框架结构抗震课程设计

1、任务书一、设计内容钢筋混凝土框架结构抗震设计二、设计资料某六层现浇钢筋混凝土框架结构，屋顶有局部突出的楼梯间和水箱间。平面、剖面，构件尺寸和各层重力荷载代表值如图1、图2所示。梁、板混凝土强度等级均为C25,柱的混凝土等级为C30,梁柱中纵向筋均采用HRB33驳，箍筋均采用HPB235梁板柱截面尺寸：AB轴线和CDtt线间梁顶层bxh=250mM600mm五层为bxh=250mmx650mm;BC由线间梁bxh=250mM400mm柱截面尺寸：一三层为550mrm550mm四六层为500mrH500mm抗震设防烈度、设计地震分组和场地类别见表1。采用底部剪力法对该框架进行截面抗震计算。（本人：

2、设计抗震设防烈度7度，设计地震分组二组，场地类别IV类）a.|1B>iJMjMZHMIMraM3I三、设计要求课程设计时间：一周成果：（1）设计计算书一份。包括：计算过程，计算简图等（2）梁、柱配筋设计图要求：按学号选择设计资料。计算完整，数据正确，书写工整。图号自拟，布图合理，线型分明，标注明确。独立完成，采用手写稿或电子稿并按要求装订成册图1平面图图2剖面图1.计算简图及重力荷载代表值的确定永久荷载作用于框架梁上的荷载屋面恒载三毡四油屋面防水层_20.4kN/m1:3水泥沙浆找平层20mm0.4kN/m2水泥蛭石板保温层60mm_20.12kN/m1:8水泥炉渣找坡80mm1.44k

3、N/m21:3水泥沙浆找平层20mm_20.4kN/m现浇钢筋混凝土板80mm_22.kN/m板底抹灰20mm0.4kN/m2合计5.1kN/m2楼面恒载一-20.65kN/m现浇钢筋混凝土板80mm22.0kN/m板底抹灰20mm_20.4kN/m合计3.05kN/m梁自重横向框架梁：2.5kN/m次要框架梁：2kN/m柱自重上层柱：18.75kN/根底层柱：20.25kN/根墙自重及两面抹灰女儿墙：4.56KN/m两面抹灰：0.68kN/m共计：5.24kN/m26层：外墙标准层墙：20.3KN/m内墙标准层墙：13.1KN/m底层：外墙标准层墙：28.12KN/m内墙标准层墙：28.12

4、KN/m重力荷载代表值（恒载+0.5活载）活荷载Q=2.048.911.6=1155KNG6=G板+G梁+G上柱/2+G女儿墙+G标墙/2=6900（不包括屋面活荷载）G5=G板+G梁+G上柱+G标墙+F活/2=9300KNG2=G3=G4=G5=9300KNG1=G板+G梁+G上柱/2+G底柱/2+G标墙/2+G底墙+F活/2=10300KNG6=6900kNG5=9300kNG4=9300kNG3=9300kNG2=9300kNGl-10300kN各层重力代表值及计算简图2.框架抗侧移刚度的计算(D值的计算)(1)梁的线刚度。计算结果见表1。其中梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用混凝土C25,

5、EC2,80104N/mm2。表1现浇框架梁线刚度计算部位截面跨度矩形截面惯性矩边框架梁中框架梁2bh(m)l(m)I0bh3/12103(m4)I。1.5I。3410(m)ibEElb/l104(kN?m)I02.0I03410(m)ibEElb/l104(kN?m)走道梁0.250.402.401.3322.332.663.10顶层梁0.250.606.304.56.753.009.004.00楼层梁0.250.656.305.728.583.8111.445.08(2)柱的抗侧移刚度。采用D值法计算。由式D12icF计算,结果见表2。其中表中系数K、分别由下式确定:底层:0.5K2K般层

6、:ib2ic(3)楼层抗侧移刚度。楼层所有柱的D值之和即为该楼层的抗侧移刚度Di。计算过程及结果结果见表2。(混凝土C30,Ec3.00104N/mm2。)表2框架柱及楼层抗侧移刚度的计算楼层i层身(m)柱号柱根数bh(m2)Icbh3/1234103(m4)icEclc/h1C4(kN?m)Dj104(kN/m)4Dj10(kN/m)4Di10(kN/m)63.6乙140.50.55.2084.341.050.3441.38219.34856.602Z2141.760.4681.88126.334Z340.780.2811.1304.520Z441.320.3981.6006.400453.

7、6乙140.50.55.2084.341.170.3691.48320.76260.8Z2141.880.4851.94927.286Z340.880.3061.2305.920Z441.480.4251.7086.832233.6乙140.550.557.6266.360.800.2861.68423.57669.036Z2141.290.3922.30832.312Z340.600.2311.3605.440Z440.970.3271.9277.70813.6乙140.550.557.6266.360.800.4642.73238.248104.728Z2141.290.5443.2044

8、4.856Z340.600.4232.4919.964Z440.970.4952.95511.6603.自震周期的计算选用顶点位移法计算，基本周期按下式计算:Ti1.7tnS,取填充系数t07c计算得Ti1.7070.2470.591s假想顶点位移计算结构见表3表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VGiG(kN)楼层侧移刚度D(kN/m)层间位移i%/D(m楼层位移ii(m)6690069005660200.0120.24759300162006080000.0270.23549300255006080000.0420.20839300348006903600.0500

9、.16629300441006903600.0640.1161103005440010472800.0520.052544004.水平地震作用计算及弹性位移计算采用底部剪力法计算。(1)水平地震影响系数i的计算。结构基本周期由上计算出10.591s；水平地震影响系数最大值和特征周期值由下表格得出。地震影响系数最大值（阻尼比为0105）地震影响烈庆67S9多遇地震0.040,08(0,12)0.16(0.24)0.32罕遇地震0.50(0.72)0.90(1.20)1.40地建特征周期分组的特征周期值（£）IninIV第一组0.250L350.450.65第二组0.300.400.55

10、0.75第三组0.350.450.650.90可遇地震下设防烈度为7度，设计地震分组为二组，场地类别为IV类，则max0.08s,Tg0.75s。0.1 T1 Tg,由地震影响系数谱曲线可得1 max 0.08s结构总水平地震作用标准值按下式计算：FEK1Geq0.08 0.85 54400 3699kN eq因为，T10.591s >1.4Tg 1.05s,由下表可知Q Fn Q顶部附加地震作用系数内)7；>147；T玉L4"<0.350,0跖+0Q700.35-0.550.087；+0.010>0,50,0X7；-0.020分布在各楼层的水平地震作用标准值

11、按下式计算：FinGHi(1n)FEK上GjHj计算结果见表4。(3)楼层地震剪力计算n各楼层地震剪力标准值按式：ViFjFn计算，计算结构见表4.经验算，各楼层均满足楼层最小地震剪力要求。(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由式：Ue乂计算。并表示为层Di间位移角Ue/h的形式。钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角极限值为1/550。经验算均满足要求。计算结果见表4。5.水平地震作用下框架内力分析734. 8kN表4Fi、Vi、ue及ue/h值楼层i层高GiHiGHGiHiFiViDiueue/h屋顶间突出1.580022.11768065524099.899.863.

12、6610021.613176743.8843.65660201.491/241653.69300181674009451788.66080002.941/122443.6930014.41339207562544.66080004.191/85933.6930010.81004405673111.66903604.511/79823.693007.2669603783489.96903605.051/71313.6103003.637080209.33698.910472803.531/1020各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布见下图步骤如下:DjVj-Vi(1)将上诉求得的各楼层

13、地地震剪力按式Dik分配到单k1元框架的各框架柱，可得各层每根柱的剪力值。(2)确定各层柱的反弯点位置。各柱反弯点高度比y按式yyoyiv?y3来确定。(3)计算每层柱的上下端弯矩值。(4)利用节点的弯矩平衡原理，求出每层各跨的梁端弯矩。(5)求梁端剪力。(6)由柱轴力与梁端剪力平衡的条件可以求出柱轴力。上述计算结果见表5和表6。表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ihiViDiDijDijDiVikKy_bMijMt乙63.6843.6566020138200.02420.251.050.3525.5247.3953.61788.6608000148300.02442.93

14、1.170.4569.5585.0043.62544.6608000148300.02461.071.170.4598.93120.9233.63111.6690360168400.02474.680.800.45120.98147.8723.63489.9690360168400.02483.750.800.50150.75150.7513.63698.91047280273200.02696.170.800.65225.04121.17柱j层ihiViDiDijDjDiVikKy_bMijMtZ263.6843.6566020188100.03327.841.760.3939.0961.1

15、453.61788.6608000194900.03257.241.880.4592.73113.3443.62544.6608000194900.03281.431.880.49143.64149.5133.63111.6690360230800.033102.681.290.50184.82184.8223.63489.9690360230800.033115.161.290.50207.29207.2913.63698.91047280320400.031114.671.290.64264.20148.61表6水平地震作用下的中框架梁端弯矩、剪力及柱轴力标准值楼层i进深梁走道梁柱乙柱Z2

16、l(m»mEk(kN?m)MEK(kN?m)VEK(kN)l(m»mEk(kN?m)MEk(kN?m)VEK(kN)Nek(kN)NEK(kN)66.347.3934.4512.992.426.7026.7022.2512.999.2656.3110.5294.6632.572.457.7757.7748.1445.5324.8346.3190.47150.4454.112.491.8091.8076.599.6447.2236.3246.80203.9871.552.4124.48124.48103.73171.1979.4026.3271.73243.5181.782.

17、4148.6148.6123.83252.97121.4516.3271.92221.0278.242.4134.88134.88112.4331.21155.6147,3925.70< j_12. 99-12.9g22. 25iWHHl2之2525.52110.&2195 4246,311392. T39i. e120.53孔263. 149.26c 14a 14UHHUl-45. 53-2'L 83T产三一99, 64-17L 194i 81. 78-252. 9778. 245. 57. 2224. 8376. 547. 22103. 73HHHI74. 9023.

18、8374. 901HHHI、4612. 4123. 83121. 45112, 4THHHI-1-331. 21E5. 61155. 61不12.9932. 57以53171.1961.76卜252. 9733L 21左震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图6 .框架重力荷载作用效应计算。竖向重力荷载按重力荷载代表值计算。永久荷载取全部，楼面活荷载取一半，屋面荷载取一半。因为结构基本对称，所以竖向荷载作用下的框架侧移可以忽略，采用分层法计算框架内力。弯矩调幅系数取0.9。分层法计算步骤：(1)计算各跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩(2)计算梁柱的线刚度。见表1、表2。(3)计算弯矩分配系数。(4

19、)计算框架各节点不平衡弯矩。(5)用力矩分配法分配各杆端弯矩(6)叠加杆端弯矩(7)根据静力平衡条件求得剪力和轴力。SABABn,MABABMSi1重力荷载代表值作用下的内力计算结果见表7。弯矩以顺时针为正，ML、M1分别为梁左右端弯矩，M；E、M；E分别为柱上下GEGEGEGE端弯矩。表中弯矩以折算到柱节点边缘处，折算公式如下：MMc.?：表7重力荷载代表值作用下框架梁端弯矩及柱端弯矩、剪力楼层i框架梁框架柱进深梁走道梁边柱Z1中柱Z2MGeMrGEMGeMrGEMGeMbGENgeMGeMbGENge6-46.349.8-15.715.746.347.3161.2-40.1-41.9219

20、.95-70.269.1-16.216.270.267.2255.4-42.2-42.8421.74-94103.4-17.717.746.747.1406-43.7-43.95553-99.4107-14.917.757.743.1651-52.7-48.68912-106.8110.7-12.112.153.659.3896-49.7-54.612261-97.8105.7-15.715.757.719.41166-35.4-17.415987 .内力组合与内力调整。本框架抗震等级为三级。(1)框架内力组合与调整。以底层为例，梁端组合弯矩设计值梁左端：地震作用弯矩顺时针方向时，GE1.2，

21、梁左端正弯矩为055Mb1.3Mek1.2Mge1.3(271.40478.24)1.2(97.9)184.692地震作用弯矩顺时针方向时，GE1.0，梁左端正弯矩为Mb匹"E3(271.40478.24苧1.0(97204.25地震作用弯矩逆时针方向时，梁左端负弯矩为Mb1.3Mek1.2Mge1.3(271.40478.24等)1.0(97.9)442.89(kN?m)梁右端：地震作用弯矩顺时针方向时，梁右端负弯矩为055Mb1.3Mek1.2Mge1.3(221.0278.24)1.2(105.7)386.20(kN?m)2地震作用弯矩逆时针方向时，GE1.2，梁右端正弯矩为M

22、b孙球短小3(221.0278-24苧2(105.7)132.52(kN?m)地震作用弯矩逆时针方向时，GE1.0，梁右端正弯矩为Mb1.3Mek1.2Mge1.3(221.0278.24055)1.0(105.7)15366(kN?m)比较得，梁左端最大负弯矩为-442.89kN/m,最大正弯矩为204.25kN/m;梁右端最大负弯矩为-386.20kN/m,最大正弯矩为153.66kN/m。柱端组合剪力设计值。三级框架梁端截面组合剪力增大系数为1.1。柱端弯矩顺时针作用时剪力为7vb(MbMb)71.1(184.68386.20)VbVGb1.2(0.5558.85.75)332.36kN

23、)1n5.75梁端弯矩逆时针作用时剪力为_vb(ML2VGb支1(44289132总1.2(0.555885.7533322kgb1n5.8式中的58.8kN/m为作用在梁上的竖向均布荷载。经比较，梁端最大剪力为333.22kN。其它楼层的计算结果见表8表8框架梁的内力组合和内力调整位楼Mb1.3MEK1.2MGEMb1.3MEK1.0MGEMb1.3MEK1.2MGEMb1.3MEK1.0MGE置层i逆时针顺时针6-124.069.2920.40梁5-234.183248.85左4-365.3994.67117.23端3-438.4152.12175.982-477.8170.22195.8

24、61-442.89184.69204.256-19.2-9.24-100.32梁529.5543.37-195.39右453.9174.59-302.07端3110.12131.6-366.922154.72176.86-420.171132.52153.66-386.20(2)柱的内力组合及调整柱端组合弯矩设计值柱顶弯矩逆时针方向M；1.3MEK1.2MGE1.3(94.72)1.2(35.4)165.62(kNm)顺时针方向Mct1.3MEK1.2MGE1.394.721.2(35.4)80.66(kNm)柱底弯矩逆时针方向MC1.3MEK1.2MGE1.3(264.20)1.2(17.4

25、)364.34(kNm)顺时针方向Mct1.3Mek1.2MGE1.3264.21.217.4322.58(kNm)柱端弯矩调整：柱下端截面：二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1.25,即应调整为Mb1.25364.34455.43(kNm)(逆时针方向)柱上端截面：由于底层柱轴压比满足要求，所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1.2,即应调整为M；1.2165.62198.74(kNm)(逆时针方向)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Vcvc(MC Mcb)VCvc(MC Mb) vc c cHn1.24

26、5543 198743.07525529(kN)其它层的柱的内力组合及调整值见表9表9柱的内力组合及调整值楼层iM逆时针M顺时针M；cMCcVc柱底6-101.100.546126.38124.2255.295-171.1969.914-239.41134.055213.99177.6269.213-298.95181.592-335203.964299.26227.76254.211-364.34322.58柱顶6-103.156.913373.692777.73205.675-148.0045.914-189.8084.922418.75271.10152.823-231.44104.48

27、2-225.92106.161455.43198.7497.791-165.6280.66（3）节点核心区组合剪力设计值框架节点核心区组合剪力剪力设计值按式V3（1皿色）确毓asHchb定，剪力增大系数为1.2。其中节点侧梁弯矩（已折算到节点柱边缘）Mbl1.2105.71,3219.4412.06（kNm）节点右侧梁弯矩（已折算到节点边缘）Mbl 1.2 ( 15.7) 1.3 93.7102.97(kN m)Vj1.2 (412.06 102.97)0.65 0.4 _ _ . _ _ . 0.04 0.0420.65 0.4 0.04 0.0424 (1 0.58) 3.0 0.55 1

28、180.54(kN)0.65 0.428.截面设计根据上述所选框架内力计算结果，进行相应构件截面设计，满足构件的抗震承载力要求。(1)框架梁截面设计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列要求:一下REM bX、fcbxQ 2) fyAs(hb as)REMb"fyAs(h°as)gXAsfyAsfy梁左端下部配筋计算：As.下RE M bfy(ho as)0.75 乌 106895.8(mm2)300 (650 40 40)选用418,As1017mm2.梁左端上部配筋计算:ReMbfyAs(heas)as121fcbh00.75 442

29、 .89 106 3001017 (61040)0 143c0 . 1431.0 11 .9 250 610s ,max0.3841J2s1、,120.1430.155b0.56xh00.15561094.552as80(mm)fy1954.62(mm2)ifcbh。fyAs1.00.15511.92506103001017300选6中22,As2281mm2。验算二级框架抗震要求:''相对受压区高度j ASfy1fcbho2281 300 1017 300 0.209 0.351.0 11.9 250 360梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比为1017/2281=0.446&g

30、t;0.3。纵向钢筋最小配筋率2281>0.003x250x610=457.5,满足要求。梁斜截面抗剪设计。验算梁截面尺寸：0.2cfcbh0427Vb332.36(kN),满足要求。REAsv re Vb 0.42 ftbh o1 .25 fyv h01 .256三级框架要求，梁配筋直径d8,箍筋间距s=min(150,h/4,8d)。取双肢箍中12150则Asv2261.51>1.256s150(2)框架柱抗震设计。柱轴压比验算轴压力组合设计值，验算柱柱轴压比时Nc1.3NEK1.2NGE1.3192291.21598216758(kN)验算正截面承载力时，与柱顺时针弯矩对应Nc1.3NEK1.0NGE1.3192.291.015981847.98(kN)CEK匚与柱逆时针弯矩对应Nc1.3NEK1.0NGE1.3(192.29)1.015981348.02(kN)柱轴压比为丛21675800.602<0.9,满足三级框架要求。fcA11.9550550柱截面承载力计算。Mcb455.43(kNm),Nc1348.02kN,h055040510mme。Mcb cNc