抗震課程設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)成果目錄1. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書11.1設(shè)計(jì)資料11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3設(shè)計(jì)要求22.多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書32.1計(jì)算簡(jiǎn)圖及各樓層質(zhì)量的計(jì)算32.2框架抗側(cè)移剛度的計(jì)算32.3自震周期計(jì)算52.4水平地震作用計(jì)算及彈性位移驗(yàn)算52.4.2水平地震作用計(jì)算52.4.3樓層地震剪力計(jì)算62.4.4多遇地震下的彈性位移驗(yàn)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(jì)算92.6.1重力荷載代表值計(jì)算102.6.2重力荷載代表值下的彎矩計(jì)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(diǎn)核心區(qū)組合剪力設(shè)計(jì)值.172.8 框架截面設(shè)計(jì)172.8.1 框架梁截面設(shè)計(jì)172.8.2 框架柱截面設(shè)計(jì)19 2.8.3 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)驗(yàn)算.21參考文獻(xiàn)22建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)個(gè)人總結(jié)231. 多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)度：梁、板、柱強(qiáng)度等級(jí)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(jì)算簡(jiǎn)圖1.2、活荷載框架計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)地震分組：第二組。(3) 建筑場(chǎng)地類別：I1類場(chǎng)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(jì)內(nèi)容1. 按指導(dǎo)教師給定的設(shè)計(jì)號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編制設(shè)計(jì)計(jì)算書；2. 計(jì)算各層質(zhì)量、抗側(cè)剛度，計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振周期；3. 橫向地震作用計(jì)算及層間位移驗(yàn)算；4. 指定號(hào)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(jì)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(jì)要求1. 計(jì)算書計(jì)算書應(yīng)書寫清楚，字體端正，步驟完整、內(nèi)容清晰，計(jì)算公式、計(jì)算簡(jiǎn)圖均應(yīng)列入，并盡量利用表格編制計(jì)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(jì)說明，如混凝上強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的種類、混凝土保護(hù)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(jì)計(jì)算書2.1計(jì)算簡(jiǎn)圖及各樓層質(zhì)量的計(jì)算1. 計(jì)算重力荷載代表值時(shí)，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(diǎn)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(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1.4所示。圖1.4 剖面及計(jì)算簡(jiǎn)圖各樓層集中質(zhì)量分別為，2.2框架抗側(cè)移剛度的計(jì)算(D值法的計(jì)算)1. 梁的線剛度。計(jì)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(jì)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(jì)算。已知，計(jì)算結(jié)果如表4.2所示。表中系數(shù)按下列式子計(jì)算對(duì)一般層 對(duì)底層 表2.2 框架柱值機(jī)樓層抗側(cè)移剛度的計(jì)算樓層i層高/m柱號(hào)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(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果如表所示2.2。2.3自震周期計(jì)算（選用頂點(diǎn)位移法。）假想頂點(diǎn)位移的計(jì)算結(jié)果如表2.3所示。表2.3 假想頂點(diǎn)位移計(jì)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(dòng)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(jì)算及彈性位移驗(yàn)算(選用頂點(diǎn)位移法。)2.4.1水平地震影響系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)基本周期取頂點(diǎn)位移法的計(jì)算結(jié)果，T1=0.332s；多遇地震下設(shè)防烈度8度（設(shè)計(jì)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(chǎng)地、設(shè)計(jì)地震分組為第二組時(shí)，Tg=0.30s，則水平地震作用計(jì)算結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為因?yàn)門1=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(jì)算，即計(jì)算結(jié)果如表2.4所示。樓層地震剪力計(jì)算各樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值按下列式子計(jì)算，計(jì)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(yàn)算滿足上式要求。多遇地震下的彈性位移驗(yàn)算多遇地震下的各樓層層間彈性位移按式子計(jì)算。計(jì)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(yàn)算各層均滿足要求。表2.4Fi 、Vi 、ue及ue /h樓層i層高h(yuǎn)i/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(diǎn)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(diǎn)位置；3. 再按下列式子計(jì)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(diǎn)的彎矩平衡原理，按下列式子（節(jié)點(diǎn)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?，F(xiàn)以軸框架單元為例，將計(jì)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(shí)反復(fù)雙向作用，兩類梁、各柱的彎矩、軸力及剪力的符號(hào)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(jìn)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(jì)算當(dāng)考慮重力荷載作用將與地震作用進(jìn)行組合時(shí)，計(jì)算單元框架上的豎向荷載應(yīng)該按重力荷載代表值計(jì)算。永久荷載取全部，按等效均布荷載計(jì)算的樓面活荷載，可變荷載取50%。該結(jié)構(gòu)基本對(duì)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(jì)算框架的內(nèi)力。需要考慮塑性內(nèi)力重分布而進(jìn)行梁端負(fù)彎矩

14、調(diào)幅，對(duì)于現(xiàn)澆框架，調(diào)幅系數(shù)范圍為0.80.9，本設(shè)計(jì)取0.8，彎矩調(diào)幅應(yīng)在內(nèi)力組合前進(jìn)行。下面計(jì)算軸框架單元，將重力荷載代表值作用下的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果列于下表中。表中彎矩以順時(shí)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(diǎn)邊緣處，折算公式如下：；式中M：節(jié)點(diǎn)柱邊緣處彎矩值；Mc：軸線處彎矩值V0：按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的支座剪力值（取絕對(duì)值）;b ：節(jié)點(diǎn)處柱的截面寬度。號(hào)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(shí)針為正，彎矩值已經(jīng)折算到節(jié)點(diǎn)邊緣處，選用公式：梁端： 柱端：注：M:節(jié)點(diǎn)柱邊緣處彎矩值； Mc:軸線處彎矩值；Vo：按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的支座

16、剪力值，取絕對(duì)值；M后：節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(chǎng)地類型為I1類，總樓層高度H =11.2m24m，確定抗震等級(jí)為三級(jí)。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(jì)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(shí)針方向時(shí)，,則梁左端正彎矩為地震作用彎矩順時(shí)針方向時(shí)，則梁左端正彎矩為zuoduan地震作用彎矩逆時(shí)針方向時(shí)，梁左端負(fù)彎矩為梁右端：地震作用彎矩順時(shí)針方向時(shí)，梁右端負(fù)彎矩為地震作用彎矩逆時(shí)針方向時(shí)，梁右端正彎矩為地震

17、作用彎矩逆時(shí)針方向時(shí)，則梁右端正彎矩為經(jīng)比較，梁端組合彎矩設(shè)計(jì)值的最后取值為：梁左端最大負(fù)彎矩為-333.80KNm，最大正彎矩為241.40KNm；梁右端最大負(fù)彎矩為-274.10KNm，最大正彎矩為135.91KNm。（2）梁端組合剪力設(shè)計(jì)值三級(jí)框架梁端截面組合剪力設(shè)計(jì)值按式計(jì)算，剪力增大系數(shù)為1.2。梁端彎矩順時(shí)針作用時(shí)的剪力為（?。┝憾藦澗啬鏁r(shí)針作用時(shí)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(jì)值。柱頂彎矩（是已經(jīng)折算到節(jié)點(diǎn)邊緣的彎矩值）：逆時(shí)針方向順時(shí)針方向柱底彎矩：逆時(shí)針方向順時(shí)針方向柱端彎矩調(diào)整如下。柱下端截面：

18、三級(jí)框架底層柱下端截面的組合彎矩設(shè)計(jì)值（絕對(duì)值大者）應(yīng)乘以增大系數(shù)1.5，即應(yīng)調(diào)整為（逆時(shí)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(jì)值（絕對(duì)值大者）應(yīng)乘以增大系數(shù)1.5，即應(yīng)調(diào)整為（逆時(shí)針方向）（2）柱端組合剪力設(shè)計(jì)值柱上下端截面組合剪力設(shè)計(jì)值（順時(shí)針方向）按式調(diào)整為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組合剪力設(shè)計(jì)值以軸框架底層中柱節(jié)點(diǎn)為例?？蚣芄?jié)點(diǎn)核心區(qū)組合剪力設(shè)計(jì)值按式確定，剪力增大系數(shù)為1.2。即其中，節(jié)點(diǎn)左側(cè)梁彎矩（已折算到節(jié)點(diǎn)柱邊緣）為節(jié)點(diǎn)右側(cè)梁彎矩（已折算到節(jié)點(diǎn)柱邊緣）為2.8 框架截面設(shè)計(jì)梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(jì)以軸框架底層樓面進(jìn)深梁為例。（1）梁正截面抗彎設(shè)計(jì)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(jì)算：選，1017梁左端上部配筋計(jì)算：選，1900.驗(yàn)算三級(jí)框架抗震要求：相對(duì)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(jì)算出梁右端配筋（略）。（2）梁斜截面抗剪設(shè)計(jì)。驗(yàn)算梁截面尺寸：滿足要求。又因?yàn)?三級(jí)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(jì)以軸框架底層中柱節(jié)點(diǎn)為例。（1）柱軸壓比驗(yàn)算柱軸力組合設(shè)計(jì)值：驗(yàn)算柱軸壓比時(shí)驗(yàn)算正截面承載力時(shí)與柱端順時(shí)針彎矩對(duì)應(yīng)與柱端逆時(shí)針彎矩對(duì)應(yīng)軸壓比為滿足二級(jí)框架柱要求。（2）柱正截面承載力計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度，底層取，其它層取，H為層高。，可以不考慮桿件自身?yè)锨冃蔚挠绊?，故可取。按大偏心受壓?gòu)件計(jì)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(jì)算。柱截面尺寸驗(yàn)算：滿足要求柱抗剪承載力計(jì)算：故取。滿足要求。從計(jì)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(diǎn)核心區(qū)驗(yàn)算由于梁寬，可以取。并且節(jié)點(diǎn)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(diǎn)核心區(qū)配筋與柱端配筋相同。截面尺寸的驗(yàn)算：滿足要求節(jié)點(diǎn)作用的組合軸力設(shè)計(jì)值：抗震承載力驗(yàn)算：節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震抗剪承載力不滿足要求，需提高節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)或箍筋強(qiáng)度等級(jí)參考文獻(xiàn)1 GB500092012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20122 GB500112010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范S北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20103 GB500102010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范S北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ，20104 祝英