框架結(jié)構(gòu)抗震課程設(shè)計(jì)_2

1、任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)容鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)資料某六層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂有局部突出的樓梯間和水箱間。平面、剖面，構(gòu)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(qiáng)度等級(jí)均為C25，柱的混凝土等級(jí)為C30,梁柱中縱向筋均采用 HRB335級(jí)，箍筋均采用HPB235。梁板柱截面尺寸： AB軸線(xiàn)和 CD軸線(xiàn)間梁頂層 b×h=250mm×600mm，一五層為 b×h=250mm× 650mm;BC軸線(xiàn)間梁 b×h=250mm×400mm。柱截面尺寸： 一三層為550mm× 550mm，四六層為 500mm

2、×500mm。抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)地震分組和場(chǎng)地類(lèi)別見(jiàn)表 1。采用底部剪力法對(duì)該框架進(jìn)行截面抗震計(jì)算。（本人：設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度7 度，設(shè)計(jì)地震分組二組， 場(chǎng)地類(lèi)別類(lèi)）三、設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)時(shí)間：一周成果：（1）設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一份。包括：計(jì)算過(guò)程，計(jì)算簡(jiǎn)圖等（ 2）梁、柱配筋設(shè)計(jì)圖要求：按學(xué)號(hào)選擇設(shè)計(jì)資料。計(jì)算完整，數(shù)據(jù)正確，書(shū)寫(xiě)工整。圖號(hào)自擬，布圖合理，線(xiàn)型分明，標(biāo)注明確。獨(dú)立完成，采用手寫(xiě)稿或電子稿并按要求裝訂成冊(cè)。圖1 平面圖圖2 剖面圖1. 計(jì)算簡(jiǎn)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0.4kN/m 21:3 水泥沙漿找平層20mm20.4kN/

3、m水泥蛭石板保溫層60mm20.12kN/m1:8 水泥爐渣找坡80mm21.44kN/m1:3 水泥沙漿找平層20mm0.4kN/m2現(xiàn)澆鋼筋混凝土板80mm22.kN/m板底抹灰20mm20.4kN/m合計(jì) 5.1kN/m2樓面恒載水磨石地面20.65kN/m現(xiàn)澆鋼筋混凝土板80mm22.0kN/m板底抹灰20mm0.4kN/m2合計(jì) 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： 18.75 kN /根底層柱： 20.25 kN /根墻自重及兩面抹灰女兒墻： 4.56KN/m 兩面抹灰： 0.68kN/m 共計(jì)：5.24kN/m 26 層：外墻標(biāo)

4、準(zhǔn)層墻 : 20.3KN/m墻標(biāo)準(zhǔn)層墻 : 13.1KN/m底層 :外墻標(biāo)準(zhǔn)層墻 : 28.12KN/m墻標(biāo)準(zhǔn)層墻 : 28.12KN/m重力荷載代表值（恒載+0.5 活載）活荷載G6= G板+G梁+G上柱 /2+G 女兒墻 +G標(biāo)墻 /2=6900 （不包括屋面活荷載）G5= G板+G梁 +G上柱 + G 標(biāo)墻 +F 活/2=9300KNG2=G3=G4=G5 =9300KNG1= G板+G梁 +G上柱 /2+G 底柱 /2+G 標(biāo)墻 /2+G 底墻 +F 活/2=10300KN各層重力代表值及計(jì)算簡(jiǎn)圖2. 框架抗側(cè)移剛度的計(jì)算（ D值的計(jì)算）（ 1） 梁的線(xiàn)剛度。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。其中梁的截

5、面慣性矩考慮了樓板的作用?；炷?C25， EC2.8010 4 N / mm2 。表 1 現(xiàn)澆框架梁線(xiàn)剛度計(jì)算矩形截面部位截面跨度慣性矩邊框架梁中框架梁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)走道梁頂層梁樓層梁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） 柱的抗側(cè)移剛度。12i cD采用 D 值法計(jì)算。由式h2 計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表 2。底層：Ki b ，a0.5Ki c2K一般層：Ki b ，aK2i c2K（3） 樓層抗側(cè)移剛度。樓層所有柱的D 值之和即為該樓層的抗側(cè)移剛度Di 。計(jì)算過(guò)程及結(jié)果結(jié)果見(jiàn)表 2。 ( 混凝土 C30， EC3.00104 N / mm2 。)表 2 框架柱及樓層抗側(cè)移剛度的計(jì)算樓層層高柱柱根b h(m2 )i （ m） 號(hào)數(shù)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. 自震周期的計(jì)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選用頂點(diǎn)位移法計(jì)算，基本周期按下式計(jì)算：T11.7 Tbs，取填充系數(shù)T0.7。計(jì)算得 T11.70.7 0.2470.591s假想頂點(diǎn)位移計(jì)算結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3表3假想頂點(diǎn)位移計(jì)算樓層i重力荷載代樓層剪力樓層側(cè)移

9、剛層間位移樓層位移表值 G i(kN )VGiGi (kN)度iiVGi /Di (m)ii (m)6690069005660200.0120.24759300162006080000.0270.23549300255006080000.0420.20839300348006903600.0500.16629300441006903600.0640.1161103005440010472800.0520.052544004. 水平地震作用計(jì)算及彈性位移計(jì)算采用底部剪力法計(jì)算。（1） 水平地震影響系數(shù)1 的計(jì)算。結(jié)構(gòu)基本周期由上計(jì)算出 T10.591s；水平地震影響系數(shù)最大值和特征周期值由下表格

10、得出。可遇地震下設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，場(chǎng)地類(lèi)別為類(lèi)，則m ax0 .08 s, Tg0 .75 s。地震影響系數(shù)譜曲線(xiàn)0.1T1 Tg ，由地震影響系數(shù)譜曲線(xiàn)可得1max0.08s 。結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：FEK1Geq0.080.85544003699kN因?yàn)?，T10.591s>1.4Tg1.05s，由下表可知n0, Fn0.分布在各樓層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：Gi H i(1n )FEKFi nG jH jj計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4。（3）樓層地震剪力計(jì)算n各樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值按式：ViFjFn 計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 4.j經(jīng)驗(yàn)算，各樓層均滿(mǎn)足樓層最小地震

11、剪力要求。（4）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由式：ueVi 計(jì)算。并表示為層Di間位移角ue / h 的形式。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角極限值為 1/550 。經(jīng)驗(yàn)算均滿(mǎn)足要求。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4。表 4 Fi、Vi、 ue及 ue / h值樓層 i層GiH iiiG HFiViD iueue / hG Hii高屋頂間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各質(zhì)點(diǎn)水平地震作用及樓層地震剪力沿房屋高度分布見(jiàn)下圖5.水平地震作用下框架力分析步驟如下：VijDijVim（ 1）將上訴求得的各樓層地地震剪力按式Dik分配到單k 1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(diǎn)位置。各柱反彎點(diǎn)高度比y 按式y(tǒng) y0 y1

13、 y2 y3 來(lái)確定。（ 3）計(jì)算每層柱的上下端彎矩值。（ 4）利用節(jié)點(diǎn)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(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)值柱 層 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 層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彎矩、剪力及柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值樓層進(jìn)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左震作用下框架彎矩圖、梁端剪力及柱軸力圖6. 框架重力荷載作用效應(yīng)計(jì)算。豎向重力荷載按重力荷載代表值計(jì)算。 永久荷載取全部， 樓面活荷載取一半，屋面荷載取一半。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)基本對(duì)稱(chēng)，所以豎向荷載作用下的框架側(cè)移可以忽略， 采用分層法計(jì)算框架力。 彎矩調(diào)幅系數(shù)取0.9 。分層法計(jì)算步驟：（ 1）計(jì)算各跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩（ 2）計(jì)算梁柱的線(xiàn)剛度。見(jiàn)表 1、表 2。（ 3）計(jì)算彎矩分配系數(shù)。（ 4）計(jì)算框架各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩。（ 5）用力矩分配法分配各桿端彎矩（

18、 6）疊加桿端彎矩（ 7）根據(jù)靜力平衡條件求得剪力和軸力。ABS AB， MABABMnSi1重力荷載代表值作用下的力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。彎矩以順時(shí)針為正，Ml、 Mr分別為梁左右端彎矩，Mt、 Mb分別為柱上下端彎GEGEGEGE矩。表中彎矩以折算到柱節(jié)點(diǎn)邊緣處，折算公式如下：bMMc V0 ?2表 7重力荷載代表值作用下框架梁端彎矩及柱端彎矩、剪力樓框架梁框架柱層 i進(jìn)深梁走道梁邊柱 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. 力組合與力調(diào)整。本框架抗震等級(jí)為三級(jí)。（ 1）框架力組合與調(diào)整。以底層為例，梁端組合彎矩設(shè)計(jì)值梁左端：地震作用彎矩順時(shí)針?lè)较驎r(shí)，GE1.2 , 梁左端正彎矩為M

20、 bl1.3M EK 1.2M GE1.3 (271.404 78.24 0.55) 1.2 ( 97.9) 184.692地震作用彎矩順時(shí)針?lè)较驎r(shí)，GE1.0 , 梁左端正彎矩為M bl1.3M EK 1.0M GE1.3 (271.404 78.24 0.55) 1.0 ( 97.9) 204.252地震作用彎矩逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)，梁左端負(fù)彎矩為M bl1.3M EK1.2M GE1.3 (271.40478.240.55)21.0( 97.9)442.89(kN ?m)梁右端：地震作用彎矩順時(shí)針?lè)较驎r(shí)，梁右端負(fù)彎矩為M bl1.3M EK1.2M GE1.3(221.0278.240.55)2

21、1.2( 105.7)386.20(kN ?m)地震作用彎矩逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)，GE1.2 , 梁右端正彎矩為M bl1.3M EK 1.2M GE 1.3 (221.0278.240.55)1.2 (105.7)132.52(kN ?m)2地震作用彎矩逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)，GE1.0 , 梁右端正彎矩為M bl1.3M EK 1.2M GE 1.3 (221.0278.240.55)1.0 (105.7)153.66(kN ?m)2比較得，梁左端最大負(fù)彎矩為-442.89kN/m ，最大正彎矩為204.25kN/m；梁右端最大負(fù)彎矩為-386.20kN/m ，最大正彎矩為153.66kN/m。柱端組合剪力

22、設(shè)計(jì)值。三級(jí)框架梁端截面組合剪力增大系數(shù)為1.1 。柱端彎矩順時(shí)針作用時(shí)剪力為Vbvb（M blM br）1.1（184.68386.20）（）（ ）lnVGb5.751.20.55 58.85.75332.36 kN梁端彎矩逆時(shí)針作用時(shí)剪力為（lr）（）（）（ ）vbMbMbVGb1.1 442.89132.52Vbln5.81.20.55 58.85.75333.22 kN式中的 58.8 kN / m 為作用在梁上的豎向均布荷載。經(jīng)比較，梁端最大剪力為333.22kN。其它樓層的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8表 8框架梁的力組合和力調(diào)整位樓Mbl1.3MEK 1.2MGE Mbl1.3MEK 1.0M

23、GE Mbl1.3MEK 1.2MGE Mbl1.3MEK 1.0MGE置 層 i逆時(shí)針順時(shí)針6-124.069.2920.40梁5-234.183248.85左4-365.3994.67117.23端3-438.4152.12175.982-477.8170.22195.861-442.89184.69204.256-19.2-9.24-100.32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）柱的力組合及調(diào)整柱端組合彎矩設(shè)計(jì)值柱頂彎矩

24、逆時(shí)針?lè)较騇 t1.3MEKMGE1.3( 94.72)1.2( 35.4)（ kN m）c1.2165.62順時(shí)針?lè)较騇 t1.3MEK1.2MGE1.394.72 1.2（ kN m）c( 35.4) 80.66柱底彎矩逆時(shí)針?lè)较騇 t1.3MEKM1.3( 264.20) 1.2 ( 17.4)（ kN m）c1.2GE364.34順時(shí)針?lè)较?M t1.3MEK1.2MGE1.3 264.2 1.2（ kN m）c17.4 322.58柱端彎矩調(diào)整：柱下端截面：二級(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)1.25 ，即應(yīng)調(diào)整為M cb1.25364.34455.43

25、(kN m) （逆時(shí)針?lè)较颍┲隙私孛妫河捎诘讓又S壓比滿(mǎn)足要求，所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)1.2 ，即應(yīng)調(diào)整為M ct1.2165.62198.74(kN m) （逆時(shí)針?lè)较颍┲私M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?lè)较颍┌词剑簐c ( M ctM cb )VcH n調(diào)整為Vcvc(Mct Mcb)1.2455.43 198.74Hn255.29(kN)3.075其它層的柱的力組合及調(diào)整值見(jiàn)表9柱底柱頂表 9 柱的力組合及調(diào)整值樓層 iM逆時(shí)針M順時(shí)M cbM ctV c針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）節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組合剪力設(shè)計(jì)值框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)組合剪力剪力設(shè)計(jì)值按式VjjbM b(1hb0as) 確hb 0asH chb定，剪力增大

27、系數(shù)為1.2 。其中節(jié)點(diǎn)側(cè)梁彎矩 （已折算到節(jié)點(diǎn)柱邊緣）M bl1.2 105.71.3219.4412.06(kN m)節(jié)點(diǎn)右側(cè)梁彎矩（已折算到節(jié)點(diǎn)邊緣）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. 截面設(shè)計(jì)根據(jù)上述所選框架力計(jì)算結(jié)果， 進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)， 滿(mǎn)足構(gòu)件的抗震承載力要求。（ 1）框架梁截面設(shè)計(jì)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(mǎn)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梁左端下部配筋計(jì)算 :AsRE M b下0.75204.25106895.8(mm2 )f y (h0 as )300(650 4040)選用 418, As1017 mm2 .梁左端上部配筋計(jì)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選 622， As2281mm2 。驗(yàn)算二級(jí)框架抗震要求：相對(duì)受壓區(qū)高度As f y AS'f y'22813001017 3000.2090.351 fcbh01.011.9250360梁底部鋼筋面積與頂部鋼筋面積之比為1017/2281=0.446>0.3 ?？v向鋼筋最小配筋率2281>0.003x250x610=457.5, 滿(mǎn)足要求。梁斜截面抗剪設(shè)計(jì)。驗(yàn)算梁截面尺寸： 0.2 c fc bh0427

30、 Vb 332.36(kN ) ，滿(mǎn)足要求。REA svRE V b0 .42 f t bh 01 .256S1 .25f yv h 08，三級(jí)框架要求， 梁配筋直徑 d箍筋間距 s=min（150，h/4,8d）。取雙肢箍 12150，則Asv2261.51>1.256s150（2）框架柱抗震設(shè)計(jì)。柱軸壓比驗(yàn)算軸壓力組合設(shè)計(jì)值，驗(yàn)算柱柱軸壓比時(shí)Nc1.3NEK1.2NGE1.3 192.29 1.2 1598 2167.58(kN)驗(yàn)算正截面承載力時(shí)，與柱順時(shí)針彎矩對(duì)應(yīng)Nc1.3NEK1.0NGE1.3 192.29 1.0 15981847.98(kN)與柱逆時(shí)針彎矩對(duì)應(yīng)Nc 1.3NEK 1.0NGE1.3 ( 192.29) 1.0 1598 1348.02(kN)柱軸壓比為N c21675800.602<0.9 ，滿(mǎn)足三級(jí)框架要求。f c A11.9550 550柱截面承載力計(jì)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框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度為l 0 ，底層取 l0