弯矩，考虑到框架 柱一般采用对称配筋，组合时只需选择绝对值最大的弯矩。框架柱的 控制截面最不利内力组合有以下几种： 柱截面:|Mmax|及相应的 N、V；
截面位置
V（kN）
（kN）
Asv/s= /
左端
右端
（8） 验算最小配箍率 ρ=Asv/(b*s)=201/(250*200)=％ ρ=％≥ρmin=％,满足最小配箍率要求
实配四肢箍筋（Asv/s） 8@200 8@200
内力组合
框架梁内力组合考虑了三种内力组合，wk Gk 4S .12S .1 这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用，故不予考虑。
对于活荷载作用下的跨中弯矩M 还乘以弯矩调幅系数1.1，再进行内力组合。
各层梁的内力组合结果见表。
表中Gk S ，Qk S 两列中的梁端弯矩M 为经过调幅后的弯矩（调幅系数取0.9）。
框架柱内力组合框架柱在恒荷载、活荷载作用下的轴力应包括纵向框架梁、横向框架梁传来的剪力和框架传来的剪力和框架柱自重。
框架梁内力组合表梁 截面 内力 恒荷载 活荷载 风荷载 1.35恒+1.4x0.7活1.2恒 +1.4活 +1.4x0.6风 1.2恒+1.4x0.7活+1.4风E2B2 E2B2M -43.21 -4.45 -1.47 -62.69 -59.32 -58.27V 37.93 13.32 0.13 64.26 64.27 58.75跨中 M 92.46 31.59 0.23 155.78 155.37 142.23B2E2M -94.17 -15.27 -1.01 -142.09 -135.23 -129.38V 69.39 15.98 0.19 109.34 105.80 99.19 B2A2 B2A2M -74.03 -14.60 -0.46 -114.25 -109.66 -103.79V 51.78 12.34 0.25 82.00 79.62 74.58跨中 M 16.15 6.74 0.51 28.41 29.24 26.70A2B2M -23.99 -5.73 -1.47 -38.00 -38.04 -36.46V 35.10 9.38 0.08 56.58 55.32 51.42 E1B1 E1B1M -71.53 -5.41 -6.10 -101.87 -98.53 -99.68V 90.99 13.39 0.46 135.96 128.32 122.95跨中 M 137.18 30.88 1.17 215.46 208.83 196.52B1E1M -166.57 -15.61 -3.76 -240.17 -224.90 -220.45V 114.45 15.91 0.75 170.10 160.24 153.98 B1A1 B1A1M -139.07 -15.08 -2.34 -202.52 -189.96 -184.94V 96.88 11.03 1.02 141.60 132.55 128.49跨中 M 63.43 16.10 1.88 101.41 100.24 94.53A1B1M -46.24 -6.94 -4.63 -69.23 -69.09 -68.77V 65.93 8.32 0.39 97.16 91.09 87.82框架柱内力组合表柱截面 内力 恒荷载 活荷载 风荷载 1.35恒+1.4x0.7活 1.2恒+1.4活+1.4x0.6风 1.2恒+1.4x0.7活+1.4风E2E1上M 43.21 4.45 1.47 62.69 59.32 58.27 N 59.19 13.32 0.13 92.96 89.79 84.26 下 M 48.68 3.74 1.47 69.38 64.89 64.14 N 59.19 13.32 0.13 92.96 89.79 84.26 E1E0上M 22.86 1.67 4.63 32.50 33.66 35.55 N 190.57 26.71 0.59 283.45 266.57 255.69 下 M 11.43 0.84 9.26 16.25 22.67 27.50 N 190.57 26.71 0.59 283.45 266.57 255.69 B2B1上M 20.13 0.66 1.47 27.82 26.31 26.86 N 146.63 28.32 0.43 225.70 215.97 204.31 下 M 18.90 0.38 1.47 25.89 24.45 25.11 N 146.63 28.32 0.43 225.70 215.97 204.31 B1B0上M 8.60 0.15 4.63 11.76 14.42 16.95 N 384.78 55.26 2.20 573.61 540.95 518.97 下 M 4.30 0.08 9.26 5.88 13.05 18.20 N 384.78 55.26 2.20 573.61 540.95 518.97 A2A1上M 23.99 5.73 1.47 38.00 38.04 36.46 N 56.38 9.38 0.08 85.31 80.86 76.96 下 M 31.86 5.15 1.47 48.06 46.68 45.34 N 56.38 9.38 0.08 85.31 80.86 76.96 A1A0上M 14.35 1.77 4.63 21.11 23.59 25.44 N 162.86 17.70 0.47 237.21 220.61 213.44 下M 7.18 0.09 9.26 9.78 16.52 21.67 N162.86 17.70 0.47 237.21 220.61 213.44截面设计1框架梁配筋计算21c C 30,H R B335α=1.0,f =14.3N /m m ,混凝土钢筋级，22t y f =1.43N/mm ,f =300N/mm ,ξ=0.550由于计算过程较复杂，在框架梁截面设计时，一般近似将框架梁视为矩形.E2B2梁 bxh=250x650（1）跨中正截面m ax 155.78.M K N m =062221040,65040610155.78100.117N /m m ,1.014.3250610s s s c f m m h h m m Mf b h αααα'==-=-=⨯===⨯⨯⨯10.1250.550bξξ=-=<=2s 1010.12514.3250610A /909300c f y f b h f m mξα'⨯⨯⨯⨯===验算适用条件：9090.59%0.2%250610s oA b h ρ===>⨯⨯满足要求。
内力组合及内力调整
7 内力组合及内力调整7.1内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。
当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行增幅。
分别考虑恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合，并比较两种组合的内力，取最不利者。
由于构件控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，进行组合前，应先计算各控制截面处的（支座边缘处的）内力值。
1）、在恒载和活载作用下，跨间max M 可以近似取跨中的M 代替，在重力荷载代表值和水平地震作用下，跨内最大弯矩max M 采用解析法计算：先确定跨内最大弯矩max M 的位置，再计算该位置处的max M 。
当传到梁上的荷载为均布线荷载或可近似等效为均布线荷载时，按公式7-1计算。
计算方式见图7-1、7-2括号内数值，字母C 、D 仅代表公式推导，不代表本设计实际节点标号字母。
2max182M M M ql +≈-右左 且满足2max 116M ql = （7-1） 式中：q ——作用在梁上的恒荷载或活荷载的均布线荷载标准值；M 左、M 右——恒载和活载作用下梁左、右端弯矩标准值；l ——梁的计算跨度。
2）、在重力荷载代表值和地震作用组合时，左震时取梁的隔离体受力图，见图7-1所示, 调幅前后剪力值变化,见图7-2。
图7-1 框架梁内力组合图图7-2 调幅前后剪力值变化图中：GC M 、GD M ——重力荷载作用下梁端的弯矩； EC M 、CD M ——水平地震作用下梁端的弯矩C R 、D R ——竖向荷载与地震荷载共同作用下梁端支座反力。
左端梁支座反力：()C 1=2GD GC EC ED ql R M M M M l--++；由0M ddx=，可求得跨间max M 的位置为:1C /X R q = ； 将1X 代入任一截面x 处的弯矩表达式,可得跨间最大弯矩为： 弯矩最大点位置距左端的距离为1X ，1=/E X R q ；()101X ≤≤； 最大组合弯矩值：2max 1/2GE EF M qX M M =-+；当10X <或11X >时，表示最大弯矩发生在支座处，取1=0X 或1=X l ，最大弯矩组合设计值的计算式为：2max C 11/2GE EF M R X qX M M =--+； 右震作用时，上式中的GE M 、EF M 应该反号。
毕业设计指导书(框架结构设计)-内力计算及组合
计算杆件固端弯矩时应带符号，杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图3-6。
图 3-6 杆端及节点弯矩正方向
1）横梁固端弯矩：
（1）顶层横梁
自重作用：
板传来的恒载作用：
（2）二～四层横梁
自重作用：
板传来的恒载作用：
2）纵梁引起柱端附加弯矩：（本例中边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）
顶层外纵梁
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：
（1）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3-1：
（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 3-1 A节点弯矩分配系数（图中 ）
（2）计算弯矩分配系数μ
（3）相交于一点杆件间的弯矩分配
（3）求某柱柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩——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3-4c）；
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1.1～1.2，支座弯矩1.0。
（a）（b） （c）
图 3-4 竖向活荷载最不利布置
∑Mik/l
V1/A=gl/2+u-∑Mik/l
M=gl/2*l/4+u*1.05-MAB-V1/A*l/2
4
21.9
4.08
2.25
6
12.24
41.06
-30.54
2.55
50.75
-60.24
3
16.61
4.08
2.25
6
12.24
31.14
内力组合 (2)
5.7 内力组合： 5.7.1 确定抗震等级：结构抗震等级应根据烈度、结构类型和房屋高度确定。
对于框架—剪力墙结构，还应判别总框架承受的地震倾覆力矩是否大于总地震倾覆力矩（0M ）的50%，为此，应计算总框架承受的地震倾覆力矩（0v M ）。
由前表得：1001111417.037v fii i M Vh KN m ==⋅=∑0235322.937311.55240.5247940.793M KN m =+⨯=则有：0011417.0130.0.4490.50247940.793v M M ==< 因此，本工程应按框架—剪力墙结构中的框架确定抗震等级，查规范得本工程的框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。
5.7.2 组合表见附录 5.8 截面设计： 5.8.1 内力调整：对第1、7、9层构件内力进行调整，且为实现大震不倒的目标仅对有地震力参与的内力进行调整.5.8.1.1 强柱弱梁的调整——放大柱端弯矩顶层柱柱端弯矩不必放大，一层柱下端直接乘以放大系数1.15，其余层柱对轴压比0.15≥的进行柱端弯矩放大，放大系数 1.1c η=。
下面以第7层A 柱上端截面为例说明计算方法，其余计算过程从略，计算结果见表1-47。
柱轴压比31803.71100.310.1519.1550550c Nf A μ⨯===>⨯⨯，可见需调整内力' 1.1421.30463.43224.79''463.43260.61224.79174.94174.94''463.43202.82224.79174.94ccbcb cb c cb ct ct ct c cb ct MMKN mM M M KN m M M M M M KN mM M η==⨯===⨯=++==⨯=++∑∑∑∑表1-47 强柱弱梁内力调整计算表)m调整后-189.80 表中：弯矩正、负号同内力组合值。
2017毕业设计--框架内力组合(梁端弯矩)
梁端正弯矩
M GEk
M 1.3M Ehk 1.0 M GEk
M Ehk
框架结构梁柱的内力组合第三部分
框架结构
梁的内力组合
构件的内力组合，由EXCEL表格计算。
框架结构梁柱的内力组合第三部分 梁的内力组合 梁弯矩以梁上部受拉为负，下部受拉为正 均为柱端弯矩
框架结构
活载满跨
左、右震
这张表是前面工作的总结！
框架结构梁柱的内力组合第三部分 梁的内力组合
分左、右震
框架结构
4
框架结构梁柱的内力组合第三部分 梁内力组合
Sd γGj SG j γQ1 L1SQ1k γQi γL i ψci SQik
j 1
k
框架结构
m
n
i 2
荷载规范3.2.5 基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用： G j 永久荷载的分项系数： 当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2； 对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35； 当其效应对结构有利时应取1.0；
框架结构梁柱的内力组合第三部分
框架结构
梁内力组合
3.3.2 对持久设计状况、短暂设计状况和地震设计状况，当用内力的形式表达时， 结构构件应采用下列承载能力极限状态设计表达式：
γ0S≤R R=R(fc，fs，ak，…)／γRd
(3.3.2—1) (3.3.2—2)
式中：γ0——结构重要性系数：在持久设计状况和短暂设计状况下，对安全等级为一 级（甲乙）的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0 （丙），对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9；对地震设计状况下应取1.0； S——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值：对持久设计状况按作用的基本组 合计算；对地震设计状况应按作用的地震组合计算； R——结构构件的抗力设计值； R(· )——结构构件的抗力函数； γRd——结构构件的抗力模型不定性系数：静力设计取1.0，对不确定性较大的结构构 件根据具体情况取大于1.0的数值；抗震设计应用承载力抗震调整系数γRE代替γRd；
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九 内力组合
本章中单位统一为：弯矩kN∙m ，剪力kN ，轴力kN 。
根据前面第四至八章的内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁取5个控制截面。
柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。
内力组合使用的控制截面标于下图。
（一）梁内力组合
1．计算过程见下页表中，弯矩以下部受拉为正，剪力以沿截面顺时针为正 注：（1）地震作用效应与重力荷载代表值的组合表达式为：
Eh G E 3S .12S .1S +=
其中，S GE 为相应于水平地震作用下重力荷载代表值效应的标准值。
而重力荷载代表值表达式为：
∑=+=n
1i ik Qi k Q G G ψ
G k ——恒荷载标准值； Q ik ——第i 个可变荷载标准值；
ΨQi ——第i 个可变荷载的组合之系数，屋面活荷载不计入，雪荷载和楼面活荷载均为0.5。
考虑到地震有左震和右震两种情况，而在前面第八章计算地震作用内力时计算的是左震作用时的内力，则在下表中有 1.2(①+0.5②)+1.3⑤和1.2(①+0.5②)-1.3⑤两列，分别代表左震和右震参与组合。
（2）因为风荷载效应同地震作用效应相比较小，不起控制作用，则在下列组合中风荷载内力未参与，仅考虑分别由恒荷载和活荷载控制的两种组合，即1.35①+1.4×0.7③和1.2①+1.4③两列。
A
B
C D
12
34
5
22
1
1
梁内力组合计算表
梁内力组合计算表（续）
梁内力组合计算表（续）
2．根据上表计算所得的弯矩值计算V b ，并同上表的结果比较得梁剪力设计值V ，计算过程见下表 计算公式为：G b n r b l b vb b
V l /)M M (V ++=η
梁剪力设计值计算表
（二）柱内力组合
1．计算过程见下表，弯矩以顺时针为正，轴力以受压为正
柱内力组合计算表
2．根据上表计算所得的弯矩值计算柱剪力设计值，计算见下表
计算公式为：n r
c l c vc c H /)M M (V +=η（1.1vc =η）
3．根据以上计算结果，由式∑∑>b c c M M η验算强柱弱梁，若不满足，则由
∑∑=b c c
M M
η调整柱端弯矩设计值（ηc =1.1）
计算过程见下表（M’cb 和M ’c 分别为调整后的柱端弯矩设计值）
（三）内力设计值汇总1．梁内力设计值汇总
2．柱内力设计值汇总。