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1、毕业设计系列讲座毕业设计系列讲座荷载与内力计算荷载与内力计算构造计算步骤构造计算步骤构造布置及构造布置及计算算简图程度地震作用下框架的程度地震作用下框架的侧移、内力移、内力计算算风荷荷载作用下框架的作用下框架的侧移、内力移、内力计算算竖向荷向荷载作用下框架内力作用下框架内力计算算横向框架内力横向框架内力组合合框架柱下独立根底框架柱下独立根底设计现浇楼梯板楼梯板设计主要内容主要内容u恒载的计算恒载的计算u活载的计算活载的计算u风荷载的计算风荷载的计算u弯矩二次分配法弯矩二次分配法uD 值法值法荷载计算荷载计算内力计算内力计算一一.恒恒载的的计算构造自重和各种附加于构造上永久荷算构造自重和各种附加
2、于构造上永久荷载1、构造的自重、构造的自重 永久荷永久荷载2、构造自重、构造自重规范范值Gk 应根据构造的根据构造的设计尺寸和尺寸和资料的容料的容重重规范范值确定确定3、资料容重料容重规范范值 按按GB50009-2019确定确定常用常用资料和构件的自重料和构件的自重(GB50009-2019附附录A表表A.1) 砖 普通普通砖240mm 115mm 53mm 18 kN/m3 普通普通砖机制机制 19 kN/m3 灰灰浆 水泥砂水泥砂浆 20 kN/m3 石灰砂石灰砂浆、混合砂、混合砂浆 17 kN/m3 混凝土混凝土砼 素混凝土素混凝土 22 24 kN/m3 泡沫混凝土泡沫混凝土 4 6
3、 kN/m3 钢筋混凝土筋混凝土R.C. 24 25 kN/m3 砌体砌体 浆砌普通砌普通砖机制机制 1819 kN/m3 空斗砌体一眠一斗，中填碎瓦空斗砌体一眠一斗，中填碎瓦 17 kN/m3 粘土粘土砖空斗砌体全斗空斗砌体全斗 13 kN/m3例例1 1 双面水泥粉刷厚双面水泥粉刷厚220220墙的自重墙的自重20mm20mm厚水泥砂浆面厚水泥砂浆面) ) 解解 gk=0.22mgk=0.22m 19kN/m3+219kN/m3+2 0.36kN/m2=4.900.36kN/m2=4.90kN/m2kN/m2例例2计算某现浇楼面构造自重的规范值计算某现浇楼面构造自重的规范值gk解解20mm
4、厚水泥砂浆面层厚水泥砂浆面层80mm80mm厚厚现浇钢筋混凝土板筋混凝土板12mm12mm厚厚纸筋石灰泥粉底筋石灰泥粉底0.02m20kN/m3=0.4kN/m20.08m25kN/m3=2.0kN/m20.012m16kN/m3=0.192kN/m2gk=gki=2.592 kN/m2二二.楼、屋面活载的选取楼、屋面活载的选取 民用建筑楼面均布活荷载的规范值民用建筑楼面均布活荷载的规范值 GB50009-2019GB50009-2019表表4.1.14.1.1取用取用 【例例如如】住住宅宅、宿宿舍舍、旅旅馆馆、办办公公楼楼、医医院院病病房房、托托儿儿所所、幼幼儿儿园园的的建建筑筑楼楼面面均均
5、布布活活荷载的规范值为荷载的规范值为 2.0kN/m2 2.0kN/m2。走廊、楼梯活载大。走廊、楼梯活载大 民用建筑楼面均布荷载规范值中不包括隔墙自重和二次装饰荷载民用建筑楼面均布荷载规范值中不包括隔墙自重和二次装饰荷载 固定隔墙的自重固定隔墙的自重 按恒荷载思索按恒荷载思索 非固定隔墙隔墙位置可灵敏自在布置非固定隔墙隔墙位置可灵敏自在布置 作为楼面活荷载的附加值思索作为楼面活荷载的附加值思索2 2、工业建筑楼面活荷载、工业建筑楼面活荷载 工工业业建建筑筑楼楼面面在在消消费费运运用用或或安安装装检检修修时时，由由设设备备、管管道道、运运输输工工具具及及能能够够撤撤除除的的隔隔墙墙产产生生的的
6、部部分分荷荷载载，均均应应按按实实践践情情况况思思索索，可可用用等等效效均均布布活活荷荷载载替代。替代。 工工业业建建筑筑楼楼面面包包括括任任务务平平台台上上无无设设备备区区域域的的操操作作荷荷载载，包包括括操操作作人人员员、普普通通工工具具、零零星星原原料料和和废废品品的的自自重重，可可按按均均布布活活荷荷载载思思索索，采采用用2.0kN/m22.0kN/m2。3 3、屋面均布活荷载、屋面均布活荷载 屋屋面面均均布布活活荷荷载载包包括括施施工工检检修修人人员员、工工具具等等自自重重，上上人人屋屋面还包括人员暂时聚汇的荷载面还包括人员暂时聚汇的荷载 GB50009-2019GB50009-20
7、19规规定定了了工工业业与与民民用用建建筑筑房房屋屋的的屋屋面面其程度投影面上的均布活荷载的规范值：其程度投影面上的均布活荷载的规范值： 上人屋面的均布活荷载的规范值：上人屋面的均布活荷载的规范值： 2.0 kN/m2 2.0 kN/m2 不上人的屋面均布活荷载规范值：不上人的屋面均布活荷载规范值： 0.5 kN/m2 0.5 kN/m2 屋顶花园均布活荷载规范值：屋顶花园均布活荷载规范值： 3.0 kN/m2 3.0 kN/m2 注：雪荷载与不上人的屋面均布活荷载只取大值思索。注：雪荷载与不上人的屋面均布活荷载只取大值思索。4、设计楼面梁、墙、柱及根底时，楼面活、设计楼面梁、墙、柱及根底时，
8、楼面活荷载规范值的折减荷载规范值的折减 思索到作用于楼面上的活荷载不能够以规思索到作用于楼面上的活荷载不能够以规范值的大小同时布满一切的楼面，在设计范值的大小同时布满一切的楼面，在设计梁、墙、柱及根底时，还要思索实践荷载梁、墙、柱及根底时，还要思索实践荷载沿楼面分布的变异情况。沿楼面分布的变异情况。 在确定梁、墙、柱及根底的荷载规范值在确定梁、墙、柱及根底的荷载规范值时，还应按楼面活荷载规范值乘以折减系时，还应按楼面活荷载规范值乘以折减系数。数。三、风荷载的计算三、风荷载的计算q0(z) 构造在构造在z高度高度处的的风振系数振系数,我国我国规范范规定：根本定：根本 自振周期自振周期T1 大于大
9、于 0.25s的挺拔构造和大跨度屋盖构造，的挺拔构造和大跨度屋盖构造，以及以及对于高度大于于高度大于30m且高且高宽比大于比大于15的房屋构造的房屋构造应采采用用风振系数来思索振系数来思索风压脉脉动的影响；的影响；z(z)构造在构造在z高度高度处的的风压高度高度变化系数化系数, 表表7.2.1查出；出；风载体型系数，体型系数，表表7.3.1查出；出；s0 根本风压。q5q4q3q2q1例：以一个五层框架为例F5F4F3F2F1取一榀横向框架为计算单元迎风面宽取一榀横向框架为计算单元迎风面宽度近似取计算单元的宽度度近似取计算单元的宽度均布线荷载均布线荷载层高处集中力层高处集中力四、竖向荷载下的内
10、力近似计算：弯矩二次分配法四、竖向荷载下的内力近似计算：弯矩二次分配法4.1计算模型计算模型空间构造空间构造平面框架平面框架简化为简化为取一品横向框架为计算单元，梁柱的轴线宜取截面取一品横向框架为计算单元，梁柱的轴线宜取截面几何中心的连线；几何中心的连线；框架梁的计算跨度可取框架柱轴线间的间隔；框架梁的计算跨度可取框架柱轴线间的间隔；除底层外，框架柱的计算高度可取各层层高，底层除底层外，框架柱的计算高度可取各层层高，底层柱那么普通取至根底顶面；柱那么普通取至根底顶面；当上、下柱截面发生改动时，取截面较小的形心线当上、下柱截面发生改动时，取截面较小的形心线作为计算简图上的柱单元，计算杆件内力时，
11、要思作为计算简图上的柱单元，计算杆件内力时，要思索荷载偏心的影响，索荷载偏心的影响，4.2楼面荷载的分配原那么楼面荷载的分配原那么内力计算之前，要将楼面上的竖向荷载分配给支承它内力计算之前，要将楼面上的竖向荷载分配给支承它的构造。对于现浇楼盖，根据每个区格板两个方向的的构造。对于现浇楼盖，根据每个区格板两个方向的边长之比，决议分配原那么。边长之比，决议分配原那么。单向板：沿短边方向传送。单向板：沿短边方向传送。双向板：沿双向板：沿45度将板分割为四块，板传给梁的分度将板分割为四块，板传给梁的分 别是三别是三角形或梯形荷载。为简化计算，可将梁上的荷载简化为等角形或梯形荷载。为简化计算，可将梁上的
12、荷载简化为等效的均布荷载。留意内力等效原那么效的均布荷载。留意内力等效原那么留意：梁与墙有偏心时，应留意节点处附加弯矩的计算。留意：梁与墙有偏心时，应留意节点处附加弯矩的计算。框架梁柱线刚度的计算：边框架梁：中框架梁：例：按弯矩二次分配法计算钢筋混凝土框架的弯矩，并绘例：按弯矩二次分配法计算钢筋混凝土框架的弯矩，并绘出弯矩图。出弯矩图。(1)计算梁、柱转动刚度由于框架构造对称、荷载对称，又属奇数跨，故在对称轴上梁的截面只需竖向位移(沿对称轴方向)，没有转角。所以可取如图4所示半边构造计算。对称截面处可取为滑动端。梁、柱转动刚度及相对转动刚度如表8所示。(2)计算分配系数分配系数按下式计算：3荷
13、载分析画出框架的荷载图荷载分析画出框架的荷载图(4)梁端固端弯矩MF顶层 边跨梁边跨梁 中跨梁中跨梁 其他层其他层边跨梁边跨梁 中跨梁中跨梁 (5)弯矩分配与弯矩分配与传送送弯矩分配与弯矩分配与传送按送按图5的方法的方法进展。展。首先将各首先将各节点的分配系数填在相点的分配系数填在相应方框内；方框内；将梁的固端弯矩填写在框架横梁相将梁的固端弯矩填写在框架横梁相应位置上；位置上；然后将然后将节点放松，把各点放松，把各节点不平衡弯矩同点不平衡弯矩同时进展分配。展分配。假定假定远端固定端固定进展展传送送(不向滑不向滑动端端传送送)：右：右(左左)梁分配梁分配弯矩向左弯矩向左(右右)梁梁传送；上送；上
14、(下下)柱分配弯矩向下柱分配弯矩向下(上上)柱柱传送送(传送系数均送系数均为12)。第一次分配弯矩。第一次分配弯矩传送后，再送后，再进展第展第二次弯矩分配，然后不再二次弯矩分配，然后不再传送。送。实践上，弯矩二次分配法，只将不平衡弯矩分配两次，将践上，弯矩二次分配法，只将不平衡弯矩分配两次，将分配弯矩分配弯矩传送一次。送一次。(6)作弯矩图作弯矩图将杆端弯矩按比例画在杆件受拉一侧。将杆端弯矩按比例画在杆件受拉一侧。对于无荷载直接作用的杆件对于无荷载直接作用的杆件 (如柱如柱)，将杆端，将杆端弯矩连以直线，即为该杆的弯矩图；对于有弯矩连以直线，即为该杆的弯矩图；对于有荷载直接作用的杆件荷载直接作
15、用的杆件(如梁如梁)，以杆端弯矩的，以杆端弯矩的连线为基线，叠加相应简支梁的弯矩图，即连线为基线，叠加相应简支梁的弯矩图，即为该杆件的弯矩图。例如顶层边跨横梁为该杆件的弯矩图。例如顶层边跨横梁B5，10的跨中弯矩为的跨中弯矩为(7)梁端弯矩的调幅框架构造梁端弯矩较大，配筋较多，因此不便施工。由于超静定钢筋混凝土构造具有塑性内力重分布的性质，所以在重力荷载作用下可乘以调幅系数，适当降低梁端弯矩。根据工程阅历，对现浇钢筋混凝土框架，可取=0.80.9，梁端弯矩降低后，跨中弯矩添加。这样，梁端弯矩调幅后，不仅可以减少梁端配筋数量，到达方便施工的目的，而且还可以提高柱的平安贮藏，以满足“强柱弱梁的设计
16、原那么。图6中括号内的数字为梁端弯矩调幅后相应截面弯矩数值(调幅系数为08)。 8作出框架的剪力与轴力图，并留意校作出框架的剪力与轴力图，并留意校核内力图的正确性。核内力图的正确性。 采用构造力学中取隔采用构造力学中取隔离体的方法，由离体的方法，由 M求求V，再由，再由V求出求出N.-MlVlvrMrNuNlVlVr剪力：使隔离体产生顺时针转动为正剪力：使隔离体产生顺时针转动为正轴力以压力为轴力以压力为正，拉力为负正，拉力为负活载作用下的内力计算：由于活载相对较活载作用下的内力计算：由于活载相对较小，可近似思索满跨布置。假设活载较大小，可近似思索满跨布置。假设活载较大可将满布荷载所得的框架跨中
17、弯矩乘以可将满布荷载所得的框架跨中弯矩乘以1.1-1.2的放大系数，以思索活荷载不利分布时的放大系数，以思索活荷载不利分布时产生的影响。产生的影响。假设层数较多时，可采用分层法计算。假设层数较多时，可采用分层法计算。内力图校核：内力图校核：节点弯矩应平衡有固端弯矩的除外；节点弯矩应平衡有固端弯矩的除外；竖向荷载下每层柱的剪力和应为零。竖向荷载下每层柱的剪力和应为零。五、程度荷五、程度荷载风荷荷载与地震作用下与地震作用下内力的近似内力的近似计算算D值法法适用于梁柱线刚度比小于3的情况。步骤：各柱的侧移刚度的计算各柱反弯点处的剪力值修正的反弯点高度的计算各柱的柱端弯矩及梁端弯矩各柱的轴力和梁的剪力
18、侧移刚度的计算侧移刚度的计算柱抗柱抗侧移移刚度修正系数，取决于柱两端度修正系数，取决于柱两端的支承情况；由教材表中的支承情况；由教材表中查用；用；修正的反弯点高度修正的反弯点高度y0规范反弯点高度比Y1因上、下层梁刚度比变化的修正值y2因上层层高变化的修正值Y3因下层层高变化的修正值各柱反弯点处的剪力值各柱反弯点处的剪力值第第i层第层第m柱所分配的剪力为柱所分配的剪力为柱端弯矩的计算柱端弯矩的计算由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按梁由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按梁的相对线刚度分配节点处的柱端不平衡弯矩。的相对线刚度分配节点处的柱端不平衡弯矩。求各柱的轴力和梁剪力求各柱的轴力和梁剪力取隔离体，用构造力学的方法进展求解。取隔离体，用构造力学的方法进展求解。内力校核：内力校核：节点弯矩平衡；节点弯矩平衡；程度荷载下各层间柱的轴力和为零。程度荷载下各层间柱的轴力和为零。风荷载作用下的弯矩图风荷载作用下的弯矩图
