抗震设计课程设计

《建筑抗震设计》课程设计三层实验楼框架结构抗震设计学院名称：水利水电与建筑学院班级：08土木工程姓名：学号：指导教师：黄剑锋日期：2011年12月30日说明：云南农业大学08土木工程，无敌的专业！文件已加密，只能浏览，不能打印与复制！地震水平剪力采用底部剪力法，结构内力采用分层法，由于时间关系，没有对活荷载进行不利布置，只是乘于了分项系数，相当于满布活荷载。希望对大家有所帮助！——08土木工程某实验楼为三层钢筋混凝土框架结构，外围护墙为24cm砖墙，平均重量为（含双面粉刷及窗户）3.59KN/m，中间为实验大厅（无隔墙），梁截面尺寸为300×600，混凝土为C20，柱截面尺寸为500×500，混凝土为C30，现浇混凝土梁柱，楼盖为空心板，上浇40mm厚叠合层，Ⅱ类场地，设防烈度为7度近震，验算结构横向层间位移，计算框架的内力及底层梁的配筋。屋面荷载楼面荷载活载使用荷载0.53.0雪荷载0.3‐恒载屋面保温层重2.52.0叠合层重1.01.0预制板重2.62.6沿y方向水平地震剪力的计算（1）楼层荷载代表值a、屋面恒载=（2.5+1.0+2.6）×12×27=1976.4KN屋面活载=（0.5+0.3）×12×27=259.2KNb、楼面恒载=（2.0+1.0+2.6）×12×27=1814.4KN楼面活载=3.0×12×27=972KNc、墙荷载=3.59×（12+27）×2=280KN梁自重=0.3×0.6×[（4.5-0.5）×6×3+（6-0.5）×2×7]×25=670.5KN柱自重：顶层=0.5×0.5×29.3×3×7×25=255.9KN中间层=0.5×0.5×（29.3+29.3）×3×7×25=511.9KN底层=0.5×0.5×（29.3+27.4）×3×7×25=564.4KN恒载取全部，活载去50%，把各层重力荷载集中于楼层标高处得：三层：G3=1976.4+22.259+670.5+255.9=3032.4KN二层：G2=1814.4+2972+280+670.5+511.9=3762.8KN一层：G1=1814.4+2972+280+670.5+564.4=3815.3KN故得：G1=3815.3KNG2=3762.8KNG3=3032.4KN∑Gi=10610.5KN（2）梁、柱线刚度计算1）梁的线刚度由于此实验楼为钢筋混凝土框架，现浇混凝土梁柱，楼盖为空心板，上浇40mm厚叠合层，则需要考虑楼板对梁的截面弯曲刚度的影响，此时为计算简化，取框架梁截面惯性矩增大系数均为1.2，则有：已知：C20混凝土E=25.5×106KN/m2C30混凝土E=30×106KN/m2kb=lIEbb=62.16.03.0121105.2536×××××=27.54×103KN·m2）柱的线刚度a、首层柱：Kc=hIEcc=7.45.05.0121103036××××=33.24×103KN·mb、其它层柱：Kc=hIEcc=9.35.05.0121103036××××=40.06×103KN·m3）柱的侧移刚度Da、一般层D值的计算DckkK2bΣ=———KK+=2α)/(122mKNhkDcα=中柱（7根）37.11006.4021054.27433=××××407.037.1237.1=+0.407×40.06×103×29.312=12877.3边柱（14根）684.01006.4021054.27233=××××256.0684.02684.0=+0.256×40.06×103×29.312=8085.69∑D=12877.3×7+8085.69×14=203340.7KN/mb、底层D值的计算DckkK2bΣ=———KK++=25.0α)/(122mKNhkDcα=中柱（7根）687.01006.4021054.27233=××××442.0687.02687.05.0=++0.442×40.06×103×27.412=9616.56边柱（14根）344.01006.4021054.27133=××××36.0344.02344.05.0=++0.36×40.06×103×27.412=7834.99∑D=9616.56×7+7834.99×14=177005.7KN/m（3）框架自振周期的计算计算公式：∑∑==∆∆Ψ=niiiniiiTGGT11212（能量法）层位Gi(KN)∑Di(KN/m)∑niGi(KN)iiiDGu∑=∆（m）∑=∆=niiiuu1(m)Giui(KN·m)2iiuG(KN·m2)33032.4203340.73032.40.01490.1083328.33335.55023762.8203340.76795.20.03340.0934351.30332.79813815.3177005.710610.50.05990.0599228.70613.710∑iiuG=908.342KN·m∑2iiuG=82.058KN·m2取TΨ=0.5则由公式sGGTniiiniiiT3.030056.0342.908058.825.0221121≈=×=∆∆Ψ=∑∑==（4）多遇水平地震作用标准值和位移计算本实验楼房屋高度12.5m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算多遇水平地震作用标准值。由表查得，多遇地震，设防烈度7度，设计地震加速度为0.1g时，αmax=0.08；Ⅱ类场地，设计地震分组为第二组Tg=0.40因为Tg=0.4＞T1=0.3＞0.1所以得α=αmax=0.08因为T1=0.3＜1.4Tg=1.4×0.4=0.56S所以不需要考虑顶部附加水平地震作用，即δn=0结构总水平地震作用标准值FEK=α1Geq=0.08×0.85×10610.5=721.514KN质点i的水平地震作用标准值、楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程如下：验算框架层间弹性位移公式：hee][θµ≤∆质点i的水平地震作用标准值计算公式：)1(1nEKnjjjiiiFHGHGFδ−=∑=楼层层间位移计算公式：∑==∆nkikieiDV1µFi、Vi和Δue的计算如下表层位Gi(KN)Hi(m)GiHi∑GiHiFi(KN)Vi(KN)∑D(KN/m)Δue(m2)33032.412.53790588196.99310.090310.090203340.70.001523762.88.632360.08264.728574.818203340.70.002813815.34.717931.91146.696721.514177005.70.0041首层：000867.07.40041.0==∆heµ＜0022.04501=（满足）二层：000725.09.30028.0==∆heµ＜0022.04501=（满足）三层：000391.09.30015.0==∆heµ＜0022.04501=（满足）（5）框架地震内力的计算框架柱剪力和柱端弯矩的计算过程如下表：其中iikVDDV∑=；M下=Viky0h(为柱下端弯矩)；M上=Vik（1-y0）h(为柱上端弯矩)柱层h(m)Vi(KN)∑D(KN/m)D(KN/m)∑DDVik(KN)—Ky0M下（KN·m）M上（KN·m）边柱33.9310.09203340.78085.690.039812.330.6840.3516.8331.2623.9574.82203340.78085.690.039822.860.6840.4540.1149.0314.7721.51177005.77834.990.044331.940.3440.78117.0833.02中柱33.9310.09203340.712877.30.063319.641.370.4232.1744.4223.9574.82203340.712877.30.063336.401.370.4766.7375.2414.7721.51177005.79616.560.054339.200.6870.7128.9755.27梁端剪力及柱轴力计算过程如下表：由于此框架为两跨等跨结构，中间节点两侧梁的线刚度相等，故在中间节点由柱传来的弯矩左右梁进行均分层AB跨梁端剪力BC跨梁端剪力柱轴力l(m)ME左（KN·m）ME右（KN·m）lMMVEEE右左+=(KN)l(m)ME左（KN·m）ME右（KN·m）lMMVEEE右左+=(KN)边柱NE(KN)中柱NE(KN)3631.2622.218.91622.2131.268.918.9102665.8653.7119.93653.7165.8619.9328.8401673.146122.3666173.1422.3651.200受y方向水平地震剪力作用下，结构弯矩图与剪力图如图：沿x方向水平地震剪力的计算（1）楼层荷载代表值由上一步得：G1=3815.3KNG2=3762.8KNG3=3032.4KN∑Gi=10610.5KN（2）梁、柱线刚度计算1）梁的线刚度由于此实验楼为钢筋混凝土框架，现浇混凝土梁柱，楼盖为空心板，上浇40mm厚叠合层，则需要考虑楼板对梁的截面弯曲刚度的影响，此时为计算简化，取框架梁截面惯性矩增大系数均为1.2取x方向梁的尺寸为200×500则有：已知：C20混凝土E=25.5×106KN/m2C30混凝土E=30×106KN/m2kb=lIEbb=5.42.15.02.0121105.2536×××××=14.17×103KN·m2）柱的线刚度a、首层柱：Kc=hIEcc=7.45.05.0121103036××××=33.24×103KN·mb、其它层柱：Kc=hIEcc=9.35.05.0121103036××××=40.06×103KN·m3）柱的侧移刚度Da、一般层D值的计算DckkK2bΣ=———KK+=2α)/(122mKNhkDcα=中柱（15根）707.01006.4021017.14433=××××261.0707.02707.0=+0.261×40.06×103×29.312=8256.863边柱（6根）354.01006.4021017.14233=××××15.0354.02354.0=+0.15×40.06×103×29.312=4748.84∑D=8256.863×15+4748.84×6=152346KN/mb、底层D值的计算DckkK2bΣ=———KK++=25.0α)/(122mKNhkDcα=中柱（15根）354.01006.4021017.14233=××××364.0354.02354.05.0=++0.365×40.06×103×27.412=7893.37边柱（6根）177.01006.4021017.14133=××××311.0177.02177.05.0=++0.311×40.06×103×27.412=6766.79∑D=7893.37×15+6766.79×6=159001KN/m（3）框架自振周期的计算计算公式：∑∑==∆∆Ψ=niiiniiiTGGT11212（能量法）层位Gi(KN)∑Di(KN/m)∑niGi(KN)iiiDGu∑=∆（m）∑=∆=niiiuu1(m)Giui(KN·m)2iiuG(KN·m2)33032.41523463032.40.01990.1312397.97452.23023762.81523466795.20.04460.1113418.93546.64213815.315900110610.50.06670.0667254.60316.990∑iiuG=1071.512KN·m∑2iiuG=115.863KN·m2取TΨ=0.5则由公式sGGTniiiniiiT33.032883.0512.1071863.1155.0221121≈=×=∆∆Ψ=∑∑==（4）多遇水平地震作用标准值和位移计算本实验楼房屋高度12.5m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算多遇水平地震作用标准值。由表查得，多遇地震，设防