完整版抗震毕业课程设计.docx
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完整版抗震毕业课程设计
广东技术师范学院天河学院
《建筑结构抗震设计》
课程设计成果
班级:
土木111
姓名:
王春辉
指导教师:
王爱云
日期:
2013年12月
广东技术师范学院天河学院建筑工程系
1.多层钢筋混凝土框架结构设计任务书1
1.1设计资料1
1.2设计内容2
1.3设计要求2
2.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书3
2.1计算简图及各楼层质量的计算3
2.2框架抗侧移刚度的计算3
2.3自震周期计算5
2.4水平地震作用计算及弹性位移验算5
2.4.2水平地震作用计算5
2.4.3楼层地震剪力计算6
2.4.4多遇地震下的弹性位移验算6
2.5水平地震作用下框架的内力分析7
2.6框架重力荷载作用效应计算9
2.6.1重力荷载代表值计算10
2.6.2重力荷载代表值下的弯矩计算12
2.6.3弯矩的条幅与折算14
2.7内力组合与内力调整15
2.7.1框架梁的内力组合及调整15
2.7.2框架柱的内力组合及调整16
2.7.3节点核心区组合剪力设计值………………………………………………………………….17
2.8框架截面设计17
2.8.1框架梁截面设计17
2.8.2框架柱截面设计19
2.8.3节点核心区验算…………………………...…………………………………………………21
参考文献22
《建筑结构抗震设计》课程设计个人总结23
1.多层钢筋混凝土框架结构设计任务书
1.1设计资料
1.某一栋普通3层的现浇钢筋混凝土框架结构办公楼,结构平面布置如图1所示,不上人屋面,屋顶无局部突出部分;底层层高4m,二、三层层高3.6m。
2.本设计所有梁、柱尺寸均见图1.1,柱截面尺寸均为500mm×500mm。
图1.1结构平面布置
3.材料强度:
梁、板、柱强度等级皆为C30,纵向受力钢筋采用HRB400,箍筋采用HPB300。
4.结构恒荷载框架计算简图1.2、活荷载框架计算简图1.3已给出。
各层的重力荷载代表值为:
G1=11400kN,G2=10900kN,G3=9900kN;
5.地震资料:
(1)设防烈度及基本地震加速度:
8度(0.2g)。
(2)设计地震分组:
第二组。
(3)建筑场地类别:
I1类场地。
图1.1框架恒荷载分布图图1.2框架活荷载分布图
1.2设计内容
1.按指导教师给定的设计号进行设计,编制设计计算书;
2.计算各层质量、抗侧刚度,计算结构的自振周期;
3.横向地震作用计算及层间位移验算;
4.指定⑦号轴线上一榀框架在恒、活载及水平地震作用下的内力图(弯矩图、剪力图、轴力图);
5.设计所选定一榀框架各构件(梁、柱)在有地震组合下的配筋。
6.电脑绘制梁平法施工图、柱平法施工图。
1.3设计要求
1.计算书
计算书应书写清楚,字体端正,步骤完整、内容清晰,计算公式、计算简图均应列入,并尽量利用表格编制计算过程。
2.绘制楼盖结构施工图
(1)梁配筋图(比例尺1:
200);
(2)柱配筋图(比例尺1:
200);
(3)在图中标明有关设计说明,如混凝上强度等级、钢筋的种类、混凝土保护层厚度等;
(4)图面应整洁,字体和线条应符合建筑结构制图标准。
2.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书
2.1计算简图及各楼层质量的计算
1.计算重力荷载代表值时,永久荷载取全部,楼面可变荷载取50%,屋面活荷载不考虑。
各质点的重力荷载代表值取本楼面重力荷载代表值及与其相邻上下层间墙(包括门墙),柱全部重力荷载代表值的一半之和。
本题已给出各层的重力荷载代表值。
2.框架结构的计算简图如图1.4所示。
图1.4剖面及计算简图
各楼层集中质量分别为
,,
2.2框架抗侧移刚度的计算
(D值法的计算)
1.梁的线刚度。
计算结果如表2.1所示。
其中梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用。
表2.1现浇框架梁线刚度计算
部位
截面
跨度
矩形截面
惯性矩
边框架梁
中框架梁
走道梁
0.25x0.5
2.40
2.60
3.90
4.88
5.20
6.50
顶层梁
0.3x0.6
6.60
5.40
8.10
3.68
10.80
4.91
楼层梁
0.3x0.6
6.60
5.40
8.10
3.68
10.80
4.91
注:
混凝土C30,
2.柱的抗侧移刚度。
采用D值法计算。
已知,计算结果如表4.2所示。
表中系数按下列式子计算
对一般层
对底层
表2.2框架柱值机楼层抗侧移刚度的计算
楼层
i
层高m
柱号
柱根数
2~3
3.6
Z1
16
0.5x0.5
5.208
4.34
1.13
0.361
1.451
23.216
73.508
Z2
16
2.63
0.568
2.283
36.528
Z3
4
0.85
0.298
1198
4.792
Z4
4
1.97
0.496
2.993
7.972
1
4.0
Z1
16
0.5x0.5
5.208
3.906
1.26
0.540
1.584
25.344
71.232
Z2
16
2.92
0.695
2.038
32.608
Z3
4
0.94
0.490
1.437
5.748
Z4
4
2.19
0.642
1.883
7.532
注:
混凝土C30,
3.楼层侧移刚度。
楼层所有柱的D值之和即为该楼层抗侧刚度。
其计算过程及计算结果如表所示2.2。
2.3自震周期计算
(选用顶点位移法。
)
假想顶点位移的计算结果如表2.3所示。
表2.3假想顶点位移计算
楼层i
重力荷载代表值GikN
楼层剪力
VGi=∑GikN
楼层侧移动刚度
Di(kNm)
层间位移
δi=VGiDim
楼层位移
Δ=∑δim
3
9900
9900
752300
0.013
0.085
2
10900
20800
752300
0.028
0.072
1
11400
32200
726500
0.044
0.035
∑
32200
取框架结构的周期影响系数,可得结构基本自振周期为
2.4水平地震作用计算及弹性位移验算
(选用顶点位移法。
)
2.4.1水平地震影响系数的计算
结构基本周期取顶点位移法的计算结果,T1=0.332s;多遇地震下设防烈度8度(设计地震加速度0.2g)的水平地震影响系数最大值a1=0.16;查表3-3可得I1类场地、设计地震分组为第二组时,Tg=0.30s,则
2.4.2水平地震作用计算
结构总水平地震作用标准值为
因为T1=0.332s<1.4Tg,所以不需要考虑顶部附加地震作用的修正。
分布在各楼层的水平地震作用标准值下列式子计算,即
计算结果如表2.4所示。
2.4.3楼层地震剪力计算
各楼层地震剪力标准值按下列式子计算,计算结果如表2.4所示。
多遇地震下设防烈度7度,基本周期小于3.5s的楼层最小地震剪力λ=0.024。
各楼层地震剪力标准值均满足楼层最小地震剪力要求,即
根据表中数据,经验算满足上式要求。
2.4.4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按式子计算。
计算结果如表2.4所示,并将其表示为层间位移角Δueh形式。
钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值为1550。
经验算各层均满足要求。
表2.4Fi、Vi、Δue及Δueh
楼层
i
层高him
GikN
Him
GiHi
∑GiHi
FikN
VikN
DikNm
Δue
10-3m
Δueh
3
3.6
9900
11.2
110880
239320
1851.40
1851.40
752300
2.46
0.68
2
3.6
10900
7.6
82840
1383.21
3234.61
752300
4.30
1.19
1
4.0
11400
1.0
45600
761.40
3996.00
726500
5.50
1.38
2.5水平地震作用下框架的内力分析
1.将上述求得的各楼层地震剪力按下列式子,分配到单元框架的各框架柱,可得各层每根柱的剪力值,即
通过查表得各柱的反弯点高度比及其修正值(可近似按倒三角行分布的水平荷载查表),再利用式子yh=(y0+y1+y2+y3))
图6.1恒荷载作用下⑦轴框架弯矩(kN⋅m)图6.2恒荷载作用下⑦轴框架剪力(kN⋅m)
图6.3恒荷载作用下⑦轴框架轴力(kN⋅m)
表2.6.2活荷载作用下⑦轴框架弯矩二次分配(kN⋅m)
图6.4活荷载作用下⑦轴框架弯矩(kN⋅m)图6.5活荷载作用下⑦轴框架剪力(kN⋅m)
图6.6活荷载作用下⑦轴框架轴力(kN⋅m)
图6.7重力荷载作用下⑦轴框架弯矩(kN⋅m)图6.8重力荷载作用下⑦轴框架剪力(kN⋅m)
图6.9重力荷载作用下⑦轴框架轴力(kN⋅m)
表2.6.3重力荷载代表值作用下的⑦轴框架梁端弯矩及柱端弯矩,轴力
表中弯矩以顺时针为正,弯矩值已经折算到节点边缘处,选用公式:
梁端:
柱端:
注:
M:
节点柱边缘处弯矩值;Mc:
轴线处弯矩值;
Vo:
按简支梁计算的支座剪力值,取绝对值;
M后:
节点梁边缘处弯矩值;M前:
轴线处弯矩值,折算前组合值;
Vo:
柱的支座剪力值;<24m,确定抗震等级为三级。
以下未特殊说明,均是以⑦轴框架底层楼面为例的梁与柱的内力组合计算。
2.7.1框架梁的内力组合及调整
粱左端:
地震作用弯矩顺时针方向时,,则梁左端正弯矩为
地震作用弯矩顺时针方向时,,则梁左端正弯矩为
zuoduan____________________________________________________________________________________________________________________
地震作用弯矩逆时针方向时,梁左端负弯矩为
梁右端:
地震作用弯矩顺时针方向时,梁右端负弯矩为
地震作用弯矩逆时针方向时,梁右端正弯矩为
地震作用弯矩逆时针方向时,,则梁右端正弯矩为
经比较,梁端组合弯矩设计值的最后取值为:
梁左端最大负弯矩为-333.80KN·m,最大正弯矩为241.40KN·m;梁右端最大负弯矩为-274.10KN·m,最大正弯矩为135.91KN·m。
(2)梁端组合剪力设计值
三级框架梁端截面组合剪力设计值按式
计算,剪力增大系数为1.2。
梁端弯矩顺时针作用时的剪力为(取)
梁端弯矩逆时针作用时的剪力为:
经比较,梁端最大剪力为216.87KN。
2.7.2柱的内力组合及调整
以⑦轴框架底层中柱为例。
(1)柱端组合弯矩设计值。
柱顶弯矩(是已经折算到节点边缘的弯矩值):
逆时针方向
顺时针方向
柱底弯矩:
逆时针方向
顺时针方向
柱端弯矩调整如下。
柱下端截面:
三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1.5,即应调整为
(逆时针方向)
柱上端截面:
由于底层柱轴压比为,所以,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1.5,即应调整为
(逆时针方向)
(2)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)按式调整为
2.7.3节点核心区组合剪力设计值
以⑦轴框架底层中柱节点为例。
框架节点核心区组合剪力设计值按式确定,剪力增大系数为1.2。
即
其中,节点左侧梁弯矩(已折算到节点柱边缘)为
节点右侧梁弯矩(已折算到节点柱边缘)为
2.8框架截面设计
梁的混凝土强度等级皆为C30(fc=14.3Nmm2,ft=1.43Nmm2),纵向受力钢筋采用HRB400(fy=360Nmm2,ξb=0.517),箍筋采用HPB300(fy=270Nmm2)。
2.8.1框架梁截面设计
以⑦轴框架底层楼面进深梁为例。
(1)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例要求:
及
式中、—分别为梁端上部钢筋面积和下部钢筋面积。
梁左端下部配筋计算:
选,1017
梁左端上部配筋计算:
选,1900.
验算三级框架抗震要求:
相对受压区高度
梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比
纵向钢筋最小配筋面积1900
皆满足要求。
同理可计算出梁右端配筋(略)。
(2)梁斜截面抗剪设计。
验算梁截面尺寸:
满足要求。
又因为
三级框架要求,梁箍筋直径,箍筋间距。
取双肢箍,则
2.8.2框架柱抗震设计
以⑦轴框架底层中柱节点为例。
(1)柱轴压比验算
柱轴力组合设计值:
验算柱轴压比时
验算正截面承载力时
与柱端顺时针弯矩对应
与柱端逆时针弯矩对应
轴压比为
满足二级框架柱要求。
(2)柱正截面承载力计算。
已知调整后的柱底截面最不利组合内力
,
取
框架柱的计算长度,底层取,其它层取,H为层高。
,可以不考虑杆件自身挠曲变形的影响,故可取。
按大偏心受压构件计算
选位于角部,每边分别布置,总配筋为,。
配筋率
满足要求
(3)柱斜截面抗剪承载力计算。
柱截面尺寸验算:
满足要求
柱抗剪承载力计算:
故取
。
满足要求。
从计算上,混凝土本身已满足抗剪承载力要求,但是规范要求和满足安全性的前提下,
2.8.3节点核心区验算
由于梁宽,可以取。
并且节点四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的12,正交方向的纵向框架梁高度不小于本横向框架梁高度的34,可以取交叉梁约束影响系数。
节点核心区配筋与柱端配筋相同。
截面尺寸的验算:
满足要求
节点作用的组合轴力设计值:
抗震承载力验算:
节点核心区抗震抗剪承载力不满足要求,需提高节点区混凝土强度等级或箍筋强度等级
参考文献
[1]GB50009—2012,建筑结构荷载规范[S].北京:
中国建筑工业出版社,2012
[2]GB50011—2010,建筑抗震设计规范[S].北京:
中国建筑工业出版社,2010
[3]GB50010—2010,混凝土结构设计规范[S].北京:
中国建筑工业出版社,2010
[4]祝英杰,谷伟.结构抗震设计[M].北京:
北京大学出版社,2012
《建筑结构抗震设计》课程设计个人总结
项目
内容
个
人
总
结
及
体
会
经过这周的实训,我更深刻的了解混到凝土结构,是一门综合性很强,涉及面广,实践性和理论性都很强的专业学科。
它同样要求我们在实践中学习和锻炼,实践实训教学是土木工程专业的重要组成部分。
所以在校期间,要通过实训接受教育并增加我们的理论实践经验。
让学生在实际的实践设计中更深刻的掌握理论知识,为以后走上工作岗位打下坚实基础。
这次实训,让我学着把课堂学到的理论知识运用到实践中去,俗话说:
是驴是马,牵出来溜溜。
这次实训,需要用全面的理论知识为指导和计算能力为基础。
通过这次实训,我了解到自己本身存在的问题和不足之处:
(1)书本中的理论知识不能熟练的掌握和运用,以至于要经常翻书查看,真的导致做计算书时进度缓慢、频频出错的关键;
(2)学过的知识掌握不牢靠,比如对于CAD制图和过程制图中的很多制图规范不能正确运用,以至于绘图不规范。
经过这次的实训,我也收获了很多,在学会独立和全面的思考,虽然感觉到有压力,但通过和同学的交流,老师的耐心指导,和自己在图书馆及上网搜索的各种知识和规范,我既丰富了理论知识,又提升了实践能力。
在做楼板结构课程设计的过程,遇到很多困难,主要是因为:
(1)自己对专业知识掌握不牢;
(2)各种规范不清晰,用时无法得心应手;
(3)没有全局的思路,往往是做到哪想到哪,走了不少弯路。
这两周的实训,真的是获益良多,总而言之,学建筑,要注重理论知识的积累,实践能力的提升,注重于他人的沟通与交流,善于采用有用的建议,这样才能少走不必要的弯路,减少不必要的损失!
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