第六章框架内力组合
土木工程毕业设计 第六章 竖向荷载(恒载 活载)作用下框架内力计算讲解

第六章竖向荷载(恒载+活载)作用下框架内力计算第一节框架在恒载作用下的内力计算本设计用分层法计算内力,具体步骤如下:①计算各杆件的固端弯矩②计算各节点弯矩分配系数③弯矩分配④调幅并绘弯矩图⑤计算跨中最大弯矩、剪力和轴力并绘图一、恒载作用下固端弯矩计算(一)恒载作用下固端弯矩恒载作用下固端弯矩计算(单位:KN·m) 表6.1弯矩图恒载作用下梁固端弯矩计算统计表6.2(二)计算各节点弯矩分配系数用分层法计算竖向荷载,假定结构无侧移,计算时采用力矩分配法,其计算要点是:①计算各层梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩。
②将框架分层,各层梁跨度及柱高与原结构相同,柱端假定为固端。
③计算梁、柱线刚度。
对于柱,假定分层后中间各层柱柱端固定与实际不符,因而,除底层外,上层柱各层线刚度均乘以0.9修正。
有现浇楼面的梁,宜考虑楼板的作用。
每侧可取板厚的6倍作为楼板的有效作用宽度。
设计中,可近似按下式计算梁的截面惯性矩:一边有楼板:I=1.5Ir两边有楼板:I=2.0Ir④计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数。
按修正后的刚度计算各结点周围杆件的杆端分配系数。
所有上层柱的传递系数取1/3,底层柱的传递系数取1/2。
⑤按力矩分配法计算单层梁、柱弯矩。
⑥将分层计算得到的、但属于同一层柱的柱端弯矩叠加得到柱的弯矩。
(1)计算梁、柱相对线刚度图6.1 修正后梁柱相对线刚度(2)计算弯矩分配系数结构三层=5.37÷(5.37+1.18)=0.820①梁μB3C3μ=5.37÷(5.37+3.52+1.18)=0.533C3B3=3.52÷(5.37+3.52+1.18)=0.350μC3D3=3.52÷(3.52+1.18)=0.749μD3C3=1.18÷(5.37+1.18)=0.180②柱μB3B2=1.18÷(5.37+3.52+1.18)=0.117μC3C2=1.18÷(3.52+1.18)=0.251μD3D2结构二层①梁μ=5.37÷(1.18+1.18+5.37)=0.695B2C2=5.37÷(1.18+1.18+5.37+3.52)=0.477μC2B2μ=3.52÷(1.18+1.18+5.37+3.52)=0.313 C2D2=3.52÷(1.18+1.18+3.52)=0.5986 μD2C2=1.18÷(1.18+1.18+5.37)=0.1525②柱μB2B3μ=1.18÷(1.18+1.18+5.37)=0.1525B2B1=1.18÷(1.18+1.18+5.37+3.52)=0.105 μC2C3μ=1.18÷(1.18+1.18+5.37+3.52)=0.105 C2C1=1.18÷(1.18+1.18+3.52)=0.2007 μD2D3μ=1.18÷(1.18+1.18+3.52)=0.2007D2D1结构一层=5.37÷(1.18+1+5.37)=0.711①梁μB1C1=5.37÷(1.18+1+5.37+3.52)=0.485 μC1B1=3.52÷(1.18+1+5.37+3.52)=0.318 μC1D1=3.52÷(1.18+1+3.52)=0.618μD1C1=1.18÷(1.18+1+5.37)=0.156②柱μB1B2=1÷(1.18+1+5.37)=0.133μB1B0=1.18÷(1.18+1+5.37+3.52)=0.107μC1C2=1÷(1.18+1+5.37+3.52)=0.090μC1C0μ=1.18÷(1.18+1+3.52)=0.207D1D2μ=1÷(1.18+1+3.52)=0.175D1D0(三)分层法算恒载作用下弯矩恒载作用下结构三层弯矩分配表6.3B C D上柱偏心弯矩分配系数0固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次分配14.650 -13.883 226.915 20.861 -251.346 84.509 -112.810 二次分配14.512 -14.512 228.818 21.278 -250.096 105.707 -105.707恒载作用下结构二层弯矩分配表6.40.768 12.717 -28.301↑↑↑B C D偏心弯矩分配系数固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次分配 6.931 4.431 -4.607 308.811 46.295 47.232 -385.113 169.804 -113.072 -92.837二次分配 5.901 3.401 -9.302 300.595 44.486 45.423 -390.504 191.416 -105.826 -85.591恒载作用下结构一层弯矩分配表6.52.127 9.081 -7.935↑↑↑B C D偏心弯矩分配系数固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次二次7.030 5.338 -12.368 267.469 35.352 22.097 -324.919 357.349 -46.247 -15.172 -295.930图6.2 弯矩再分配后恒载作用下弯矩图(KN·m)(四)框架梁弯矩塑性调幅为了减少钢筋混凝土框架梁支座处的配筋数量,在竖向荷载作用下可以考虑竖向内力重分布,主要是降低支座负弯矩,以减小支座处的配筋,跨中则应相应增大弯矩。
毕业设计-框架内力组合(柱)

01
03
本设计还对框架内力组合(柱)的材料选择、连接方式、 施工工艺等方面进行了深入研究,为实际工程中的广
泛应用奠定了基础。
04
具体而言,本设计通过理论分析和数值模拟,揭示了 框架内力组合(柱)在不同荷载和边界条件下的性能表 现,并提出了相应的优化设计方案。
研究展望
尽管本设计取得了一定的成果 ,但仍有许多问题需要进一步
探讨和研究。
在未来的研究中,可以进一步 拓展框架内力组合(柱)在不同类
型建筑结构中的应用,提高其 适应性和可靠性。
此外,随着新材料、新工艺的 不断涌现,可以尝试将新的技 术和方法应用于框架内力组合( 柱)的设计和施工中,以提高其 性能和效率。
同时,还需要加强框架内力组 合(柱)在实际工程中的监测和维 护,确保其长期稳定性和安全 性。
实例分析方法与步骤
• 方法:采用有限元分析方法,建立高层建筑框架结构的数值模 型,通过施加各种工况下的荷载,模拟框架柱的内力组合情况。
实例分析方法与步骤
步骤 1. 建立高层建筑框架结构的数值模型;
2. 施加竖向荷载,模拟框架柱的轴向受力;
实例分析方法与步骤
3. 施加水平荷载,模 拟框架柱的剪切受力;
感谢观看
THANKS
毕业设计-框架内力组 合(柱)
• 引言 • 框架内力组合(柱)的基本理论 • 框架内力组合(柱)的实例分析 • 框架内力组合(柱)的优化设计 • 结论与展望
目录
01
引言
毕业设计的目的和意义
01
毕业设计是土木工程专业学生完 成学业的必经环节,旨在培养学 生综合运用所学知识和技能,分 析和解决实际工程问题的能力。
框架内力组合(柱)的计算方法
框架结构体系

现浇结构,有时还可采用现浇柱及预制梁板的半 现浇半预制结构。 现浇结构的整体性好,抗震性能好,在地震区应 优先采用。 缺点:抗侧刚度低,20层以下建筑 适用范围:办公楼、餐厅、车间、营业室、教室 和实验室等
建筑平面布置灵活,使用方便; 框架房屋比砌体房屋有较高的承载力,较好
柱截面
实腹式(矩形、箱形、圆形、I形、H形、L形、T形、 十字形等)
格构式 (对钢结构而言)
梁截面
实腹式(矩形、箱形、T形、倒 L形、I形、H形、花 篮梁等)
格构式 (对钢结构而言)
矩形梁
混凝土梁形式
T形梁
倒L形梁
花篮梁
箱形梁
二、框架结构的优缺点及适用范围
优点: 建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方
3900
7500 2000 7500
3900
5000 700 2000 6000
7000 6000
教室
教室 3900
走道
走道
7800
6000 2400 6000
6000 2400 6000
等跨式柱网
等跨式柱网:常用跨度为6米、7.5米、9米、12米
开间方向柱距:6m
三、构件截面尺寸
(一)框架梁的截面尺寸 (二)框架柱的截面尺寸 (三)楼盖结构尺寸
(一)框架梁的截面尺寸
❖ hb=(1/7—1/15)lb (刚度要求)
hb≤lbn/4
(避免短梁)
bb=(1/2—1/3.5)hb bb≥200mm (构造要求) bb≥bc/2
式中lb、lbn——分别为主梁的计算跨度和净跨度。
纵向布置连系梁。横向抗侧 刚度大。有利采光和通风。
第6章框架梁柱设计及步骤

§ 6.1 延性框架的概念设计
框架柱的轴压比限值 (影响柱 承载力和延性的参数)
N
N c [ c ] f c bh
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5
§ 6.2 框架梁抗震设计
6.2.1 框梁破坏形态与延性
梁的破坏类型(弯曲、剪切破坏)
6.2.2 梁截面抗弯设计
梁截面配筋与延性 受压区高度小,延性好 受压钢筋能改善延性(要求一定量的受压钢筋) 梁截面抗弯验算
1、轴力、弯矩设计值
(1)强柱弱梁
M
C
C M b (一、二、三级)
M
M
C
C
1.2 M bu
(9度、一级)
—节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计 值之和,上下柱端的弯矩设计值,可按弹性分析的弯矩比例进 行分配 M b —节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计 值之和,当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时,绝 对值较小的弯矩取为零 C —柱端弯矩增大系数,一、二、三级分别取1.4 1.2 1.1
M (M 1 M2 )/2 M0 M /2 M0
M ——按简支梁计算时跨中弯矩 、M 2 ——经内力调整并组合后的支座弯矩 M1
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25
框架梁、柱设计步骤
步骤七:内力组合、确定最不利内力 (恒荷载起控制,无风)
S 1.35SGK 0.7 1.4SQK
第六章 钢筋混凝土框架构件设计
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1
框架内力组合及最不利内力 框架抗震设计的延性要求 框架梁截面设计和配筋构造 框架柱截面设计和配筋构造 框架节点核心区截面设计
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2
§ 6.1 延性框架的概念设计
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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9
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
毕业设计框架内力组合柱

此条款对中框架不适用,故大部分同学不采用此项修 正,边框同学有二角柱需修正。
短柱是指剪跨比λ≤2的柱。如果柱的反弯点在柱高中 部时,λ≤2和高宽比 ≤4是近似等效的。采用柱高宽比不 大于4的要求是近似的规定,主要是为了方便操作。
大、小偏心受压情况时, M 值愈 大愈不安全;
Mmax,相应的N(大、小偏心受压); Nmin, 相应的M(大偏心受压); Nmax, 相应的M(小偏心受压); 此处相应是指同一工况,具体见下页。
每层柱配筋应根据四种工况组合分别算出配筋面积后选 择最大值,且满足构造要求选筋。
7.1 混凝土柱
同一工况中 取大值,
框架内力计算时,不需要考虑任何的分项系数, 到结构设计时,分项系数才登场。
§1框架内力分析-框架内力组合
结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合:
S≤R / γ RE
其中风载及竖向地震作用不考虑 8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,
应计算竖向地震作用。
仅恒+活时用
4.1.2 设计楼面梁、墙、柱及基础时,表4.1.1中的楼面活荷载标准值 在下列情况下应乘以规定的折减系数。 2 设计墙、柱和基础时的折减系数 1)第1(1)项应按表4.1.2规定采用; 注:楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内 的实际面积确定。
框架内力分析-框架内力组合
为什么要内力组合? 求哪里的内力(控制截面)? 何为最不利内力?
§1框架内力分析-框架内力组合
静力荷载作用下:荷载效应的基本组合 γoS≤R 1)由可变荷载效应控制的组合:
第六章RC框架结构设计

6.3.2 柱正截面承载力验算
一、二级框支柱由地震作用产生的轴 力应分别乘以增大系数1.5、1.2。
计算轴压比时,附加轴力不乘以增大 系数。
一、二级框支柱的顶层柱上端和底层 柱下端,其组合的弯矩设计值应分别乘 以增大系数1.5和1.25。
6.3.2 柱正截面承载力验算
d) 角柱
按上述方法调整后的组合弯矩 设计值再乘以不小于1.10的增 大系数 。
6.2 框架梁设计
震害
6.2 框架梁抗震设计
6.2.1 框架梁的破坏形态与延性
破坏形态: 剪切破坏 弯曲破坏
剪切破坏:脆性破坏,延性小,耗能差
6.2 框架梁抗震设计
弯曲破坏:
• 少筋破坏—脆性破坏,延性小,耗能差 • 超筋破坏—脆性破坏,延性小,耗能差 • 适筋破坏—延性破坏
6.2 框架梁抗震设计 6.2.2 梁截面抗弯设计 1 )梁纵向配筋与延性的关系
大家好
1
第6章 钢筋混凝土框架构件设计
6.1 延性框架的概念设计 6.2 框架梁设计 6.3 框架柱设计 6.4 梁柱节点核芯区抗震设计 6.5 钢筋的连接和锚固
6.1 延性耗能框架的概念设计
延性是指强度或承载力没有大幅度 下降情况下的屈服后变形能力;
耗能能力是构件或结构耗散地震能 量的能力,用往复荷载作用下构件或 结构的力-变形滞回曲线包含的面积 度量。
0.4 和 0.3 和 0.25 和
0.2 和 80ft/fy
65ft/fy
55ft/fy
45ft/fy
0.3 和 0.25 和 0.2 和
65ft/fy
55ft/fy
45ft/fy
6.2.4 构造措施
沿全长顶面和底面至少两根纵筋
第六章_钢筋混凝土框架构件设计

4 梁斜截面有关构造规定
❖ 截面尺寸和混凝土强度:考虑地震作用组合时;当跨高比
l0/h≥2 5时;Vb≤0 20cfcbh0/RE ;当跨高比l0/h<2 5时;Vb≤0 15cfcbh0/RE
❖ 在强柱弱梁和强剪弱弯的情况下;不宜采用加大梁高度的作 法;常常采用截面高宽比较小的扁梁
2 轴压比N
N = NE /bchcfc
1N越小;延性越好
见图68
2轴压比的限制值见表:
结构类型
框架 框架一剪力墙 框架一核芯筒
框支结构
抗震等级
一
二
三
0.7
0.8
0.9
0.75
0.85
0.95
0.6
0.7
——
3 剪压比V:
V =VE / bchc0 fc 1V越小;延性越好
2剪压比的限制:
❖不考虑地震组合:V ≤0 25 ❖考虑地震组合:V ≤0 20/RE ——>2
d/4,10
二
8d,l00mm
d/4, 8
三
8d,150mm (柱根l00mm)
d/4, 8
四
8d,150mm (柱根l00mm)
d/4, 6 (柱根8)
❖加密区体积配箍率: v
Asv lsv l1l2 s
≥ v fc / fyv
一级抗震等级:v≥ 0 8%;
二级时:
v≥0 6%;
三 四级时: v≥0 4%
❖最小配筋率见下表 最大配筋率 ❖对称配筋 ❖最小截面尺寸 ❖纵筋间距 ❖纵筋接头要求
抗震结构中柱截面最小配筋率%
柱类型 框架中柱、边柱
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框架内力组合
一. 框架梁内力组合见横向框架KJ-2内力组合表
对于框架梁,在水平荷载和竖向荷载的共同作用下,其剪力沿梁轴线呈线性变化,因此,除取梁的两端为控制截面外,还应在跨间取最大正弯矩的截面为控制截面。
对于框架梁的最不利内力组合有: 对梁端截面:m ax
M +、
m ax
M
-、
m ax
V
对梁跨间截面:m ax M +、
m ax
M
-
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: 1.永久荷载的分项系数:
(1) 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.
(2) 当其效应对结构有利时,
一般情况下应取1.0;
对结构倾覆、滑移和漂浮验算,应取0.9 2.可变荷载的分项系数 一般情况下应取1.4
对标准值大于4KN/m 2
的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3
抗震规范5.4.1结构构件的地震作用效应和其它荷载效应的基本组合,应按下式计算:S=W K W
W
EVK
EV
EhK
EH
GE G
S S
S
S γ
ψ
γ
γ
γ
+++
式中S ——结构构件内力组合的设计值,包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值; G γ——重力荷载分项系数,一般情况应采用1.2,当重力荷载效应对构件
承载能力有利是,不应大于1.0;
Eh
γ
、Ev γ——分别为水平、竖向地震作用分项系数,应按表1采用;
w γ——风荷载分项系数,应采用1.4;
GE
S ——重力荷载代表值的效应,有吊车时,尚应包括悬吊物重力标准值的效应; EhK S ——水平地震作用标准值的效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数; EvK S ——竖向地震作用标准值的效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数; wK
S ——风荷载标准值的效应;
w ψ——风荷载组合值系数,一般结构取0.0,风荷载起控制作用的高层建筑
应采用0.2
表1 水平、竖向地震作用分项系数表
抗震规范5.4.2 结构构件的截面抗震验算,应采用下列设计表达式: S ≤RE R γ/ 式中 RE γ——承载力抗震调整系数,除另有规定外,应按表
2采用;
R ——结构构件承载力设计值。
表2 承载力抗震调整系数 则此工程的组合式分别为:
1.2S GK +1.4S QK ;
1.35S GK +1.4×0.7S QK ;
1.2(S GK +0.5S QK )+1.3S EK ; 注:红色部分及重力荷载代表值
另外计算梁支座弯矩时组合中需用活载满跨的情况,梁跨中弯矩需用活载最不利布置的情况。
梁端弯矩需乘以0.8调幅系数,体现了“强柱弱梁”的原则。
同时应注意,梁截面设计时所采用的跨中弯矩设计值不应小于按简支梁计算的跨中弯矩设计值的一半。
抗震规范6.2.4 一、二、三级框架梁和抗震墙的连梁,其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整:
Gb
n r
b l b
vb V l M M
V ++=/)(η (6.2.4-1)
式中 V ——梁端截面组合的剪力设计值;
n
l ——梁的净跨;
Gb
V ——梁在重力荷载代表值作用下,按简支梁分析的梁端截面剪计
值;
l b
M
r b
M
——分别为梁左右端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值,一级框架两端弯矩均为负弯矩时,绝对值较小的弯矩应取零;
vb η——梁端剪力增大系数,一级取1.3,二级取1.2,三级取1.1。
重力荷载代表值作用下梁端剪力Gb V 的计算:
梁在重力荷载代表值作用下按简支梁分析的梁端截面剪力设计值
Gb
V ——(恒载+0.5倍的活荷载)作用下的剪力乘以1.2的放大系数
二、框架柱内力组合见柱弯矩和轴力组合表
对于框架柱,由于其弯矩、轴力和剪力沿柱高为线性变化,因此可取各柱的上、下端截面为控制截面。
对于框架柱的最不利内力组合有:
对柱端截面:m ax M ±及相应的N 、V ;
m ax N 及相应的M 、V ;
min
N 及相应的M 、V (对于柱子一般采用对称配筋,m ax M ±只
需取m ax M )
按抗震规范有如下调整:
6.6.2 三级框架的梁柱节点处,除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外,柱端组合的弯矩设计值应符合下列要求:
∑∑=b C C
M M
η,1.1=c η
式中 ∑C M ——节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和,上下柱端的弯矩设计值,可按弹性分析分配。
∑
b
M
——节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值
之和
6.2.3 三级框架结构的底层,柱下端截面组合的弯矩设计值,应乘以增大系数1.15。
底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。
6.2.5 三级框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整:
n c
t
c
b v
c H M
M
V /)(+=η,11.=vc η
式中 V ——柱端截面组合的剪力设计值。
n H ——柱的净高。
c
t
c
b M
M
——分别为柱的上下端顺时针或反时针方向组合的弯矩设计
值,应符合本节第6.2.2、6.2.3条的规定。
vc η——柱剪力增大系数,三级取1.1。
6.2.6 三级框架的角柱,经上述规范调整后的组合弯矩设计值、剪力设计值尚
应乘以不小于1.10的增大系数。
一层框架梁内力组合(静力组合)
二层框架梁内力组合(静力组合)
三层框架梁内力组合(静力组合)
四层框架梁内力组合(静力组合)
五层框架梁内力组合(静力组合)
6
7
KJ-2柱内力组合--------A柱
8
9
10。