S大學(xué)綜合教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17193S大學(xué)綜合教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算案例 1266201.2建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載計(jì)算 3182321.2.1建筑結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算 362291.2.2建筑結(jié)構(gòu)活載計(jì)算 542871.2.3建筑結(jié)構(gòu)框架柱在變截面處的附加彎矩計(jì)算 7316671.3建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 8143191.3.1建筑結(jié)構(gòu)桿端分配系數(shù)的計(jì)算 8242911.3.2建筑結(jié)構(gòu)桿端彎矩計(jì)算 977421.3.3建筑結(jié)構(gòu)桿端彎矩計(jì)算 9117681.3.4建筑結(jié)構(gòu)梁端剪力以及柱軸力計(jì)算 15建筑結(jié)構(gòu)在處于地震設(shè)防地區(qū)的通常情況下需要考慮兩種內(nèi)力組合方式，其中一種為考慮地震作用效應(yīng)的內(nèi)力組合方式，這種組合方式要求計(jì)算恒載加上0.5倍的樓面活荷載的總荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力，而另一種為不考慮地震作用效應(yīng)的組合，這種情況下要求我們計(jì)算恒載以及全部的樓面活荷載的總荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。另外，在第一種組合中的屋面活荷載應(yīng)當(dāng)取雪荷載，而第二種組合時(shí)則應(yīng)取屋面活荷載與雪荷載兩者中的較大值作為活荷載取值。因此，豎向荷載作用下框架內(nèi)力分析時(shí)，我們應(yīng)分別計(jì)算恒載、樓面活荷載以及雪荷載三種荷載作用下的框架內(nèi)力。

1.1計(jì)算單元的選取以及計(jì)算簡(jiǎn)圖的繪制依照本次任務(wù)書要求，選取一榀框架作為代表計(jì)算單元，為方便計(jì)算，則選取③軸框架作為基本計(jì)算單元。計(jì)算單元選取范圍則為兩軸之間中線作為邊界?？紤]該計(jì)算單元內(nèi)板按雙向板進(jìn)行計(jì)算，則作用于樓面或屋面上的荷載傳遞邊界為沿雙向板四周角點(diǎn)做45°線相交于板中線處，則荷載分布被分為四部分，其分別就近傳遞至主梁以及次梁上，再由梁傳遞至柱上，如圖6-1所示。另外，由于該建筑結(jié)構(gòu)中縱梁軸線與柱軸線因建筑設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致并不重合，所以作用在框架柱上的荷載還有因偏心引起的集中彎矩，如圖6-2所示?？蚣軝M梁自重以及填充墻自重則按均布荷載考慮。豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6-2所示。圖6-2豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6-1豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元圖6-2豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

1.2建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載計(jì)算1.2.1建筑結(jié)構(gòu)恒載計(jì)算（1）屋面恒載計(jì)算圖6-3某層恒載作用示意圖如上圖6-3所示為某層恒載作用示意圖，其中q1q其中q1qq其中p1AAAPPeMM其余層建筑結(jié)構(gòu)樓面恒載計(jì)算如上圖6-3所示為某層恒載作用示意圖，其中q1q其中q1qq其中p1AAAPP2~4層集中力矩相關(guān)計(jì)算：eMM第一層集中力矩相關(guān)計(jì)算：eMM綜合上述計(jì)算結(jié)果，則可得建筑結(jié)構(gòu)在恒載作用下的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下表6-1所示：表6-1建筑結(jié)構(gòu)在恒載作用下的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓層qqPeMqqpeM55.72617.470130.7130.221.144.09018.000161.40.232.28411.09011.814191.240.239.254.09012.172252.90.258.87311.09011.814191.240.239.254.09012.172252.90.258.87211.09011.814191.240.239.254.09012.172252.90.258.87111.09011.814191.240.350.584.09012.172252.90.375.881.2.2建筑結(jié)構(gòu)活載計(jì)算圖6-4某層活載作用示意圖如上圖6-4所示為某層活載作用示意圖，其中q1建筑結(jié)構(gòu)屋面活荷載：qqPPMM建筑結(jié)構(gòu)屋面雪荷載：qqPPMM（3）建筑結(jié)構(gòu)樓面活荷載：

qqPP二至四層樓面活荷載集中力矩計(jì)算：MM一層樓面活荷載集中力矩計(jì)算：MM綜合上述計(jì)算結(jié)果，則可得建筑結(jié)構(gòu)在活載作用下的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下表6-2所示：表6-2建筑結(jié)構(gòu)在活載作用下各層梁上的豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓層qPeMqpeM雪荷載0.8255.70.21.140.857.910.21.58251.60045.560.29.111.80063.240.212.6548.25057.010.211.48.50079.10.215.8238.25057.010.211.48.50079.10.215.8228.25057.010.211.48.50079.10.215.8218.25057.010.317.18.50079.10.323.731.2.3建筑結(jié)構(gòu)框架柱在變截面處的附加彎矩計(jì)算該建筑結(jié)構(gòu)為滿足側(cè)向剛度等要求，建筑結(jié)構(gòu)框架柱在一二層連接處存在變截面，則其兩層柱形心不重合，導(dǎo)致在一層框架柱頂端產(chǎn)生附加彎矩。則在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮附加彎矩的影響。豎向荷載作用下，第二層B柱的軸力由第二至五層框架柱的自重、梁上的荷載引起的剪力和集中荷載總共三部分組成。則框架梁上荷載引起的剪力計(jì)算過程見表6-3。

表6-3建筑結(jié)構(gòu)框架梁上荷載引起的剪力樓層恒載活載BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨qqqqVVqqVV屋面雪荷載0.830.851.95930.72255.72617.474.091862.1322.251.61.811.3355.780411.0911.8144.0912.17282.3417.38.258.520.4187.225311.09011.8144.0912.17282.33717.38.258.520.4187.225211.09011.8144.0912.17282.33717.38.258.520.4187.225111.09011.8144.0912.17282.33717.38.258.520.4187.225以下為B柱由恒載以及活載引起的B柱變截面處附加彎矩的計(jì)算過程：恒載：N?則綜上，一層B柱恒載作用下節(jié)點(diǎn)外力矩為：M活載：N?則綜上，一層B柱活載作用下節(jié)點(diǎn)外力矩為：M雪載：N?則綜上，一層B柱活載作用下節(jié)點(diǎn)外力矩為：M1.3建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算本次計(jì)算采用彎矩二次分配法計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力，關(guān)于彎矩二次分配法則有以下假定：（l）在做彎矩二次分配計(jì)算時(shí)，不考慮框架結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移對(duì)其內(nèi)力的影響；（2）建筑結(jié)構(gòu)每層梁上的荷載僅對(duì)本層梁及其上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生影響，對(duì)其他各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計(jì)。即在做內(nèi)力分配時(shí)，只對(duì)臨近結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分配。（3）某一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩只對(duì)與該節(jié)點(diǎn)相交的各桿件的遠(yuǎn)端有影響。而對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)，彎矩、剪力和軸力的符號(hào)規(guī)定如下：桿端彎矩以繞桿件順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正；節(jié)點(diǎn)彎矩以繞節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正；桿端剪力以繞桿件順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正；柱軸力以受壓為正。1.3.1建筑結(jié)構(gòu)桿端分配系數(shù)的計(jì)算以一層節(jié)點(diǎn)為例，簡(jiǎn)述彎矩分配系數(shù)的計(jì)算過程。設(shè)SBSSμ上柱B=4×8.72μ上柱Cμ左梁C其余層計(jì)算方法同上，再次不多做贅述，具體計(jì)算結(jié)構(gòu)見彎矩二次分配具體計(jì)算過程。1.3.2建筑結(jié)構(gòu)桿端彎矩計(jì)算同上，以第一層為例，說明桿端彎矩具體計(jì)算方法：恒載：B軸邊跨：MC軸中跨：M活載：B軸邊跨：MC軸中跨：M1.3.3建筑結(jié)構(gòu)桿端彎矩計(jì)算該建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彎矩二次分配法計(jì)算桿端彎矩。在恒載作用下框架各節(jié)點(diǎn)的彎矩分配以及桿端分配彎矩的傳遞過程見圖6-5。恒載作用下框架結(jié)構(gòu)的彎矩圖見圖6-8(a)?；钶d作用下框架各節(jié)點(diǎn)的彎矩分配以及桿端分配彎矩的傳遞過程見圖6-6，彎矩圖見圖6-8(b)?；钶d（屋面為雪荷載）作用下框架各節(jié)點(diǎn)的彎矩分配以及桿端分配彎矩的傳遞過程見圖6-7，彎矩圖見圖6-8(c)。梁跨間最大彎矩根據(jù)梁兩段的桿端彎矩及作用在梁上的荷載，用平衡條件求得，詳細(xì)計(jì)算過程見內(nèi)力組合相關(guān)內(nèi)容。

圖6-5恒載作用下框架彎矩二次分配過程

圖6-6活載作用下框架彎矩二次分配過程

圖6-7雪載作用下框架彎矩二次分配過程

(a)恒載作用下框架彎矩圖(b)活載作用下框架彎矩圖(c)雪載作用下框架彎矩圖

圖6-8豎向荷載作用下框架彎矩圖(單位:kN?m)

1.3.4建筑結(jié)構(gòu)梁端剪力以及柱軸力計(jì)算根據(jù)上述計(jì)算過程中所得的作用在梁上的荷載及梁端彎矩，則可用平衡條件計(jì)算求得梁端剪力。隨后，再將柱兩側(cè)的梁端剪力、節(jié)點(diǎn)集中力及柱本身軸力疊加后則可得柱軸力。本計(jì)算以建筑結(jié)構(gòu)第五層的梁、柱為例，進(jìn)行梁端剪力以及柱軸力的具體計(jì)算說明：

（1）建筑結(jié)構(gòu)梁端剪力計(jì)算：恒載：梁端彎矩引起的剪力：BC跨：VCD跨：V梁上作用的荷載引起的剪力：BC跨：VCD跨：V總剪力：BC跨：VVCD跨：V活載：梁端彎矩引起的剪力：BC跨：VCD跨：V梁上作用的荷載引起的剪力：BC跨：VCD跨：V總剪力：BC跨：VVCD跨：V建筑結(jié)構(gòu)框架柱軸力計(jì)算：恒載：B柱上端軸力：NB柱下端軸力：NC柱上端軸力：NC柱下端軸力：N活載：B柱軸力：NC柱軸力：N其余各層建筑結(jié)構(gòu)梁端剪力及柱軸力的計(jì)算過程與計(jì)算結(jié)果見表6-4、表6-5、表6-6和表6-7。恒載和活載作用下梁端剪力及柱軸力見圖6-8和圖6-9。

表6-4框架梁端彎矩及彎矩引起的剪力樓層BC跨CD跨BC跨CD跨MMMVV恒載5-59.81171.013-18.572-1.69704-85.74591.513-13.291-0.87403-84.75691.135-13.425-0.96702-79.00981.386-15.101-1.11801-102.071105.721-2.508-0.5530活載5-11.82320.442-4.695-0.54804-23.21325.467-5.474-0.34203-23.03725.613-5.486-0.39002-23.19424.268-5.96-0.16301-27.06530.466-2.342-0.5150雪載5-3.0852.498-0.5120.08904-22.49125.478-5.533-0.45303-23.03725.613-5.486-0.39002-21.80824.463-5.891-0.40201-21.40529.73-2.803-0.5040表6-5恒載作用下梁端剪力及柱軸力樓層荷載引起的剪力彎矩引起的剪力總剪力BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨B柱軸力C柱軸力VVVVVVVNNNN562.13422.253-1.6970.00060.437-63.83122.253191.150229.432247.494285.776482.33717.299-0.8740.00081.463-83.21117.299507.134545.416639.206677.488382.33717.299-0.9670.00081.370-83.30317.299823.027861.3091031.0101069.292282.33717.299-1.1180.00081.219-83.45417.2991138.7681177.0501422.9661461.248182.33717.299-0.5530.00081.784-82.89017.2991455.0731493.3551814.3571852.639表6-6活載（屋面取活荷載）作用下梁端剪力及柱軸力樓層荷載引起的剪力彎矩引起的剪力總剪力BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨B柱軸力C柱軸力VVVVVVVNNNN511.3355.780-0.5480.00015.787-11.8835.78061.34761.34785.90385.903420.4197.225-0.3420.00020.077-20.7607.225138.434138.434192.989192.989320.4197.225-0.3900.00020.028-20.8097.225215.472215.472300.123300.123220.4197.225-0.1630.00020.256-20.5817.225292.738292.738407.029407.029120.4197.225-0.5150.00019.903-20.9347.225369.652369.652514.288514.288表6-7活載（屋面取雪荷載）作用下梁端剪力及柱軸力樓層荷載引起的剪力彎矩引起的剪力總剪力BC跨CD跨BC跨CD跨BC跨CD跨B柱軸力C柱軸力VVVVVVVNNNN52.0420.7230.0890.0002.131-1.9530.7237.8317.83110.58510.585420.4197.225-0.4530.00019.966-20.8717.22584.80784.807117.782117.782320.4197.225-0.3900.00020.028-20.8097.225161.845161.845224.916224.916220.4197.225-0.4020.00020.016-20.8217.225238.872238.872332.062332.062120.4197.22