框架结构抗震课程设计_2

1、任务书一、设计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 b×h=250mm×600mm，一五层为 b×h=250mm× 650mm;BC轴线间梁 b×h=250mm×400mm。柱截面尺寸： 一三层为550mm× 550mm，四六层为 500mm

2、×500mm。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0.4kN/m 21:3 水泥沙浆找平层20mm20.4kN/

3、m水泥蛭石板保温层60mm20.12kN/m1:8 水泥炉渣找坡80mm21.44kN/m1:3 水泥沙浆找平层20mm0.4kN/m2现浇钢筋混凝土板80mm22.kN/m板底抹灰20mm20.4kN/m合计 5.1kN/m2楼面恒载水磨石地面20.65kN/m现浇钢筋混凝土板80mm22.0kN/m板底抹灰20mm0.4kN/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/m 26 层：外墙标

4、准层墙 : 20.3KN/m墙标准层墙 : 13.1KN/m底层 :外墙标准层墙 : 28.12KN/m墙标准层墙 : 28.12KN/m重力荷载代表值（恒载+0.5 活载）活荷载G6= 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=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

5、面惯性矩考虑了楼板的作用。混凝土 C25， EC2.8010 4 N / mm2 。表 1 现浇框架梁线刚度计算矩形截面部位截面跨度惯性矩边框架梁中框架梁2l (m)3I0 1.5I0ib EE I b / lI0 2.0I 0ib EE I b / lbh(m )I0 bh /1210 3 (m4)10 3 (m4 )104 ( kN ? m)10 3 ( m4 )104 (kN ? m)走道梁顶层梁楼层梁0.250.400.250.600.25 0.652.401.3322.332.663.106.304.56.753.009.004.006.305.728.583.8111.445.08

6、（2） 柱的抗侧移刚度。12i cD采用 D 值法计算。由式h2 计算，结果见表 2。底层：Ki b ，a0.5Ki c2K一般层：Ki b ，aK2i c2K（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， EC3.00104 N / mm2 。)表 2 框架柱及楼层抗侧移刚度的计算楼层层高柱柱根b h(m2 )i （ m） 号数Z 11463.6Z 214Z 30.50.54Z 44Z 114453.6Z 214Z 30.50.54Z 44Z 114233.6Z 214Z 30.550.554Z 44Z 1141

7、3.6Z 214Z 30.550.554Z 443. 自震周期的计算I c bh3 /12i c EcI c / hKD ij 10 4Dij 10410 3(m4 )104 (kN?m)( kN / m )(kN / m)1.050.3441.38219.3485.2084.341.760.4681.88126.3340.780.2811.1304.5201.320.3981.6006.4001.170.3691.48320.7625.2084.341.880.4851.94927.2860.880.3061.2305.9201.480.4251.7086.8320.800.2861.684

8、23.5767.6266.361.290.3922.30832.3120.600.2311.3605.4400.970.3271.9277.7080.800.4642.73238.2487.6266.361.290.5443.20444.8560.600.4232.4919.9640.970.4952.95511.660Di104(kN / m)56.60260.869.036104.728选用顶点位移法计算，基本周期按下式计算：T11.7 Tbs，取填充系数T0.7。计算得 T11.70.7 0.2470.591s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重力荷载代楼层剪力楼层侧移

9、刚层间位移楼层位移表值 G i(kN )VGiGi (kN)度iiVGi /Di (m)ii (m)6690069005660200.0120.24759300162006080000.0270.23549300255006080000.0420.20839300348006903600.0500.16629300441006903600.0640.1161103005440010472800.0520.052544004. 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1 的计算。结构基本周期由上计算出 T10.591s；水平地震影响系数最大值和特征周期值由下表格

10、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m ax0 .08 s, Tg0 .75 s。地震影响系数谱曲线0.1T1 Tg ，由地震影响系数谱曲线可得1max0.08s 。结构总水平地震作用标准值按下式计算：FEK1Geq0.080.85544003699kN因为，T10.591s>1.4Tg1.05s，由下表可知n0, Fn0.分布在各楼层的水平地震作用标准值按下式计算：Gi H i(1n )FEKFi nG jH jj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.j经验算，各楼层均满足楼层最小地震

11、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：ueVi 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。表 4 Fi、Vi、 ue及 ue / h值楼层 i层GiH iiiG HFiViD iueue / hG Hii高屋顶间1.580022.1768099.899.8突出163.6610021.131766552743.843.65660201.491/2416408653.69300181674009451788.6080002.941/1226443.693001

12、4.1339207562544.6080004.191/8594633.6930010.1004405673111.6903604.511/7988623.693007.2669603783489.6903605.051/713913.6103003.637080209.3698.10472803.531/102390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力分析步骤如下：VijDijVim（ 1）将上诉求得的各楼层地地震剪力按式Dik分配到单k 1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y y0 y1

13、 y2 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 层 h iViD iD ijDijV ikDijiKyMijbM ijt63.6843.6566020138200.0220.21.00.325.5247.394555Z 153.61788.608000148300.0242.91.10.469.5585.006437543.62544.608000148300.0261.0

14、1.10.498.93120.926477533.63111.690360168400.0274.60.80.4120.9147.8764805823.63489.690360168400.0283.70.80.5150.7150.7594500513.63698.1047280273200.0296.10.80.6225.0121.17967054柱 层h iViD iD ijDijV ikDijiKyMijbMijt63.6843.6566020188100.0327.81.70.3939.0961.14346Z 253.61788.608000194900.0357.21.80.4592

15、.73113.34624843.62544.608000194900.0381.41.80.49143.64149.51623833.63111.690360230800.03102.1.20.50184.82184.826368923.63489.690360230800.03115.1.20.50207.29207.299316913.63698.1047280320400.03114.1.20.64264.20148.6191679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进深梁走道梁柱 Z 1柱 Z 2il (m) M EKlM EKrV EKl(m) M EKlM

16、EKrV EKN EKN EK(kN ? m)(kN ?m)( kN )(kN ? m)( kN )(kN )( kN )(kN?m)66.347.3934.4512.992.426.7026.7022.2512.999.2656.3110.5294.6632.572.457.7757.7748.1445.5324.8346.3190.47150.4454.112.491.8091.8076.599.6447.2236.3246.80203.9871.552.4124.4124.48103.7171.179.4083926.3271.73243.5181.782.4148.6148.6123.

17、8252.9121.437516.3271.92221.0278.242.4134.8134.88112.4331.2155.6811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。（ 5）用力矩分配法分配各杆端弯矩（

18、 6）叠加杆端弯矩（ 7）根据静力平衡条件求得剪力和轴力。ABS AB， MABABMnSi1重力荷载代表值作用下的力计算结果见表7。弯矩以顺时针为正，Ml、 Mr分别为梁左右端弯矩，Mt、 Mb分别为柱上下端弯GEGEGEGE矩。表中弯矩以折算到柱节点边缘处，折算公式如下：bMMc V0 ?2表 7重力荷载代表值作用下框架梁端弯矩及柱端弯矩、剪力楼框架梁框架柱层 i进深梁走道梁边柱 Z1中柱 Z2M GElM GErM GElM GErM GEtM GEbNGEM GEtM GEbNGE6-46.349.8-15.715.746.347.3161.2-40.-41.219.1995-70.2

19、69.1-16.216.270.267.2255.4-42.-42.421.2874-94103.4-17.717.746.747.1406-43.-43.555793-99.4107-14.917.757.743.1651-52.-48.891762-106.8110.7-12.112.153.659.3896-49.-54.1226761-97.8105.7-15.715.757.719.41166-35.-17.1598447. 力组合与力调整。本框架抗震等级为三级。（ 1）框架力组合与调整。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 , 梁左端正弯矩为M

20、 bl1.3M EK 1.2M GE1.3 (271.404 78.24 0.55) 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M bl1.3M EK 1.0M GE1.3 (271.404 78.24 0.55) 1.0 ( 97.9) 204.252地震作用弯矩逆时针方向时，梁左端负弯矩为M bl1.3M EK1.2M GE1.3 (271.40478.240.55)21.0( 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M bl1.3M EK1.2M GE1.3(221.0278.240.55)2

21、1.2( 105.7)386.20(kN ?m)地震作用弯矩逆时针方向时，GE1.2 , 梁右端正弯矩为M bl1.3M EK 1.2M GE 1.3 (221.0278.240.55)1.2 (105.7)132.52(kN ?m)2地震作用弯矩逆时针方向时，GE1.0 , 梁右端正弯矩为M bl1.3M EK 1.2M GE 1.3 (221.0278.240.55)1.0 (105.7)153.66(kN ?m)2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

22、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Vbvb（M blM br）1.1（184.68386.20）（）（ ）lnVGb5.751.20.55 58.85.75332.36 kN梁端弯矩逆时针作用时剪力为（lr）（）（）（ ）vbMbMbVGb1.1 442.89132.52Vbln5.81.20.55 58.85.75333.22 kN式中的 58.8 kN / 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框架梁的力组合和力调整位楼Mbl1.3MEK 1.2MGE Mbl1.3MEK 1.0M

23、GE Mbl1.3MEK 1.2MGE Mbl1.3MEK 1.0MGE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3-438.4152.12175.982-477.8170.22195.861-442.89184.69204.256-19.2-9.24-100.32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）柱的力组合及调整柱端组合弯矩设计值柱顶弯矩

24、逆时针方向M t1.3MEKMGE1.3( 94.72)1.2( 35.4)（ kN m）c1.2165.62顺时针方向M t1.3MEK1.2MGE1.394.72 1.2（ kN m）c( 35.4) 80.66柱底弯矩逆时针方向M t1.3MEKM1.3( 264.20) 1.2 ( 17.4)（ kN m）c1.2GE364.34顺时针方向 M t1.3MEK1.2MGE1.3 264.2 1.2（ kN m）c17.4 322.58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M cb1.25364.34455.43

25、(kN m) （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 ct1.2165.62198.74(kN m) （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：vc ( M ctM cb )VcH n调整为Vcvc(Mct Mcb)1.2455.43 198.74Hn255.29(kN)3.075其它层的柱的力组合及调整值见表9柱底柱顶表 9 柱的力组合及调整值楼层 iM逆时针M顺时M cbM ctV c针6-101.100.546126.38124.2255.295-171.1

26、969.914-239.41134.055213.99177.6269.213-298.95181.592-335203.964299.26227.76254.211-364.34322.586-103.156.913373.692777.73205.675-148.0045.914-189.8084.922418.75271.10152.823-231.44104.482-225.92106.161455.43198.7497.791-165.6280.66（ 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VjjbM b(1hb0as) 确hb 0asH chb定，剪力增大

27、系数为1.2 。其中节点侧梁弯矩 （已折算到节点柱边缘）M bl1.2 105.71.3219.4412.06(kN m)节点右侧梁弯矩（已折算到节点边缘）M bl 1.2( 15.7)1.393.7102.97( kN m)1.2(412.06102.97)0.650.40.040.04V j121180.54(kN )0.650.40.040.044(10.58)3.00.550.650.4228. 截面设计根据上述所选框架力计算结果， 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：

28、及RE M b下f y As (h0as)RE M b下1 f cbx(h0x ) f y As( h0 as )21 fcbxAs f yAs f y梁左端下部配筋计算 :AsRE M b下0.75204.25106895.8(mm2 )f y (h0 as )300(650 4040)选用 418, As1017 mm2 .梁左端上部配筋计算：RE M b上f y As (h0as )as1 f cbh020.75442 .8910 63001017(61040 )0.1430.3841.011 .9250610 2s ,max112 s112 0.1430.155b0.56xh00.15

29、561094 .552a s80 (mm )1f cbh0f y As1.00.15511.925061030010172)Asf y3001954 .62(mm选 622， As2281mm2 。验算二级框架抗震要求：相对受压区高度As f y AS'f y'22813001017 3000.2090.351 fcbh01.011.9250360梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比为1017/2281=0.446>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： 0.2 c fc bh0427

30、 Vb 332.36(kN ) ，满足要求。REA svRE V b0 .42 f t bh 01 .256S1 .25f yv h 08，三级框架要求， 梁配筋直径 d箍筋间距 s=min（150，h/4,8d）。取双肢箍 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Nc1.3NEK1.2NGE1.3 192.29 1.2 1598 2167.58(kN)验算正截面承载力时，与柱顺时针弯矩对应Nc1.3NEK1.0NGE1.3 192.29 1.0 15981847.98(kN)与柱逆时针弯矩对应Nc 1.3NEK 1.0NGE1.3 ( 192.29) 1.0 1598 1348.02(kN)柱轴压比为N c21675800.602<0.9 ，满足三级框架要求。f c A11.9550 550柱截面承载力计算。M cb455 .43 (kN m ) ， N c1348 .02 kN , h055040 510mme0M cb455.43e0 ea358mmN c338mm, ea 20mm ， ei1348.0210.5 fAc1.34>1.0 取 11。N c框架柱的计算长度为l 0 ，底层取 l0