高层建筑结构体系与布置(2)

水平荷载作用下的内力计算、框架结构的内力组合以及框架梁、柱和框架节点的设计。

2. 了解框架在竖向荷载作用下的内力计算方法——分层法

3. 重点掌握用反弯点法、D值法计算框架结构内力及位移；并理解这两种方法的区别

及应用范围。

4. 掌握框架柱和框架梁的截面设计，了解框架节点的设计过程

要点、难点分析：

高层建筑结构体系与布置

本章是这门课重点掌握的内容，为了让大家便于理解和掌握框架结构设计的全过程，现将其设计步骤总结如下：

1） 根据建筑设计进行结构布置，结构布置时注意第一章介绍的结构布置原则； 2） 选取恰当的平面框架作为计算单元，并由此得到计算简图，注意计算简图为平面

刚架；

3） 计算该刚架上所作用的恒载、活载、风荷载和地震作用，方法见第三章；

4） 用分层法或弯矩分配法对框架在竖向荷载作用下的内力进行计算；框架结构的内

力组合以及框架梁、柱和框架节点的设计。

5） 用反弯点法或D值法对框架在水平荷载作用下的内力进行计算，并进行变形验算； 6） 对控制截面的内力值按荷载效应组合方式进行组合；

7） 用在混凝土结构基本理论中所学的知识，并结合框架梁柱节点的构造要求对各构

件进行截面配筋设计。 在上述步骤中，1）、3）、6）在前几章已经学习过，本章的重点、难点在内力计算部分。 一、分层法

了解分层法的基本假定，掌握分层法的主要思想和计算步骤。在学习过程中抓住分层法的分层——计算——整和（即叠加）的思想非常重要。 计算步骤：

1）计算梁柱的线刚度及相对线刚度； 2）将框架计算简图分层（分层后的各柱远端为固定支座），并对除底层柱外的其它各层柱的线刚度乘0.9折减系数；

3）用弯矩分配法计算各层单元的杆端弯矩；

4）叠加各层的杆端弯矩，注意梁的弯矩值保持不变，柱的弯矩值为各层单元的柱端弯矩的代数和，叠加后若结点弯矩不平衡，可再进行一次弯矩分配； 5）按静力平衡条件计算出框架的剪力和轴力，并绘出内力图。 二、反弯点法和D值法

在学习这两种方法时，主要从基本假定、适用条件、计算步骤以及两者之间的不同

在整个学习过程中，把握这几方面的区别，两种方法就很容易掌握了。另一个难点应该是由柱的剪力和弯矩计算梁的弯矩、剪力和轴力以及柱的轴力。这部分应用的是以前在结构力学中学习的截面法，即计算哪部分的内力，将该部分隔离出来单独分析，分别考虑该部分在水平向和竖向力的平衡及力矩平衡。

高层建筑结构体系与布置

1）梁端弯矩的计算

M (M M)

rbuc1dc2

ibr

lib ibrliblib ibr

M (M M)

l

buc1dc2

Mb (Mc1 Mc2)

2）梁端剪力的计算

V V

lbrv

l(Mb Mbr)

l

3） 柱的轴力计算由节点左右梁端剪力之和得到

n

lr

Nik (Vib Vib)

i

三、框架截面设计

注意要把重点放在设计框架柱与基本构件中偏心或轴力受力柱的不同之处，框架梁与基本构件中梁的不同之处，以及梁柱刚接部位的特殊要求，比如，配筋计算时内力的调整，配筋量的限制及其他的一些构造构造要求。 四、例题

例题2：用反弯点法计算图2所示的三层框架（层高为3.6m）的剪力和弯矩，并绘出弯矩图，图中括号中的数据为假定弹性模量为单位1时的梁柱线刚度。

高层建筑结构体系与布置

图2

2、

1）计算一层各柱的相对抗侧刚度

第一、二层：A柱：DA1＝12i2

A1/h B柱：DB1＝12iB1/h2

C柱：DC1=12i2

C1/h

DA1+ DB1+ DC1=12 3.5/h2

第三层：A柱：DA3＝12i2

2

A3/h B柱：DB3＝12iB3/h

C柱：DC3=12i2

C3/h

DA3+ DB3+ DC3=12 3/h2

2) 各层层剪力

V1=300KN V2=220KN V3=120KN

3)

各柱的剪力 V1 300A1= Vc1=

1 1 1.5＝85.7KN V 300B1=

1.51 1 1.5＝128.6KN V= V1 220

V1.5 220

A2c21=

1 1 1.5

＝62.9KN B2=

1 1 1.5

＝94.3KN

VA1= Vc1=VB1=40KN

4)

各柱端弯矩

MtA1= MtC1=85.7×1.2＝102.84KN m MbA1= MbC1=85.7×2.4＝205.68KN m

MtB1=128.6×1.2＝154.32KN m MbB1=128.6×2.4＝308.64KN m

MtA2= MtC2=62.9×1.8＝113.22KN m MbA2= MbC2=62.9×1.8＝113.22KN m

MtB2=94.3×1.8＝169.74KN m MbB2=94.3×1.8＝169.74KN m

MtA3= MtC3= MtB3=40×1.8＝72KN m MbA3= MbC3= MbB3=40×1.8＝72KN m

高层建筑结构体系与布置

5）绘制弯矩图（见图3）

图3

例题3：用D值法计算图4所示的两层框架（层高为3.6m）的弯矩，并绘出弯矩图，图中括号中的数据为假定弹性模量为单位1时的梁柱线刚度。

36

72

36

72

72

72185.22

113.22

72127.87

127.87169.74

72

216.02

102.8

169.74162.03

162.03154.32

113.22

A

205.68

308.64

B

205.68

C