框架结构抗震课程设计2

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 HRB335 级，箍筋均采用 HPB235。梁板柱截面尺寸：AB 轴线和 CD 轴线间梁顶层 bh=250mm600mm，一五层为bh=250mm650mm;BC 轴线间梁 bh=250mm400mm。柱截面尺寸：一三层为 550mm550mm，四六层为 500mm500mm。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：设计抗震设防烈度 7 度，设计地震分组二组，场地类别类）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2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3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 0.4kN/m21:3 水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2水泥蛭石板保温层 60mm 0.12kN/m21:8 水泥炉渣找坡 80mm 1.44kN/m21:3 水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2现浇钢筋混凝土板 80mm 2.kN/m2板底抹灰 20mm 0.4kN/m2合计 5.1kN/m2 楼面恒载 4水磨石地面 0.65kN/m2现浇钢筋混凝土板 80mm 20kN/m2板底抹灰 20mm 0.4kN/m2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： 18.75 kN /根底层柱： 20.25 kN /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: 28.12KN/m 重力荷载代表值（恒载+0.5 活载）活荷载 Q=2.048.911.6=1155KN G6= G 板+G 梁+G 上柱/2+G 女儿墙+G 标墙/2=6900 （不包括屋面活5荷载）G5= G 板+G 梁+G 上柱 + G 标墙+F 活/2=9300KNG2=G3=G4=G5 =9300KN G1= G 板+G 梁+G 上柱/2+G 底柱/2+G 标墙/2+G 底墙+F 活/2=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， 。24/08.2mNEC6表 1 现浇框架梁线刚度计算截面 跨度矩形截面惯性矩 边框架梁 中框架梁部位 )(2mhb)(l)(102/43mbhI)(105.430I)(1/4mkNlIEib)(10.2430I)(1/4mkNlIEib走道梁 40.252.40 1.33 2 2.33 2.66 3.10顶层梁 66.30 4.5 6.75 3.00 9.00 4.00楼层梁 .6.30 5.72 8.58 3.81 11.44 5.08（2） 柱的抗侧移刚度。采用 D 值法计算。由式 计算，结果见表 2。21hiDc其中表中系数 、 分别由下式确定：K底层： ， icbKa25.0一般层： ， icbKa2（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 。计算过程及结iD7果结果见表 2。(混凝土 C30， 。)24/10.3mNEC表 2 框架柱及楼层抗侧移刚度的计算楼层i层高（m）柱号柱根数)(mhb)(10/43bIc)(/4mkNhIEicK)/(104mkNDij)/(4ij)/(104mkNDi1Z14 1.05 0.344 1.382 19.348214 1.76 0.468 1.881 26.33434 0.78 0.281 1.130 4.5206 3.6 Z45.05.208 4.341.32 0.398 1.600 6.40056.602114 1.17 0.369 1.483 20.762214 1.88 0.485 1.949 27.2863Z4 0.88 0.306 1.230 5.92045 3.645.05.208 4.341.48 0.425 1.708 6.83260.8114 0.80 0.286 1.684 23.5762Z14 1.29 0.392 2.308 32.31234 0.60 0.231 1.360 5.44023 3.645.07.626 6.360.97 0.327 1.927 7.70869.0361Z14 0.80 0.464 2.732 38.248214 1.29 0.544 3.204 44.8561 3.6 34 5.07.626 6.360.60 0.423 2.491 9.964104.72884Z4 0.97 0.495 2.955 11.6603.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：，取填充系数 。bsT7.1 7.0T计算得 s591.247.0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 )(kNGi楼层剪力 )(kNGVii楼层侧移刚度 )/(mkDi层间位移 )(/DViGi楼层位移 )(mii6 6900 6900 566020 0.012 0.2475 9300 16200 608000 0.027 0.2354 9300 25500 608000 0.042 0.2083 9300 34800 690360 0.050 0.1662 9300 44100 690360 0.064 0.1161 10300 54400 1047280 0.052 0.052544004.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 的计算。1结构基本周期由上计算出 ；水平地震影响系数最大值sT59.09和特征周期值由下表格得出。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 类，则 。sTsg5.0,8.max地震影响系数 谱曲线，由地震影响系数 谱曲线可得 。gT1.0 s08.max1结构总水平地震作用标准值按下式计算：kNGFeqEK 3695408.0.1因为， ，由下表可知sT59.01sTg4 .0,nnF10分布在各楼层的水平地震作用标准值按下式计算：EKnnjjii FHGF)1(计算结果见表 4。（3）楼层地震剪力计算各楼层地震剪力标准值按式： 计算，计算结构见表 4. nnjiFV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： 计算。并表示为ieDVu层间位移角 的形式。钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角极限hue/值为 1/550。经验算均满足要求。计算结果见表 4。11表 4 值及 hu、VFei/楼层 i 层高iGiHiiHGiiViDeuhe/屋顶间突出1.5 800 22.1 17680 99.8 99.86 3.6 6100 21.6 13176 743.8 843.6 566020 1.49 1/24165 3.6 9300 18 167400 945 1788.6 608000 2.94 1/12244 3.6 9300 14.4 133920 756 2544.6 608000 4.19 1/8593 3.6 9300 10.8 100440 567 3111.6 690360 4.51 1/7982 3.6 9300 7.2 66960 378 3489.9 690360 5.05 1/7131 3.6 10300 3.6 37080655240209.3 3698.9 1047280 3.53 1/1020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5. 水平地震作用下框架内力分析12步骤如下：（1）将上诉求得的各楼层地地震剪力按式 分配到单imkijijVD1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 按式来确定。3210yy（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）由柱軸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iihiViDijijDikVKy bijMtij6 3.6 843.6 566020 13820 0.024 20.25 1.05 0.35 25.52 47.395 3.6 1788.6 608000 14830 0.024 42.93 1.17 0.45 69.55 85.004 3.6 2544.6 608000 14830 0.024 61.07 1.17 0.45 98.93 120.923 3.6 3111.6 690360 16840 0.024 74.68 0.80 0.45 120.98 147.872 3.6 3489.9 690360 16840 0.024 83.75 0.80 0.50 150.75 150.751Z1 3.6 3698.9 1047280 27320 0.026 96.17 0.80 0.65 225.04 121.1713柱j层 i ihiViDijijDikVKy bijMtij6 3.6 843.6 566020 18810 0.033 27.84 1.76 0.39 39.09 61.145 3.6 1788.6 608000 19490 0.032 57.24 1.88 0.45 92.73 113.344 3.6 2544.6 608000 19490 0.032 81.43 1.88 0.49 143.64 149.513 3.6 3111.6 690360 23080 0.033 102.681.29 0.50 184.82 184.822 3.6 3489.9 690360 23080 0.033 115.161.29 0.50 207.29 207.292Z1 3.6 3698.9 1047280 32040 0.031 114.671.29 0.64 264.20 148.61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进深梁 走道梁 柱 1Z柱 2楼层i )(ml)kNMlEK)(mrEK)(kNVEK(l)mkMlEK)(NrEK)(kVEK)(NEK)(kEK6 6.3 47.39 34.45 12.99 2.4 26.70 26.70 22.25 12.99 9.265 6.3 110.52 94.66 32.57 2.4 57.77 57.77 48.14 45.53 24.834 6.3 190.47 150.44 54.11 2.4 91.80 91.80 76.5 99.64 47.223 6.3 246.80 203.98 71.55 2.4 124.48 124.48 103.73171.19 79.402 6.3 271.73 243.51 81.78 2.4 148.6 148.6 123.83252.97 121.45141 6.3 271.92 221.02 78.24 2.4 134.88 134.88 112.4 331.21 155.61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）计算框架各节点不平衡弯矩。15（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。， niABABS1MAB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， 、 分别为梁左右端弯矩， 、 分别为柱上下lGEMrGE tGEbGE端弯矩。表中弯矩以折算到柱节点边缘处，折算公式如下：20bVMc表 7 重力荷载代表值作用下框架梁端弯矩及柱端弯矩、剪力框架梁 框架柱进深梁 走道梁 边柱 1Z中柱 2Z楼层 i lGEMrGElGEMrGEtGEbGEMNtGEbGEMN6 -46.3 49.8 -15.7 15.7 46.3 47.3 161.2 -40.1 -41.9 219.95 -70.2 69.1 -16.2 16.2 70.2 67.2 255.4 -42.2 -42.8 421.74 -94 103.4 -17.7 17.7 46.7 47.1 406 -43.7 -43.9 5553 -99.4 107 -14.9 17.7 57.7 43.1 651 -52.7 -48.6 8912 -106.8 110.7 -12.1 12.1 53.6 59.3 896 -49.7 -54.6 12261 -97.8 105.7 -15.7 15.7 57.7 19.4 1166 -35.4 -17.4 1598167. 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， ,梁左端正弯矩为2.1GE 69.184).97(2.1)5.04.780.(3.12.3.1 GEEKlbM地震作用弯矩顺时针方向时， ,梁左端正弯矩为.1GE 25.04)9.7(0.1)25.4.780.2(3.10.3.1 GEEKlb地震作用弯矩逆时针方向时，梁左端负弯矩为 )(89.42).97(0.1)25.4.780.21(3.2.13. mkNMGEEKlb 梁右端：地震作用弯矩顺时针方向时，梁右端负弯矩为 )(20.386)7.105(2.)5.024.780.1(3.2.13. mkNMGEEKlb 地震作用弯矩逆时针方向时， ,梁右端正弯矩为.GE )(52.13)7.0(2.1)5.024.780.1(3.2.13. kGEEKlb 地震作用弯矩逆时针方向时， ,梁右端正弯矩为.GE )(6.153)7.0(.1)25.04.7802.1(3.2.13. mkNMGEEKlb 17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 ）（）（）（）（ kNVlMVGbnrlbvb 36.275.85.0217538614. 梁端弯矩逆时针作用时剪力为 ）（）（）（）（ kVlVGbnrlbvb 2.357.85.0218.5.39421. 式中的 58.8 为作用在梁上的竖向均布荷载。mkN/经比较，梁端最大剪力为 333.22kN。其它楼层的计算结果见表 818表 8 框架梁的内力组合和内力调整GEEKlbM2.13.GEEKlbM0.13.GEEKlbM2.13.GEEKlbM0.13.位置楼层 i逆时针 顺时针6 -124.06 9.29 20.405 -234.18 32 48.854 -365.39 94.67 117.233 -438.4 152.12 175.982 -477.8 170.22 195.86梁左端1 -442.89 184.69 204.256 -19.2 -9.24 -100.325 29.55 43.37 -195.394 53.91 74.59 -302.073 110.12 131.6 -366.922 154.72 176.86 -420.17梁右端1 132.52 153.66 -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 ）（ mkNMGEEKtc 62.15)4.3(2.1)7.94(3.12.3.119顺时针方向 ）（ mkNMGEEKtc 6.80)4.35(2.17943.2.13.柱底弯矩逆时针方向 ）（ kMGEEKtc .).(.)0.6(.2.13.顺时针方向 ）（ mNGEKtc 58.324.172.3.12.3.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（逆时针方向）)(43.5.3625.1mkNMbc 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（逆时针方向）)(74.19862.5.1mkNtc 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：nbctvcHMV)(调整为)(29.507.34198452.1)( kNVnbctvc 其它层的柱的内力组合及调整值见表 920表 9 柱的内力组合及调整值楼层 i M 逆时针 M 顺时针bcMtccV6 -101.10 0.545 -171.19 69.916 126.38 124.2 255.294 -239.41 134.053 -298.95 181.595 213.99 177.6 269.212 -335 203.96柱底1 -364.34 322.584 299.26 227.76 254.216 -103.15 6.915 -148.00 45.913 373.69 2777.73 205.674 -189.80 84.923 -231.44 104.482 418.75 271.10 152.822 -225.92 106.16柱顶1 -165.62 80.661 455.43 198.74 97.79（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 确)1(00bcssbjj hHahMV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）21)(06.412.93.17052. mkNMbl 节点右侧梁弯矩（已折算到节点边缘） )(7).(. kbl )(54.1802.650.3)58.01(4424.60.42.065)91(.1 kNVj 8. 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： )(0ssybREahAfM下及 )2(01 sscbRExf下ysysf梁左端下部配筋计算:)(8.95)4065(3012.7.)( 260 mahfMAsybREs 下选用 418, .217ms梁左端上部配筋计算： 201)(bhfaAMacssyREs上22384.0143.0610259.10. )(7384275.0 max,26 s)(8.46. 5610 mahx sbs )(62.19543007129.1501fAbAyscs 选 622， 。281ms验算二级框架抗震要求：相对受压区高度 35.029.360259.107801 bhfAcySys梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比为 1017/2281=0.4460.3。纵向钢筋最小配筋率 22810.003x250x610=457.5,满足要求。梁斜截面抗剪设计。验算梁截面尺寸： ，满足要求。)(36.2472.00kNVbhfbREc三级框架要求，梁配筋直径56.15.140fVSAyvtbREsv8 ，箍筋间距 s=min（150，h/4,8d） 。取双肢箍 12150，则 d1.256.15026sv（2）框架柱抗震设计。柱轴压比验算轴