抗震结构课程设计.doc

安徽理工大学抗震结构课程设计目录一、工程概况11.结构方案12.结构布置及梁柱截面13.梁柱的截面尺寸1二、重力荷载代表值的计算21.屋面荷载标准值：22.楼面荷载标准值23.梁柱自重：24.墙体自重标准值2三、结构自震周期计算31.横梁线刚度kb的计算：32.柱线刚度kc的计算：43.各层横向侧移刚度计算： (d值法)4四、水平地震作用计算61.结构等效总重力荷载代表值geq72.计算水平地震影响系数173.结构总的水平地震作用标准值fek7五、多遇水平地震作用下的位移验算8六、水平地震作用下框架内力计算91.框架柱端剪力及弯矩92.梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算：10七、设计体会12 参考文献131、 工程概况1.结构方案该全现浇框架结构处于8度（0.2g）设防区，建筑为六层，底层柱高4.2m，其他柱高为3.6m；场地为ii类场地，地震分组为二组。根据“抗震规范”第6.1.2条，确定结构抗震等级。该建筑开间进深层高较大，根据“抗震规范”第6.1.1条，全现浇框架结构体系选择大柱网布置方案。考虑本工程楼面荷载较大，对于防渗、抗震要求较高，为了符合适用、经济、美观的原则和增加结构的整体性及施工方便，采用整体现浇梁板式楼盖。根据工程地质条件，考虑地基有较好的土质，地耐力高，采用柱下独立基础，并按“抗震规范”第6.1.14条设置基础系梁。2.结构布置及梁柱截面2.1.结构布置见图12.2.各梁柱截面尺寸：框架梁，柱截面尺寸见下表3. 梁柱的截面尺寸 表1构件编号计算跨度l(mm)h=(1/81/12)l(mm)b=(1/21/3)h(mm)横向框架梁l16900650250纵向框架梁l26300600250l33000450250底层框架柱它层框架柱z23600500500二、重力荷载代表值的计算1.屋面荷载标准值屋面恒载标准值 ： 5.95 kn屋面活载标准值（不上人）： 0.5 kn/m2屋面雪荷载标准值： 0.75 kn/m22.楼面荷载标准值楼面恒载标准值 3.80 kn/m2楼面活载标准值 2.50 kn/m23. 梁柱自重标准值 表2构件编号截面（m2）长度（m）线荷载（kn/m）每根重量（kn）每层根数（个）每层总重（kn）l10.25*0.656.44.06252616416l20.25*0.65.83.7521.7515326.25l30.25*0.452.52.817.025642.15z10.55*0.554.28.36335.12524843z20.5*0.53.67.0525.3824609.124.墙体自重标准值底层外墙线荷载标准值 6.84kn/m内墙线荷载标准值 5.96kn/m标准层外墙线荷载标准值 5.70kn/m内墙线荷载标准值 4.95kn/m240mm砖墙砌女儿墙线荷载标准值 3.60kn/m4.1第一层 内墙总重 6.945.96=164.496 kn外墙总重 (6.310+6.94+34）6.84=701.784n楼面面积 （6.35+32）（6.92）=517.5 m2楼面恒载 3.8*517.5=1966.5 kn楼面活载 2.5*517.5=1293.75 kn一层重力代表值注：梁柱乘上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。4.2第二至五层内墙总重 6.9*8*4.95=273.24 kn外墙总重 102.6*6.84=701.784kn楼面面积 517.5 m2 楼面恒载 3.8*517.5=1966.5 kn楼面活载 2.5*517.5=1293.75 kn二至五层重力代表值注：梁柱乘上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。4.3第六层女儿墙总重 102.6*3.6=369.36 kn屋面面积 517.5 m2 屋面恒载 517.5*5.95=3079.13 kn屋面活载 517.5*0.5=258.75 kn屋面雪荷载 517.5*0.75=388.13 kn第六层重力代表值三、结构自震周期计算1.横梁线刚度k b的计算： 表3梁号ec（kn/m2）截面惯性矩跨 度边框架梁中框架梁bh（m2）i0（m4）l（m）ib=1.5i0kb=ecib/lib=2i0kb=ecib/ll13.01070.250.655.7210-36.98.5810-33.7310411.4410-34.971042. 柱线刚度kc的计算： 表4柱号hc（m）ec（kn/m2）bh（mm）ic（m4）ecic/hc（knm）z14.23.01070.550.557.6310-35.45104z23.63.01070.50.55.2110-34.341043.各层横向框架柱侧移刚度计算： (d值法)3.1第一层、a-1、a-8、c-1、c-8（4根）k=3.73/5.45=0.68ac=(0.5+k)/(2+k)=0.44di1=ac12kc/h2=0.44125.45104/4.22=16313.0 kn/m、a-2、a-3、a-4、a-5、a-6、a-7、d-2、d-3、d-4、d-5、d-6、d-7（12根）k=4.97/5.45=0.91ac=(0.5+k)/(2+k)=0.49di2=ac12kc/h2=0.49125.45104/4.22=18166.7 kn/m、b-1、b-8 （2根）k=（3.73+3.73）/5.45=1.37c=(0.5+k)/(2+k)=0.55di2=ac12kc/h2=0.55125.45104/4.22= 20391.2 kn/m、b-2、b-3、b-4、b-5、b-6、b-7（6根）k=（4.97+4.97）/5.45=1.82c=(0.5+k)/(2+k)=0.61di2=ac12kc/h2=0.61125.45104/4.22=22615.6 kn/md1=16313.04+ 18166.712+20391.22+22615.66=459728.4 kn/m3.2第二至六层、a-1、a-8、c-1、c-8（4根）k=3.732/（4.342）=0.86ac=k/(2+k)=0.3di1=ac12kc/h2=0.3124.34104/3.62= 12055.56 kn/m、a-2、a-3、a-4、a-5、a-6、a-7、d-2、d-3、d-4、d-5、d-6、d-7（12根）k=4.972/（4.342）=1.15ac=k/(2+k)=0.364di2=ac12kc/h2=0.364124.34104/3.62=14627.40 kn/m、b-1、b-8 （2根）k=（3.73+3.73）2/(4.342)=1.7ac=k/(2+k)=0.46di3=ac12kc/h2=0.46124.34104/3.62=18485.18kn/m、b-2、b-3、b-4、b-5、b-6、b-7（6根）k=（4.97+4.97）2/(5.452)=1.8ac=k/(2+k)=0.47di4=ac12kc/h2=0.47124.34104/3.62= 18886.32 kn/md26=12055.564+ 14627.40 12+18485.182+ 18886.32 6=374579.32 kn/m基本自振周期t1（s）可按下式计算：t1=1.7t （ut）1/2注：ut假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。t结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6。ut按以下公式计算：vgi=gk（u）i= vgi/d ij ut=（u）k注：d ij 为第i层的层间侧移刚度。（u）i为第i层的层间侧移。（u）k为第k层的层间侧移。s为同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移计算过程见下表，其中第六层的gi为g6和ge之和。结构顶点的假想侧移计算 表5层次gi（kn）vgi（kn）d i（kn/m）层间相对位移（m）ui（m）63771.933771.93374579.320.010.24755051.558823.48374579.320.0230.23745051.5513875.03374579.320.0370.21435051.5518926.58374579.320.050.17725051.5523978.13374579.320.0640.12715188.68829166.818459728.40.0630.063t1=1.7t （ut）1/2=1.70.6(0.247)1/2=0.507 (s)四、水平地震作用计算本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，即：1.结构等效总重力荷载代表值geqgeq=0.85gi=0.85（5188.688+5051.554+3771.93）= 24791.95（kn）2.计算水平地震影响系数1查表得二类场地近震特征周期值tg=0.40s。查表得设防烈度为8度的max=0.161=（tg/t1）0.9max=（0.4/0.507）0.90.16=0.1143.结构总的水平地震作用标准值fekfek=1geq=0.11424791.95=2826.28（kn）因1.4tg=1.40.4=0.56st1=0.407s，所以不用考虑顶部附加水平地震作用。各质点横向水平地震作用按下式计算：fi=gihifek/（gkhk）地震作用下各楼层水平地震层间剪力vi为vi=fk（i=1，2，n）计算过程如下表：各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 表6层次hi（m）gi（kn）gihi（knm）gihi/gjhjfi（kn）vi（kn）622.23771.9383736.8460.213603.342682.17518.65051.5593958.830.239676.992078.824155051.5575773.250.193545.961401.82311.45051.5557587.670.146414.93855.8527.85051.5539402.090.100283.90440.9214.25188.68821792.48960.055157.02157.02392251.176各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图2五、多遇水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移（u）i和顶点位移u i分别按下列公式计算：（u）i = vi/d iju i=（u）k各层的层间弹性位移角e=（u）i/hi，根据抗震规范，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值e1/550。计算过程如下表：横向水平地震作用下的位移验算 表7层次vi（kn）d i（kn/m）（u）i （m）ui（m）hi（m）e=（u）i /hi6603.34374579.320.00160.02823.61/223551280.34374579.320.00340.02663.61/105341826.31374579.320.00480.02323.61/73832241.25374579.320.00590.01843.61/60122525.15374579.320.00670.01253.61/55412682.17459728.40.00580.00584.21/719由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/5541/550，满足规范要求。六、水平地震作用下框架内力计算1.框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：vij=dijv i /dijmbij=vij*yh muij=vij（1-y）hy=yn+y1+y2+y3注：yn框架柱的标准反弯点高度比。y1为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。y2、y3为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。y框架柱的反弯点高度比。底层柱需考虑修正值y2，第二层柱需考虑修正值y1和y3，其它柱均无修正。下面以轴线横向框架内力的计算为例：各层柱端弯矩及剪力计算（边柱） 表8层次hi（m）vi（kn）d ij（kn/m）边 柱di1（kn/m）vi1（kn）kymbi1（knm）mui1knm）63.6603.34374579.3214627.4023.561.150.3529.6855.1353.61280.34374579.3214627.4049.991.150.471.99107.9943.61826.31374579.3214627.4071.311.150.45115.53141.2033.62241.25374579.3214627.4087.521.150.45141.78173.2923.62525.15374579.3214627.4098.601.150.50177.49177.4914.22682.17459728.418166.7105.980.910.65289.32155.79例：第一层边柱的计算：vi1=18166.72682.17/459728.4=105.98（kn）y=yn=0.35（m） （无修正）mbi1=105.980.654.2=389.32（knm）mui1=105.98（1-0.65）3.6=155.79（knm）各层柱端弯矩及剪力计算（中柱） 表9层次hi（m）vi（kn）d ij（n/mm）中 柱di2（n/mm）vi2（kn）kym bi2（knm）mui2（knm）63.6603.34374579.3218886.3230.421.80.4043.8065.7053.61280.34374579.3218886.3264.551.80.45104.57127.8143.61826.31374579.3218886.3292.081.80.45149.17182.3233.62241.25374579.3218886.32113.001.80.50203.40203.4023.62525.15374579.3218886.32127.311.80.50229.17229.1714.22682.17459728.422615.6 131.941.820.55304.79249.372.梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算：mlb=ilb（mbi+1，j + mui，j）/（ilb+ irb）mrb=irb（mbi+1，j + mui，j）/（ilb+ irb）vb=（mlb+ mrb）/ lni=（vlb- vrb）k具体计算过程见下表：梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算 表10层次边梁柱轴力mlbmr