华科高层建筑结构设计课件.ppt

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1、第5章框架、剪力墙、框架—剪力墙结构的近似计算方法与设计概念高层结构近似计算方法的基本假定；框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的近似计算方法——分层法和D值法；剪力墙结构（整体墙、小开口墙、联肢墙、独立墙肢以及壁式框架）在水平荷载作用下的内力与侧移计算方法；框架－剪力墙结构的协同工作计算方法；相应结构的内力分布特征与设计概念。教学提示掌握框架结构的内力与侧移计算方法；掌握一片剪力墙在侧向荷载作用下的内力与侧移计算、掌握墙身开洞要求及洞口对墙肢的受力与变形的影响；理解框架与剪力墙的协同工作原理、掌握协同工

2、作计算方法以及刚度特征值对框－剪结构的受力与变形的影响。教学要求水平荷载作用方向假定5.1计算基本假定刚性楼板假定平面结构假定三大基本假定平面结构假定：一片框架或剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，平面外刚度忽略不计—可以计算平面结构的内力和位移；刚性假定楼板：楼板在自身平面内刚度无限大，平面外刚度忽略不计—解决在水平荷载作用下各片平面结构之间的荷载分配问题；水平荷载作用方向假定：水平荷载作用在房屋结构的主轴方向及斜交结构方向当斜交方向角大于15°时）忽略杆件的轴向变形；竖向荷载作用下框架无侧移；杆件为

3、等截面，其轴线为框架计算轴线。5.2框架结构的近似计算方法计算假定5.2.1竖向荷载下内力计算—分层法1计算梁柱线刚度。有现浇板的梁：一边有板I=1.5Ir两边有板I=2.0Ir柱:除底层外,各柱线刚度乘以0.92统计荷载后，计算梁的固端弯矩。计算步骤3计算梁、柱弯矩分配系数，确定传递系数。除底层柱外，上层各柱的传递系数取1/3；底层柱取1/2。4将框架分层。分层后的柱端假定为固端5按力矩分配法计算每层梁、柱弯矩。6同层柱的柱端弯矩叠加。7将叠加后产生的节点不平衡弯矩再分配一次。1.计算假定：梁柱线刚度

4、之比为∞。相应地，有除底层柱外，各层柱的反弯点位置处于层高的中点；底层柱的反弯点位于2/3柱高处。2.柱的抗侧刚度：ijk=12ic/h2框架在水平力作用下的弯矩图5.2.2水平荷载作用下的计算—D值法反弯点法3柱剪力：层间剪力是按各柱的抗侧刚度的比值分配给各柱4柱端弯矩：底层柱：其余各层柱：5梁端弯矩：6其余内力：梁端剪力，柱轴力1计算假定：(1)柱AB端节点以及相邻杆件的杆端转角均为θ。(2)柱AB以及相邻上下柱的线刚度均为ic；层间位移为Δ，相应地，柱的弦转角ψ=Δ/hj。(3)与柱AB相交梁的线

5、刚度为i1、i2、i3、i4。D值法—改进的反弯点法式中：由此得柱AB的抗侧刚度——D值：2.柱的D值：由节点A、B的平衡条件和结构力学的转角位移方程，可以推导出：柱刚度修正系数的计算楼层简图Kα一般层底层3反弯点高度：根据理论分析，D值法中反弯点高度比采用下式确定：式中：y0—标准反弯点高度比，根据水平荷载作用形式，总层数m、该层位置n以及梁柱线刚度比的K值，查表求得;y1—上下层梁刚度不同时，柱的反弯点高度比的修正值。当＜时，令根据I和梁、柱的线刚度之比K，查表得y1,y2—上层层高与本层高度h不同

6、时反弯点高度比的修正值。y3—下层层高与本层高度h不同时反弯点高度比的修正值。(1)根据表5-1，计算出各柱的梁柱刚度比K，及其相应的抗侧刚度影响系数，则抗侧刚度，按式(5-5)，计算各框架柱的抗侧刚度D值。(2)每层各柱剪力按其刚度D分配，当j层的层剪力Vj，柱jk的剪力：4.利用D值法计算在水平荷载作用下框架内力的步骤(3)计算柱jk的反弯点高度比y，按下式计算。(4)计算柱jk上下端弯矩。=Vjkyh；=Vjk(1-y)h(5)任一节点处左右横梁的端弯矩根据上下柱端弯矩的代数和按横梁线刚度进行分配

7、。在近似计算中，只需计算由杆件弯曲引起的变形，即剪切型变形。5.2.3框架侧移计算框架的总变形应由两部分变形组成：弯曲变形和剪切变形；梁柱弯曲变形产生的剪切型侧移：根据柱D值的定义，按下式进行计算层间侧移：顶点侧移为：柱轴向变形产生的侧移：楼层i处的侧移：楼层i的层间位移：5.3剪力墙结构的近似计算方法结构组成：竖向：纵、横墙体系（竖向分体系）水平：楼盖体系（水平分体系）承受荷载：竖向：恒载、使用活载、竖向地震作用水平：水平地震作用、风荷载抗侧力结构单元和承重单体均由剪力墙（R.C墙）组成的空间结构体系

8、称为剪力墙结构。5.3.1剪力墙结构的受力特点及计算方法剪力墙是否开洞以及洞口的大小与分布情况对其受力与变形影响很大。剪力墙的受力特点与类型一般将其简化为平面结构，假定剪力墙在自身平面内受力，在侧向荷载作用下处于二维应力状态，应用平面有限元方法计算，但大都将其简化为杆系采用结构力学的方法作近似计算。剪力墙根据开洞情况的不同分两大类：1）不开洞或开洞但洞口分布规则；2）不规则开洞剪力墙。2）不规则开洞剪力墙当洞口较大又排列不规则，则不能简化为