框架侧移计算与讨论PPT（28页）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,主讲教师：孟少平,多层框架结构设计,第,33,讲 框架侧移计算与讨论,东南大学土木学院,建筑结构设计,4,.,多层框架结构设计,4,.5,框架侧移计算与讨论,4.,5,.1 梁柱弯曲变形引起的侧移,4.,5.2,柱轴向变形引起的侧移,4.,5.3,侧移的限值,4.5.4,框架结构的,P,效应,4.5.5,思考题,第,33,讲,框架侧移计算与讨论,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,1,梁柱弯曲变形引起的侧移,建筑结构设计,u,1,u,j,u,N,框架结构水平荷载下的,侧移由两部分组成,：梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,1,梁柱弯曲变形引起的侧移,建筑结构设计,一、梁柱弯曲变形引起的侧移,顶点侧移,层间侧移：,对于规则框架，各层柱的抗侧刚度大致相等，而,层间剪力自上向下逐层增加，因而层间侧移自上向下逐层增加,，整个结构的变形曲线类似,悬臂构件剪切变形引起的位移曲线,，故称为,“,剪切型,”,。,框架结构,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,2,柱轴向变形引起的侧移,建筑结构设计,水平荷载作用下，外侧柱子的轴力大，内侧柱子的轴力小。为了简化，忽略内柱的轴力。,近似取外侧柱轴力为：,二、柱轴向变形引起的侧移,B,z,H,1,B,z,H,1,B,H-z,N,N,在高度,z,处,B,z,H,1,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,2,柱轴向变形引起的侧移,建筑结构设计,V,0,是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。,对于高度不大于,50m,或高宽比,/B4,的钢筋混凝土框架办公楼，柱轴向变形引起的顶点位移约占框架梁柱弯曲变形引起的顶点侧移的,5%11%,。,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,3,侧移的限值,建筑结构设计,框架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外，尚应验算结构的侧向位移。结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移，要求分别满足：,三、侧移的限值,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,3,侧移的限值,建筑结构设计,汶川地震某结构震后破坏特征,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,4,框架结构的,P,效应,建筑结构设计,四、框架结构的,P,效应,Effect,结构的内力分析一般不考虑变形对几何尺寸的影响。,对于图示框架，水平荷载下的侧移将使竖向荷载,P,产生附加内力和变形，这种现象称为,P,效应。,P,P,由于,P,效应是在一阶侧移基础上产生的，所以又称为二阶效应，相应的结构分析称为二阶分析。,二阶分析属非线性分析，相当复杂，目前采用柱计算长度的方法近似考虑二阶效应。,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,10,钢框架二阶效应近似计算,框架结构,1,适用条件,当框架结构满足下式条件时，可采用二阶弹性分析方法来计算其内力：,为所计算楼层的高度；,为所计算楼层层间相对位移的允许值,为所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；,为产生层间侧移,水平力之和。,11,2,计算方法,当钢框架结构采用二阶弹性分析方法来计算其内力时，应在每层柱顶按下式附加一个假想的水平力 。,为第,楼层的总重力荷载设计值；,为框架总层数， 时， 取,为钢材强度影响系数，取值如下：,4.2.5,侧移计算,4.2.4,修正反弯点法,4.2.3,反弯点法,框架结构,4.2.1,分析模型,4.1,种类与布置,4.2,结构分析,4.2.2,分层法,4.2.6,效应,12,3,杆端弯矩,对无支撑的纯框架结构，当采用二阶弹性分析方法计算结构内力时，各杆件杆端的弯矩 可按下式近似计算：,为按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移；,为假定钢框架无侧移时，按一阶弹性分析求得的各杆件端弯矩；,为钢框架各节点有侧移时，按一阶弹性分析求得的各杆件端弯矩；,时，宜增大钢框架结构的刚度。,考虑二阶效应第 层杆件的侧移弯矩增大系数,，,当按上式计算出,4.2.5,侧移计算,4.2.4,修正反弯点法,4.2.3,反弯点法,框架结构,4.2.1,分析模型,4.1,种类与布置,4.2,结构分析,4.2.2,分层法,4.2.6,效应,13,混凝土框架二阶效应近似计算,1,适用条件,当框架结构满足下式条件时，可采用二阶弹性分析方法来计算其内力：,为所计算楼层的高度；,为所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；,为所计算楼层的层抗侧刚度。,4.2.5,侧移计算,4.2.4,修正反弯点法,4.2.3,反弯点法,框架结构,4.2.1,分析模型,4.1,种类与布置,4.2,结构分析,4.2.2,分层法,4.2.6,效应,14,对混凝土框架结构，当采用二阶弹性分析方法计算结构内力时，各杆件杆端的弯矩 和层间位移可按下式近似计算：,为按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移；,为假定框架无侧移时，按一阶弹性分析求得的各杆件端弯矩；,为引起侧移的荷载和作用，按一阶弹性分析求得的各杆件端弯矩；,2,杆端弯矩,4.2.5,侧移计算,4.2.4,修正反弯点法,4.2.3,反弯点法,框架结构,4.2.1,分析模型,4.1,种类与布置,4.2,结构分析,4.2.2,分层法,4.2.6,效应,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,思考题,1,：,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,用反弯点法计算水平荷载下框架侧移时,（,A,）仅考虑柱子的弯曲变形,（,B,）考虑了柱的弯曲和剪切变形,（,C,）考虑了柱和梁的弯曲变形,（,D,）考虑了柱、梁的弯曲和剪切变形,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,思考题,2,：,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,多层框架的位移曲线成为剪切型，是因为,（,A,）位移是由柱的剪切变形引起的,（,B,）位移主要是由柱和梁的剪切变形引起的,（,C,）位移是由梁的剪切变形引起的,（,D,）框架位移曲线与悬臂梁剪切变形曲线相似,竖向悬臂构件,剪切变形引起的挠度曲线,弯曲变形引起的挠度曲线,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,思考题,3,：框架结构改造,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,某,单层混合排架结构,（图,1-a,）,，混凝土柱、钢屋架，混凝土排架柱的抗弯刚度为,EI,，钢屋架的轴向变形可以忽略。现打算在室内加层。,图,1,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,加层方案,采用钢梁、钢柱，钢柱的抗弯刚度为,EI,/4,，钢梁的抗弯刚度为,EI,；钢梁与原混凝土柱做成铰接、钢柱与基础铰接、钢梁与钢柱之间做成刚接,，如图,1-b,所示。,图,1,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,加层方案,采用混凝土梁、混凝土柱，新加梁、柱之间以及新加混凝土梁与原排架柱、新加柱与基础之间均做成刚接；新加柱的抗弯刚度为,EI,/4,，新加梁的抗弯刚度为,2,EI,，如图,1-c,所示。,试比较两种加层方案,在柱顶集中水平荷载,F,作用下（图,1-d,）的顶点侧移分别是改造前的多少？,图,1,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,1,、,原结构,在顶点水平集中荷载下侧移,单根排架柱的抗侧刚度,D,=3,EI,/,H,3,=,EI,/243,，,顶点侧移,=,F,/(2,D,)=48/(2,EI,/243)=5832/,EI,2,、,加层方案,顶点水平集中荷载下侧移,顶点水平集中荷载可以分解为正对称荷载和反对称荷载。正对称荷载仅引起顶层横梁的轴力，因忽略其轴向变形，其它杆件没有内力；反对称荷载作用下（见,2-a,），顶层横梁没有内力。,图,2,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,将结构拆分为,：,外套结构（图,2-b,）和内置结构（图,2-c,）。,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,=,设横梁,AD,的轴力为,N,，可得到结构弯矩与,N,的关系，分别见图,2-b,、,2-c,。用图乘法可求得外套结构,和内置结构,在,A,点的水平位移,、,=,4,.5,框架侧移计算,4.,55,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,根据两者位移相等条件，求得,N,=5.45kN,。弯矩分布见图,2-d,图,2,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,比较图,3-a,和图,3-,b,可以发现，加层后，内置结构使得原结构的弯矩发生了图,3-b,所示的变化。所以加层后的顶点侧移等于加层前的侧移,叠加图,3-b,弯矩所对应的顶点侧移。,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,思考题,3,：框架结构改造,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,3,、,加层方案,顶点水平集中荷载下侧移,加层方案,顶点水平集中荷载下侧移近似用修正反弯点法计算。由,基本教程,表,4-1,，,底层,边柱,的梁、柱线刚度比：,抗侧刚度修正系数：,抗侧刚度：,底层,中柱,的梁、柱线刚度比：,抗侧刚度修正系数：,抗侧刚度：,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,顶层柱的受力状态类似铰接柱脚的底层柱：,顶点侧移,:,=,4,.5,框架侧移计算,4.,5,.,5,思考题,建筑结构设计,五、框架侧移计算与讨论思考题,思考题,3,：框架结构改造,4,.,多层框架结构设计,4.1 多层框架种类与布置,4.2,框架分析模型选取与分层法,4.3 反弯点法,4.4 D,值法,4.5,框架侧移计算与讨论,4.6,混凝土框架构件设计,4.7,钢框架构件及节点设计,4.8,多层房屋基础与模型种类,4.9,基础设计方法,4.10,框架二阶分析,4,、侧移比较,加层方案,对顶点侧移的影响很小；方案,可以明显增大结构的侧向刚度、减小顶点水平位移。,加层方案,的底层和顶层层间位移分别为,1215,N,/(4,EI,)=1655/EI,、,5418/,EI,-1655/,EI,=3763/,EI,；,加层方案,的底层和顶层的层间位移分别为,1093.5/,EI,、,300.7/,EI,。对比发现，方案,主要减小了底层的层间位移，同时顶层也略有下降。,谢谢聆听！,东南大学土木学院,建筑结构设计,