某大学土木工程结构设计本科毕业设计计算书2.doc
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毕业设计论文（下册）
5内力组合
5.1结构抗震等级的确定
结构类型为框架结构，地震设防烈度为7度，房屋高度<30m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－20024.8节抗震等级表4.8.2，得出该框架结构抗震等级为三级。
5.2内力组合方式
5.2.1作用效应组合
1．结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。
但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说，并非全部可变荷载同时作用时其内力最大，因此应进行荷载效应的最不利组合。
2．组合工况分为无地震作用组合和有地震组合两类。
由于承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质不同，荷载应要乘以各自的分项系数和组合系数。
（1）无地震作用时的效应组合
一般表达式为：
式中——荷载效应组合设计值；
——分别为恒荷载，活荷载和风荷载标准值计算的荷载效应值；
——分别为上述个荷载效应的分项系数；
——分别为活荷载及风荷载的组合系数。
规范对应考虑的工况和各种工况中的分项系数和组合系数作了规定：
恒载的效应应考虑三种工况：
可变荷载控制的组合，取；
由永久荷载控制的组合，取；
当其效应对结构有利时，取。
楼面活荷载一般情况下取，活荷载标准值不小于时取；组合系数要考虑两种情况：
由可变荷载控制的组合，取；
由永久荷载控制的组合，取。
风荷载取。
其组合系数对于高层建筑取。
所以高层建筑的无地震作用组合基本的荷载工况有两种（分项系数可按规定改变）：
①恒载+活载：
②恒载+活载+风荷载，
高层结构：
（2）有地震作用的荷载效应组合
一般表达式为：
式中——有地震作用效应组合的设计值；
——分别为重力荷载代表值，水平地震作用标准值，竖向地震作用标准值，风荷载标准值的荷载效应；
——分别为上述个荷载作用的分项系数；
——风荷载的组合系数，高层建筑中，组合系数取。
规范对应考虑的工况和各种工况中的分项系数和组合系数作了规定：
重力荷载是指恒载与活载组合后的荷载，一般情况下其分项系数取，当重力荷载效应对构件承载力有利时取；
风荷载，；与地震作用组合时，组合系数取；
水平地震作用，；
竖向地震作用，重力荷载与竖向地震荷载作用组合时；
重力荷载与水平，竖向地震作用组合时，。
针对本工程的实际情况，不需要考虑竖向地震作用，而且风荷载与地震作用不同时考虑。
所以内力组合时采用四种组合，并且风荷载分为左风荷载和右风荷载，地震作用分为左地震作用和右地震作用，下面将列出六种组合：
①组合1：
恒载控制：
1.35×恒载效应+1.4×0.7×活载效应
②组合2：
活载控制：
1.2×恒载效应+1.4×活载效应
③组合3：
左风组合：
1.2×恒载效应+1.4×活载效应+1.4×1.0×左风载效应
④组合4：
右风组合：
1.2×恒载效应+1.4×活载效应+1.4×1.0×右风载效应
⑤组合5：
左震组合：
1.2×重力荷载效应+1.3×左震作用效应
⑥组合6：
右震组合：
1.2×重力荷载效应+1.3×右震作用效应
⑦组合7：
左震组合：
1.0×重力荷载效应+1.3×左震作用效应
⑧组合8：
右震组合：
1.0×重力荷载效应+1.3×右震作用效应
5.2.2承载力抗震调整系数
从理论上讲，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于非抗震设计时的材料强度设计值。
但为了应用方便，在抗震设计中仍采用非抗震设计时的材料强度设计值，而是通过引入承载力抗震调整系数来提高其承载力，取值方法见表5-1。
表5-1承载力抗震调整系数
受弯梁
偏压柱
受剪
轴压比<0.15
轴压比>0.15
0.75
0.75
0.80
0.85
组合前，应将第三章计算得的单项内力加以调整。
5．3内力调整
5.3.1竖向荷载下的弯矩调幅
1．求调幅后柱中心处梁端弯矩
为了减小支座处负钢筋的数量，方便钢筋的绑扎与混凝土的浇捣；同时为了充分利用钢筋，以达到节约钢筋的目的。
在内力组合前将竖向荷载作用下支座处梁端负弯矩（使梁上面受拉）调幅，调幅系数β＝0.8。
如图5.3.1所示。
图5-1弯矩调幅示意图
表5-2调幅后梁端弯矩表
层次
截面
恒荷载
活荷载
调幅前弯矩
调幅后弯矩
调幅前弯矩
调幅后弯矩
续表5-2
注：
1．调幅后弯矩调幅前弯矩
2．调幅后柱中心处梁剪力
表5-3调幅后柱中心处梁剪力表
层次
截面
恒荷载
活荷载
调幅后柱中心处梁
调幅后柱中心处梁
调幅后柱中心处梁
调幅后柱中心处梁
续表5-7
3．弯矩调幅后柱子轴力
表5-4调幅后柱子轴力表
层次
截面
恒荷载
活荷载
续表5-4
5.3.2求调幅后柱边梁端内力
以上各章节计算与调幅的内力均是针对计算简图（图2-1）而言，所求的杆端内力也就是柱中与梁中交点处（如图5-2中B处）的内力。
但是，实际结构并不是如计算简图那样无尺寸的框架，各个构件是有尺寸的，所以，用于设计构件的内力应该是梁边或柱端处（如图5-2中的Ⅰ－Ⅰ，Ⅱ－Ⅱ，Ⅲ－Ⅲ，Ⅳ－Ⅳ）的内力。
因此，我们需要将计算简图上的杆端内力调整为实际构件的端内力。
图5-2内力调整截面示意图
1．调整方法
采用力和力矩平衡的方法将B处的内力调整至梁端、柱端。
以下将以八层边梁的左节点为例，进行内力调整。
2．内力调整
（1）竖向荷载内力调整（以恒载内力为例）
节点2详图见图5-3，其左梁受恒载作用下的右端弯矩，剪力。
同时受均布荷载（自重）与梯形分布荷载（板重）作用。
取半柱宽梁段为隔离体，计算简图如下：
图5-3竖向荷载下边跨梁右端内力调整示意图
对该隔离体列出平衡方程如下：
求解出：
（5-3）
（5-4）
其中，，；代入得：
，。
同理可将该节点右梁左内力调整完毕，活荷载作用下的内力调整同上。
弯矩调整见表5-5，剪力调整见表5-6。
表5-5竖向荷载下柱边梁端弯矩表
层次
截面
恒荷载
活荷载
柱中心处梁弯矩
柱边梁弯矩
柱中心处梁弯矩
柱边梁弯矩
表5-6竖向荷载下柱边梁端剪力表
层次
截面
恒荷载
活荷载
柱中心处梁剪力
柱边梁剪力
柱中心处梁剪力
柱边梁剪力
续表5-6
（2）水平荷载内力调整（以风载为例）
水平风荷载作用下，剪力图如图4-44所示，剪力延梁不变，所以不需调整；弯矩图如图4-45所示，延梁呈线性变化，所以可利用线性关系调整。
计算简图如5-4：
图5-4水平荷载下边跨梁右端内力调整示意图
对右侧三角形运用相似三角形定理，可得：
（5-5）
其中，，，代入，可解出：
同理可将节点右梁左端弯矩调整完毕，地震作用下的内力调整同风荷载。
具体计算结果见表5-7。
表5-7水平荷载下柱边梁端弯矩表
层次
截面
风荷载
地震荷载
柱中心处梁弯矩
柱边梁弯矩
柱中心处梁弯矩
柱边梁弯矩
续表5-7
5.4求梁跨中弯矩
求跨中弯矩是根据调幅后梁端弯矩和梁上实际荷载分布进行求解。
5.4.1竖向荷载下跨中弯矩
下面将以恒荷载作用下八层边跨梁跨中弯矩为例进行求解。
八层边跨梁的荷载示意图见图3-3，通过线性关系将柱边荷载值求出，计算出的荷载示意图见图5-5，计算简图见5-6。
图5-5荷载示意图
图5-6竖向荷载作用下跨中弯矩计算简图
根据弯矩平衡列方程有：
所以：
（5-6）
其中，，，，，从表5-5查出，从表5-6查出，代入公式5-6，可以求出（底部受拉）。
同理可以求出其余梁的跨中弯矩，活载下的跨中弯矩求解同恒荷载相同，计算结果列于表5-8。
表5-8竖向荷载下跨中弯矩表
层次
恒荷载
活荷载
AB跨中
跨中
跨中
跨中
续表5-8
5.4.2水平荷载下跨中弯矩
由于水平荷载下梁的剪力沿梁长不发生变化，可以采用线性的关系求出跨中弯矩。
下面以风载作用下八层边跨梁跨中弯矩为例进行求解。
计算简图见图5-7。
图5-7水平荷载作用下跨中弯矩计算简图
由线性关系可以列出：
因此，（5-7）
根据表5-7，可以查出，，代入公式5-7，可以求出（底部受拉）。
同理可以求出其余梁的跨中弯矩，地震荷载下的跨中弯矩求解同风荷载相同，计算结果列于表5-9。
表5-9水平荷载下跨中弯矩值表
层次
风荷载
地震荷载
跨中
跨中
跨中
跨中
5．5内力组合
具体组合类型见5.2.1节。
5.5.1梁端弯矩组合
表5-10梁端弯矩组合表
层次
截面
组合一
组合二
组合三
组合四
组合五
组合六
续表5-10
续表5-10
5.5.2梁跨中截面弯矩组合
表5-11梁跨中截面弯矩组合表
层次
截面
组合一
组合二
组合三
组合四
组合五
组合六
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
跨中
5．5．3梁端剪力
表5-12梁端剪力组合表
层次
截面
组合一
组合二
组合三
组合四
组合五
组合六
续表5-11
5.5.4柱端弯矩与轴力
表5-13柱端弯矩与轴力表
层
次
截面
内力
组合一
组合二
组合三
组合四
组合五
组合六
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
续表5-13
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
续表5-13
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱
底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
续表5-13
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
柱顶面
M
N
柱底面
M
N
5.5.5柱端剪力
表5-14柱端剪力表
层次
截面
组合一
组合二
组合三
组合四
组合五
组合六
续表5-14
5.6抗震设计
5.6.1柱内力的调整
1．按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值
（1）原则
根据强柱弱梁的要求，在框架梁柱节点处，上下柱端截面在轴力作用下的实际受弯承载力之和应大于节点左右梁端截面实际受弯承载力之和。
在工程设计中，将实际受弯承载力的关系转为内力设计值的关系，采用了增大柱端弯矩设计值的方法。
抗震等级为三级框架的柱：
（5-8）
三级框架中的柱端弯矩增大系数取。
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