多层钢筋混凝土框架结构设计实例.docx

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1、多层钢筋混凝土框架结构设计实例有一栋四层现浇钢筋混凝土框架结构办公楼，结构平面、剖面及各层重力荷载代表值如下图。框架 梁截面尺寸：走道梁（各层）为250nlm X400nmi；其他梁为：250mmX 600mm。柱截面尺寸：500mmX 500mmo 混凝土强度等级C30, Ec=3.0X104N/mm2o钢筋强度等级：受力纵筋采用HRB400,箍筋采用HPB235。: 抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g, II类场地，设计地震分组为第一组，结构阻尼比为 0. 05o试进行一根中间横向框架的抗震设计计算。抗震计算步骤如下：1 .计算地震作用及验算变形（计算简图、计算方法、重力荷

2、载代表值及地震作用、楼层地震剪力、层间 水平位移等）；.计算地震作用下结构的内力；2 .进行有地震作用参与的最不利内力组合，并调整内力；.与无地震作用组合的最不利内力比拟，选择两者最不利的内力作为设计截面的依据；3 .根据调整后的内力设计截面。以下结合本实例分别表达各步骤，关于抗震构造措施，可参见建筑抗震设计规范有关内容，本处从略。1 .确定计算简图本实例框架结构的计算简图如下图，其符合底部剪力法的适用条件。2 .计算重力荷载代表值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Gi取本层楼面重力荷载代表值及与其相邻上下层间墙（包括门窗）、

3、柱全部重力荷载代表值的 一半之和。顶层屋面质点重力荷载代表值仅按屋面及其下层间一半计算，各层重力荷载代表值集中于楼层 标高处，其代表值已表示在计算简图中，及计算过程略。3 .计算框架的抗侧移刚度（1）计算梁的线刚度。计算结果如表 所示。其中梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用。 表现浇框架梁线刚度计算（2）计算柱及楼层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bXh (m2)1(m)Io=bh3/12 doV)I尸L 5Ioib=Edb/ 1 (107kN m)Ib-2. 0Io1走道梁0. 25 X0. 402.41.332. 002.52. 663.325楼层梁0. 25 X0. 6

4、05. 74. 56. 753. 5529. 004. 737采用D值法计算，即。=。詈，计算结果如表 所示。各系数的计算公式参见前面的相关内容。 /?例如:对24层柱Zi,2x4.737x1()42x4.340xl04示= 1.091,(7 =2 + K1.0912 + 1.091= 0.353对24层柱Z2, K =_ 2x(4.737 + 3.325)x104元 2x4.340x1()4= 1.858,672 +衣1.8582 + 1.858=0.482对底层柱Z”及=9=色3 = 1.004以=丝区=竺里姆=0.50/3.72 xlO42+K2 + 1.004表 框架柱D值及楼层抗侧移

5、刚度的计算结果注：上表中侧移刚度算出后，注意检查是否符合竖向不规那么的条件。楼 层1层 高m柱 号柱 根 数bXh (m2)Ic=bh3/ 12 doV)ic=Edc/ h (104kN m)Ka尻 (10kN/m)(104kN/ m)D】 (10kN/ m)243.6Zi200. 50 X0. 505. 2084. 3401.0910.3531.41928. 3878.384z2201.8580.4821.93738. 74Z340.8180.2901. 1654. 66Z141.3940.4111.6516. 60414.2Zi200. 50 X0. 505. 2083. 721.0040

6、.5 011.26825. 3668.672z2202. 1670.6401.62032.4z340.9550.4921.2454. 98Zi41.6270.5861.4835.932对底层柱Z2,对底层柱Z2,/=(4.737 + 3.325)x1()4一丁 3.72 xlO4=2.167,a =0.5+ K2 +工0.5 + 2.1672 + 2.167= 0.640.计算结构的自振周期一般采用顶点位移法进行计算，本例也采用此方法。假想顶点位移的计算结果如表所示。由于要考虑填充墙对基本周期的折减，故取折减系数为0.6,那么可得结构基本自振周期为g = 1.877 = L8 x 0.6 x

7、Jo. 131$ = 0.391s。表假想顶点位移的计算结果5.计算水平地震作用并验算弹性位移楼层 1重力荷载代表 值G (kN)楼层剪力(kN)楼层侧移刚 度Di (kN/m)层间位移 (m)%楼层位移(m)% = 2垃%4900090007838400.0120. 131310000190007838400. 0240. 119210000290007838400. 0370. 095111000400006867200. 0580. 058Z40000根据本例的具体情况，选用底部剪力法进行计算。（1）计算水平地震影响系数四。由上面的计算结果知，结构基本周期T尸0. 391s；查表3-2

8、（根据教材）可得多遇地震下设防烈度为8度（设 计基本地震加速度为0.20g）的水平地震影响系数最大值6仙=0.16；查表3-3可得H类场地、设计地震分组第一组时，7； =O.35s。那么%/ 0.35 一(0.391,xl.0x0.16 = 0.145（2）计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值为：Fek = = 0.145 x 0.85 x 40000 = 493（W又因为7； 1.4却故不需要考虑顶部附加地震作用的影响。各楼层的水平地震作用标准值按下式计算，即：耳二手j-K计算结果如表 所示。（3）计算楼层地震剪力各楼层地震剪力标准值按式（6-1）计算，计算结果如表6-所示。经验算，各

9、楼层地震剪力标准值均满足 楼层最小地震剪力的要求。（4）验算多遇地震下的弹性位移。多遇地震下各楼层层间弹性位移按式（6-）计算，计算结果如表6-所示，并以层间位移角的形式表示。由 于钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值为1/550,故各层均满足要求。表6-6.分析水平地震作用下框架的内力楼层 i层高hi （加）Gi(kN )加）G HiE GiHiF人kN )Vi(MA kN/ni)(io-7 %)Ue/h43.69000151350003732001783 .41783 .47838402. 281/157933.61000 011.41140 001505 .93289 .37838404

10、. 201/85 723.6100007.87800 01030 . 44319 .77838405. 511/65314.2110004.24620 0610.349306867207. 181/58 4选取有代表性的平面框架单元进行内力分析。水平地震作用下框架内力计算的步骤如下：（1）计算一根框架每根柱的剪力值；（2）按倒三角形分布的水平荷载形式查表得到各柱的反弯点高度比及其修正值，确定每层各柱的反弯点 位置；（3）计算出每层住上下端的弯矩值；（4）利用节点平衡原理，求出每层各跨梁端的弯矩值、梁端剪力值；（5）由柱轴力与梁端剪力的平衡条件可求出柱轴力。现以轴框架单元为例，将计算结果列于表6

11、-和表6-及图6-中。表6-水平地震作用下中框架柱剪力和柱端弯矩标准柱j层iHi (m )V. (kN)D, (kN /m)D./kN /m)D”DiVik(kN)KyM7M1,-,-Z.43.61783 .478384 0141900.01832. 101.0910.40546.8068. 7633.63289 .3783840141900.01859.211. 0910.4595.92117. 2423.64319 .778384 0141900.01877.751.0910. 50139.95139. 9514.2493068672 0126800.01888. 741.0040.652

12、42.26130. 45%43.61783 .4783840193700.02544.591.8580.44371.1189.4133.63289 .3783840193700.02582.231.8580.45133.21162. 8223.64319 .778384 0193700.025108.001.8580. 50194 .4194.414.24930686720162000.024118.322. 1670. 564280 .28216. 67表6- 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1进深梁走道梁柱Zi柱Z2l(m)M1MrVekl(m)M1MrVekNekNe

13、k45. 768. 7652.5721.282.436.8436.8430.721.289. 4235. 7164.04137.5552.912.496.3896. 3880.3274. 1936.8325. 7235.87192.6375. 182.4134.98134.98112.48150.0774. 1315. 7270.40241.7189.842.4169.36169.36141.13239.91125.426.计算框架在重力荷载代表值下的作用效应在进行结构抗震设计时，结构构件的地震作用内力效应还需要和重力荷载产生的作用效应进行组合。重力荷载是竖向荷载，由于结构基本对称，故不考虑竖向荷载产生的侧移。在重力荷载作用下框架内力计 算采用分层法，同时考虑塑性内力重分布进行梁端负弯矩调幅，调幅系数为0.8,梁的跨中弯矩相应的增 大。以轴框架单元为例，内力计算结果列于表6-中，计算过程略。表中弯矩以顺时针为正。为简单起见， 梁端弯矩为节点处弯矩，如需精确计算至柱边缘处弯矩，可采用公式计算。