抗震課程設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程設(shè)計成果目錄1. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書11.1設(shè)計資料11.2設(shè)計內(nèi)容21.3設(shè)計要求22.多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書32.1計算簡圖及各樓層質(zhì)量的計算32.2框架抗側(cè)移剛度的計算32.3自震周期計算52.4水平地震作用計算及彈性位移驗算52.4.2水平地震作用計算52.4.3樓層地震剪力計算62.4.4多遇地震下的彈性位移驗算62.5水平地震作用下框架的內(nèi)力分析72.6 框架重力荷載作用效應(yīng)計算92.6.1重力荷載代表值計算102.6.2重力荷載代表值下的彎矩計算122.6.3彎矩的條幅與折算142.7 內(nèi)力組合與內(nèi)力調(diào)整152.7.1 框架梁的內(nèi)力組合

2、及調(diào)整152.7.2 框架柱的內(nèi)力組合及調(diào)整16節(jié)點核心區(qū)組合剪力設(shè)計值.172.8 框架截面設(shè)計172.8.1 框架梁截面設(shè)計172.8.2 框架柱截面設(shè)計19 2.8.3 節(jié)點核心區(qū)驗算.21參考文獻22建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程設(shè)計個人總結(jié)231. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計資料1. 某一棟普通3層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示，不上人屋面，屋頂無局部突出部分；底層層高4m，二、三層層高3.6m。2. 本設(shè)計所有梁、柱尺寸均見圖1.1，柱截面尺寸均為500mm500mm。圖1.1結(jié)構(gòu)平面布置3. 材料強度：梁、板、柱強度等級皆為C30，縱向受力鋼筋采用H

3、RB400，箍筋采用HPB300。4. 結(jié)構(gòu)恒荷載框架計算簡圖1.2、活荷載框架計算簡圖1.3已給出。各層的重力荷載代表值為：G1=11400kN，G2=10900kN，G3=9900kN；5. 地震資料：(1) 設(shè)防烈度及基本地震加速度：8度（0.2g）。(2) 設(shè)計地震分組：第二組。(3) 建筑場地類別：I1類場地。圖1.1 框架恒荷載分布圖圖1.2 框架活荷載分布圖1.2設(shè)計內(nèi)容1. 按指導(dǎo)教師給定的設(shè)計號進行設(shè)計，編制設(shè)計計算書；2. 計算各層質(zhì)量、抗側(cè)剛度，計算結(jié)構(gòu)的自振周期；3. 橫向地震作用計算及層間位移驗算；4. 指定號軸線上一榀框架在恒、活載及水平地震作用下的內(nèi)力圖（彎矩圖、

4、剪力圖、軸力圖）；5. 設(shè)計所選定一榀框架各構(gòu)件（梁、柱）在有地震組合下的配筋。6. 電腦繪制梁平法施工圖、柱平法施工圖。1.3設(shè)計要求1. 計算書計算書應(yīng)書寫清楚，字體端正，步驟完整、內(nèi)容清晰，計算公式、計算簡圖均應(yīng)列入，并盡量利用表格編制計算過程。2. 繪制樓蓋結(jié)構(gòu)施工圖(1) 梁配筋圖（比例尺1：200）；(2) 柱配筋圖（比例尺1：200）；(3) 在圖中標(biāo)明有關(guān)設(shè)計說明，如混凝上強度等級、鋼筋的種類、混凝土保護層厚度等；(4) 圖面應(yīng)整潔，字體和線條應(yīng)符合建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)。2.多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書2.1計算簡圖及各樓層質(zhì)量的計算1. 計算重力荷載代表值時，永久荷載取全部，

5、樓面可變荷載取50%，屋面活荷載不考慮。各質(zhì)點的重力荷載代表值取本樓面重力荷載代表值及與其相鄰上下層間墻（包括門墻），柱全部重力荷載代表值的一半之和。本題已給出各層的重力荷載代表值。2. 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖如圖1.4所示。圖1.4 剖面及計算簡圖各樓層集中質(zhì)量分別為，2.2框架抗側(cè)移剛度的計算(D值法的計算)1. 梁的線剛度。計算結(jié)果如表2.1所示。其中梁的截面慣性矩考慮了樓板的作用。表2.1 現(xiàn)澆框架梁線剛度計算部位截面跨度矩形截面慣性矩邊框架梁中框架梁走道梁2.402.603.904.885.206.50頂層梁6.605.408.103.6810.804.91樓層梁6.605.408.10

6、3.6810.804.91注：混凝土C30,2. 柱的抗側(cè)移剛度。采用D值法計算。已知，計算結(jié)果如表4.2所示。表中系數(shù)按下列式子計算對一般層 對底層 表2.2 框架柱值機樓層抗側(cè)移剛度的計算樓層i層高/m柱號柱根數(shù)233.6Z1165.2084.341.130.3611.45123.21673.508Z2162.630.5682.28336.528Z340.850.29811984.792Z441.970.4962.9937.97214.0Z1165.2083.9061.260.5401.58425.34471.232Z2162.920.6952.03832.608Z340.940.4901

7、.4375.748Z442.190.6421.8837.532注：混凝土C30,3. 樓層側(cè)移剛度。樓層所有柱的D值之和即為該樓層抗側(cè)剛度。其計算過程及計算結(jié)果如表所示2.2。2.3自震周期計算（選用頂點位移法。）假想頂點位移的計算結(jié)果如表2.3所示。表2.3 假想頂點位移計算樓層i重力荷載代表值Gi/kN樓層剪力VGi=Gi/kN樓層側(cè)移動剛度Di/(kN/m)層間位移i=VGi/Di/m樓層位移=i/m3990099007523000.0130.085210900208007523000.0280.072111400322007265000.0440.03532200取框架結(jié)構(gòu)的周期影響系

8、數(shù),可得結(jié)構(gòu)基本自振周期為2.4水平地震作用計算及彈性位移驗算(選用頂點位移法。)2.4.1水平地震影響系數(shù)的計算結(jié)構(gòu)基本周期取頂點位移法的計算結(jié)果，T1=0.332s；多遇地震下設(shè)防烈度8度（設(shè)計地震加速度0.2g）的水平地震影響系數(shù)最大值a1=0.16；查表3-3可得I1類場地、設(shè)計地震分組為第二組時，Tg=0.30s，則水平地震作用計算結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為因為T1=0.332s1.4Tg，所以不需要考慮頂部附加地震作用的修正。分布在各樓層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值下列式子計算，即計算結(jié)果如表2.4所示。樓層地震剪力計算各樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值按下列式子計算，計算結(jié)果如表2.4所示。多遇地震下

9、設(shè)防烈度7度，基本周期小于3.5s的樓層最小地震剪力 = 0.024。各樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值均滿足樓層最小地震剪力要求，即根據(jù)表中數(shù)據(jù)，經(jīng)驗算滿足上式要求。多遇地震下的彈性位移驗算多遇地震下的各樓層層間彈性位移按式子計算。計算結(jié)果如表2.4所示，并將其表示為層間位移角ue/h形式。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值為1/550。經(jīng)驗算各層均滿足要求。表2.4Fi 、Vi 、ue及ue /h樓層i層高hi/mGi/kNHi/mGiHiGiHiFi/kNVi/kNDi/kN/mue10-3/mue/h33.6990011.21108802393201851.401851.407523002.460

10、.6823.6109007.6828401383.213234.617523004.301.1914.0114001.045600761.403996.007265005.501.382.5水平地震作用下框架的內(nèi)力分析1. 將上述求得的各樓層地震剪力按下列式子，分配到單元框架的各框架柱，可得各層每根柱的剪力值，即2. 通過查表得各柱的反彎點高度比及其修正值(可近似按倒三角行分布的水平荷載查表)，再利用式子yh=(y0+y1+y2+y3)h，確定各層各柱的反彎點位置；3. 再按下列式子計算出每層柱上下端的柱端彎矩，即柱上端彎矩 ， 柱下端彎矩 4. 利用接點的彎矩平衡原理，按下列式子（節(jié)點左端彎

11、矩Mbl、右端彎矩Mbr），求出每層各跨梁端的彎矩，即， 5. 再按下列式子求出粱端剪力，即6. 由柱軸力與粱端剪力平衡的條件可求出柱軸力。現(xiàn)以軸框架單元為例，將計算結(jié)果列于表2.5和表2.6以及圖2.5、圖2.6、圖2.7中。由于地震時反復(fù)雙向作用，兩類梁、各柱的彎矩、軸力及剪力的符號也相應(yīng)地反復(fù)變化。表2.5 水平地震作用下的中框架柱剪力和柱端彎矩標(biāo)準(zhǔn)值柱j層iZ133.61851.40752300149100.02036.691.130.4154.1677.9423.63234.61752300149100.02064.111.130.46106.16124.6214.03996.007

12、26500160400.02288.231.260.63225.86127.04Z233.61851.40752300237900.03258.332.630.4594.85115.9223.63234.61752300237900.032102.292.630.50184.12184.1214.03996.00726500208800.029114.852.920.55252.66206.72表2.6 水平地震作用下的中框架粱端彎矩、剪力及柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值樓層i進深梁走道梁柱Z1柱Z236.677.9449.8519.362.467.0766.0762.9319.8043.5626.6178.8

13、0119.9645.272.4159.00159.00151.4466.08149.7316.6233.20168.0660.802.4222.78222.78212.17129.46301.11圖2.5 水平地震作用下框架彎矩圖2.6水平地震作用下框架軸力圖2.7水平地震作用下框架剪力2.6、框架重力荷載作用效應(yīng)計算當(dāng)考慮重力荷載作用將與地震作用進行組合時，計算單元框架上的豎向荷載應(yīng)該按重力荷載代表值計算。永久荷載取全部，按等效均布荷載計算的樓面活荷載，可變荷載取50%。該結(jié)構(gòu)基本對稱，豎向荷載作用下的框架側(cè)移可以忽略，采用彎矩二次分配法計算框架的內(nèi)力。需要考慮塑性內(nèi)力重分布而進行梁端負彎矩

14、調(diào)幅，對于現(xiàn)澆框架，調(diào)幅系數(shù)范圍為0.80.9，本設(shè)計取0.8，彎矩調(diào)幅應(yīng)在內(nèi)力組合前進行。下面計算軸框架單元，將重力荷載代表值作用下的內(nèi)力計算結(jié)果列于下表中。表中彎矩以順時針為正，其中、分別為梁左端及右端的彎矩；、分別為柱上端和下端的彎矩。表中彎矩已經(jīng)折算到節(jié)點邊緣處，折算公式如下：；式中M：節(jié)點柱邊緣處彎矩值；Mc：軸線處彎矩值V0：按簡支梁計算的支座剪力值（取絕對值）;b ：節(jié)點處柱的截面寬度。號軸線上一榀框架在恒、活荷載作用下的內(nèi)力圖如下： 框架恒荷載分布圖 框架活荷載分布圖表2.6.1恒荷載作用下軸框架彎矩二次分配（kN m）圖6.1恒荷載作用下軸框架彎矩（kN m） 圖6.2恒荷載

15、作用下軸框架剪力（kN m）圖6.3恒荷載作用下軸框架軸力（kN m）表2.6.2活荷載作用下軸框架彎矩二次分配（kN m）圖6.4活荷載作用下軸框架彎矩（kN m） 圖6.5活荷載作用下軸框架剪力（kN m）圖6.6活荷載作用下軸框架軸力（kN m）圖6.7重力荷載作用下軸框架彎矩（kN m） 圖6.8重力荷載作用下軸框架剪力（kN m）圖6.9重力荷載作用下軸框架軸力（kN m） 表2.6.3重力荷載代表值作用下的軸框架梁端彎矩及柱端彎矩，軸力表中彎矩以順時針為正，彎矩值已經(jīng)折算到節(jié)點邊緣處，選用公式：梁端： 柱端：注：M:節(jié)點柱邊緣處彎矩值； Mc:軸線處彎矩值；Vo：按簡支梁計算的支座

16、剪力值，取絕對值；M后：節(jié)點梁邊緣處彎矩值； M前：軸線處彎矩值，折算前組合值；Vo：柱的支座剪力值； hb：節(jié)點處梁的截面寬度。2.7 內(nèi)力組合與內(nèi)力調(diào)整本框架地震烈度為8度(0.2g)，場地類型為I1類，總樓層高度H =11.2m24m，確定抗震等級為三級。以下未特殊說明，均是以軸框架底層樓面為例的梁與柱的內(nèi)力組合計算。2.7.1 框架梁的內(nèi)力組合及調(diào)整粱左端：地震作用彎矩順時針方向時，,則梁左端正彎矩為地震作用彎矩順時針方向時，則梁左端正彎矩為zuoduan地震作用彎矩逆時針方向時，梁左端負彎矩為梁右端：地震作用彎矩順時針方向時，梁右端負彎矩為地震作用彎矩逆時針方向時，梁右端正彎矩為地震

17、作用彎矩逆時針方向時，則梁右端正彎矩為經(jīng)比較，梁端組合彎矩設(shè)計值的最后取值為：梁左端最大負彎矩為-333.80KNm，最大正彎矩為241.40KNm；梁右端最大負彎矩為-274.10KNm，最大正彎矩為135.91KNm。（2）梁端組合剪力設(shè)計值三級框架梁端截面組合剪力設(shè)計值按式計算，剪力增大系數(shù)為1.2。梁端彎矩順時針作用時的剪力為（?。┝憾藦澗啬鏁r針作用時的剪力為：經(jīng)比較，梁端最大剪力為216.87KN。柱的內(nèi)力組合及調(diào)整以軸框架底層中柱為例。（1）柱端組合彎矩設(shè)計值。柱頂彎矩（是已經(jīng)折算到節(jié)點邊緣的彎矩值）：逆時針方向順時針方向柱底彎矩：逆時針方向順時針方向柱端彎矩調(diào)整如下。柱下端截面：

18、三級框架底層柱下端截面的組合彎矩設(shè)計值（絕對值大者）應(yīng)乘以增大系數(shù)1.5，即應(yīng)調(diào)整為（逆時針方向）柱上端截面：由于底層柱軸壓比為，所以，柱上端截面的組合彎矩設(shè)計值（絕對值大者）應(yīng)乘以增大系數(shù)1.5，即應(yīng)調(diào)整為（逆時針方向）（2）柱端組合剪力設(shè)計值柱上下端截面組合剪力設(shè)計值（順時針方向）按式調(diào)整為節(jié)點核心區(qū)組合剪力設(shè)計值以軸框架底層中柱節(jié)點為例?？蚣芄?jié)點核心區(qū)組合剪力設(shè)計值按式確定，剪力增大系數(shù)為1.2。即其中，節(jié)點左側(cè)梁彎矩（已折算到節(jié)點柱邊緣）為節(jié)點右側(cè)梁彎矩（已折算到節(jié)點柱邊緣）為2.8 框架截面設(shè)計梁的混凝土強度等級皆為C30(fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2)，縱向受

19、力鋼筋采用HRB400(fy =360N/mm2，b=0.517)，箍筋采用HPB300(fy=270N/mm2)?？蚣芰航孛嬖O(shè)計以軸框架底層樓面進深梁為例。（1）梁正截面抗彎設(shè)計梁端按矩形截面雙筋考慮。梁端正截面抗震受彎承載力應(yīng)滿足下例要求：及 式中 、分別為梁端上部鋼筋面積和下部鋼筋面積。梁左端下部配筋計算：選，1017梁左端上部配筋計算：選，1900.驗算三級框架抗震要求：相對受壓區(qū)高度 梁底部鋼筋面積與頂部鋼筋面積之比 縱向鋼筋最小配筋面積1900皆滿足要求。同理可計算出梁右端配筋（略）。（2）梁斜截面抗剪設(shè)計。驗算梁截面尺寸：滿足要求。又因為 三級框架要求，梁箍筋直徑，箍筋間距。取雙

20、肢箍，則框架柱抗震設(shè)計以軸框架底層中柱節(jié)點為例。（1）柱軸壓比驗算柱軸力組合設(shè)計值：驗算柱軸壓比時驗算正截面承載力時與柱端順時針彎矩對應(yīng)與柱端逆時針彎矩對應(yīng)軸壓比為滿足二級框架柱要求。（2）柱正截面承載力計算。已知調(diào)整后的柱底截面最不利組合內(nèi)力,取框架柱的計算長度，底層取，其它層取，H為層高。，可以不考慮桿件自身撓曲變形的影響，故可取。按大偏心受壓構(gòu)件計算 選位于角部，每邊分別布置，總配筋為，。配筋率 滿足要求（3）柱斜截面抗剪承載力計算。柱截面尺寸驗算：滿足要求柱抗剪承載力計算：故取。滿足要求。從計算上，混凝土本身已滿足抗剪承載力要求，但是規(guī)范要求和滿足安全性的前提下，按構(gòu)造配箍，則配置,1

21、0100，復(fù)合箍。非加密區(qū)用,10200復(fù)合箍。節(jié)點核心區(qū)驗算由于梁寬，可以取。并且節(jié)點四側(cè)各梁截面寬度不小于該側(cè)柱截面寬度的1/2，正交方向的縱向框架梁高度不小于本橫向框架梁高度的3/4，可以取交叉梁約束影響系數(shù)。節(jié)點核心區(qū)配筋與柱端配筋相同。截面尺寸的驗算：滿足要求節(jié)點作用的組合軸力設(shè)計值：抗震承載力驗算：節(jié)點核心區(qū)抗震抗剪承載力不滿足要求，需提高節(jié)點區(qū)混凝土強度等級或箍筋強度等級參考文獻1 GB500092012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S北京：中國建筑工業(yè)出版社，20122 GB500112010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范S北京：中國建筑工業(yè)出版社，20103 GB500102010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范S北京：中國建筑工業(yè)出版社 ，20104 祝英