抗震课程设计

1、建筑结构抗震设计课程设计 建筑结构抗震设计课程设计成果班 级： 土木 姓 名： 学 号： 2011031043121 指导教师： 日 期： 2013年 12 月 目录1. 多层钢筋混凝土框架结构设计任务书11.1设计资料11.2设计内容21.3设计要求22.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书32.1计算简图及各楼层质量的计算32.2框架抗侧移刚度的计算32.3自震周期计算52.4水平地震作用计算及弹性位移验算52.4.2水平地震作用计算52.4.3楼层地震剪力计算62.4.4多遇地震下的弹性位移验算62.5水平地震作用下框架的内力分析72.6 框架重力荷载作用效应计算92.6.1重力荷载代表值计

2、算102.6.2重力荷载代表值下的弯矩计算122.6.3弯矩的条幅与折算142.7 内力组合与内力调整152.7.1 框架梁的内力组合及调整152.7.2 框架柱的内力组合及调整16 2.7.3节点核心区组合剪力设计值.172.8 框架截面设计172.8.1 框架梁截面设计172.8.2 框架柱截面设计19 2.8.3 节点核心区验算.21参考文献22建筑结构抗震设计课程设计个人总结231. 多层钢筋混凝土框架结构设计任务书1.1设计资料1. 某一栋普通3层的现浇钢筋混凝土框架结构办公楼，结构平面布置如图1所示，不上人屋面，屋顶无局部突出部分；底层层高4m，二、三层层高3.6m。2. 本设计所

3、有梁、柱尺寸均见图1.1，柱截面尺寸均为500mm×500mm。图1.1 结构平面布置3. 材料强度：梁、板、柱强度等级皆为c30，纵向受力钢筋采用hrb400，箍筋采用hpb300。4. 结构恒荷载框架计算简图1.2、活荷载框架计算简图1.3已给出。各层的重力荷载代表值为：g1=11400kn，g2=10900kn，g3=9900kn；5. 地震资料：(1) 设防烈度及基本地震加速度：8度（0.2g）。(2) 设计地震分组：第二组。(3) 建筑场地类别：i1类场地。 图1.1 框架恒荷载分布图 图1.2 框架活荷载分布图1.2设计内容1. 按指导教师给定的设计号进行设计，编制设计计

4、算书；2. 计算各层质量、抗侧刚度，计算结构的自振周期； 3. 横向地震作用计算及层间位移验算；4. 指定号轴线上一榀框架在恒、活载及水平地震作用下的内力图（弯矩图、剪力图、轴力图）；5. 设计所选定一榀框架各构件（梁、柱）在有地震组合下的配筋。6. 电脑绘制梁平法施工图、柱平法施工图。1.3设计要求1. 计算书 计算书应书写清楚，字体端正，步骤完整、内容清晰，计算公式、计算简图均应列入，并尽量利用表格编制计算过程。2. 绘制楼盖结构施工图 (1) 梁配筋图（比例尺1：200）； (2) 柱配筋图（比例尺1：200）；(3) 在图中标明有关设计说明，如混凝上强度等级、钢筋的种类、混凝

5、土保护层厚度等；(4) 图面应整洁，字体和线条应符合建筑结构制图标准。2.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书2.1计算简图及各楼层质量的计算1. 计算重力荷载代表值时，永久荷载取全部，楼面可变荷载取50%，屋面活荷载不考虑。各质点的重力荷载代表值取本楼面重力荷载代表值及与其相邻上下层间墙（包括门墙），柱全部重力荷载代表值的一半之和。本题已给出各层的重力荷载代表值。2. 框架结构的计算简图如图1.4所示。图1.4 剖面及计算简图各楼层集中质量分别为，2.2框架抗侧移刚度的计算(d值法的计算)1. 梁的线刚度。计算结果如表2.1所示。其中梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用。表2.1 现浇框架梁线刚度计算

6、部位截面跨度矩形截面惯性矩边框架梁中框架梁走道梁0.25x0.52.402.603.904.885.206.50顶层梁0.3x0.66.605.408.103.6810.804.91楼层梁0.3x0.66.605.408.103.6810.804.91注：混凝土c30,2. 柱的抗侧移刚度。采用d值法计算。已知，计算结果如表4.2所示。表中系数按下列式子计算对一般层 对底层 表2.2 框架柱值机楼层抗侧移刚度的计算楼层i层高/m柱号柱根数233.6z1160.5x0.55.2084.341.130.3611.45123.21673.508z2162.630.5682.28336.528z340

7、.850.29811984.792z441.970.4962.9937.97214.0z1160.5x0.55.2083.9061.260.5401.58425.34471.232z2162.920.6952.03832.608z340.940.4901.4375.748z442.190.6421.8837.532注：混凝土c30,3. 楼层侧移刚度。楼层所有柱的d值之和即为该楼层抗侧刚度。其计算过程及计算结果如表所示2.2。2.3自震周期计算（选用顶点位移法。）假想顶点位移的计算结果如表2.3所示。表2.3 假想顶点位移计算楼层i重力荷载代表值gi /kn楼层剪力vgi=gi /kn楼层侧移

8、动刚度di /(kn/m)层间位移i=vgi /di /m楼层位移=i /m3990099007523000.0130.085210900208007523000.0280.072111400322007265000.0440.03532200取框架结构的周期影响系数,可得结构基本自振周期为2.4水平地震作用计算及弹性位移验算(选用顶点位移法。)2.4.1水平地震影响系数的计算结构基本周期取顶点位移法的计算结果，t1=0.332s；多遇地震下设防烈度8度（设计地震加速度0.2g）的水平地震影响系数最大值a1=0.16；查表3-3可得i1类场地、设计地震分组为第二组时，tg = 0.30s，则2

9、.4.2水平地震作用计算结构总水平地震作用标准值为因为t1=0.332s<1.4tg，所以不需要考虑顶部附加地震作用的修正。分布在各楼层的水平地震作用标准值下列式子计算，即计算结果如表2.4所示。2.4.3楼层地震剪力计算各楼层地震剪力标准值按下列式子计算，计算结果如表2.4所示。多遇地震下设防烈度7度，基本周期小于3.5s的楼层最小地震剪力 = 0.024。各楼层地震剪力标准值均满足楼层最小地震剪力要求，即根据表中数据，经验算满足上式要求。2.4.4多遇地震下的弹性位移验算多遇地震下的各楼层层间弹性位移按式子计算。计算结果如表2.4所示，并将其表示为层间位移角ue/h形式。钢筋混凝土框

10、架结构弹性层间位移角限值为1/550。经验算各层均满足要求。表2.4 fi 、vi 、ue 及 ue / h楼层i层高hi /mgi /knhi /mgi higi hifi /knvi /kndi /kn/mue10-3/mue /h33.6990011.21108802393201851.401851.407523002.460.6823.6109007.6828401383.213234.617523004.301.1914.0114001.045600761.403996.007265005.501.382.5水平地震作用下框架的内力分析1. 将上述求得的各楼层地震剪力按下列式子，分配

11、到单元框架的各框架柱，可得各层每根柱的剪力值，即2. 通过查表得各柱的反弯点高度比及其修正值(可近似按倒三角行分布的水平荷载查表)，再利用式子yh = ( y0+y1+y2+y3 )h，确定各层各柱的反弯点位置；3. 再按下列式子计算出每层柱上下端的柱端弯矩，即柱上端弯矩 ， 柱下端弯矩 4. 利用接点的弯矩平衡原理，按下列式子（节点左端弯矩mbl、右端弯矩mbr），求出每层各跨梁端的弯矩，即， 5. 再按下列式子求出粱端剪力，即6. 由柱轴力与粱端剪力平衡的条件可求出柱轴力。现以轴框架单元为例，将计算结果列于表2.5和表2.6以及图2.5、图2.6、图2.7中。由于地震时反复双向作用，两类梁

12、、各柱的弯矩、轴力及剪力的符号也相应地反复变化。表2.5 水平地震作用下的中框架柱剪力和柱端弯矩标准值柱j层i z133.61851.40752300149100.02036.691.130.4154.1677.9423.63234.61752300149100.02064.111.130.46106.16124.6214.03996.00726500160400.02288.231.260.63225.86127.04z233.61851.40752300237900.03258.332.630.4594.85115.9223.63234.61752300237900.032102.292.

13、630.50184.12184.1214.03996.00726500208800.029114.852.920.55252.66206.72表2.6 水平地震作用下的中框架粱端弯矩、剪力及柱轴力标准值楼层i进深梁走道梁柱z1柱z236.677.9449.8519.362.467.0766.0762.9319.8043.5626.6178.80119.9645.272.4159.00159.00151.4466.08149.7316.6233.20168.0660.802.4222.78222.78212.17129.46301.11 图2.5 水平地震作用下框架弯矩 图2.6水平地震作用下框

14、架轴力 图2.7水平地震作用下框架剪力 2.6、框架重力荷载作用效应计算当考虑重力荷载作用将与地震作用进行组合时，计算单元框架上的竖向荷载应该按重力荷载代表值计算。永久荷载取全部，按等效均布荷载计算的楼面活荷载，可变荷载取50%。该结构基本对称，竖向荷载作用下的框架侧移可以忽略，采用弯矩二次分配法计算框架的内力。需要考虑塑性内力重分布而进行梁端负弯矩调幅，对于现浇框架，调幅系数范围为0.80.9，本设计取0.8，弯矩调幅应在内力组合前进行。下面计算轴框架单元，将重力荷载代表值作用下的内力计算结果列于下表中。表中弯矩以顺时针为正，其中mgel、mger分别为梁左端及右端的弯矩；mget、mgeb

15、分别为柱上端和下端的弯矩。表中弯矩已经折算到节点边缘处，折算公式如下： m=mc-vo×b2；式中m ：节点柱边缘处弯矩值；mc：轴线处弯矩值v0：按简支梁计算的支座剪力值（取绝对值）;b ：节点处柱的截面宽度。号轴线上一榀框架在恒、活荷载作用下的内力图如下： 框架恒荷载分布图 框架活荷载分布图表2.6.1恒荷载作用下轴框架弯矩二次分配（kn ×m）图6.1恒荷载作用下轴框架弯矩（kn ×m） 图6.2恒荷载作用下轴框架剪力（kn ×m）图6.3恒荷载作用下轴框架轴力（kn ×m）表2.6.2活荷载作用下轴框架弯矩二次分配（kn ×m

16、）图6.4活荷载作用下轴框架弯矩（kn ×m） 图6.5活荷载作用下轴框架剪力（kn ×m）图6.6活荷载作用下轴框架轴力（kn ×m）图6.7重力荷载作用下轴框架弯矩（kn ×m） 图6.8重力荷载作用下轴框架剪力（kn ×m）图6.9重力荷载作用下轴框架轴力（kn ×m） 表2.6.3重力荷载代表值作用下的轴框架梁端弯矩及柱端弯矩，轴力表中弯矩以顺时针为正，弯矩值已经折算到节点边缘处，选用公式：梁端：m=mc-vob2 柱端：m后=m前-vohb注：m :节点柱边缘处弯矩值； mc:轴线处弯矩值；vo ：按简支梁计算的支座剪力值，

17、取绝对值；m后：节点梁边缘处弯矩值； m前：轴线处弯矩值，折算前组合值；vo ：柱的支座剪力值； hb ：节点处梁的截面宽度。2.7 内力组合与内力调整本框架地震烈度为8度(0.2g)，场地类型为i1类，总楼层高度h =11.2m24m，确定抗震等级为三级。以下未特殊说明，均是以轴框架底层楼面为例的梁与柱的内力组合计算。2.7.1 框架梁的内力组合及调整粱左端：地震作用弯矩顺时针方向时，,则梁左端正弯矩为地震作用弯矩顺时针方向时，则梁左端正弯矩为zuoduan地震作用弯矩逆时针方向时，梁左端负弯矩为 梁右端：地震作用弯矩顺时针方向时，梁右端负弯矩为地震作用弯矩逆时针方向时，梁右端正弯矩为地震作

18、用弯矩逆时针方向时，则梁右端正弯矩为经比较，梁端组合弯矩设计值的最后取值为：梁左端最大负弯矩为-333.80kn·m，最大正弯矩为241.40kn·m；梁右端最大负弯矩为-274.10kn·m，最大正弯矩为135.91kn·m。（2）梁端组合剪力设计值 三级框架梁端截面组合剪力设计值按式 计算，剪力增大系数为1.2。梁端弯矩顺时针作用时的剪力为（取） 梁端弯矩逆时针作用时的剪力为： 经比较，梁端最大剪力为216.87kn。2.7.2柱的内力组合及调整以轴框架底层中柱为例。（1）柱端组合弯矩设计值。柱顶弯矩（mek是已经折算到节点边缘的弯矩值）：逆时针方向

19、 顺时针方向 柱底弯矩：逆时针方向 顺时针方向柱端弯矩调整如下。柱下端截面：三级框架底层柱下端截面的组合弯矩设计值（绝对值大者）应乘以增大系数1.5，即应调整为（逆时针方向）柱上端截面：由于底层柱轴压比为，所以，柱上端截面的组合弯矩设计值（绝对值大者）应乘以增大系数1.5，即应调整为（逆时针方向）（2）柱端组合剪力设计值柱上下端截面组合剪力设计值（顺时针方向）按式调整为2.7.3节点核心区组合剪力设计值以轴框架底层中柱节点为例。框架节点核心区组合剪力设计值按式确定，剪力增大系数为1.2。即其中，节点左侧梁弯矩（已折算到节点柱边缘）为节点右侧梁弯矩（已折算到节点柱边缘）为2.8 框架截面设计 梁

20、的混凝土强度等级皆为c30(fc =14.3n/mm2, ft =1.43n/mm2)，纵向受力钢筋采用hrb400(fy =360n/mm2 ，b =0.517)，箍筋采用hpb300(fy =270n/mm2)。2.8.1框架梁截面设计以轴框架底层楼面进深梁为例。（1）梁正截面抗弯设计梁端按矩形截面双筋考虑。梁端正截面抗震受弯承载力应满足下例要求：及 式中 、分别为梁端上部钢筋面积和下部钢筋面积。梁左端下部配筋计算：选，1017梁左端上部配筋计算：选，1900.验算三级框架抗震要求：相对受压区高度 梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比 纵向钢筋最小配筋面积1900 皆满足要求。同理可计算出梁右

21、端配筋（略）。（2）梁斜截面抗剪设计。验算梁截面尺寸：满足要求。又因为 三级框架要求，梁箍筋直径，箍筋间距。取双肢箍，则2.8.2框架柱抗震设计以轴框架底层中柱节点为例。（1）柱轴压比验算柱轴力组合设计值：验算柱轴压比时验算正截面承载力时与柱端顺时针弯矩对应与柱端逆时针弯矩对应轴压比为满足二级框架柱要求。（2）柱正截面承载力计算。已知调整后的柱底截面最不利组合内力 , 取框架柱的计算长度，底层取，其它层取，h为层高。，可以不考虑杆件自身挠曲变形的影响，故可取。按大偏心受压构件计算 选位于角部，每边分别布置，总配筋为，。配筋率 满足要求（3）柱斜截面抗剪承载力计算。柱截面尺寸验算：满足要求柱抗剪

22、承载力计算：故取=3。满足要求。从计算上，混凝土本身已满足抗剪承载力要求，但是规范要求和满足安全性的前提下，按构造配箍，则配置,10100，复合箍。非加密区用,10200复合箍。2.8.3节点核心区验算由于梁宽，可以取。并且节点四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，正交方向的纵向框架梁高度不小于本横向框架梁高度的3/4，可以取交叉梁约束影响系数。节点核心区配筋与柱端配筋相同。截面尺寸的验算：满足要求节点作用的组合轴力设计值：抗震承载力验算：节点核心区抗震抗剪承载力不满足要求，需提高节点区混凝土强度等级或箍筋强度等级参考文献1 gb500092012，建筑结构荷载规范s北京：中国建筑工业出版社，20122 gb500112010，建筑抗震设计规范s北京：中国建筑工业出版社，20103 gb500102010，混凝土结构设计规范s北京：中国建筑工业出版社 ，20104 祝英杰