内力荷载地震讲义.ppt

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1、内力计算内力计算荷载及地震作用荷载及地震作用(部分提纲)、方式方法、方式方法 一、系统学习规范规程系统学习规范规程 对于内力计算荷载及地震作用来说，主要是荷载规范GB50009-2001、抗震规范GB50011-2001。应该通读规范应该通读规范规程规程。有些讲题方式的参考书较好，带着题目去学习条文，能帮助加深理解，抓住知识点。有些题目可以检测自己的掌握程度。绝对不要只读参考书。二、尽可能多掌握（条文之外的）相关设计知识尽可能多掌握（条文之外的）相关设计知识 对于内力计算荷载及地震作用来说，主要是对力学内容的掌握。限于能够快捷进行的力学计算和判断力学计算和判断。、力学方向的内容力学方向的内容一

2、、力学计算简图 有的题目，应该首先弄清楚力学计算简图，也就是力学模型，弄清受力情况是正确计算的前提。如徐建模拟试题一22，左图中每个竖向力4.8kN，求A处水平力。应该先清楚，计算简图如下右图，然后再算。徐建模拟试题指徐建主编一、二级注册结构工程师专业考试应试题解（第三版）中的模拟试题，下同。B=8m H=7m 再如下左图，若求A处水平力，应该先清楚，计算简图中要忽略受压斜杆，如下右图。二、影响线移动荷载下的最大力 关于吊车荷载，可能用到影响线的知识。1、如何绘制影响线（机动法）机动法绘制某力（譬如支座反力 ）影响线的步骤可归纳为：将 对应的约束换为 ；发生单位位移；位移图整理为影响线。ARA

3、RAR 即：再如：1PFAR单位位移单位位移影响线影响线简支梁串联简支梁1PF 2、移动集中荷载组产生的最大力 移动集中荷载组使某力（譬如支座反力 ）达到最大值时，是荷载组中的某一个位于 影响线的顶点位置。经比较可知，右上图3个可能位置中，最上1个是对应中支座反力的最不利荷载位置。如徐建模拟试题三3ARAR10kN15kN20kN3m中间支座反力最大值的可能位置2m梁跨度9m跨度9mkNA1.369410971520maxAR 3、移动集中荷载组使简支梁产生的绝对最大弯矩 移动集中荷载组作用下，简支梁每个截面的弯矩都有一个最大值，各个截面的弯矩最大值中的最大者，叫绝对最大弯矩。有一个规律，绝对

4、最大弯矩就是荷载组中某个集中荷载与荷载组的合力对称位于简支梁跨中点时，这个集中荷载所在截面的弯矩。如徐建模拟试题七19kNm80kN80kN160kN80kN80kN160kN8.2175.395.3160maxM或 三、轴心受压杆件的稳定性 临界荷载 压杆稳定问题在钢结构规范、混凝土结构规范、高层规程等法规中都有涉及，但力学中对压杆稳定的讨论为基础概念。轴心压杆的临界荷载为：为弹性模量，杆截面惯性矩，杆长l，长度系数。22)(lEIPlj杆端约束说明 两端简支 一端固定一端自由 一端固定一端铰支 一端固定一端滑动 简图 1.02.00.70.5 长度系数表明杆件所受外界约束情况，常见的为上表

5、所给出的4个值。杆件所受约束越多，就越小，临界荷载就越大。如徐建模拟试题二8、四28四、梁或框架、排架手算内力的几种方法 下面要讲述的力矩分配法、分层法、反弯点法、D值法、剪力分配法，是人们普遍认可的。徐建题1-3那样出题人自己认可的简化，不易适从。徐建题 1-3的做法是认为跨中弦杆的弯矩为零，实际上，当竖杆弦杆EI相等时弯矩32.7kNm，竖杆EI为弦杆EI之半时弯矩63kNm，恒大于0。上为荷载标准值荷载设计值，支反力设计值恒载活载30kN60kN30303030306060606060120120120120120 120kN360360360120120120120120120360实

6、际上有弯矩经比较，荷载设计值1.230+1.460=120kN求跨中弦杆内力简化后(一）杆件的线刚度、转动刚度、侧移刚度 杆件刚度是力矩分配法、分层法、反弯点法、D值法的基础概念。1）线刚度 2）转动刚度 3）侧移刚度 4）楼房的层间侧移刚度(左图)层间相对侧移为1时的楼层剪力 为层间侧移刚度lEIi 转动刚度4i 转动刚度3i 转动刚度i 侧移刚度 231212lilEI侧移刚度 2333lilEI(二）力矩分配法 力矩分配法是分层法的基础。分配传递计算 弯矩图(单位kNm)力矩分配法只能计算没有结点线位移的梁和刚架各杆EI相等(三）分层法 分层法用于竖向荷载下框架内力计算。分层法认为，在竖

7、向荷载作用下框架的侧移可忽略不计。分层法的计算要点是：框架分层，各层柱高及梁跨度均与原结构相同，柱的远端为固定端。各层梁上竖向荷载与原结构相同。对各个单独层使用力矩分配法。计算梁柱线刚度及力矩分配系数时，除底层外其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9。确定传递系数时，底层柱和各层梁的传递系数取1/2，其它各层柱对远端的传递系数用1/3。组合。除底层柱外，其他每一柱属于上下两层，所以柱的弯矩为上下两单独层计算弯矩相加。各个单独层计算所得的梁弯矩即为梁的最后弯矩。组合所得结果，在刚结点上，诸弯矩可能不平衡，如果很不平衡，可对结点不平衡弯矩再进行一次分配，但不传递。徐建模拟试题五5、九11(四）反弯点

8、法 反弯点法实际上是极少使用的，讲述反弯点法是为了过渡到D值法。反弯点法是用于节点水平荷载时框架内力计算的。各杆的弯矩图均为直线，每杆均有一个零弯矩点，称为反弯点；反弯点处有剪力，如图中所示的。若能定出柱的剪力及其反弯点高度，那么各柱端弯矩就可算出，进而可算出梁端弯矩。柱的剪力是楼层剪力分到各柱的，分配比例与柱侧移刚度系数有关。柱侧移刚度系数比较复杂，在反弯点法中近似取 。反弯点的高度这样近似确定：除底层外的其他各层柱，则反弯点在柱子中央，；对于底层柱，反弯点的高度取 。确定弯矩时，中结点两侧的梁端，按两梁的线刚度比例来分担上下柱端弯矩之和。分析表明，只有当梁的线刚度比柱的线刚度大得多时（一般

9、认为要大于3），采用反弯点法计算其内力误差才能接受。2hy hy32231212hihEIdcc (五）D值法 D值法是反弯点法的改进，改进了两步；一是计及梁线刚度对柱侧移刚度系数的影响，柱侧移刚度系数表为 .其中a 按下页的表格确定。另一改进步骤是确定反弯点的高度时计及了四个因素的影响，其中高度比 高度比 y 的具体确定是查用一套表格，不必细究。徐建模拟试题一7-10212hiDc321yyyyynyhy 反弯点yh h.一般层的柱 底层固支柱 底层铰支柱 位置 边柱的k 中柱的k a ciiiiik24321ciiik242kk2ciik2ciik2ciiik21ciiik21kk25.0

10、kk215.0（六）排架时的剪力分配 1、下图等高排架，总水平力按各柱侧移刚度之比例分配给各柱顶。2、下左图排架与上面排架计算步骤相似，只是柱的侧移刚度计算复杂些。3、上中和上右图排架，都属于等高排架。只要各柱顶水平位移相同，都是等高排架。80kN 侧移刚度5kN/m 侧移刚度15kN/m 侧移刚度20kN/m 10kN 40kN 30kN 4、不等高排架使用剪力分配要麻烦很多 下图为一个不等高排架。、荷载规范给出的荷载效应组合 这里所说的荷载效应组合（也常叫做内力组合或叫做荷载组合），是因恒、活、风等不同种类荷载相遇导致的效应叠加，需取用分项系数。其他某些组合，譬如考虑影响线上的移动荷载最不

11、利布置而使用的各种组合，是另一码事。对于荷载效应组合，主要由荷载规范和抗震规范来规定，荷载规范指出恒、活、风等荷载相遇的组合，抗震规范指出地震作用与其他荷载相遇的组合。其他规范规程基本上是执行这两规范的条文，虽然有零星各自的规定。活荷载集度4kN/m 左跨满布活载与右跨满布活载两种工况的组合，就是对应中跨各截面负弯矩最大的最不利布置荷载布置。组合时须弄清楚：哪些荷载（或地震作用）的效应来组合，情况有时较繁杂且规范不太指导；参与组合的效应各用什么分项系数及组合值系数，规范规程很明确。徐建模拟试题六65：高层框架的AB梁。AB永久荷载下活荷载下向右风载下向左风载下向右地震下向左地震下重力荷载代表值

12、下AB梁在各作用下的弯矩标准值110 荷载或作用效应组合时的算式及分项系数，地震作用之外的恒、活、风等的效应组合时，主要的，是基本组合和标准组合 1）一般结构的基本组合，按荷载规范3.2.3条 例如在1.2恒+1.4主活+组合值系数 1.4其他活和1.35恒+组合值系数 1.4活中选大者 沙志国主编一级注册结构工程师专业考试模拟试题与解答点评题1-23、2-8。当永久荷载的效应有利时，分项系数为1.0。如徐建模拟试题六65中风载弯矩为100时的恒、风组合。2）一般框架、排架结构简化的基本组合，按荷载规范3.2.4条 例如在1.2恒+1.4主活、1.2恒+0.9 1.4各个活和1.35恒+组合值

13、系数 1.4活中选大者 这种简化的基本组合，在某个可变荷载效应明显地大时，特别省事。对于抗倾覆（如砌体墙中的悬挑梁）、滑移（如挡土墙）、漂浮（有地下水时的空腔基础）情况下基本组合中的分项系数，砌体规范和地基规范中有规定。3）标准组合，按荷载规范3.2.8条 用于计算变形、裂缝等，地基的承载力验算也用标准组合。标准组合的关键特点是分项系数全为1.0。徐建模拟试题九9、六10-11、四4-5 频遇组合、准永久组合，按荷载规范3.2.9条、3.2.10条。、地震作用、地震作用(0)地震作用计算是抗震设计工作内容 的一部分 1.按照抗震规范GB50011-2001第2.1.9、2.1.10条，抗震设计

14、的工作内容分为两方面。抗震构造措施 抗震措施 抗震设计的工作内容 其他抗震措施 地震作用计算与抗力计算 对于混凝土结构房屋，砌体房屋，钢结构房屋等任一种房屋的抗震设计工作内容，抗震规范都是按四个小节来表述的：基本要求、一般规定、计算、构造措施。2.分类标准GB50223-2008将建筑物分为四个抗震设防类别：特殊设防类，简称甲类；重点设防类，简称乙类；标准设防类，简称丙类；适度设防类，简称丁类。对于各类建筑物的抗震设防标准，基本上，丙类为一般标准，乙类高，甲类更高，丁类低。设防标准之差别，在地震作用计算上也相应不同。3.按照方向，地震作用分为水平地震作用和竖向地震作用。4.地震作用计算不仅与设

15、防烈度，也与设计基本地震加速度密切有关。6度，0.05g；7度，0.1g、0.15g；8度，0.2g、0.3g；9度，0.4g。(一)、水平地震作用 *非抗震设防时自然不必考虑。6-9度抗震设防时，也不是都要计算水平地震作用；怎样的情况下必须计算水平地震作用，怎样的情况下不必计算，应该了解。据抗震规范5.1.6条，生土房屋和木结构房屋 6-9 度时都不必计算水平地震作用；据高层规程3.3.1条，高层建筑6-9 度时都必须计算水平地震作用(此条款与抗震规范的5.1.6条有点冲突，抗震规范对6 度时位于类场地的较高的高层建筑才要求计算水平地震作用)；其他建筑结构，7-9 度时必须计算水平地震作用。

16、如徐建模拟试题二58或七58 *共有3种水平地震作用的计算方法，使用场合有明确规定，见抗震规范5.1.2条，高层规程3.3.4条；总起来说，底部剪力法底部剪力法用于简单情况，振型分解反应谱法振型分解反应谱法用于一般情况，某些情况下要用时程分析法时程分析法做补充计算。如徐建模拟试题四60 1、单层房屋(单质点体系)水平地震作用暨反应谱关系 要确定重力荷载代表值G，见抗震规范5.1.3条或高层规程3.3.6条。水平地震作用的标准值表达为地震影响系数 由6方面因素来确定，或者说是多元函数EkFEkFGGFEk 这6方面因素是：结构的自振周期 T、结构阻尼比 、场地类别、设计地震分组、设计基本地震加速度或设防烈度、按小震计算还是按大震计算。地震影响系数 与这6因素的关系主要表达于下面曲线。由场地类别和设计地震分组按抗震规范5.1.4条得T g；由设计基本地震加速度（或设防烈度）和大小震按抗震规范5.1.4条得地震影响系数最大值a max；由阻尼比 得例、某单层房屋，已处理为动力学模型，重力荷载代表值G=4800kN，已求得自振周期T=0.92s，9度设防，结构处在I类场地上，设计地震分组为第三