高层空间计算等简介.pptVIP

第8章 高层建筑结构的空间计算及设计概念;8.1 杆件有限元计算方法及计算简化假定;8．1．1 杆件有限元方法计算高层结构的基本假定;矩阵位移法计算的基本假定。不同的假定，得到不同的计算程序。;假定楼板在自身平面内无限刚性(刚性楼板)——自身平面内没有变形，在平面外没有刚度(平面内杆件没有相对位移) ； 水平荷载作用下，杆件有刚度(轴向、弯曲、剪切、扭转)，必须输入。;8.1.2 计算高层结构的基本计算类型及适用范围;ujs= uj-ysθj ；υjs=vj+xsθj (8-4);;②结构中有转换层，或有伸臂结构，必须得到转换结构及伸臂结构上、下弦杆轴向力，而上、下弦杆都在楼板平面内，忽略其轴向变形将造成较大误差。;构件单元刚度矩阵为12×12阶，其刚度矩阵为：;4．完全空间结构计算(弹性楼板假定);8．1．3 计算程序应用简介;1．输入：大都采用图形及表格方式输入计算原始数据及计算要求; 大多数程序为钢筋混凝土梁、柱、墙的配筋计算，有些程序包括钢构件截面验算，少数还会有钢骨混凝土构件截面验算及配筋计算和钢管混凝土截面验算等。计算应按规范、规程的要求，对有关内力设计值进行调整、修正。;8.1.4 程序计算结果的分析与选用;4）对于较为重要或复杂结构，应当选用两种(或三种)不同模型、且由不同编制组编制的程序计算，可以互相校核比较。 ;8．2 框架结构计算;图8-7 刚域长度;图8-8 带刚域杆件的弯曲刚度系数;;忽略柱轴向变形是高层结构手算近似分析方法的主要问题之一。 柱轴向变形不仅使水平位移偏小，还引起内力分布改变.图8-11示框架，在节点竖向力P作用下,不计柱轴向变形的影响时的内力图见图8-12(a)示 (梁、柱没有弯矩)；计入柱轴向变形的影响后的内力图见图8-12(b) 示。图(b)与图(a)相比，除柱轴力N有变化外，梁、柱都有弯矩M(V未画)。这是因为边柱截面小，轴向应力大，压缩变形大；中柱截面大，轴向应力小，压缩变形小，边柱轴向应力通过横梁转移到轴向变形较小的中柱，故中柱轴力加大，梁和边柱产生了弯矩和剪力。框架层数和高度加大，其差别也加大。 因此在高层建筑计算时忽略竖向构件(柱、墙)的轴向变形，会造成计算误差。只有在多层结构或进行高层建筑初步设计时才可以采用忽略竖向构件(柱、墙)轴向变形的简化计算。 目前，各种结构计算的商用程序，都计算了竖向承重柱的轴向变形。;图8-12 10层框架内力比较;8．2. 4 竖向菏载加载次序——施工模拟; 上述计算比较符合实际，但计算过程中每加一层都要形成新刚度矩阵，分别计算，最后叠加，计算时间较长，因而大部分通用程序中的施工模拟计算都作了简化。简化会带来一些误差，所以应用时要了解其简化原理，判断适用性。下面介绍两种方法：;8．3 剪力墙结构的计算模型;8. 3. 1 带刚域杆件计算方法;8.3.2 薄壁杆件计算方法; 薄壁杆件在水平荷载作用下扭转时，如果无支座约束，截面翘曲m截面上各点产生竖向位移。见图8-16(b), 工形的两个翼缘在扭转作用下向相反方向弯曲；有支座约束时，翘曲变形受到阻，两个翼缘受到反向弯矩作用，截面内产生不均匀的正应力，见图8-16(c)，竖向正应力的合力为0，但构成两个等值、反向的力偶对，此力偶乘以其间距构成“双力矩”。截面翘曲扭转产生的剪应力，见图8-16(d)，它和自由扭转产生的剪应力(图8-16e)合成总扭矩，与外扭矩相等。 ;图8-17 薄壁杆件的剪切中心 ; 扇性坐标可比拟为弯曲应力计算时各点到中和轴的距离，扇性坐标愈大，则双力矩产生的该点正应力愈大，扇性坐标为负值，则正应力为负值。 ; 薄壁杆件的一端除了具有一般空间杆件的6个自由度外，还要增加一个翘曲自由度(扭转角)，即共有：X、Y、Z、Mx、My、Mz、B 7个自由度，其中增加了双力矩。薄壁杆件的刚度矩阵为14×14。计算出截面内双力矩大小后与弯曲内力叠加，计算出翘曲剪力后与弯曲 剪力叠加。;8.3.3 墙板(墙元)单元计算方法 ;虽然墙板只在平面内有刚度，并产生内力，但通过在梁柱结点处位移协调，在水平荷载作用下，垂直于受力方向的墙板(翼缘)也会受拉或受压，因此虽然采用平面的墙板模型，仍然可得到筒的空间受力状态。;8.4 框筒、筒中筒、束筒的计算及设计概念;8. 4. 1 框简剪力滞后及其变形分布规律; 楼板很薄，或楼板梁和框筒柱都是铰接时，楼板的竖向荷载只向框架柱传递轴力，柱子不承受框筒平面外的弯矩和剪力；楼板梁与框筒柱刚接时，竖向荷载在梁端产生的弯矩使柱产生框筒平面外的弯矩和剪力。通常，应尽量减少框筒柱平面外的弯矩和剪力，使框筒受力和传力更加明确，这样，除角柱外，其他柱子主要是单向受弯，受力性能较好。 角柱