多高层钢结构设计第五章课件.ppt

1、 第五章 结构分析5.1 结构分析方法n有限元方法（机算）n简化方法 （手算）对结构进行简化的手算方法仍是极有意义的。首先，计算机方法结果的合理性与正确性不能直接判断时，采用手算方法进行检验是较为可靠的。其次，结构初步设计时几乎总要进行数个方案的比较，从中选出最好的方案。在众多的结构方案中，可先采用手算方法进行结构方案合理判断与初选，定出23个方案后再进一步采用计算机方法进行细致分析，从而定出最佳结构方案。5.2 有限元方法 一、结构分析步骤：一、结构分析步骤：（1）划分单元 将结构分解细分为很多单元，单元与单元之间通过节点联系。（2）建立单元刚度方程 单元刚度（简称单刚）方程为单元节点位移与

2、单元节点力间的关系方程。（3）建立结构的总体刚度方程 由单元刚度方程，根据单元节点与结构节点的对应关系及结构各节点的力平衡条件，可组装形成总体刚度（简称总刚）方程。（4）确定结构变形 引入边界条件，求解结构总刚方程，可获得结构各节点的变形。（5）确定单元内力 由单元节点与结构节点的对应关系及结构各节点的变形，确定各单元的变形，再由单元刚度方程求得单元节点力。二、单元的类型与划分二、单元的类型与划分 多高层钢结构体系中会用到两种类型的结构，一类为杆系结构，由结构体系中的梁、柱、支撑等构成；另一类为墙板结构，由结构体系中的墙、楼板构成。9857181315141316147101792843661

3、22511 杆系结构单元划分 75124313126981110161514171819 墙板结构单元划分 三、平面受力梁单元 图 5.5 平面受力梁单元的受力与变形 l 1 Q1 M2 2 N M1 z Q2 1 2 gggfk梁单元的刚度方程为 Tg,2211 TgMQMQf,2211式中 324221221423221221246266126122646612612lllllllllllllEIkg（1）简单梁单元 简单梁单元是指不考虑轴力影响及剪切变形影响的梁单元 14321 （520）故 gogkk （521）r111 （517a）r112 （517b）rr14/13 （517c）r

4、r12/14 （517d）其中 212GAlEIr（2）Timoshenko梁单元 Timoshenko梁单元是指不考虑轴力影响但考虑剪切变形影响的梁单元gk rlrlllllrlrllllllrEIkgT46266126122646612612)1(2222 其中 212GAlEIr（3）Euler梁单元 对于受拉梁单元（N0）lltsinh)(12131 （59a）)1(cosh)(6122llt （59b）)sinhcosh(413llllt （59c）)(sinh214lllt （59d）其中 llltsinhcosh22 （59e）Euler梁单元是指考虑轴力影响但不考虑剪切变形影响

5、的梁单元对于受压梁单元（N0）lltsinh)(121321 （54a）)1(cosh)(6122llt （54b）)sinhcosh(413llllt （54c）)(sinh214lllt （54d）llltsinhcosh22 GAN1 （55）EIN2其中Timoshenko-Euler梁单元是指考虑轴力及剪切变形影响的梁单元当单元受轴压时（N0）llcsin)(121321 （57a）)cos1()(6122llc （57b）)cos(sin413llllc （57c）)sin(214lllc （57d）lllcsincos22 GAN1 （58）EIN2其中四、四、节点域变形节点域变

6、形(a)伸缩变形(b)弯曲变形(c)剪切变形 节点域试验 定义节点域剪切力矩为)(21cVgHcVgHhQhQhQhQM （530）)(221cYcBggRgLcBcTQQhMMMMM)(2gLgRcQQh （531）由式（530）、（528）得节点域剪应力计算公式 节点域剪应力计算公式为 pcgthhM 或图 5.14 各种柱截面的 tp值 w u 钢框架结构基本未知量 考虑节点域剪切变形的梁单元 考虑节点域剪切变形的柱单元 考虑节点域剪切变形影响的梁柱简化单元对于H型截面柱，aL(bL)=0对于箱型截面柱，aL（bL）1/4截面高度五、梁柱连接变形 5.2 手算方法1框架结构1.竖向荷载作

7、用n弯矩及剪力计算 分层法n轴力计算分担面积法 2.水平荷载计算n弯矩及剪力计算反弯点法n轴力计算边柱受力力矩平衡法 （a）原结构图 （b）分层结构简图 分层法图示柱分担的竖向荷载面积柱分担的竖向荷载面积10101518 反弯点法图示反弯点法图示（边柱受力力矩平衡法）NN二 框架支撑结构1.竖向荷载作用 同框架结构2.水平荷载作用 剪力分配法fiififibiKVVKKb iib ifib iKVVKKfiKi剪力方向第 榀框架的楼层侧移刚度2121()(/)ficbKhhEIEILbiKi剪力方向第 个支撑的楼层侧移刚度一榀框架及典型楼层段 三 钢框架混凝土芯筒混合结构 采用下列假定：（1）全部水平荷载由混凝土芯筒承受，钢框架仅承受竖向荷载；（2）钢框架与混凝土芯筒所承担的竖向荷载按分担的楼面荷载面积分配。