框架結構抗震課程設計

1、任務書一、設計內容鋼筋混凝土框架結構抗震設計二、設計資料某六層現澆鋼筋混凝土框架結構，屋頂有局部突出的樓梯間和水箱間。平面、剖面，構件尺寸和各層重力荷載代表值如圖1、圖2所示。梁、板混凝土強度等級均為C25,柱的混凝土等級為C30,梁柱中縱向筋均采用HRB33駁，箍筋均采用HPB235梁板柱截面尺寸：AB軸線和CDtt線間梁頂層bxh=250mM600mm五層為bxh=250mmx650mm;BC由線間梁bxh=250mM400mm柱截面尺寸：一三層為550mrm550mm四六層為500mrH500mm抗震設防烈度、設計地震分組和場地類別見表1。采用底部剪力法對該框架進行截面抗震計算。（本人：

2、設計抗震設防烈度7度，設計地震分組二組，場地類別IV類）a.|1B>iJMjMZHMIMraM3I三、設計要求課程設計時間：一周成果：（1）設計計算書一份。包括：計算過程，計算簡圖等（2）梁、柱配筋設計圖要求：按學號選擇設計資料。計算完整，數據正確，書寫工整。圖號自擬，布圖合理，線型分明，標注明確。獨立完成，采用手寫稿或電子稿并按要求裝訂成冊圖1平面圖圖2剖面圖1.計算簡圖及重力荷載代表值的確定永久荷載作用于框架梁上的荷載屋面恒載三氈四油屋面防水層_20.4kN/m1:3水泥沙漿找平層20mm0.4kN/m2水泥蛭石板保溫層60mm_20.12kN/m1:8水泥爐渣找坡80mm1.44k

3、N/m21:3水泥沙漿找平層20mm_20.4kN/m現澆鋼筋混凝土板80mm_22.kN/m板底抹灰20mm0.4kN/m2合計5.1kN/m2樓面恒載一-20.65kN/m現澆鋼筋混凝土板80mm22.0kN/m板底抹灰20mm_20.4kN/m合計3.05kN/m梁自重橫向框架梁：2.5kN/m次要框架梁：2kN/m柱自重上層柱：18.75kN/根底層柱：20.25kN/根墻自重及兩面抹灰女兒墻：4.56KN/m兩面抹灰：0.68kN/m共計：5.24kN/m26層：外墻標準層墻：20.3KN/m內墻標準層墻：13.1KN/m底層：外墻標準層墻：28.12KN/m內墻標準層墻：28.12

4、KN/m重力荷載代表值（恒載+0.5活載）活荷載Q=2.048.911.6=1155KNG6=G板+G梁+G上柱/2+G女兒墻+G標墻/2=6900（不包括屋面活荷載）G5=G板+G梁+G上柱+G標墻+F活/2=9300KNG2=G3=G4=G5=9300KNG1=G板+G梁+G上柱/2+G底柱/2+G標墻/2+G底墻+F活/2=10300KNG6=6900kNG5=9300kNG4=9300kNG3=9300kNG2=9300kNGl-10300kN各層重力代表值及計算簡圖2.框架抗側移剛度的計算(D值的計算)(1)梁的線剛度。計算結果見表1。其中梁的截面慣性矩考慮了樓板的作用混凝土C25,

5、EC2,80104N/mm2。表1現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2bh(m)l(m)I0bh3/12103(m4)I。1.5I。3410(m)ibEElb/l104(kN?m)I02.0I03410(m)ibEElb/l104(kN?m)走道梁0.250.402.401.3322.332.663.10頂層梁0.250.606.304.56.753.009.004.00樓層梁0.250.656.305.728.583.8111.445.08(2)柱的抗側移剛度。采用D值法計算。由式D12icF計算,結果見表2。其中表中系數K、分別由下式確定:底層:0.5K2K般層

6、:ib2ic(3)樓層抗側移剛度。樓層所有柱的D值之和即為該樓層的抗側移剛度Di。計算過程及結果結果見表2。(混凝土C30,Ec3.00104N/mm2。)表2框架柱及樓層抗側移剛度的計算樓層i層身(m)柱號柱根數bh(m2)Icbh3/1234103(m4)icEclc/h1C4(kN?m)Dj104(kN/m)4Dj10(kN/m)4Di10(kN/m)63.6乙140.50.55.2084.341.050.3441.38219.34856.602Z2141.760.4681.88126.334Z340.780.2811.1304.520Z441.320.3981.6006.400453.

7、6乙140.50.55.2084.341.170.3691.48320.76260.8Z2141.880.4851.94927.286Z340.880.3061.2305.920Z441.480.4251.7086.832233.6乙140.550.557.6266.360.800.2861.68423.57669.036Z2141.290.3922.30832.312Z340.600.2311.3605.440Z440.970.3271.9277.70813.6乙140.550.557.6266.360.800.4642.73238.248104.728Z2141.290.5443.2044

8、4.856Z340.600.4232.4919.964Z440.970.4952.95511.6603.自震周期的計算選用頂點位移法計算，基本周期按下式計算:Ti1.7tnS,取填充系數t07c計算得Ti1.7070.2470.591s假想頂點位移計算結構見表3表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VGiG(kN)樓層側移剛度D(kN/m)層間位移i%/D(m樓層位移ii(m)6690069005660200.0120.24759300162006080000.0270.23549300255006080000.0420.20839300348006903600.0500

9、.16629300441006903600.0640.1161103005440010472800.0520.052544004.水平地震作用計算及彈性位移計算采用底部剪力法計算。(1)水平地震影響系數i的計算。結構基本周期由上計算出10.591s；水平地震影響系數最大值和特征周期值由下表格得出。地震影響系數最大值（阻尼比為0105）地震影響烈慶67S9多遇地震0.040,08(0,12)0.16(0.24)0.32罕遇地震0.50(0.72)0.90(1.20)1.40地建特征周期分組的特征周期值（£）IninIV第一組0.250L350.450.65第二組0.300.400.55

10、0.75第三組0.350.450.650.90可遇地震下設防烈度為7度，設計地震分組為二組，場地類別為IV類，則max0.08s,Tg0.75s。0.1 T1 Tg,由地震影響系數譜曲線可得1 max 0.08s結構總水平地震作用標準值按下式計算：FEK1Geq0.08 0.85 54400 3699kN eq因為，T10.591s >1.4Tg 1.05s,由下表可知Q Fn Q頂部附加地震作用系數內)7；>147；T玉L4"<0.350,0跖+0Q700.35-0.550.087；+0.010>0,50,0X7；-0.020分布在各樓層的水平地震作用標準值

11、按下式計算：FinGHi(1n)FEK上GjHj計算結果見表4。(3)樓層地震剪力計算n各樓層地震剪力標準值按式：ViFjFn計算，計算結構見表4.經驗算，各樓層均滿足樓層最小地震剪力要求。(4)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由式：Ue乂計算。并表示為層Di間位移角Ue/h的形式。鋼筋混凝土框架結構彈性層間位移角極限值為1/550。經驗算均滿足要求。計算結果見表4。5.水平地震作用下框架內力分析734. 8kN表4Fi、Vi、ue及ue/h值樓層i層高GiHiGHGiHiFiViDiueue/h屋頂間突出1.580022.11768065524099.899.863.

12、6610021.613176743.8843.65660201.491/241653.69300181674009451788.66080002.941/122443.6930014.41339207562544.66080004.191/85933.6930010.81004405673111.66903604.511/79823.693007.2669603783489.96903605.051/71313.6103003.637080209.33698.910472803.531/1020各質點水平地震作用及樓層地震剪力沿房屋高度分布見下圖步驟如下:DjVj-Vi(1)將上訴求得的各樓層

13、地地震剪力按式Dik分配到單k1元框架的各框架柱，可得各層每根柱的剪力值。(2)確定各層柱的反彎點位置。各柱反彎點高度比y按式y(tǒng)yoyiv?y3來確定。(3)計算每層柱的上下端彎矩值。(4)利用節(jié)點的彎矩平衡原理，求出每層各跨的梁端彎矩。(5)求梁端剪力。(6)由柱軸力與梁端剪力平衡的條件可以求出柱軸力。上述計算結果見表5和表6。表5水平地震作用下的中框架柱剪力和柱端彎矩標準值柱j層ihiViDiDijDijDiVikKy_bMijMt乙63.6843.6566020138200.02420.251.050.3525.5247.3953.61788.6608000148300.02442.93

14、1.170.4569.5585.0043.62544.6608000148300.02461.071.170.4598.93120.9233.63111.6690360168400.02474.680.800.45120.98147.8723.63489.9690360168400.02483.750.800.50150.75150.7513.63698.91047280273200.02696.170.800.65225.04121.17柱j層ihiViDiDijDjDiVikKy_bMijMtZ263.6843.6566020188100.03327.841.760.3939.0961.1

15、453.61788.6608000194900.03257.241.880.4592.73113.3443.62544.6608000194900.03281.431.880.49143.64149.5133.63111.6690360230800.033102.681.290.50184.82184.8223.63489.9690360230800.033115.161.290.50207.29207.2913.63698.91047280320400.031114.671.290.64264.20148.61表6水平地震作用下的中框架梁端彎矩、剪力及柱軸力標準值樓層i進深梁走道梁柱乙柱Z2

16、l(m»mEk(kN?m)MEK(kN?m)VEK(kN)l(m»mEk(kN?m)MEk(kN?m)VEK(kN)Nek(kN)NEK(kN)66.347.3934.4512.992.426.7026.7022.2512.999.2656.3110.5294.6632.572.457.7757.7748.1445.5324.8346.3190.47150.4454.112.491.8091.8076.599.6447.2236.3246.80203.9871.552.4124.48124.48103.73171.1979.4026.3271.73243.5181.782.

17、4148.6148.6123.83252.97121.4516.3271.92221.0278.242.4134.88134.88112.4331.21155.6147,3925.70< j_12. 99-12.9g22. 25iWHHl2之2525.52110.&2195 4246,311392. T39i. e120.53孔263. 149.26c 14a 14UHHUl-45. 53-2'L 83T產三一99, 64-17L 194i 81. 78-252. 9778. 245. 57. 2224. 8376. 547. 22103. 73HHHI74. 9023.

18、8374. 901HHHI、4612. 4123. 83121. 45112, 4THHHI-1-331. 21E5. 61155. 61不12.9932. 57以53171.1961.76卜252. 9733L 21左震作用下框架彎矩圖、梁端剪力及柱軸力圖6 .框架重力荷載作用效應計算。豎向重力荷載按重力荷載代表值計算。永久荷載取全部，樓面活荷載取一半，屋面荷載取一半。因為結構基本對稱，所以豎向荷載作用下的框架側移可以忽略，采用分層法計算框架內力。彎矩調幅系數取0.9。分層法計算步驟：(1)計算各跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩(2)計算梁柱的線剛度。見表1、表2。(3)計算彎矩分配系數。(4

19、)計算框架各節(jié)點不平衡彎矩。(5)用力矩分配法分配各桿端彎矩(6)疊加桿端彎矩(7)根據靜力平衡條件求得剪力和軸力。SABABn,MABABMSi1重力荷載代表值作用下的內力計算結果見表7。彎矩以順時針為正，ML、M1分別為梁左右端彎矩，M；E、M；E分別為柱上下GEGEGEGE端彎矩。表中彎矩以折算到柱節(jié)點邊緣處，折算公式如下：MMc.?：表7重力荷載代表值作用下框架梁端彎矩及柱端彎矩、剪力樓層i框架梁框架柱進深梁走道梁邊柱Z1中柱Z2MGeMrGEMGeMrGEMGeMbGENgeMGeMbGENge6-46.349.8-15.715.746.347.3161.2-40.1-41.9219

20、.95-70.269.1-16.216.270.267.2255.4-42.2-42.8421.74-94103.4-17.717.746.747.1406-43.7-43.95553-99.4107-14.917.757.743.1651-52.7-48.68912-106.8110.7-12.112.153.659.3896-49.7-54.612261-97.8105.7-15.715.757.719.41166-35.4-17.415987 .內力組合與內力調整。本框架抗震等級為三級。(1)框架內力組合與調整。以底層為例，梁端組合彎矩設計值梁左端：地震作用彎矩順時針方向時，GE1.2，

21、梁左端正彎矩為055Mb1.3Mek1.2Mge1.3(271.40478.24)1.2(97.9)184.692地震作用彎矩順時針方向時，GE1.0，梁左端正彎矩為Mb匹"E3(271.40478.24苧1.0(97204.25地震作用彎矩逆時針方向時，梁左端負彎矩為Mb1.3Mek1.2Mge1.3(271.40478.24等)1.0(97.9)442.89(kN?m)梁右端：地震作用彎矩順時針方向時，梁右端負彎矩為055Mb1.3Mek1.2Mge1.3(221.0278.24)1.2(105.7)386.20(kN?m)2地震作用彎矩逆時針方向時，GE1.2，梁右端正彎矩為M

22、b孫球短小3(221.0278-24苧2(105.7)132.52(kN?m)地震作用彎矩逆時針方向時，GE1.0，梁右端正彎矩為Mb1.3Mek1.2Mge1.3(221.0278.24055)1.0(105.7)15366(kN?m)比較得，梁左端最大負彎矩為-442.89kN/m,最大正彎矩為204.25kN/m;梁右端最大負彎矩為-386.20kN/m,最大正彎矩為153.66kN/m。柱端組合剪力設計值。三級框架梁端截面組合剪力增大系數為1.1。柱端彎矩順時針作用時剪力為7vb(MbMb)71.1(184.68386.20)VbVGb1.2(0.5558.85.75)332.36kN

23、)1n5.75梁端彎矩逆時針作用時剪力為_vb(ML2VGb支1(44289132總1.2(0.555885.7533322kgb1n5.8式中的58.8kN/m為作用在梁上的豎向均布荷載。經比較，梁端最大剪力為333.22kN。其它樓層的計算結果見表8表8框架梁的內力組合和內力調整位樓Mb1.3MEK1.2MGEMb1.3MEK1.0MGEMb1.3MEK1.2MGEMb1.3MEK1.0MGE置層i逆時針順時針6-124.069.2920.40梁5-234.183248.85左4-365.3994.67117.23端3-438.4152.12175.982-477.8170.22195.8

24、61-442.89184.69204.256-19.2-9.24-100.32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)柱的內力組合及調整柱端組合彎矩設計值柱頂彎矩逆時針方向M；1.3MEK1.2MGE1.3(94.72)1.2(35.4)165.62(kNm)順時針方向Mct1.3MEK1.2MGE1.394.721.2(35.4)80.66(kNm)柱底彎矩逆時針方向MC1.3MEK1.2MGE1.3(264.20)1.2(17.4

25、)364.34(kNm)順時針方向Mct1.3Mek1.2MGE1.3264.21.217.4322.58(kNm)柱端彎矩調整：柱下端截面：二級框架底層柱下端截面的組合彎矩設計值(絕對值大者)應乘以增大系數1.25,即應調整為Mb1.25364.34455.43(kNm)(逆時針方向)柱上端截面：由于底層柱軸壓比滿足要求，所柱上端截面的組合彎矩設計值(絕對值大者)應乘以增大系數1.2,即應調整為M；1.2165.62198.74(kNm)(逆時針方向)柱端組合剪力設計值柱上下端截面組合剪力設計值(順時針方向)按式:調整為Vcvc(MC Mcb)VCvc(MC Mb) vc c cHn1.24

26、5543 198743.07525529(kN)其它層的柱的內力組合及調整值見表9表9柱的內力組合及調整值樓層iM逆時針M順時針M；cMCcVc柱底6-101.100.546126.38124.2255.295-171.1969.914-239.41134.055213.99177.6269.213-298.95181.592-335203.964299.26227.76254.211-364.34322.58柱頂6-103.156.913373.692777.73205.675-148.0045.914-189.8084.922418.75271.10152.823-231.44104.48

27、2-225.92106.161455.43198.7497.791-165.6280.66（3）節(jié)點核心區(qū)組合剪力設計值框架節(jié)點核心區(qū)組合剪力剪力設計值按式V3（1皿色）確毓asHchb定，剪力增大系數為1.2。其中節(jié)點側梁彎矩（已折算到節(jié)點柱邊緣）Mbl1.2105.71,3219.4412.06（kNm）節(jié)點右側梁彎矩（已折算到節(jié)點邊緣）Mbl 1.2 ( 15.7) 1.3 93.7102.97(kN m)Vj1.2 (412.06 102.97)0.65 0.4 _ _ . _ _ . 0.04 0.0420.65 0.4 0.04 0.0424 (1 0.58) 3.0 0.55 1

28、180.54(kN)0.65 0.428.截面設計根據上述所選框架內力計算結果，進行相應構件截面設計，滿足構件的抗震承載力要求。(1)框架梁截面設計梁正截面抗彎設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滿足下列要求:一下REM bX、fcbxQ 2) fyAs(hb as)REMb"fyAs(h°as)gXAsfyAsfy梁左端下部配筋計算：As.下RE M bfy(ho as)0.75 烏 106895.8(mm2)300 (650 40 40)選用418,As1017mm2.梁左端上部配筋計算:ReMbfyAs(heas)as121fcbh00.75 442

29、 .89 106 3001017 (61040)0 143c0 . 1431.0 11 .9 250 610s ,max0.3841J2s1、,120.1430.155b0.56xh00.15561094.552as80(mm)fy1954.62(mm2)ifcbh。fyAs1.00.15511.92506103001017300選6中22,As2281mm2。驗算二級框架抗震要求:''相對受壓區(qū)高度j ASfy1fcbho2281 300 1017 300 0.209 0.351.0 11.9 250 360梁底部鋼筋面積與頂部鋼筋面積之比為1017/2281=0.446&g

30、t;0.3?？v向鋼筋最小配筋率2281>0.003x250x610=457.5,滿足要求。梁斜截面抗剪設計。驗算梁截面尺寸：0.2cfcbh0427Vb332.36(kN),滿足要求。REAsv re Vb 0.42 ftbh o1 .25 fyv h01 .256三級框架要求，梁配筋直徑d8,箍筋間距s=min(150,h/4,8d)。取雙肢箍中12150則Asv2261.51>1.256s150(2)框架柱抗震設計。柱軸壓比驗算軸壓力組合設計值，驗算柱柱軸壓比時Nc1.3NEK1.2NGE1.3192291.21598216758(kN)驗算正截面承載力時，與柱順時針彎矩對應Nc1.3NEK1.0NGE1.3192.291.015981847.98(kN)CEK匚與柱逆時針彎矩對應Nc1.3NEK1.0NGE1.3(192.29)1.015981348.02(kN)柱軸壓比為叢21675800.602<0.9,滿足三級框架要求。fcA11.9550550柱截面承載力計算。Mcb455.43(kNm),Nc1348.02kN,h055040510mme。Mcb cNc