抗震计算书要点

1、课程名称： 学 院: 学生姓名： 学 号: 专业班级： 指导教师：课程设计说明书建筑结构抗震设计土木与建筑工程学院* *土木工程10-210-2*2013年6月1日题目钢筋混凝土框架结构地震作用计算课程设计任务书设计题目钢筋混凝土框架结构地震作用计算学生姓名*所在学院土建学院专业、年级、班土木工程*-2设计要求：根据给定的某框架结构基本参数，充分考虑混凝土结构抗震要求，合理选择构 件截面尺寸，选择轻质填充墙，按照给疋的楼面可变何载计算重力何载代表值。根据给疋 的场地条件，抗震分组及设防要求，运用底部剪力法计算各层地震剪力，验算楼层的层间 位移是否满足需要。分别计算一榀框架在重力荷载代表值下和水

2、平地震作用下结构内力， 将结果列表并绘制相应的内力图，最后完成考虑水平地震不冋方向下内力与重力荷载代表 值下内力的组合，将结果列表说明。学生应完成的任务：在接受任务书和相关参数后，进行结构布置，计算重力荷载代表值， 运用底部剪力法计算各层地震剪力，验算楼层的层间位移是否满足需要，计算一榀框架在 重力荷载代表值下和水平地震作用下结构内力，最后完成考虑水平地震不冋方向下内力与 重力荷载代表值下内力的组合。最终提交课程设计计算书1份。参考文献：建筑结构抗震设计，刘伯权；机械工业出版社，2011年1月.建筑抗震设计规范 (GB50011-2010 ).建筑抗震设防分类标准(GB50223-2008 )

3、.工程结构抗震设计，李爱群、高振世；中国建工出版社，2005年1月.工作计划：1、 进行结构布置，计算重力荷载代表值，1天；2、 运用底部剪力法计算各层地震剪力，验算楼层的层间位移是否满足需要，1天；3、 计算一榀框架在重力荷载代表值下和水平地震作用下结构内力，1天；4、 最后完成考虑水平地震不冋方向下内力与重力荷载代表值下内力的组合，1天；5、 修改计算书格式，提交课程设计计算书1份，1天。任务下达日期：2013年5月27日任务接受日期：2013年5月27日指导教师(签名)：学生(签名)：目录、工程概况 . 1二、 结构的选型与布置 . 11.结构选型. 12.结构布置 . 1三、 框架计算

4、简图及梁柱线刚度 . 21.梁、柱截面尺寸估算. 22.框架柱截面尺寸 . 23.确定框架计算简图 . 34.框架梁柱的线刚度计算 . 3四、 水平地震作用计算 . 41.重力荷载代表值的计算. 42.横向D值的计算 . 53.结构基本自振周期计算 . 64.多遇水平地震作用计算 . 65.框架地震内力计算 . 7五、 重力荷载代表值计算 . 91.作用于屋面处均布重力荷载代表值计算 . 92.作用于楼面处均布重力荷载代表值计算 . 93.由均布荷载代表值在屋面处引起固端弯矩 . 104.由均布荷载代表值在楼面处引起固端弯矩 . 10六、 内力组合. 15七、 设计体会及今后的改进意见 . 1

5、7八、 参考文献. 17一、工程概况(1) 工程名称：某办公楼。(2) 工程数据：平面尺寸为12.9m 40.8m , 5层，室内外高差为0.6m,走廊 宽度为3.3m。设计使用年限为50年。(3) 基本雪压：Q =0.35kN/m2,地面粗糙程度为B类。二、结构的选型与布置1.结构选型本建筑只有5层，为了使结构的整体刚度较好，楼面、屋面、楼梯等均采用 现浇结构。基础为柱下独立基础。2.结构布置高层框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱偏心距大于该方向柱宽的1/ 4时，宜米取增设梁的水平加腋等措施。本办公 楼的结构平面如图1所示。框架结构房屋中，柱距一般为5m10m

6、，本建筑的柱距为5.1m。根据结构 布置，本建筑平面除个别板区格为单向板外， 其余均为双向板。本建筑由于楼面 活荷载不大，为减轻结构自重和节省材料起见，楼面板和屋面板的厚度均取120mm。本建筑的材料选用如下：混凝土：采用C30;墙体：面荷载为2.4kN/m2 ;楼面：房间面荷载为2.0kN /m2，走廊面荷载为2.5kN/m2;1 rl- ny工r I 可辽irb :窗：i总图1结构布置平面三、框架计算简图及梁柱线刚度图1所示的框架结构体系纵向和横向均为框架结构，是一个空间结构体系， 理应按空间结构进行计算。但是，采用手算和借助简单的计算工具计算空间框架 结构太过复杂，高层建筑混凝土结构技术

7、规程允许在纵、横两个方向将其按 平面框架计算。本例中只作横向平面框架计算，纵向平面框架的计算方法与横向 相同，故从略。本建筑中，横向框架的间距均为5.1m，荷载基本相同，可选用一榀框架进行 计算与配筋，其余框架可参照此榀框架进行配筋。现以轴线的框架为例进行计 算。1梁、柱截面尺寸估算框架横梁截面尺寸1111h=( 一)1 =( 一)4800 =(267 600)mm,取 h=550mm18 818 81 11 1b=( )h= ( 一) 550 = (183 275)mm,取b = 250mm3 23 22框架柱截面尺寸底层柱轴力估算：假定结构每平方米总荷载设计值为12kN ,则底层中柱的轴力

8、设计值约为：N =12 4.8 5.1 5 =1468.8kN= 4.3 104kN若采用C30混凝土浇捣，fc =14.3MPa，假定柱截面尺寸 b h = 500mm 500mm则柱的轴压比为：故确定取柱截面尺寸为 b h = 500mm 500mm。框架梁、柱编号及其截面尺寸如图1所示。为了简化施工，各柱截面从底层 到顶层不改变。3.确定框架计算简图框架的计算单元如图1所示。框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接由于各层柱的截面尺寸不变，故梁 跨等于柱截面形心轴线之间的距 离。层底柱高从基础顶面算至二层 楼面，室内外高差为-0.600m，基 础顶面至室外地坪通常取 -0.500m，故基顶标

9、高_0.000m的 距离定为-1.100m,二层楼面标高 为5.1m,故底层柱高为6.2m。其余 各层柱高从楼面算至上一层楼面 （即层高），故均为3.6m。由此可绘 出框架的计算简图如图2所示。4.框架梁柱的线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝 土一起振捣，对于中框架梁I =21。 左跨梁：fcbh146880014.3 500 500= 0.41 ： 0.75图2框架的计算简图713.0 1020.25 (0.55j124.8_EI |中跨梁=了右跨梁:_ EI i左跨梁=T7133.0 107 20.25 (0.55)3126.3 104kN m3.37 1 33.0 107 20.25 (

10、0.55)3124-4.3 104kN m4.87144i底柱二 EI/h=3.0 107(0.5)4 6.2 = 2.5 104kN m12A D轴其余各层柱:1i余柱二 El/h=3.0 107(0.5)4 3.6= 4.3 104kN m12令i余柱=1.0,贝U其余各杆件的相对线刚度为:4.3X04 一 i左跨梁=43而i 中跨梁=63.1.46 中跨梁4.3 104_4.3勺04 一 i右跨梁=4 _ XU4.3 104i 底柱=2. 0.58 底柱4.3 104四、水平地震作用计算该建筑物的高度为19.5m 40m,以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀 分布，故可采用底部剪力法计

11、算水平地震作用。1.重力荷载代表值的计算屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5 X雪荷载标准值中跨梁:AD轴底层柱:楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5 X楼面活荷载标准值 其中结构和构配件自重取楼面上下各半层层高范围内（屋面处取顶层的一 半）的结构及构配件自重，如表1。表1房屋各项荷载屋盖屋面恒载1578.96kN雪荷载0.35kN /m2女儿墙562.8kN第二层 至第五 层楼盖1578.96kN楼面恒：.0kN /m2 活：.5kN /m2墙(549.0 +1062.9)kN柱783.0kN梁653.9kN第一层楼盖1578.96kN楼面恒：.0kN /m2

12、 活：.5kN /m2墙(819.0+1585.6)kN柱1368.0kN梁653.9kNG5=1578.96 0.5 0.35 5.1 8 (4.8 2 3.3) 562.8 0.5 (549.0 10629 783.0) 653.9 =4085.14NG4 二 G3 二 G2 =1578.96 0.5 2.0 (4.8 5.1 14) 2.5 (4.8 5.1 2 3.5 5.1 8) (549.0 1062.9 783.0 653.9)= 5200kNG =1578.96 0.5 2.0 (4.8 5.1 14) 2.5 (4.8 5.1 2 3.5 5.1 8) 0.5 (549.0

13、1062.9 783.0 1585.6 1368) 653.9= 5888.&N总重力荷载代表值为G=G G2 G3 G4 G5=4085.35200 3 5888.8=25574.1kN2.横向D值的计算如表2和表3。表2横向2至5层D值计算构件名称2icict = -=2+i12D =ctic二(kN /m) h数量SD(kN/m)A轴柱10.33131399118251B轴柱2.460.55218989197082C轴柱2.460.55218989197082D轴柱10.33131399118251XD=630666kN / m表3横向首层D值计算构件名称lib i 0.5祈12D .(

14、kN /m)数量!D(kN/m)ic2A轴柱1.720.5976888961992B轴柱4.240.7608752.5978772.5C轴柱4.240.7608752.5978772.5D轴柱1.720.5976888961992ID = 281529kN/m3.结构基本自振周期计算结构基本自振周期有多种计算方法，下面用假想顶点位移法计算结构基本自 振周期，列表计算如表4。表4假想顶点位移UT计算结果层次Gi(kN)IQ (kN )ID(kN /m) q (m)Ui(m)54085.34085.36306660.00650.1662452009285.36306660.01470.160352

15、0014485.36306660.02300.1452520019685.36306660.03120.1221588825573.32815290.09080.0908结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数= 0.6，则结构的基本自振周期为：T1=1.7u? -1.7 0.6、0.1401742s4.多遇水平地震作用计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为8度，场地土为A类，设计地震分组为第一组，由表查得:max=0.16,T0.25sGeq=0.85GE =0.85 25574.1 = 21738.0kN由于 Tg l 故：1=（半）r 2： max 珂025）0.9 1.0 0.16 =

16、0.10。11U.42T0.42s 1.4Tg =1.4 0.25 =0.35s需要考虑顶部附加水平地震作用的影响，顶部附加地震作用系数：n=0.08T10.00.08 0.420.07=0.10如图3所示，对于多质点体系，结构底部总纵向水 平地震作用标准值：FEk= ： iGeq=0.10 21738.0=21738.0 kN附加顶部集中力：Fn =、nFEK =0.10 2173.8 =217.38kN质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼 层层间位移的计算过程如表5。图3楼层水平地震作用标准值表5Fi,Vi和.g的计算层次Gi(kN)Hi(m)Gi H iTGiHiFi(kN)Vi

17、 (kN )IDAui(m)54085.320.684157.2329702.8716.76716.766306660.0011452001788400329702.8524.521241.286306660.00203520013.469680329702.8413.461654.746306660.0026252009.850960329702.8302.431957.176306660.0031158886.236505.6329702.8216.632173.82815290.0077楼层最大位移与楼层层高之比为U0.007711-=-= -v -h 6.2805 550满足位移要求。

18、5.框架地震内力计算框架柱剪力和柱端弯矩计算采用 D值法，计算过程件和结果见表 6和表7 其中反弯点相对高度y值查表求得。表6横向水平地震荷载作用下 轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层次Vi (kN)IDDimDim /EDVim (kN )y(m)M c上 (kN m)Me下(kN m)5716.76630666131390.02111.650.3535.2518.9641241.28630666131390.02123.890.4551.6242.2331654.74630666131390.02133.540.4566.4154.3321957.17630666131390.02140.60

19、0.4580.3965.7712173.828152968880.02452.170.65113.21210.25表7横向水平地震荷载作用下 轴框架柱剪力和柱端弯矩的计算层次Vi(kN )IDDimDim / HDVm(kN)y(m)M c上(kN m)Me下(kN m)5716.76630666218980.03525.090.42551.9438.3941241.28630666218980.03543.440.4586.0170.3731654.74630666218980.03555.900.50100.62100.6221957.17630666218980.03567.660.50

20、121.79121.7912173.82815298752.50.03167.390.55188.02229.80横向水平地震作用下的弯矩、剪力和轴力图如图4、图5和图6图4弯矩图图5剪力图图6轴力图五、重力荷载代表值计算1作用于屋面处均布重力荷载代表值计算qAB =1.2 (0.12 25 4 5 2 25 0.25 0.55) 1.4 (0.5 0.35 4 | 2)= 15.66kN /mqBC =1.2 (0.12 25 3 5 225 0.25 0.55) 1.4 (0.5 0.35- 2)2 8 2 8=12.06kN /mqCD = qAB2.作用于楼面处均布重力荷载代表值计算q

21、AB =1.2 0.1225 空 5 2 25 0.25 0.55 2.4 (3.6 -0.55)2 84.851.4(0.5 2.02)2 8= 27.91kN /mqBC =1.2 (0.12 25 3 5 2 25 0.25 0.55) 1.4 (0.5 2.55 2)2 8 2 8=15.16kN /mqCD =1.2 0.12 25 等 | 25 0.25 0.55 2.4 (3.6 0.55)4.8 54.8 51.4(0.5 2.50.5 2.0)28 28= 23.03kN /m3.由均布荷载代表值在屋面处引起固端弯矩g4 82MAWBW 二-15.6630.07kN m12M

22、 BW,AW - 30.07 kN /m3 32MBWCW 二-12.0610.94kN m12MCW,BW - 10.94kN mM CW,DW = M AW,BWggM DW,CW 二 M BW,AW4.由均布荷载代表值在楼面处引起固端弯矩M gAW,BW4.82-27.9153.59kN m12M gM BW,AW= 53.59kN mM gBW,CW3.32=-15.1613.76kN m12M gCW,BW= 13.76kN mM gCW,DW4 82-23.0344.22kN m12M gDW ,CW=44.22kN m用弯矩分配法求解重力荷载代表值下的弯矩，首先奖各节点的分配系数

23、填在相应的方框内，将梁的固端弯矩填写在框架的横梁相应位置，然后将节点放松， 把各节点不平衡弯矩同时进行分配。计算图表如图7、图8、表8至表14。表8重力荷载代表值下 AB跨梁剪力计算层次q(kN /m)l(m) (kN)2IMl (kN)Vql 龙 MVA = c2l(kN)V亠即 B2l(kN)515.664.837.581.8435.7439.42427.914.866.981.5865.468.56327.914.866.981.5665.4268.54227.914.866.981.4565.5368.43127.914.866.982.5064.4868.48表9重力荷载代表值下 B

24、C跨梁剪力计算层次q(kN /m)l(m)0(kN)2字(kN)V ql IMVB 2l(kN)VqrM2l(kN)512.063.319.90019.919.9415.163.325.01-0.1625.1724.85315.163.325.01-0.1625.1724.85215.163.325.01-0.1625.1724.85115.163.325.010.9824.0325.99表10重力荷载代表值下CD跨梁剪力计算层次q(kN /m)l(m)虫(kN)2IM .、-(kN) lV ql IM VB = 2 - l(kN)q2l(kN)515.664.837.58-2.0639.64

25、35.52423.034.855.27-0.7956.0654.48323.034.855.27-0.8856.1554.39223.034.855.27-0.7956.0654.48123.034.855.27-2.1357.453.14表11重力荷载代表值下 柱轴向力计算层次截面横梁 传剪 力纵墙 重纵梁 重纵梁 上板 恒载纵梁 上板 活载柱重也N(kN)柱轴力(kN)1-1110.67110.6752-235.7426.7215.8119.4412.9621.75132.42132.423-3147.28279.744-465.433.6715.8119.4412.9621.75169.

26、03301.455-5147.3448.7536-665.4233.6715.8119.4412.9621.75169.05470.57-7147.41617.9128-865.5333.6715.8119.4412.9621.75169.16639.669-933.67146.36786.02110-1064.4850.2315.8119.4412.9638234.59874.25表12重力荷载代表值下 柱轴向力计算层次截面左横梁 传剪力右横梁 传剪力纵墙 重 纵梁 重纵梁上板恒载纵梁上板活载柱重AN(kN)柱轴力(kN)1-1138.84138.8452-239.4219.9015.811

27、9.4427.1921.75160.59160.593-3206.92367.5144-468.5625.1733.6715.8119.4427.1921.75228.67389.265-5206.9596.1636-668.5425.1733.6715.8119.4427.1921.75228.65617.917-7206.79824.728-868.4325.1733.6715.8119.4427.1921.75228.54846.459-933.67206.71053.15110-1069.4824.0350.2315.8119.4427.1938294.931141.38表13重力荷载

28、代表值下 柱轴向力计算层次截面左横梁 传剪力右横梁 传剪力纵墙 重 纵梁 重纵梁上板恒载纵梁上板活载柱重AN(kN)柱轴力(kN)1-1142.06142.0652-219.939.64015.8119.4430.1921.75163.81163.813-3197.1360.9144-424.8556.0633.6715.8119.4430.1921.75218.85382.665-5197.2579.8636-624.8556.1533.6715.8119.4430.1921.75218.95601.617-7197.1798.7128-824.8556.0633.6715.8119.443

29、0.1921.75218.85820.469-933.67199.581020.04110-1025.9957.450.2315.8119.4430.1938287.811168.27表14重力荷载代表值下 柱轴向力计算层次截面横梁 传剪 力纵墙 重纵梁 重纵梁上板恒载纵梁上板活载柱重AN(kN)柱轴力(kN)1-1113.45113.4552-235.5226.7215.8119.4415.9621.75135.15135.153-3139.36274.5144-454.4833.6715.8119.4415.9621.75161.11296.265-5139.27435.5336-654.

30、3933.6715.8119.4415.9621.75161.02457.287-7139.36596.6428-854.4833.6715.8119.4415.9621.75161.11618.399-933.67138.02756.41110-1053.1450.2315.8119.4415.9638226.25844.6420.07?11.1鮎g.l2： “图7重力荷载代表值作用下M图U!1119K.OTMM Th 厲申 O O|r ,iy; !.-一O5 -29162 :JU3- ).33b.33! j: :5i 77rJ. i.? |1.；,7?r 72.?9.83 -:3.3S -

31、7.302.5*1.62 1.521.622z3 llV.b -iit Hi ih._：.22-7303门- 3.a (It Hi-.I- -必59-B.7G-9,fl -9.5S-5.5B 仏3hg弓?.i9 =1735-” 一 ” *1.2 -*8.45如-1 L ： -TKI1刘 :3TE述舸-.-25.1-图8重力荷载代表值作用下 M图六、内力组合梁端控制截面弯矩不利组合如表15和表16表15第5层梁的内力组合表左、右梁截面位置内力1.2 SGK1.3SEK左震作用下右震作用下M-25.33 45.8320.5-71.16左端V42.89+ 15.2627.6358.15跨中M23.6

32、4 9.1932.8314.45M-35.95+ 27.44-63.39-8.51左梁右端V-47.30+ 15.26-62.56-32.04M-21.55 40.0818.53-61.63左端V23.88+ 24.28-0.448.16跨中M-2.110-2.11-2.11M-22.09+ 40.08-62.1717.99中梁右端V-23.88+ 24.28-48.160.4M-35.85 27.44-8.44-63.32左端V47.30+ 15.2632.0962.61跨中M23.87+ 9.1914.6833.06M-24.08+ 25.83-49.911.75右梁右端V-42.79+

33、15.26-58.1-27.58表16首层梁的内力组合表左、右梁截面位置内力1.2 SGK1.3SEK左震作用下右震作用下M-47.03 232.67185.64-27.97左端V77.38+ 82.59-5.21159.97跨中M42.23 34.4876.717.75M-61.43+ 163.72-225.15102.29左梁右端V-83.38+ 82.59-165.97-0.79M-22.14 239.03216.89-261.17左端V28.84+ 144.87-116.03173.71跨中M-0.4680-0.468-0.468M-26.45+ 239.03-265.48212.58

34、中梁右端V-31.19+ 144.87-176.06113.68M-50.54 163.72113.68-214.26左端V68.88+ 82.59-13.71151.47跨中M35.04+ 34.480.5669.52M-38.57 232.67194.1-271.24右梁右端V-63.77+ 82.59-146.3618.82柱端控制截面弯矩不利组合如表 17和表18表17第5层柱的内力组合表柱位截面位置内力1.2 SGK1.3SEK左震作用下右震作用下M25.02+ 45.8370.85-20.81上端N132.80+ 15.26148.06117.54M-25.5 24.65-50.1

35、5-0.85左边柱下端N158.90+ 15.26174.16143.64M14.41+ 67.5281.93-53.11上端N166.61 9.03157.58175.64M-16.13 49.91-66.0433.78左中柱下端N192.716 9.03183.68201.74M-14.41+ 67.5253.11-81.93上端N170.47 9.03161.44179.5M15.95 49.91-33.9665.86右中柱下端N196.57 9.03187.54205.6M-24.10+ 45.8321.73-69.93上端N136.14+ 15.26151.4120.88M21.98 24.65-2.6746.63右边柱下端N162.18+ 15.26177.44146.92表18首层柱的内力组合表柱位截面位置内力1.2 SGK1.3SEK