第三节框架结构的计算简图.doc
框架结构计算简图及荷载
活载分析
活载是指使用过程中可能作用在结构上的临时性荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷 载等。
活载数值相对较小，但作用位置不固定，需要考虑其在不同位置和不同方向上的组 合情况。
活载分析需要考虑各种可能的活载情况，包括人员、家具、设备、积雪等，以确保 结构在使用过程中的安全性。
地震作用分析
01
地震作用是指地震对结构产生的动态作用力，是一种特殊类型 的荷载。
02
地震作用分析需要考虑地震的强度、持续时间、频谱特性等因
素，以及结构的动力特性。
地震作用分析的目的是确定结构在地震作用下的反应，包括侧
03
移、剪切力、扭矩等，以确保结构在地震中的安全性能。
05
框架结构的内力计算
内力计算方法
静力平衡法
根据静力平衡原理，通过建立平衡方 程来求解框架结构的内力。
弹性力学法
灵敏度分析
分析结构参数变化对可靠性的影响程度，找出关键参数，为优化 设计提供依据。
07
结论与展望
研究成果总结
框架结构计算简图
本研究通过实地测量和有限元分析，成功建立了框架结构的计算简 图，为后续的结构分析和设计提供了基础。
荷载分析
对框架结构在不同工况下的荷载进行了详细分析，包括恒载、活载、 风载和地震荷载等，为结构的承载能力和稳定性评估提供了依据。
荷载
荷载是指作用在结构上的外力，包括恒载、活载、风载、雪载等。荷载的计算 和分析是结构设计中的重要环节，直接关系到结构的安全性和稳定性。
目的和意义
目的
框架结构计算简图及荷载的研究目的是为了提供一种简便、准确的方法来描述和分析框架结构的受力情况，从而 为结构设计提供依据，确保结构的安全性和稳定性。
4.3混凝土框架结构——框架结构的计算简图
Bz脉动风荷载的背景分量因子 z B kH 1
Z
1
x
z
Z
φ 1(z)—结构第1阶振型系数，可由结构动力计算确定，混凝土框架结构 可近似的取φ 1(z)=(z/H)[2-(z/H)]，z为计算点到室外地坪距离； H—结构总高度； ρx—脉动风荷载水平方向相关系数；
x
10 B 50e B / 50 50
第四章 混凝土框架结构
现浇框架结构
刚接节点
装配式框架结构
装配整体式框架 柱与基础的连接
铰接节点或半铰接节点
刚接节点 固定支座 铰支座
4.3框架结构的计算简图
4.3.2结构的计算简图
3.跨度与层高的确定 （1）梁的跨度 取顶层柱轴线之间的距离，当柱截面尺寸有变化时 以最小截面的形心线来确定。 （2）层高 取本层楼面至上层楼面的高度，底层层高取基础顶 面到二层楼板顶面之间距离。
荷载形式。
15.80kN
16.45kN
框架结构风荷载简图
风荷起算位置
ic Ec I Hi
装配整体式楼盖
Ec—— 混凝土弹性模量； I —— 框架柱截面惯性矩。
装配式楼盖
按实际截面计算I。
1 3 I bchc 12
4.3框架结构的计算简图
4.3.2结构的计算简图
6.荷载的计算 作用于框架结构上的荷载有两种：竖向荷载和水平荷载。 分布荷载居多 竖向荷载 楼面活荷载 建筑结构自重
第四章 混凝土框架结构
4.3框架结构的计算简图
4.3框架结构的计算简图
4.3.1截面尺寸的估计
1.梁截面尺寸 框架梁柱截面尺寸可近似预估：
第四章 混凝土框架结构
1 1 梁高 h ~ l ， l 为梁的计算跨度 8 12
框架结构的内力和位移计算(精)
假定： （1）平面结构假定； （2）忽略柱的轴向变形； （3）D值法考虑了结点转角， 假定同层结点转角相等
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D 值法
计算方法 1、D值——修正抗侧刚度的计算 水平荷载作用下，框架不仅有侧移， 且各结点有转角，设杆端有相对位 移 ，转角 、 ，转角 1 2 位移方程为：
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反弯点法
2、剪力的计算 根据假定1：
V1 j d1 j j
Vij d ij j
Vij , d ij
——第j层第I根柱的剪力及其抗侧刚度
第j层总剪力
V pj
Vpj V1 j V2 j Vmj
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反弯点法
V1 j
第j层各柱剪力为
M ( z) N B
M(z)——上部水平荷载对坐标Z力矩总和 B——两边柱轴线间的距离
N
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柱轴向变形产生的侧移
N j
任意水平荷载下柱轴向变形产生的第j层处侧移 把框架连续化，根据单位荷载法：
2 ( NN / EA)dz
N j 0
Hj
N ( H j z) / B
框架结构的内力和位移计算荷载和设计要求51计算简图计算简图计算简图计算简图计算简图52竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法分层法分层法力学知识回顾分层法计算过程构件弯矩图53水平荷载作用下内力近似计算方法反弯点法反弯点法弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法54水平荷载作用下内力近似计算方法d55水平荷载作用下侧移的近似计算梁柱刚度比k中柱
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计算简图
二、结构构件的截面抗弯刚度 考虑楼板的影响，框架梁的截面抗弯刚度应适当提高 现浇钢筋混凝土楼盖： 中框架：I＝2I0 边框架：I＝1.5I0 装配整体式钢筋混凝土楼盖： 截面形式选取： 框架梁跨中截面： 中框架：I＝1.5 I0 T型截面 边框架：I＝1.2 I0 框架梁支座截面： 装配式钢筋混凝土楼盖： 矩形截面 中框架：I＝I0 边框架：I＝I0 注：I0为矩形截面框架梁的截面惯性矩
框架结构设计
第5章框架结构设计主要内容：z结构布置z框架结构的计算简图z竖向荷载作用下框架结构内力的简化计算z水平荷载作用下框架结构内力和侧移的简化计算z荷载效应组合和构件设计z框架结构的构造要求重点：z结构布置z框架结构的计算简图及荷载z反弯点法，D值法5.1 结构布置5.1.1 柱网和层高（1）工业建筑柱网尺寸和层高：根据生产工艺要求确定有内廊式和等跨式两种。
内廊式边跨跨度一般为6~8m，中间跨跨度为2~4m；等跨式的跨度一般为6~12m。
柱距通常为6m，层高为3.6m~5.4m。
（2）民用建筑柱网和层高：由使用功能确定小柱网：指一个开间为一个柱距，柱距为3.3m，3.6m，4.0m等；大柱网：指两个开间为一个柱距，柱距为6.0m，6.6m，7.2m等。
说明：①开间、进深、层高要符合模数。
②宾馆建筑多采用三跨框架。
③办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架5.1.2 框架结构的承重方案（1）横向框架承重主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。
房屋的横向刚度大，在实际结构中应用较多。
（2）纵向框架承重主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。
实际结构中应用较少。
（3）纵、横向框架承重纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。
5.2 框架结构的计算简图5.2.1 梁、柱截面尺寸 1．梁截面尺寸截面高度h b ：根据梁的计算跨度l b 、荷载大小等确定h b = (1/18~1/10)l b截面宽度b b ： b b = (1/3~1/2)h b ，且不宜小于200mm 。
高宽比（h b /b b ）：不宜大于4（保证梁的侧向稳定性）。
采用扁梁：为了降低楼层高度，b /h 不宜超过3。
采用加腋梁：当梁跨度较大时，为了节省材料和有利于建筑空间。
图5.2.1 加腋梁2．柱截面尺寸柱截面尺寸根据轴压比限值确定。
中柱：cf nf N A ][12)(25.1][25.1N c N c μμ×××==单柱受荷面积 边柱：cN c ][3.1f NA μ=， ][N μ对一级～三级框架分别取0.7，0.8，0.912kN/m 2为单位面积上的重力荷载代表值近似值，n 为楼层数； 1.25，1.3为考虑地震作用组合后柱轴力增大系数。
第二章 物体受力分析与结构计算简图
第一节 约束与约束反力
常见门、窗用的合页就是圆柱铰链。理想的圆柱铰链是由一个圆柱形销 钉插入两个物体的圆孔中构成的，且认为销钉和圆孔的表面都是完全光 滑的，如图2-3 (a)所示。
这种约束力可以用2-3 (b)所示的力学简图表示，其特点是只限制两物体 在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的相对移动，而不能限制物体绕 销钉轴线的相对转动和沿其轴线方向的相对滑动。因此，铰链的约束反 力作用在与销钉轴线垂直的平面内，并通过销钉中心，但方向待定，如 图2-3 (c)所示的FA。工程中常用通过铰链中心的相互垂直的两个分力XA、 YA表示，如图2-3 (d)所示。
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第二节 物体受力分析和受力图
一、物体受力分析
1.物体受力分析的定义 在工程中常常将若干构件通过某种连接方式组成机构或结构，用以传递
运动或承受荷载，这些机构或结构统称为物体系统。 在求解静力平衡问题时，一般首先要分析物体的受力情况，了解物体受
到哪些力的作用，其中哪些力是已知的，哪些力是未知的，这个过程称 为对物体进行受力分析。 2. 脱离体 在工程实际中，经常遇到几个物体或几个构件相互联系，构成一个系统 的情况。例如，楼板放在梁上，梁支承在墙上，墙又支承在基础上。
接方法构造形式各不相同，多种多样。由此在结构的计算简图中，通常 把结点只简化成铰结点和刚结点两种极端理想化的基本形式。 铰结点的特征是其所铰接的各杆均可绕结点自由转动，杆件间的夹角可 以改变大小【图2-10 (a)】。
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第三节 结构计算简图
刚结点的特征是其所连接的各杆之间不能绕结点有相对的转动，变形前 后，结点处各杆间的夹角都保持不变。如图2-10(b)所示为刚结点的实例。
【解】(1)取AB梁为研究对象，解除A,B两处的约束，画出脱离体简图。 (2)在梁的中点C画主动力F。 (3)在受约束的A处和召处，根据约束类型画出约束反力。
钢筋混凝土框架结构—框架结构计算
3. 框架结构的类型
（1）全现浇框架 （2）全装配式框架 （3）装配整体式框架 （4）半现浇框架
（3）框架结构的规则性 建筑设计应符合抗震设计要求，不宜采用严重不规则的设计方案。不规则 有结构平面凸凹不规则、扭转不规则、竖向侧向刚度不规则等。
（4） 抗震缝设置
用抗震缝把平面上不规则的结构分割成若干规则结构以减小震害。 设有抗震缝的建筑，如果抗震缝宽度不够，地震时难免相邻建筑发生 碰撞。而抗震缝设置过大，又会给立面处理和抗震构造带来困难。因此， 一般应尽可能选用合理结构方案而不设抗震缝，只有当建筑平面突出部分 较长，结构刚度以及荷载相差悬殊或房屋有较大错层时，才设置抗震缝。 抗震缝的最小宽度应符合规范规定。
多遇地震作用下楼层内最大的弹性层间位移应满足：
e e h
式中：Δμe——多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移 [θe]——弹性层间位移角限值，框架结构取1/550 h——计算楼层层高
9.3. 框架结构的受力特点
.计算单元的确定 框架结构是空间结构体系，沿房屋长向和短向可分别视为纵向框架和横向框架。 每一榀平面框架作为一个计算单元
框架结构的荷载：竖向荷载（自重和楼屋面活载） 水平荷载（风荷载和地震作用）纵、横向
框架分别承担纵向和横向水平荷载及竖向荷载
2 计算简图
框架杆件用其轴线表示; 杆件之间用节点表示;杆件长度用节点之间的距离 表示. 计算跨度取框架之间轴线距离; 柱的计算高度可以取层高, 底层柱一般取到基础顶面的距离;
9.3.3 框架结构侧移控制
框架结构的侧移
梁柱弯曲引起侧移 柱拉伸压缩引起侧移 两部分叠加
梁柱弯曲引起的侧移下部层间变形大，愈到上部层间变形愈小。 柱拉伸和压缩引起结构侧移，在上部各层较大，愈到底部层间变形愈小。 两部分侧移中多层框架第一部分侧移是主要的，随着建筑高度加大，第二部 分变形比例逐渐加大。
第三节-框架结构的计算简图
第三节框架结构的计算简图4.3.1 梁、柱截面尺寸框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。
初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。
1、梁截面尺寸确定2、柱截面尺寸柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。
即框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。
为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。
3、梁截面惯性矩在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。
设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：4.3.2 框架结构的计算简图1、计算单元框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。
但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。
就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。
当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。
2、计算简图在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。
对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。
对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶板处。
建筑结构——框架计算
（１）根据梁、柱的线刚度计算各节点杆件的弯矩 分配系数；
（２）计算各跨梁在竖向荷载作用下的固端弯短；
（３）计算框架各节点的不平衡弯矩；
（４）将各节点的不平衡弯短同时进行分配，并向 远端传递（传递系数均为１／２）, 第一次分配弯 矩传递后，再进行第二次弯矩分配而不再传递即结 束．
二、水平荷载作用下的反弯点法 图11-7 多层框架反弯点计算示意图
作用于多层框架上的水平荷载主要是风荷载 及地震荷载，计算时一般均将其化为节点集中荷 载，如图11-7ａ所示。因无节间荷载，梁、柱的 弯矩图都是直线形，都有一个反弯点（弯矩为０ 的点），如图11-7ｂ所示．若能求出各柱反弯点 的位置及其剪力，则各梁、柱的内力就很易求 得．因此，多层框架在水平荷载作用下内力分析 主要任务是：
2A2.5 框架计算
2A2.5.1 框架结构计算简图 一、框架结构计算简图 ｌ、计算单元确定：
如图11-4在各榀框架中选取若干很有代表性的框 架进行计算，一般取中间有代表性的一榀横向框架 进行分析即可，按平面框架进行分析，计算单元宽 度取相邻开间各一半。
图11-4 计算单元
２、节点的简化
在计算简
给出的全国基本风压分布图采用，但不得小于 0.25ｋ Ｎ／ｍ２。山区及海岛等特殊地形地区，应乘以相应 的调整系数。
2A2.5.2 框架结构内力及侧移的近似计算
一、竖向荷载下的内力近似计算——弯矩二次分配 法
弯矩二次分配法为无侧移框架的弯矩分配法，但 为了简化计算，将各节点的不平衡弯矩同时作分配和 传递，并以两次分配为限．弯矩二次分配法所得结果 与精确法相比较，相差甚小．其计算精度已满足工程 设计要求．现将具体步骤介绍如下：
对于楼面梁，当其负荷面积大于２５ｍ２时， 折减系数为０.9。
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第三节框架结构的计算简图
4.3.1 梁、柱截面尺寸
框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。
初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。
1、梁截面尺寸确定
2、柱截面尺寸
柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。
即
框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。
为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。
3、梁截面惯性矩
在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。
设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：
4.3.2 框架结构的计算简图
1、计算单元
框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。
但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。
就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。
当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。
2、计算简图
在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。
对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。
对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶板处。
在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。
当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。
当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。
此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。
3、补充说明
现浇钢筋混凝土框架结构，将梁、柱节点视为刚接；装配整体式框架中的焊接或搭接，并在现场浇筑部分混凝土使节点成为整体的亦可视为刚接节点，但这种节点不如现浇框架的好，在竖向荷载作用下，相应梁端实际负弯矩小于计算值，而跨中实际正弯矩则大于计算值，截面设计时应予以调整。
框架柱与基础的连接亦有刚接和铰接两种，当框架柱与基础现浇为整体、且基础具有足够的转动约束作用时，柱与基础的连接应视为刚接，相应的支座为固定支座。
对于装配式框架，如果柱插入基础杯口有一定的深度，并用细石混凝土与基础浇捣成整体，则柱与基础的连接可视为刚接。
如用沥青麻丝填实，则预制柱与基础的连接可视为铰接。
4.3.3 框架结构上的荷载
作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。
竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。
1、楼面活荷载
作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按《荷载规范》取用。
应该指出，《荷载规范》规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载标准值，且是以楼板的
等效均布活荷载作为楼面活荷载。
在设计楼板时可以直接取用，设计梁、墙、柱及基础时，按规定应乘以相应的折减系数。
2、风荷载
当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按下式计算。