6-钢框架风荷载及其内力计算

表 6-5 风荷载作用下的侧移验算
层数 5 4 3 2 1
hi /m
3.3 4.2 4.2 4.2 5.2 顶点位移 u
Vi /kN
37.93 62.56 87.93 111.35 136.03
Di /kN/m
31360 47390 47390 47390 38980
ui Vi / Di /mm
Fwi
/kN 37.93 24.63 25.37 23.42 24.68
Vi
/kN 37.93 62.56 87.93 111.35 136.03
单位：kN 图 6-1 横向刚架风荷载分布
6.2 风荷载作用下结构分析 风荷载作用下结构的内力和侧移分析与地震做用下横向框架的内力分析方法相同， 及采用 D 值法。框架各杆件的刚度与地震作用下的完全相同。内力正负号规定如下：节点弯矩以逆时针为 正，杆端弯矩以顺时针为正；杆端剪力以顺时针为正；轴力以压为正。
D 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
DE 跨
表 6-4 续表 D 轴柱
M cu
/kN·m 26.84 26.82 34.51 40.31 47.19
M cb
/kN·m 7.09 18.48 29.16 40.31 72.88
ib
i
0.5 0.5 0.5 0.5
N A Vb
/kN 11.04 33.13 62.41 99.31
风荷载作用下的弯矩见图 6-2 所示。
图 6-2 风荷载作用下的弯矩
风荷载作用下柱子剪力、轴力及梁的剪力见图 6-3 所示。
图 6-3 风荷载作用下柱子剪力、轴力及梁的剪力（括号内表示柱子轴力）
6.3 风荷载作用下的侧移验算 层间剪力除以层间刚度得到层间位移，层间位移累加得到顶点位移。刚架柱的顶点水平位移 不 宜 超 过 H /500 ， 层 见位 移 不 宜 超 过 h /400 。 H 为 从 基 础 顶 面算 起 至柱 顶 的 总 高 度 ， H =3.3+4.2+4.2+4.2+5.2=21.1m； h 为层高。计算过程见表 6-5 所示。
b
Vb /kN
-11.04 -22.08 -29.28 -36.91
N A Vb
/kN -7.34 -23.11 -44.00 -70.35
F 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 4.2 4.2 4.2 4.2
EF 跨
表 6-4 续表 F 轴柱
M cu
/kN·m 25.73 33.13 38.42 44.90
M bl
/kN·m 19.14 22.92 26.50 34.74 43.75
M br
/kN·m 26.84 16.96 26.50 34.74 43.75
b
Vb /kN
-5.68 -5.22 -6.79 -8.91 -11.22
N A Vb
/kN 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
y
0.209 0.332 0.346 0.408 0.432 0.404 0.439 0.458 0.482 0.454 0.49 0.50 0.50 0.50 0.693 0.607 0.55 0.617
M cu
M cb
/kN·m /kN·m 26.84 7.09 38.27 19.02 18.14 9.60 26.82 18.48 31.78 24.17 25.73 17.44 21.87 17.12 34.51 29.16 40.73 37.90 33.13 27.55 25.18 24.19 40.31 40.31 49.79 49.79 38.42 38.42 29.32 66.17 47.19 72.88 60.49 73.93 44.90 72.34
D
/× 10 N/mm 3.136
D4
2~4
4.739
1
3.898
2.计算风荷载下柱剪力、弯矩 柱子剪力按抗侧刚度进行分配，柱端弯矩由反弯点高度和柱剪力求得。计算过程见表 6-3 所 示。
表 6-3 柱剪力、弯矩计算
楼层 5
hi /m
3.3
轴线位置 B，D C A B，C，D E F A B，C，D E F A B，C，D E F A B，C，D E F
1. 计算柱子修正抗侧刚度 横向框架柱子修正抗侧刚度的计算见表 6-2 所示。
楼 层 5
柱子类别 中框 架 中框 架 中柱(1) 边柱(2) 中柱(3) 边柱 A(1) 中柱 E(1) 边柱 F(1) 中柱(3) 中框 架 边柱 A(1) 中柱 E(1) 边柱 F(1)
h /mm
3300 3300 4200 4200 4200 4200 5200 5200 5200 5200
F
w
0.30
，单元宽度 B
=7.8m， h 为上下楼层高度的平均值，底层应从室外标高算起，顶层应考虑高出屋面部分。基本 风压 w0 =0.55kN/m2，地面粗糙度为 B 类，计算结果见下表 6-1，风荷载分布见图 6-1 所示。
表 6-1 风荷载计算
楼层 5 4 3 2 1
z
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
s
1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
z /m
23.70 17.25 13.05 8.85 4.65
z
1.3 1.18 1.08 1.00 1.00
wk
/kN/m 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55
2
B /m
7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
h /m
3.6+3.3/2=5.25 (4.2+3.3)/2=3.75 (4.2+4.2)/2=4.2 (4.2+4.2)/2=4.2 (4.65+4.2)/2=4.425
M cb
/kN·m 17.44 27.55 38.42 72.43
ibl
i
1.0 1.0 1.0 1.0
M bl
/kN·m 20.66 42.19 57.00 71.68
M br
/kN·m 25.73 50.57 65.97 83.32
b
Vb /kN
-11.04 -22.08 -29.28 -36.91
Vi /kN
37.93 37.93 62.56 62.56 62.56 62.56 87.93 87.93 87.93 87.93 111.35 111.35 111.35 111.35 136.03 136.03 136.03 136.03
Vik /kN
10.28 17.36 6.60 10.79 13.32 10.28 9.28 15.16 18.72 14.45 11.76 19.20 23.71 18.30 18.36 23.09 25.85 22.55
K /× 104 E /× 10 E (N·mm) (N·mm) 0.907 36.768 40.54 0.453 18.384 40.54
36.768 18.384 52.53 34.14 18.384 9.192 26.263 17.071 31.86 31.86 31.86 31.86 12.87 12.87 12.87 12.87 1.155 0.577 1.649 1.072 1.428 0.714 2.041 1.326
M bl
/kN·m 16.96 26.50 34.74 43.75
M br
/kN·m 11.12 22.72 30.69 38.60
b
Vb /kN
-3.71 -6.31 -8.39 -10.56
N A Vb
/kN 5.68 7.19 7.67 8.19 8.85
E 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 4.2 4.2 4.2 4.2
/kN -4.61 -12.04 -21.92 -34.39
A 轴柱
B 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
BC 跨
表 6-4 续表 B 轴柱
M cu
/kN·m 26.84 26.82 34.51 40.31 47.19
M cb
/kN·m 7.09 18.48 29.16 40.31 72.88
第六章 水平风荷载作用计算
6.1 风荷载计算 将刚架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。 风荷载标准值的计算公式为： wk z s z w0 各楼层位置的集中荷载为： Fw Bhwk 层间剪力为： Vi
由于结构高度小于 50m，可取 z =1.0， s =0.8+0.5=1.3， z 1.0000 z /10
4i
表 6-2 柱子修正抗侧刚度
b
ic
c
0.312 0.185 0.366 0.224 0.452 0.349 0.562 0.447 0.629 0.549
/× 104 N/mm 1.436 0.850 0.817 0.500 1.009 0.779 0.662 0.526 0.740 0.646
3. 风荷载下梁端弯矩、剪力及柱子轴力计算 计算方法同地震作用计算方法。计算过程见表 6-4。
表 6-4 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算 A 轴柱 AB 跨 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8
M cu
/kN·m 18.14 21.87 25.18 29.32
M cb
C 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
CD 跨
表 6-4 续表 C 轴柱
M cu
/kN·m 38.27 26.82 34.51 40.31 47.19