土木工程专业高层作业.docx

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土木工程专业高层作业

分层法D值法大作业任务书

某5层现浇框架结构，结构平面布置如下页图，具体柱网尺寸，梁柱截面，楼层层高，基础顶面标高，混凝土强度，竖向均布荷载标准值，以及基本风压大家根据自己的学号参考计算任务分组表。

请用分层法计算竖向荷载作用下的中间跨横向框架（比如轴线5处框架）弯矩图，用D值法计算风载下的中间跨横向框架弯矩图，均为标准值，同时还请验算水平荷载作用下的框架侧移。

注意风载需要计算，体形系数取1.3，地面粗糙度为B类，风载简化为作用在楼层处的集中力。

室内外高差为0.6米。

注：

表中层高按照从下到上的顺序。

图中a、b、c值以及梁柱截面根据学号查柱网尺寸及梁柱截面表

柱网尺寸以及梁柱截面表

a1

a2

a3

a4

a5

a6

4.2m

4.5m

4.8m

5.1m

5.4m

5.7m

b1

b2

b3

b4

b5

b6

5.4m

5.7m

6.0m

6.3m

6.6m

6.9m

c1

c2

c3

bc1

bc2

bc3

2.1m

2.4m

2.7m

450

500

550

bb1

bb2

hb1

hb2

hb3

250

300

500

550

600

任务分组表

混凝土强度

基顶标高

m

楼层层高

m

梁上竖向均布荷载kN/m

基本风压kN/m2

梁柱截面

中跨尺寸

柱网

a1

a2

a3

a4

a5

a6

C20

-1.2

3.6

3.0

3.0

3.0

3.0

15

0.65

bc3,

bb2,

hb3,

c2

b1

253

254

255

256

257

258

b2

259

260

261

262

263

264

b3

265

266

267

268

269

270

b4

271

272

273

274

275

276

b5

277

278

279

280

281

282

b6

283

284

285

286

287

288

基本设计资料：

混凝土强度等级C20，基础顶面标高-1.2，底层计算高度4.8m，标准层以及顶层标高3.0m。

截面尺寸：

梁，300×600；柱：

550×550。

梁上竖向均布荷载15kN/m，基本风压0.65kN/m2。

一、利用分层法计算竖向荷载作用下的中间跨横向框架（五层对称框架）

（1）计算各杆件线刚度，中梁刚度放大系数2

边跨梁：

i边跨梁=2×EI/l=2.55×107kN/m2×2×

×0.3m×（0.6m）3/6m

=4.59×104kN·m

中间梁：

i中间梁=2×EI/l=2.55×107kN/m2×2×

×0.3m×（0.6m）3/2.4m

=11.48×104kN·m

底层柱：

i底层柱=EI/l=2.55×107kN/m2×

×0.55m×（0.55m）3/4.8m

=4.05×104kN·m

其余层柱：

i其余柱=0.9×EI/l=2.55×107kN/m2×0.9×

×0.55m×（0.55m）3/3.0m

=5.83×104kN·m

（3）相对线刚度

令边跨梁相对线刚度为1，则

中间梁=11.48×104kN·m/4.59×104kN·m=2.50

底层柱=4.05×105kN·m/4.59×104kN·m=0.88

其余层柱=5.83×104kN·m/4.59×104kN·m=1.27

计算简图

（3）用弯矩分配法计算

顶层开口框架弯矩计算

顶层计算图，列表计算，下表所示。

顶层计算简图

中间层开口框架弯矩计算

中间层计算图，列表计算，下表所示。

中间层计算简图

底层开口框架弯矩计算

底层计算图，列表计算，如下表所示。

底层计算简图

（4）分层法框架最终弯矩图如下：

二、D值法计算风荷载作用下的中间跨横向框架弯矩

（1）计算各杆线刚度

各个杆件的线刚度已在分层法中求出，不必重复计算

（2）求各楼层的水平荷载

层数

高度/m

β

μs

μz

ωo

标准值ωk（kN/m）

a/m

q（kN/m）

F/kN

5

16.8

1

1.3

1.18

0.65

0.997

5.4

5.384

8.08

4

13.8

1

1.3

1.11

0.65

0.938

5.4

5.065

15.19

3

10.8

1

1.3

1.02

0.65

0.862

5.4

4.654

13.96

2

7.8

1

1.3

1

0.65

0.845

5.4

4.563

13.69

1

4.8

1

1.3

1

0.65

0.845

5.4

4.563

17.80

计算简图如下：

（3）柱的抗侧移刚度，修正的反弯点高度及相应D值列表计算如下：

边柱反弯点位置计算表格：

层高

h/m

i

ν0

ν1

ν2

ν3

ν

νh/m

αc

D（kN/m）

D1

5

3

0.71

0.3

0

0

0

0.3

0.9

0.262

22642

86423

4

3

0.71

0.4

0

0

0

0.4

1.2

0.262

22642

86423

3

3

0.71

0.45

0

0

0

0.45

1.35

0.262

22642

86423

2

3

0.71

0.5

0

0

-0.05

0.45

1.35

0.262

22642

86423

1

4.8

1.14

0.636

0

-0.043

0

0.593

2.846

0.522

11020

21099

中间柱反弯点位置计算表格：

层高

h/m

i

ν0

ν1

ν2

ν3

ν

νh/m

αc

D（kN/m）

D1

5

3

2.48

0.425

0

0

0

0.425

1.275

0.554

47841

86423

4

3

2.48

0.45

0

0

0

0.45

1.35

0.554

47841

86423

3

3

2.48

0.5

0

0

0

0.5

1.5

0.554

47841

86423

2

3

2.48

0.5

0

0

0

0.5

1.5

0.554

47841

86423

1

4.8

4

0.55

0

0

0

0.55

2.64

0.750

15824

21099

（4）根据对称性，在水平荷载作用下弯矩图是反对称的，所以只算一边的弯矩，A、B轴框架剪力和梁柱端弯矩及D值的计算如下表：

边柱D值计算表格：

层号

V

Vi

SUM（D）

Dim

Dim/SUM（D）

Vim

νh

Mc上

Mc下

Mb边

5

8.08

8.08

140966

22642

0.161

1.298

0.9

2.725

1.168

2.725

4

15.19

23.27

140966

22642

0.161

3.738

1.2

6.728

4.485

7.896

3

13.96

37.23

140966

22642

0.161

5.980

1.35

9.867

8.073

14.352

2

13.69

50.92

140966

22642

0.161

8.179

1.35

13.495

11.041

21.568

1

17.8

68.72

53689

11020

0.205

14.105

2.846

27.556

40.149

38.597

中间柱D值计算表格：

层号

V

Vi

SUM（D）

Dim

Dim

/SUM（D）

Vim

vh

Mc上

Mc下

Mb边

Mb中

5

8.08

8.08

140966

47841

0.339

2.742

1.275

4.730

3.496

1.352

3.379

4

15.19

23.27

140966

47841

0.339

7.897

1.35

13.031

10.661

4.722

11.805

3

13.96

37.23

140966

47841

0.339

12.635

1.5

18.953

18.953

8.461

21.153

2

13.69

50.92

140966

47841

0.339

17.281

1.5

25.922

25.922

12.821

32.053

1

17.8

68.72

53689

15824

0.295

20.255

2.64

43.750

53.473

19.906

49.766

（5）D值法框架最终弯矩图如下：

二、验算水平荷载作用下的框架侧移

（1）使用D值法计算框架侧移，计算表格如下：

层号

各楼面和屋面水平集中力荷载V（kN）

各楼层剪力Vpj（kN）

各楼层柱抗侧刚度ΣDij

（kN/m）

楼层相对水平位移

△uj/mm

各楼面和屋面实际水平位移uj/mm

5

8.08

8.08

140966

0.057

2.128

4

15.19

23.27

140966

0.165

2.070

3

13.96

37.23

140966

0.264

1.905

2

13.69

50.92

140966

0.361

1.641

1

17.8

68.72

53689

1.280

1.280

（2）验算位移比：

底层位移比：

1.28mm/4800mm=1/3750<1/550（限值）

二层位移比：

0.361mm/3000mm=1.2×10-4<1/550（限值）

故位移比符合验算要求