(3)彎矩彙總
分層計算所得的梁的彎矩即為最後的彎矩,由於每一層柱屬於上、下兩層,因此每一根柱的彎矩需由上、下兩層計算所得的彎矩值疊加得到。
(4)不平衡彎矩的再分配
疊加後的彎矩圖為原框架的近似彎矩圖,由於柱為上、下兩層之和,因此疊加後的彎矩圖往往在框架節點處不平衡,一般相差很小,若欲進一步修正,則可將這些不平衡力矩再進行一次彎矩分配。
3.框架結構在水平荷載作用下的內力計算方法主要有哪兩種?著兩種計算方法有什麼區別?
答:框架結構在水平荷載作用下的內力計算方法主要反彎點法和d值法。這兩種計算方法的計算步驟相同,只是在確定各柱間剪力的分配比和確定各柱的反彎點的位置時有所區別。
4.反彎點法的適用條件是什麼?其計算過程如何?
答:反彎點法的適用條件為梁的線剛度與柱的線剛度之比大於3。
其計算過程如下:
(1)反彎點位置的確定:反彎點法假定:對於上部各層柱,反彎點在柱中點;對於底層柱,由於柱腳為固定端,轉角為零,但柱上端轉角不為零,且上端彎矩較小,反彎點上移,故取反彎點在距固定端2/3高度處。
(2)柱的側移剛度:反彎點法中用側移剛度d表示框架柱兩端有相對單位側移時柱中產生的剪力,它與柱兩端的約束情況有關。由於反彎點法中梁的剛度非常大,可近似認為節點轉角為零,則根據兩端無轉角但有單位水平位移時桿件的杆端剪力方程,最後得
式中,v為柱中剪力,為柱層間位移,h為層高。
(3)同一樓層各柱剪力的分配根據力的平衡條件、變形協調條件和柱側移剛度的定義,可以得出第j層第i根柱的剪力為:
式中,為第j層各柱的剪力分配係數,m為第j層柱子總數,為第j層以上所有水平荷載的總和,即第j層由外荷載引起的總剪力。這裡,需要特別強調的是,與第j層所承擔的水平荷載是有所區別的。
由上式可以看出,在同一樓層內,各柱按側移剛度的比例分配樓層剪力。
(4)柱端彎矩的計算由於前面已經求出了每一層中各柱的反彎點高度和柱中剪力,那麼柱端彎矩可按下式計算:
式中,為第j層第i根柱的反彎點高度,為第j層的柱高。
(5)樑端彎矩的計算樑端彎矩可由節點平衡求出,如圖3所示。
圖3 節點彎矩
對於邊柱
對於中柱
式中,、分別為左邊梁和右邊梁的線剛度。
(6)其他內力的計算進一步,還可根據力的平衡條件,由梁兩端的彎矩求出梁的剪力;由梁的剪力,根據節點的平衡條件,可求出柱的軸力。
綜上所述,反彎點法的要點,一是確定反彎點高度,一是確定剪力分配係數。
5.反彎點法有何缺點?為什麼?
答:反彎點法缺點如下:
(1)柱的抗側剛度只與柱的線剛度及層高有關。
(2)柱的反彎點位置是個定值。
因為:反彎點法在計算柱的抗側剛度時,假定梁柱之間的線剛度比為無窮大。反彎點法計算反彎點高度y時,假設柱上下節點轉角相等。
6.d值法相對於反彎點法,主要從哪兩個方面做了修正?具體有何修正?
答:d值法相對於反彎點法,主要從以下兩個方面做了修正:修正柱的側移剛度和調整反彎點高度。
(1)修正柱的側移剛度
節點轉動影響柱的抗側剛度,故柱的側移剛度不但與往本身的線剛度和層高有關,而且還與梁的線剛度有關。考慮柱端的約束條件的影響,修正後的柱側移剛度d用下式計算:
x-6)
式中,為與梁、柱線剛度有關的修正係數,教材表x-1給出了各種情況下值的計算公式。
由表x-1中的公式可以看到,梁、柱線剛度的比值愈大,值也愈大。當梁、柱線剛度比值為時, =1,這時d值等於反彎點法中採用的側移剛度d。
(2)修正反彎點的高度
各層柱的反彎點位置與柱兩端的約束條件或框架在節點水平荷載作用下,該柱上、下端的轉角大小有關。影響柱兩端轉角大小的因素(影響柱反彎點位置的因素)主要有三個:①該層所在的樓層位置,及梁、柱線剛度比;②上、下橫樑相對線剛度比值;③上、下層層高的變化。
在d值法中,通過力學分析求出標準情況下的標準反彎點剛度比(即反彎點到柱下端距離與柱全高的比值),再根據上、下梁線剛度比值及上、下層層高變化,對進行調整。因此,可以把反彎點位置用下式表達:
x-8)
式中,y為反彎點距柱下端的高度與柱全高的比值(簡稱反彎點高度比),y1為考慮上、下橫樑線剛度不相等時引入的修正值,y2、y3為考慮上層、下層層高變化時引入的修正值,h為該柱的高度(層高)。
為了方便使用,係數、、和已製成**,可通過查表的方式確定其數值。
7.框架在水平荷載作用下側移的變形特點如何?其總的側移如何計算?
答:框架結構側移的變形特點:
如果只考慮梁柱桿件彎曲產生的側移,則側移曲線的變形形狀愈到底層,相鄰兩點間的相對變形愈大,當q向右時,曲線凹向左。可稱為剪下型變形曲線。
如果只考慮柱軸向變形形成的側移,則側移曲線的變形愈到頂層,變形愈大,當q向右時,曲線凹向右。可稱為彎曲型變形曲線。
框架在水平荷載作用下的總側移,可近似地看做由梁柱彎曲變形和柱的軸向變形所引起側移的疊加。
8.框架在水平荷載作用下,由框架柱軸向變形引起的側移什麼條件下可忽略不計?
答:從計算框架柱軸向變形引起的側移公式看出:當房屋越高(h越大),寬度越窄(b越小)時,則由柱軸向力引起的變形就越大。
根據計算,對於房屋高度h大於50m或房屋的高寬比h/b大於4的結構,其中由框架柱軸向變形引起的側移約為由框架梁柱彎曲變形而引起的側移的5%~11%,因此當房屋高度或高寬比h/b低於上述數值時,由框架柱軸向變形引起的側移可忽略不計。
9.多高層建築結構水平位移限值的目的是什麼?
答:高層建築結構應具有必要的剛度,在正常使用條件下限制建築結構層間位移的主要目的為:
第一,保證主要結構基本處於彈性受力狀態,對鋼筋混凝土結構要避免混凝土牆或柱出現裂縫;將混凝土梁等樓面構件的裂縫數量、寬度限制在規範允許範圍之內。
第二,保證填充牆、隔牆和幕牆等非結構構件的完好,避免產生明顯損壞。因此,《高規》第4.6.3條規定了按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比的限值。
第五章豎向荷載作用下內力計算
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第五章豎向荷載作用下橫向框架 kj 3 內力計算 由於結構基本對稱,在豎向荷載作用下的框架側移可略去不計。其內力分析採用彎矩分配法,在豎向荷載作用下樑端可以考慮塑性內力重分布,取彎矩調幅係數0.8,樓面的豎向荷載分別按恆載及滿跨活載計算。5.1 豎向恆載作用下內力計算 5.1.1恆荷載計算 1 計算...
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