《教學(xué)樓設(shè)計中豎向荷載作用下的內(nèi)力計算案例》2800字

教學(xué)樓設(shè)計中豎向荷載作用下的內(nèi)力計算案例綜述框架結(jié)構(gòu)的受力中，主要是由豎向荷載和水平荷載組成；其中豎向荷載主要是框架結(jié)構(gòu)收到的恒荷載和活荷載，對于豎向荷載，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的彎矩分配法進行計算；而水平荷載主要是框架結(jié)構(gòu)收到的風(fēng)荷載和地震荷載作用，對于水平荷載，采用D值法進行計算。1.1恒荷載內(nèi)力計算1.1.1彎矩分配系數(shù)計算為了方便計算恒荷載內(nèi)力，對一榀桁架結(jié)構(gòu)簡圖進行標號，如下圖所示：圖5-1一榀桁架結(jié)構(gòu)簡圖在一榀框架尺寸簡圖中，作為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，假定梁和柱之間的節(jié)點為剛性連接，基礎(chǔ)和柱之間的節(jié)點也為剛性連接；進行彎矩分配時，首先計算彎矩分配系數(shù)，彎矩分配系數(shù)即框架結(jié)構(gòu)中與每個剛節(jié)點相連的所有桿件中，其中某桿線剛度占所有桿件線剛度和的百分比。計算的框架結(jié)構(gòu)彎矩分配系數(shù)值標注在橫向框架相應(yīng)位置處，見下圖：圖5-2計算的框架結(jié)構(gòu)彎矩分配系數(shù)值1.1.2彎矩值計算在第三章的荷載計算中，橫向框架中，在恒荷載作用中，AB跨、CD跨承受著梯形荷載，在計算彎矩時，需要將梯形荷載按固端彎矩等效的原則折算成均布荷載；其中折算公式為:q（1）計算一二層邊跨等效均布荷載：αq計算三層邊跨等效均布荷載：αq統(tǒng)計各層恒荷載作用下的等效均布荷載值及如下表：表5-1各層恒荷載作用下的等效均布荷載值樓層邊跨等效均布荷載（（kN/m））中跨等效均布荷載（（kN/m）322.552.07232.332.07132.332.07（2）計算固端彎矩三層邊跨M三層中跨M一二層邊跨M一二層中跨M（3）恒荷載作用下彎矩二次分配過程見下圖表：表5-2彎矩二次分配過程圖5-3恒荷載作用下彎矩圖1.1.3剪力值計算在恒荷載作用下，梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力是由均布荷載產(chǎn)生的剪力和節(jié)點彎矩產(chǎn)生的剪力兩部分組成，柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力是梁端彎矩產(chǎn)生的剪力組成，剪力計算公式如下：梁的剪力值：V柱的剪力值：V為方便計算梁柱上的剪力，將梁上的分布荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載：（1）頂層邊跨：F（2）頂層中跨：F（3）一二層邊跨：F（4）一二層中跨：F分別取梁柱作為隔離體，對其兩端取矩，列出平衡方程，得到梁和柱的剪力值。計算結(jié)果匯于下表中：表5-3恒荷載作用下的軸線處梁端剪力梁樓層梁長度（m）外荷載（kN）M（kN?m）M（kN?m）F（kN）FQr（kNA~B邊跨37.5169.74-64.8288.1987.80-82.0127.5224.08-59.5151.81111.53-112.4517.5224.08-59.5151.81111.53-112.45C~D邊跨37.5169.74-66.1964.8284.70-81.0327.5224.08-66.8159.51111.13-112.9417.5224.08-66.8159.51111.13-112.94B~C中跨33.06.21-34.3334.333.10-3.1023.06.21-29.8129.813.10-3.1013.06.21-29.8129.813.10-3.10由以上彎矩二次分配法得到的彎矩內(nèi)力值統(tǒng)計到表中，通過Vu表5-4恒載作用下柱剪力計算表梁樓層柱高度（m）M（kN?m）M（kN?m）F（kN）Ft（kNA柱33.664.8259.51-34.53-34.5323.659.5159.51-33.06-33.0614.5559.5129.75-19.62-19.62B柱33.6-53.86-51.8130.4630.4623.6-51.81-51.8131.0131.0114.55-51.81-27.9118.418.4C柱33.653.8651.81-30.46-30.4623.651.8151.81-31.01-31.0114.5551.8127.91-18.4-18.4D柱33.6-64.82-59.5134.5334.5323.6-59.51-59.5133.0633.0614.55-59.51-29.7519.6219.62框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件所受到的剪力計算后畫出恒載作用下橫向框架的剪力圖：圖5-4橫向框架的剪力圖1.1.4軸力值計算在恒荷載作用下，梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件不考慮軸力，柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸力是由梁受到的剪力產(chǎn)生的軸力和樓面板傳到柱上的集中力組成，軸力計算公式如下：N其中，P為樓面板傳至柱上的集中力值，V為柱節(jié)點左右兩側(cè)的剪力差，對于柱子，需要考慮主子本身的自重，框架結(jié)構(gòu)的軸力值計算結(jié)果見下表并畫出橫向框架結(jié)構(gòu)的軸力圖：表5-5恒載作用下柱軸力柱類型樓層柱頂集中力（kN）左鄰梁剪力（kN）右鄰梁剪力（kN）柱中軸力（kN）A柱3151.93087.80239.732226.760111.53578.021226.760111.53916.31B柱3160.0182.013.10241.122241.71112.453.10602.381241.71112.453.10959.64C柱3160.013.1082.01241.122241.713.10112.45602.381241.713.10112.45959.64D柱3151.9387.800239.732226.76111.530578.021226.76111.530916.31從上表計算的軸力畫出恒荷載作用下的軸力圖：圖5-5恒荷載作用下的軸力圖1.2活荷載作用內(nèi)力計算1.2.1彎矩值計算在第三章的荷載計算中，橫向框架中，在活荷載作用中，AB跨、CD跨承受著梯形荷載，在計算彎矩時，需要將梯形荷載按固端彎矩等效的原則折算成均布荷載；其中折算公式為:q（1）計算每層邊跨等效均布活荷載：αq表5-6統(tǒng)計各層恒荷載作用下的等效均布荷載值及如下表：樓層邊跨等效均布荷載（（kN/m））中跨等效均布荷載（（kN/m）37.08027.08017.080（2）計算固端彎矩各層邊跨:M各層中跨:M（3）活荷載作用下彎矩二次分配過程見下圖表：表5-7活荷載作用下彎矩二次分配過程圖5-6活荷載作用下彎矩圖1.2.2剪力值計算在活荷載作用下，梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力是由均布荷載產(chǎn)生的剪力和節(jié)點彎矩產(chǎn)生的剪力兩部分組成，柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力是梁端彎矩產(chǎn)生的剪力組成，剪力計算公式如下：梁的剪力值：V柱的剪力值：V為方便計算梁柱上的剪力，將梁上的分布荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載：（1）各層邊跨：F（2）各層中跨：F同恒荷載作用下的計算，分別取梁柱作為隔離體，對其兩端取矩，列出平衡方程，得到梁和柱的剪力值。計算結(jié)果匯于下表中：表5-7活荷載作用下的軸線處梁端剪力梁樓層梁長度（m）外荷載（kN）M（kN?m）M（kN?m）F（kN）FQr（kNA~B邊跨37.539.42-21.3421.6338.36-40.4827.539.42-27.0829.3538.86-39.9817.539.42-27.0829.3538.86-39.98C~D邊跨37.539.42-21.6321.3440.48-38.3627.539.42-29.3527.0839.98-38.8617.539.42-29.3527.0839.98-38.86B~C中跨33.00-6.086.080023.00-3.13.10013.00-3.13.100由以上彎矩二次分配法得到的彎矩內(nèi)力值統(tǒng)計到表中，通過Vu表5-8活荷載作用下柱剪力計算表梁樓層柱高度（m）M（kN?m）M（kN?m）F（kN）Ft（kNA柱33.621.3413.54-9.69-9.6923.613.5413.54-7.52-7.5214.5513.546.77-1.64-1.64B柱33.6-19.55-13.519.189.1823.6-12.54-13.517.247.2414.55-12.54-6.271.231.23C柱33.619.5513.51-9.18-9.1823.612.5413.51-7.24-7.2414.5512.546.27-1.23-1.23D柱33.6-21.34-13.547.677.6723.6-13.54-13.541.951.9514.55-13.54-6.774.464.46框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件所受到的剪力計算后畫出活載作用下橫向框架的剪力圖：圖5-7活載作用下橫向框架的剪力圖1.1.4軸力值計算在活荷載作用下，梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件不考慮軸力，柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸力是由梁受到的剪力產(chǎn)生的軸力和樓面板傳到柱上的集中力組成，軸力計算公式如下：N其中，P為樓面板傳至柱上的集中力值，V為柱節(jié)點左右兩側(cè)的剪力差，對于柱子，需要考慮主子本身的自重，框架結(jié)構(gòu)的軸力值計算結(jié)果見下表并畫出橫向框架結(jié)構(gòu)的軸力圖：表5-9活荷載作用下柱軸力柱類型樓層柱頂集中力（kN）左鄰梁剪力（kN）右鄰梁剪力（kN）柱中軸力（kN）A柱323.96038.3662.32223.97038.86121.15123.97038.86187.98B柱348.