建筑抗震课程设计(DOC 23页)

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1、一、 设计资料某2层现浇钢筋混凝土框架结构房屋（按多层框架考虑），其平面及剖面分别见图1和图2，楼层高度分别为H1=、H2=见分组表。现浇钢筋混凝土楼（层）盖。框架梁截面参考尺寸：走道梁（各层）为250mm400mm、顶层为250mm600mm、一层250mm650mm。柱截面参考尺寸： 500mm500mm。混凝土强度等级：梁采用C30；柱采用C35。钢筋强度等级：受力纵筋和箍筋的强度等级分别不低于HRB400、HRB335。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为，结构阻尼比为，设计地震分组为第二组、场地类别为类。试对该框架进行横向水平地震作用下的地震设计计算。荷载信息如下：钢筋混凝土容重

2、为25kN/m3，楼板厚度为h见分组表，活荷载标准值：住宅楼面为m2，走道为m2，不上人屋面为m2。设计时考虑雪荷载的影响，雪荷载标准值为 kN/m2。图1 结构平面图图2 结构剖面图注：a=6m,b=,c=二、重力荷载代表值对于重力荷载的计算，永久荷载取全部，可变荷载取50%，各层重力荷载集中于楼层标高处，各层的墙体均取本层的一半和上一层的一半，顶层只取下层的一半计算。其代表值如图3所示。第二层：恒载：25+=2538KN活载：荷载代表值G2=第一层：恒载：25+=3033KN活载：荷载代表值G1=为了方便计算，取G1=2645KN，G2=3555KN。三、结构自震周期计算1、横梁线刚度的计

3、算梁柱的刚度均采用D值法计算，即梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用，计算结果如表1所示。表1 梁的抗侧移刚度部位截面跨度矩形截面惯性矩边框架梁中框架梁走道梁2二层其他梁69一层其他梁6注：混凝土C30, 2、柱及楼层的抗侧移刚度柱抗侧移刚度： 二层： ；一层： 表2 框架柱值及楼层抗侧移刚度楼层层高柱号根数截面2141515021210061730014 20300284200412490517604173106924011418360257040668460142121029694041670066800419420476803、结构自振周期计算采用假想顶点位移计算,见表3:表3 假想顶点位移计

4、算楼层重力代表值（kN）楼层剪力楼层抗侧移度层间位移楼层位移2264526456173001355562006684606200取填充墙的周期影响系数，则结构的基本自振周期为：四、水平地震作用计算及弹性位移验算1、水平地震影响系数结构的基本自振周期为，多遇地震设防烈度8度，设计基本地震加速度为，查表得水平地震影响系数最大值。场地类别为类，地震分组为第二组，查表得特征周期。结构阻尼比为，阻尼调整系，故地震影响系数为：2、结构总的水平地震作用标准值由于按多层框架考虑，采用底部剪力法计算水平地震作用，结构等效总重力取重力荷载代表的85%计算 ，则结构底部剪力标准值为：由于，且，不需修正顶层附加地震作

5、用。各层水平地震作用计算公式为：，计算结果如表4。3、楼层地震位移计算地震作用下各楼层水平地震层间剪力为：，计算结果如表4所示。4、多遇水平地震作用下的位移验算多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移弹性层间位移角为：其中h为计算楼层层高，计算结果如表4所示:表4 、的计算楼层层高2264519838337036173001355513865668460显然弹性层间角位移均小于弹性层间角限制，故梁柱截面尺寸均满足要求。五、多遇水平地震作用下框架内力计算1、框架柱端剪力及弯矩水平地震作用下的中框架柱剪力和柱端弯矩标准值如表5所示：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层数

6、/m/KN/KNy/261730015150166846018360261730020300166846021210水平地震作用下的边框架柱剪力和柱端弯矩标准值如表6所示：表6 水平地震作用下的中边框架柱剪力和柱端弯矩标准值柱j层数/m/KN/KNy/2617300124901668460167002617300173101668460194202、梁端弯矩、剪力及柱轴力水平地震作用下的中框架梁端弯矩、剪力及柱轴力标准值如表7所示：表7 水平地震作用下中框架梁端弯矩、剪力及柱轴力标准值楼层大梁走道梁跨度/KN跨度/m/KN/KN/KN2616水平地震作用下的边框架梁端弯矩、剪力及柱轴力标准值如

7、表8所示：表8 水平地震作用下边框架梁端弯矩、剪力及柱轴力标准值楼层大梁走道梁跨度/跨度/m/KN/KN/KN2616六、竖向荷载作用框架内力分析计算框架在重力荷载代表值竖向作用下的内力时，重力荷载代表值取全部永久荷载、50%的楼面活荷载和50%的雪荷载。 由于结构的基本对称，竖向荷载下的框架侧移可以忽略，因此，这儿选取半结构采用弯矩分配法计算框架内力。考虑塑性内力重分布进行梁端负弯矩调幅，取弯矩调幅系数为，梁的跨中弯矩随之做相应的增加。1、各节点分配系数 节点分配系数： 图3 节点布置图节点B:节点C:节点D:节点F:表9 各节点分配系数节点BCDF 2、连续梁荷载计算 以下均取中框架结构计

8、算。（1）连续梁恒载二层：大梁线荷载： 走道梁线荷载： 一层：大梁线荷载： 走道梁线荷载： （2）弯矩计算固端弯矩：弯矩分配见表10。表10 弯矩分配过程结点ABCDFHGE杆端ABBABFBCCBCDDCDEDFFDFBFGFHHFGFED分配系数固端弯矩1 2 3 最终弯矩 调幅 整理并考虑梁端弯矩值折算到节点边缘后可得到重力荷载代表下中框架梁端弯矩及柱端弯矩、轴力值，如表11所示。表11 重力荷载代表下中框架梁端弯矩及柱端弯矩、轴力值楼层大梁走道梁/2721注：、分别表示梁左端和右端弯矩，此表中的弯矩值已经考虑了调幅。此表中的弯矩符号规则：以顺时针为正。七、内力组合和内力调整本框架抗震等

9、级为二级。只考虑水平地震作用效应和重力荷载效应的组合。1、框架梁的内力组合和调整对于第一层大梁：（注：此处以使梁下部受拉的弯矩为正并考虑了弯矩值折算到节点边缘）1） 大梁端部组合弯矩设计值梁左端：地震弯矩逆时针方向作用且时，梁左端负弯矩：地震弯矩顺时针方向作用且时，梁左端正弯矩：地震弯矩顺时针方向作用且时，梁左端正弯矩同理，大梁右端弯矩组合分别为： 经比较，大梁端部组合弯矩设计值得最后取值为：梁左端负弯矩：，正弯矩；梁右端负弯矩：，正弯矩。2） 大梁跨中组合弯矩设计值 经比较，梁底跨中组合弯矩设计值得最后取值为：。3） 大梁端部组合剪力设计值 梁端剪力增大系数取。且。梁端弯矩顺时针作用时的剪力

10、为：梁端弯矩逆时针作用时的剪力为：经比较，梁端剪力设计值得最后取值为：。同理，用Excel表格处理数据可以得到横向水平地震作用与重力荷载代表值组合效应，如表格12所示。表12 中框架梁的横向水平地震作用与重力荷载代表值组合效应楼层端部地震重力荷载代表值最大值M/V/KNM/V/KNV/KN2大梁左右0中00走道梁左右中0001大梁左右中00走道梁左右中000注：表中弯矩以以使梁下部受拉的弯矩为正。 走道梁净跨。 “”考虑了地震两个方向的作用，即左震和右震，梁两端的剪力两个值分别考虑了地震弯矩顺时针和逆时针方向。2、框架柱的内力组合和调整对于第一层中柱Z2的内力组合和调整计算如下。1）柱端组合弯

11、矩设计值柱端弯矩组合计算第一层中柱Z2柱顶弯矩： (顺时针方向) (逆时针方向) (顺时针方向) (逆时针方向) 柱端弯矩调整这里仅以逆时针方向弯矩调整为例，并进行承载力计算。A.柱下端截面。对于二级框架：=柱上端截面。经验算，底层柱轴压比小于，因此，柱上端弯矩按下面式子调整：按柱上下端弹性分析所得的考虑地震组合的弯矩比进行分配。节点左侧梁弯矩（已折算到节点边缘）：第一层中柱Z2上端节点：第二层中柱Z2下端节点：则第一层中柱Z2上端截面调整后的组合弯矩设计值为：2）柱端组合剪力设计值 柱上下端截面组合剪力设计值调整时，对于二级框架结构，柱剪力增大系数取。3）节点核心区组合剪力设计值二级框架，强

12、节点系数。同理可得其他柱端节点处的弯矩调整值、组合剪力设计值及节点核心区组合剪力设计值，如表13所示。表13 中框架柱端弯矩逆时针方向调整柱楼层V/KNZ2201Z120010注：表中柱端弯矩已经折算到节点边缘。 表示所求柱端弯矩节点处的另一个柱端弯矩。 二层柱。表14 中框架柱端弯矩顺时针方向调整柱楼层V/KNZ2201Z120010八、截面抗震承载力验算以下以第一层大梁和第一层Z2柱为例计算。混凝土C30：，；C35：，。（1）框架梁截面抗震承载力1）梁正截面抗弯承载力计算梁端在地震反复作用下受弯承载力应满足以下要求：在正弯矩下：在负弯矩下： 梁左端下部配筋： 考虑到为了满足梁配筋的构造要

13、求，选配4 14，。梁左端上部配筋：由于，则为了满足梁配筋的构造要求，选配4 16，。验算二级框架抗震要求：即均满足要求。同理结合表12中数据可求出其它梁端配筋，如表15所示。表15 中框架梁抗弯承载力计算楼层理论值()实配2大梁左上04C14(615)满足左下4C12(452)右上04C14(615)右下04C12(452)跨中4C12(452)走道梁左上04C14(615)左下4C12(452)右上04C14(615)右下4C12(452)跨中4C12(452)1大梁左上04C14(615)左下4C12(452)右上04C14(615)右下4C12(452)跨中4C12(452)走道梁左上

14、04C14(615)左下4C12(452)右上04C14(615)右下4C12(452)跨中4C12(452)注：。由表可得以上截面抗震承载力验算均满足要求。2）斜截面承载力验算检验梁截面尺寸： 满足截面尺寸要求。由斜截面承载力公式可得：由二级抗震等级要求，箍筋直径，箍筋间距，取双肢箍B10150。同理可求得其它斜截面承载力验算，如表16所示。表16 中框架梁斜截面承载力验算楼层梁/KN/KN/配箍2大梁满足0B10150走道梁满足0B101501大梁满足0B10150走道梁满足B10150（2）框架柱截面抗震承载力 以柱Z2截面为例。1）轴力组合设计值和轴压比验算柱轴力组合验算：(与柱端顺时

15、针方向弯矩对应)(与柱端顺时针方向弯矩对应)最大轴压比验算：满足要求。2）正截面承载力计算取柱端弯矩逆时针方向为例。柱为双曲率弯曲，弯矩比：轴压比：柱偏心方向的回转半径：又由混凝土结构设计规范可知：此时可不考虑感觉自身挠曲变形的影响。同理可得其它柱截面的抗弯承载力，如表17和表18所示。表17 中框架柱截面轴力组合及轴压比验算轴力组合柱NE/KNNGE/KN NE + NGE/KN NE + NGE/KNNc/(Afc)二层Z2满足Z172满足一层Z2满足Z1满足表18 中框架柱端弯矩顺时针方向调整时正截面承载力计算轴力组合柱M1/M2/%二层Z2满足25满足58大偏压-1524C18(101

16、8mm2)满足Z1满足25满足174大偏压-234C18(1018mm2)满足一层Z2满足27满足221大偏压204C18(1018mm2)满足Z1满足27满足263大偏压724C18(1018mm2)满足注：为了便于排版，用表格中表示式。当,取，。表19 中框架柱端弯矩逆时针方向调整时正截面承载力计算轴力组合柱M1/M2/%二层Z2满足25满足462大偏压2524C18(1018mm2)满足Z1满足25满足733大偏压3274C18(1018mm2)满足一层Z2满足27满足286大偏压1434C18(1018mm2)满足Z1满足27满足344大偏压1804C18(1018mm2)满足 则柱截

17、面四周均选配4C18，总配筋12C18，满足要求。3)斜截面抗剪承载力验算柱截面尺寸验算：则所有柱截面满足要求。柱截面抗剪承载力验算：若选10A100复合箍，则箍筋直径dA8,箍筋间距s100mm及8d(纵筋直径)，体积配箍率，均满足二级抗震等级柱加密区的箍筋构造要求。而且箍筋肢距不大于200mm，对纵筋的约束要求也满足。对非加密区的配筋仅改为10A200复合箍筋即满足抗震构造要求，此时：一层：二层：取。则柱截面抗剪承载力验算满足要求。（3）节点核心区验算由于梁宽，取。而且节点四侧各梁截面宽度小于该侧柱截面宽度的1/2，正交方向的纵向框架梁高度不小于本横向框架梁高度的3/4，取交叉梁约束影响系

18、数。节点核心区配箍与柱端配箍相同。截面尺寸验算：满足要求。节点作用的轴力：抗震承载力验算： 则节点核心区抗震满足要求。九、罕遇地震作用下变形计算 由于该结构为8度设防的钢筋混凝土框架结构，应进行高于本地区设防烈度预估的罕遇地震作用下薄弱层部位的抗震变形。采用简化方法验算。1、各层梁端、柱端基线抗弯承载力按实际配筋计算各层梁端、柱端基线抗弯承载力。梁的上下配筋不一样，顺时针和逆时针的屈服弯矩不同，因此有两个不同的屈服弯矩。对于一层大梁：梁左端：上部：下部：梁右端：上部：下部：对于二层大梁：梁左端：上部：下部：梁右端：上部：下部： 对于第一层柱端弯矩：各层梁及柱端屈服弯矩的计算结果如图5所示。2、

19、确定各节点的失效机制及单柱屈服剪力已知各梁端与柱端的屈服弯矩后，根据节点处梁、柱屈服弯矩的数量关系，先判别预期的塑性铰位置，并确定柱端有效受弯承载力和各单柱屈服剪力。结果如图5所示。3、计算各楼层的屈服剪力及楼层屈服强度系数1)楼层的屈服剪力计算2）罕遇地震下楼层弹性地震剪力计算。采用罕遇地震水平影响系数最大值，可按计算多遇地震下楼层弹性地震剪力的方法求得罕遇地震下楼层弹性地震剪力。结构自振周期计算时不考虑周期折减系数。3）楼层屈服强度系数的计算各楼层的屈服剪力、罕遇地震下楼层剪力及楼层屈服强度系数的计算结果如表20所示。4）判定是否需要进行罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算及验算位置。由表可知，

20、各楼层的屈服强度系数均大于，则不进行薄弱层弹塑性变形验算。表20 中框架楼层屈服强度系数值层数中框架楼层屈服剪力Vy/KN多遇地震下Ve/KN罕遇地震下Vp/KN2+=(15150+20300)/617300=12x+=(18360+21210)/668460=十、总结和感想经过这次完整的建筑抗震课程设计，我收获颇丰。 对于大作业，设计资料所给混凝土和受力钢筋甚至箍筋的强度均很高，且梁柱截面均很大，对于一个两层框架结构设计显得非常充足。弹性位移角远远小于规范限值；梁配筋4C14+4C12，柱配筋12C18（以上为构造配筋，如果柱选择12C16则不能满足强柱弱梁原则）；轴压比均不大于（）；强节点

21、原则较易实现，从中都可以看出设计约束条件过弱；另外，还可以从最后的屈服强度系数过大可以看出配筋承载力显着过大，甚至可能达不到屈服状态。两层楼的屈服强度系数虽然都大于，但是有明显突变（可能形成薄弱层不利影响），如果要改善该情况，且保证构造措施，则可以加大第一层梁的配筋面积，同时加大柱的配筋面积（以保证强柱弱梁）；但同样该方法会减弱屈服机制的实现，还造成材料的浪费和成本的增加。 以上结果也和重力荷载代表值相关。根据书中叙述，在此次作业中屋面活荷载（不包括雪荷载）未被计入，使得我计算的荷载结果可能比起一些数据偏小。对于竖向荷载作用下进行了三次弯矩分配，但是两次弯矩分配已可以满足精度要求。对梁端弯矩调

22、幅处理后，节点弯矩会再次出现不平衡，我采取了不再进行弯矩分配调整措施，原因如下：第一，如果需要弯矩再分配那它最后调幅后还会不平衡（如果只是保证一定的差别精度也是可以进行调整的）；第二，内力真实值和设计值本身就有差别，结构设计中应采用相应的设计值且不能影响其它取值。 参考文献1 薛素铎,赵均,高向宇.建筑抗震设计.北京.科学出版社.20122 梁兴文,史庆轩.混凝土结构设计原理.北京.中国建筑工业出版社.20103 国家标准.混凝土结构设计规范(GB50010-2015).20154 国家标准.建筑结构荷载规范(GB50009-2012).20125 国家标准.建筑结构抗震设计规范(GB50011-2010).2010