第五章.竖向荷载作用下的框架内力计算
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第五章.竖向荷载作⽤下的框架内⼒计算5.1 计算单元的确定取6号轴线⼀榀框架进⾏计算,计算宽度为(6.6+6.6)/2=6.6m 。
如图下图所⽰横向框架荷载传递图5.2 荷载计算5.2.1 恒荷载的计算 1、五层、(1)q 、q 0、q 0′、q 0″分别为⼥⼉墙、边跨横梁(⾛道纵梁)、⾛道横梁、次梁⾃重(扣除板⾃重),为均布荷载形式;β为考虑梁粉刷⾃重时的放⼤系数,取β=1.05。
⼥⼉墙:q=3.47×0.9=3.12 kN/m 边跨横梁(⾛道纵梁):q 0=1.05×0.3×(0.6-0.1)×25=3.94kN/m ⾛道横梁:q 0′=1.05×0.3×(0.4-0.1)×25=2.36kN/m 次梁:q 0″=1.05×0.2×(0.5-0.1)×25=2.1kN/m(2)q 1、q 1′分别为屋⾯板⾃重传给横梁的梯形和三⾓形荷载等效为均布荷载值 q 1=[1-2×(3.3/6.6×2) 2+(3.3/6.6×2)3]×4.38×3.3/2=6.44kN/mq 1′=85×4.38×3.0/2=4.11kN/m(3)q 2、q 2′分别为屋⾯板⾃重传给纵梁上的梯形和三⾓形荷载等效为均布荷载值梯形:q 2=[1-2×(3.0/6.6×2) 2+(3.0/6.6×2)3]×4.38×3.0/2=5.96kN/m三⾓形:q 2′=85×4.38×3.3/2=4.52kN/mP 1为由板传给次梁及次梁⾃重传给纵梁的集中⼒ P 1= q 1×6.6+ q 0″×6.6/2=49.43kNP 2为由板传给外纵梁及外纵梁、⼥⼉墙⾃重传给柱⼦的集中⼒ P 2=( q 2′+ q 0+q )×3.3×2=76.42 kNP 3为由板传给内纵梁及内纵梁⾃重传给柱⼦的集中⼒。
4_竖向荷载作用下框架内力计算在结构设计过程中,框架结构是一种常见的结构形式。
在实际工程中,框架结构会受到各种荷载的作用。
竖向荷载是一种重要的荷载形式,常见的竖向荷载包括自重、活荷载和附加荷载等。
在框架结构内力计算中,需要首先确定结构的几何特征,包括框架的截面形状、材料参数和受力情况等。
然后根据几何特征和力学原理,分析结构的受力平衡和变形情况,最终得到内力的计算结果。
下面将以一个简单的框架结构为例,介绍竖向荷载作用下框架内力计算的基本步骤。
1.框架结构的受力分析首先,需要绘制框架的受力图。
在竖向荷载作用下,框架的受力主要包括竖向荷载的作用力、支座反力和框架内部的轴力、剪力和弯矩等。
通过受力分析,可以将框架结构简化为若干个矩形梁和柱,以便进行进一步的计算。
2.框架结构的力学模型化将框架结构进行力学模型化,即将结构划分为若干个杆件和节点,并确定节点的受力情况。
杆件的长度、截面形状和材料参数等需要根据实际情况进行设定,以便计算杆件的受力。
3.杆件的受力计算根据竖向荷载作用下杆件的受力平衡和变形情况,可以得到杆件的轴力、剪力和弯矩等。
对于轴力,可以利用静力平衡原理进行计算。
对于剪力和弯矩,可以根据杆件的受力分布和形状进行计算,常用的方法包括截面法和弯矩传递法等。
4.框架结构的内力计算根据杆件的受力计算结果,可以得到框架结构内各个节点的内力情况。
根据节点的受力平衡条件,可以计算出节点上的轴力、剪力和弯矩等。
此外,还需要考虑支座反力的作用,以及与其他荷载(如横向荷载)的叠加效应。
5.内力的承载能力和设计校核根据内力计算结果,可以对框架结构的承载能力进行评估和校核。
根据设计规范和材料参数,结合强度和稳定性要求,进行构件的截面尺寸校核。
如果结构的承载能力满足要求,则结构设计合理;否则,需要进行后续的调整和优化。
总的来说,竖向荷载作用下框架内力计算是结构设计中的重要环节。
通过合理的受力分析和计算,能够得到准确的内力计算结果,从而为结构设计和施工提供科学的依据。
框架结构竖向荷载作用下的内力计算框架结构是由梁柱等构件组成的,在受到竖向荷载作用下,会引起构件内力的产生。
了解框架结构竖向荷载作用下的内力计算对于结构的设计和分析非常重要。
下面将详细介绍框架结构竖向荷载作用下的内力计算方法。
首先,通过建立结构模型来描述框架结构。
结构模型中包括构件、节点和连接关系。
构件可以是梁或柱,节点是构件之间的连接点,连接关系表示构件之间的刚性约束。
在竖向荷载作用下,框架结构的内力主要有两种情况:梁内力和柱内力。
1.梁内力计算:在竖向荷载作用下,梁会产生弯矩和剪力。
根据梁的基本理论,可以得出计算弯矩和剪力的公式。
-弯矩计算:弯矩是由竖向荷载作用在梁上引起的。
根据弯矩的定义,弯矩M等于施加在梁上的力乘以力臂。
当梁需要承受重力荷载时,弯矩的计算公式为M=w*l^2/8,其中w为荷载大小,l为梁的跨度。
-剪力计算:剪力是由竖向荷载作用在梁上引起的。
根据剪力的定义,剪力V等于施加在梁上的力。
当梁需要承受重力荷载时,剪力的计算公式为V=w*l/2,其中w为荷载大小,l为梁的跨度。
2.柱内力计算:在竖向荷载作用下,柱会产生压力和拉力。
根据柱的基本理论,可以得出计算压力和拉力的公式。
-压力计算:压力是由竖向荷载作用在柱上引起的。
根据力学平衡原理,压力P等于施加在柱上的荷载之和。
当柱需要承受多个重力荷载时,压力的计算公式为P=∑w,其中w为荷载大小。
-拉力计算:拉力是由竖向荷载作用在柱上引起的。
和压力类似,拉力T等于施加在柱上的荷载之和。
在实际计算过程中,需要考虑梁和柱的截面形状和材料性质,以及节点和连接部位的刚性约束等因素。
同时,还需要考虑结构的整体平衡条件和节点处的力的平衡条件。
在计算过程中,可以使用静力平衡原理和弹性力学理论来进行分析。
通过平衡方程和应变-位移关系等基本原理,可以建立结构方程组,并通过求解方程组得到内力的值。
总结起来,框架结构竖向荷载作用下的内力计算是一个复杂的过程,需要考虑多个因素和使用多种方法。
框架钢结构内力计算对于本结构,考虑如下受荷情况:(1)恒载作用;(2)活荷载满跨布置;(3)风荷载作用(从左向右,或从右向左);(4)横向水平地震作用(从左向右。
或从右向左)。
对于(1)、(2)情况,框架在竖向荷载作用下,采用力矩分配法计算;对于(3)、(4)情况,框架在水平荷载作用下,采用D值法计算。
5.1恒荷载标准值作用下的内力计算5.1.1顶层力矩分配如下:-127.6945.55-8.0113.004-84.147129.8522.775-16.0221.502-0.955137.1574.13-29.81-10.4274.57738.47-74.14-14.905-20.8542.289-1.243-108.843顶层-10.544-8.757三层5.1.3二层力矩分配如下:-11.212-9.203二层0.174.50.185.48.4760.1420.21500.326.265.39-193.8428.684-7.4521.297-171.311214.6814.342-14.9050.649-0.240214.526114.81-18.451-9.7092.08788.737-114.81-9.226-19.4181.044-0.313-142.72382.4253.72686.15142.455-27.815-0.449-28.264-26.5183.00-23.518底层-42.825-0.691-43.516-21.758-40.854.62-36.23-18.11453.7412.42955.85818.724-9.422-7.83928.99-28.99叠加可得到最终的梁端、柱端弯矩。
其次求各层梁的最大弯矩,由于各层梁的最大弯矩求法相同,故此处列举顶层梁AC做实例。
由力矩分配法已求得:第一个集中力处剪力同理在顶梁AC段,第二个集中荷载处,剪力变号,故此处弯矩最大。
同理可求得其它梁的最大弯矩及梁端剪力,列表如下:梁剪力表层号 4 3 2 1 AC跨69.98 117.48 114.67 115.3566.95 101.83 100.62 101.3019.35 38.39 37.18 37.86 16.45 23.45 23.77 24.45 -32.15 -39.99 -39.67 -38.99 -34.19 -55.64 -53.72 -53.04 -81.79 -119.08 -117.16 -116.48 -84.55 -133.30 -129.93 -129.25CD跨62.91 96.97 93.99 92.50 59.88 81.32 79.94 78.45 12.28 17.88 16.50 15.01 9.38 2.94 3.10 1.61 -38.22 -60.50 -60.34 -61.83 -41.26 -76.15 -74.39 -75.88(注:表中单位为kN)梁跨最大弯矩,柱轴力计算如下表:层号4 上146.14 220.49 117.42101.05 48.96 下154.23 228.57 125.503 上401.64 536.69 331.59137.85 65.51 下408.84 543.90 338.212 上647.40 843.20 537.07134.70 64.06 下654.60 850.40 544.271 上893.84 1147.53 744.036132.41 62.77 下907.62 1161.31 757.82柱的剪力可根据平衡方程求出。
竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1计算单元的选择确定取③轴线横向框架进行计算,如下图所示:图6.1框架计算简图计算单元宽度为6.4 m,由于房间内布置有次梁,故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示。
计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点上。
由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合,所以在框架节点上还作用有集中力矩。
6.2荷载计算6.2.1恒载作用下柱的内力计算:恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示:2图6.2恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布图(1)、对于顶层屋面,q1、q1'代表横梁自重,为均布荷载形式。
q1=0.3×0.75×25=5.625kN/mq1'=0.3×0.75×25=5.625kN/mq2为屋面板传给横梁的梯形荷载。
q2=5.29×3.2=16.928kN/mP1、P2分别由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载,它包括主梁自重、次梁自重、楼板重等重力荷载,计算如下:P1=6.4*0.3*0.75*25+8.5/2*0.25*0.6*25+5.29*3.2*1.6+(5.3+8.5)*1.6*5.29/4=108.223KN P2=6.4*0.3*0.75*25+6.4/2*0.25*0.6*25+5.29*3.2*1.6 +(3.2+6.4)*1.6*5.29/4=95.398KN P3=6.4*0.3*0.75*25+(8.5+6.4)*0.5*0.25*0.6*25+5.29*3.2*1.6*2++(3.2+6.4)*1.6*5.29/4= 190.64KN集中力矩M1=P1e1=108.223×(0.6 -0.3)/2=16.23kN·mM2=P2e2=147.23×(0.6 -0.3)/2=14.31kN·m(2)、对于3层,包括梁自重和其上横墙自重,为均布荷载,其它荷载的计算方法同第顶层。
5.1 计算单元的确定取6号轴线一榀框架进行计算,计算宽度为(6.6+6.6)/2=6.6m 。
如图下图所示横向框架荷载传递图5.2 荷载计算5.2.1 恒荷载的计算 1、五层、(1)q 、q 0、q 0′、q 0″分别为女儿墙、边跨横梁(走道纵梁)、走道横梁、次梁自重(扣除板自重),为均布荷载形式;β为考虑梁粉刷自重时的放大系数,取β=1.05。
女儿墙:q=3.47×0.9=3.12 kN/m 边跨横梁(走道纵梁):q 0=1.05×0.3×(0.6-0.1)×25=3.94kN/m 走道横梁:q 0′=1.05×0.3×(0.4-0.1)×25=2.36kN/m 次梁:q 0″=1.05×0.2×(0.5-0.1)×25=2.1kN/m(2)q 1、q 1′分别为屋面板自重传给横梁的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 q 1=[1-2×(3.3/6.6×2) ²+(3.3/6.6×2) ³]×4.38×3.3/2=6.44kN/mq 1′=85×4.38×3.0/2=4.11kN/m(3)q 2、q 2′分别为屋面板自重传给纵梁上的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 梯形:q 2=[1-2×(3.0/6.6×2) ²+(3.0/6.6×2) ³]×4.38×3.0/2=5.96kN/m三角形:q 2′=85×4.38×3.3/2=4.52kN/mP 1为由板传给次梁及次梁自重传给纵梁的集中力 P 1= q 1×6.6+ q 0″×6.6/2=49.43kNP 2为由板传给外纵梁及外纵梁、女儿墙自重传给柱子的集中力 P 2=( q 2′+ q 0+q )×3.3×2=76.42 kNP 3为由板传给内纵梁及内纵梁自重传给柱子的集中力。
P 3=(q 2′+ q 2+ q 0)×3.3×2=95.17kNP 4为由板传给边框架横梁及边框架横梁自重传给柱子的集中力 P 4= q 1×6.6+ q 0×6.6/2=55.51 kNP 5为由板传给走道横梁及走道横梁自重传给柱子的集中力 P 5= q 1′×6.6+ q 0′×3.0/2=30.67 kN P A = P 1 +P 2 =125.85 kN P C = P 1 +P 3 =144.6 kN P D = P 1 +P 3 =144.6 kN P E = P 1 +P 2 =125.85 kN(4)由于梁偏心作用而在梁端产生的弯矩 M A =( P A )e=125.85×(0.6-0.3)/2=18.88kN ⋅m M C =( P C )e=144.6×(0.6-0.3)/2=21.69kN ⋅m M D =( P D )e=144.6×(0.6-0.3)/2=21.69kN ⋅m M E =( P E )e=125.85×(0.6-0.3)/2=18.88kN ⋅m 2、一~四层:(1)q 、q 0、q 0′、q 0″分别为外纵梁、边跨横梁(走道纵梁)、走道横梁、次梁自重(扣除板自重,包括填充墙重),为均布荷载形式;β为考虑梁粉刷自重时的放大系数,取β=1.05。
外纵梁:q=1.05×0.3×(0.6-0.1)×25+2.77×3.3=13.08 kN/m 边跨横梁(走道纵梁):q 0=1.05×0.3×(0.6-0.1)×25+1.6×3.3=9.22kN/m 走道横梁:q 0′=1.05×0.3×(0.4-0.1)×25+1.6×3.3=7.64kN/m 次梁:q 0″=1.05×0.2×(0.5-0.1)×25+1.6×3.3=7.38kN/m(2)q 1、q 1′分别为楼面板自重传给横梁的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 q 1=[1-2×(3.3/6.6×2) ²+(3.3/6.6×2) ³]×3.39×3.3/2=4.98kN/mq 1′=85×3.39×3.0/2=3.18kN/m(3)q 2、q 2′分别为楼面板自重传给纵梁上的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 梯形:q 2=[1-2×(3.0/6.6×2) ²+(3.0/6.6×2) ³]×3.39×3.0/2=4.62kN/m三角形:q 2′=85×3.39×3.3/2=3.50kN/mP 1为由板传给次梁及次梁自重传给纵梁的集中力 P 1= q 1×6.6+ q 0″×6.6/2=57.22kNP 2为由板传给外纵梁及外纵梁自重传给柱子的集中力 P 2=(q 2′+ q )×3.3×2=109.43 kNP 3为由板传给内纵梁及内纵梁自重传给柱子的集中力。
P 3=(q 2′+ q 2+ q 0)×3.3×2=114.44kNP 4为由板传给边框架横梁及边框架横梁自重传给柱子的集中力 P 4= q 1×6.6+ q 0×6.6/2=46.70 kNP 5为由板传给走道横梁及走道横梁自重传给柱子的集中力 P 5= q 1′×6.6+ q 0′×3.0/2=32.45 kN P A = P 1 +P 2 =166.65 kN P C = P 1 +P 3 =171.66 kN P D = P 1 +P 3 =171.66 kN P E = P 1 +P 2 =166.65 kN(4)由于梁偏心作用而在梁端产生的弯矩 M A =( P A )e=166.65×(0.6-0.3)/2=25.00kN ⋅mM C =( P C )e=171.66×(0.6-0.3)/2=25.75kN ⋅m M D =( P D )e=171.66×(0.6-0.3)/2=25.75kN ⋅m M E =( P E )e=166.65×(0.6-0.3)/2=25.00kN ⋅m 5.2.2 活荷载计算《建筑结构荷载规范》5.1.2规定:当楼面梁从属面积超过25m 2时,应取折减系数0.9。
本设计中楼面梁的从属面积:6.6×3.3=21.78m 2<25m 2,故活荷载不需要折减。
1、 五层q 1、q 1′分别为房间传给边横梁的梯形荷载和走道板传给走道横梁上的三角形荷载等效为均布荷载值q 1=[1-2×(3.3/6.6×2) ²+(3.3/6.6×2) ³]×0.5×3.3/2=0.74kN/mq 1′=85×0.5×3.0/2=0.47kN/mq 2、q 2′分别为房间传给纵梁上的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 梯形:q 2=[1-2×(3.0/6.6×2) ²+(3.0/6.6×2) ³]×0.5×3.0/2=0.68kN/m三角形:q 2′=85×0.5×3.3/2=0.52kN/mP 为房间通过纵梁传给柱的集中力 P A = P E = q 2×6.6=4.49 kN P C = P D =( q 2+ q 2′)×6.6 =7.92 kNM 为由于梁偏心作用而在梁端产生的弯矩 M A = M E = ( P A )e=4.49×(0.6-0.3)/2=0.67kN ⋅m M C = M D = ( P C )e=7.92×(0.6-0.3)/2=1.19kN ⋅m2、 一~四层q 1、q 1′分别为房间传给边横梁和走道横梁上的荷载等效为均布荷载值 q 1=[1-2×(3.3/6.6×2) ²+(3.3/6.6×2) ³]×2.0×3.3/2=2.96kN/mq 1′=85×2.0×3.0/2=1.88kN/mq 2、q 2′分别为房间传给纵梁上的梯形和三角形荷载等效为均布荷载值 梯形:q 2=[1-2×(3.0/6.6×2) ²+(3.0/6.6×2) ³]×2.0×3.0/2=2.72kN/m三角形:q 2′=85×2.0×3.3/2=2.08kN/mP 为房间通过纵梁传给柱的集中力 P A = P E = q 2×6.6=17.95 kN P C = P D =( q 2+ q 2′)×6.6 =31.68 kNM 为梁偏心作用而在梁端产生的弯矩 M A = M E = ( P A )e=17.95×(0.6-0.3)/2=2.69kN ⋅m M C = M D = ( P C )e=31.68×(0.6-0.3)/2=4.75kN ⋅m各层梁上作用的恒荷载各层梁上作用的活荷载5.3 内力计算梁端、柱端弯矩均采用弯矩二次分配法计算。
5.3.1 弯矩计算弯矩计算简图恒荷载弯矩计算1、 五层由均布荷载产生的弯矩: M AC =-M CA =-1/12×10.38×6.62=-37.68kN·mM CD =-M DC =-1/12×6.47×3.02=-4.85kN·m M DE =-M ED =-1/12×10.38×6.62=-37.68kN·m 2、一~四层由均布荷载产生的弯矩: M AC =-M CA =-1/12×14.20×6.62=-51.55kN·m M CD =-M DC =-1/12×10.82×3.02=-8.12kN·mM DE =-M ED =-1/12×14.20×6.62=-51.55kN·m 活荷载弯矩计算1、 五层由分布荷载产生的弯矩: M AC =-M CA =-1/12×0.74×6.62=-2.69kN·mM CD =-M DC =-1/12×0.47×3.02=-0.56kN·mM DE =-M ED =-1/12×0.74×6.62=-2.69kN·m 2、一~四层由分布荷载产生的弯矩: M AC =-M CA =-1/12×2.96×6.62=-6.82kN·mM CD =-M DC =-1/12×1.88×3.02=-1.41kN·mM DE =-M ED =-1/12×2.96×6.62=-6.82kN·m 5.3.2 横向框架内力计算 1、转动刚度122ql梁柱线刚度取前面计算结果,分配系数按与节点连接方式形式可得各个杆件的转动刚度比值计算。