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1、高层钢结构设计,第四章 作用效应计算及组合,主讲教师：范圣刚,4.1 结构分析方法及基本步骤,4.4 钢框架二阶分析方法,4.3 带抗侧力体系计算方法,4.2 钢框架计算方法,第四章 高层钢结构作用效应 计算及组合,4.5 作用效应组合,1.变形与几何关系 一阶分析：不考虑变形对几何尺寸的影响。二阶分析：考虑变形对几何尺寸的影响。2.材料本构关系 弹性分析：应力应变线性关系，不考虑强化阶段。弹塑性分析：应力应变非线性关系，考虑强化阶段。3.荷载性质 静力分析。动力分析。,一、结构分析方法,4.空间体系 计算模型,高层建筑钢结构的计算模型，可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型；当结构布置规则、
2、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应采用空间结构计算模型。,精确静力计算方法,近似静力计算方法,竖向荷载,分层法,水平荷载,D值法,框架-支撑结构协同工作分析,在水平荷载作用下简化为平面抗侧力体系分析时,（框架剪力墙结构）,等效角柱法、展开平面框架法或等效截面法,平面为矩形或其他规则形状的框筒结构,平面框架,等效截面法计算外框筒的构件截面尺寸时，外框筒可视为平行于荷载方向的两个等效槽形截面。,其它近似方法,规则但有偏心的结构近似分析时，可先按无偏心结构进行分析，然后将内力乘以修正系
3、数；底部剪力法估算高层钢框架结构的构件截面时，水平地震作用下倾覆力矩引起的柱轴力，体型较规则的丙类建筑可折减，但乙类建筑不应折减。,三维空间矩阵位移法,随着高层建筑的平面形状与体型日益复杂化，出现了大底盘多塔楼、顶部连体等复杂的结构体系，结构平动与扭转的耦联效应往往不能忽略，此时已经很难再将结构的抗侧力构件沿某几个方向进行分解，平面协同法的应用受到很大的限制。与平面协同法相比，三维空间矩阵位移法对结构的布置和体型几乎没有限制，所以在目前实际高层建筑结构设计计算中，绝大部分采用了三维空间矩阵位移法。,二、结构分析基本步骤,一、竖向荷载计算分层法,1.基本假定,框架没有侧移；每一层框架梁上的竖向荷
4、载只对本层的梁及与本层梁 相连的框架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。,框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为 一系列开口框架进行计算。除底层柱子外，其余各层 柱的线刚度乘以0.9的折减系数，弯矩传递系数取为 1/3。,2.计算方法,4.2 钢框架计算方法,3.计算模型,4.2 钢框架计算方法,二、水平荷载计算反弯法、D值法,假定：框架梁的线刚度相对框架柱的线刚度为无限大。忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。,1.基本假定,三、水平位移计算,4.2 钢框架计算方法,框架结构水平荷载下的侧移由两部分组成：梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。,4.2 钢框架计算
5、方法,1.弯曲变形,顶点侧移：,层间侧移：,4.2 钢框架计算方法,2.轴向变形,是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。,对于高度不大于50m或高宽比H/B4的框架办公楼，柱轴向变形引起的顶点位移越占框架梁柱弯曲变形引起的顶点侧移的5%11%。,框架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外，尚应验算结构的侧向位移。结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移，要求分别满足：,4.2 钢框架计算方法,3.侧移的限值,四、内力及位移调整,4.2 钢框架计算方法,1.节点的柔性半刚性节点,2.节点域的剪切变形,3.计算方法的精确性底部剪力法,4.P效应,一、带支撑抗侧力体系悬臂铰接桁架,对带支撑抗侧力体系结构
6、，若仅在一个柱距内布置支撑形成支撑桁架，则在水平荷载作用下一般可按悬臂铰接桁架来计算；若连续在两个或两个以上柱间布置支撑形成支撑桁架（如图所示），则结构属于高次超静定体系，宜采用电算求解内力，但也可按悬臂铰接桁架来近似计算内力。,1.剪力分配系数,平衡条件：,几何条件：,物理条件：,2.柱间支撑的剪力,3.其他杆件的内力,二、带剪力墙抗侧力体系,材料力学方法(适用于整截面剪力墙和整体小开口剪力墙),连续化方法(适用于联肢剪力墙),D值法(适用于壁式框架),一、适用条件,当框架结构满足下式条件时，可采用二阶弹性分析方法来计算其内力：,二、计算方法,当钢框架结构采用二阶弹性分析方法来计算其内力时，应在每层柱顶按下式附加一个假想的水平力。,三、杆端弯矩,对无支撑的纯框架结构，当采用二阶弹性分析方法计算结构内力时，各杆件杆端的弯矩 可按下式近似计算：,一、承载力极限状态,1.无地震作用,、,分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数。,（1）当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；（2）当可变荷载效应起控制作用时：非风载起控制：应分别取1.0和0.6风载起控制：应分别取0.7和1.0。,、,2.有地震作用,二、正常极限状态,
