抗震结构课程设计.docx

一． 工程概况
1.1结构方案
（一）结构体系
考虑该建筑开间进深层高较大，根据“抗震规范”第6.1.1条，框架结构体系选择大柱网布置方案。
（二）结构抗震等级
该全现浇框架结构处于8度（0.2g）设防区，建筑为六层，底层柱高4.2m，其他层柱高为3.6m；场地为II类场地，地震分组为第二组。“根据抗震规范”第6.1.2条，确定结构抗震等级
（三）楼盖方案
考虑本工程楼面荷载较大，对于防渗、抗震要求较高，为了符合适用、经济、美观的原则和增加结构的整体性及施工方便，采用整体现浇梁板式楼盖。
（四）基础方案
根据工程地质条件，考虑地基有较好的土质，地耐力高，采用柱下独立基础，并按“抗震规范”第6.1.14条设置基础系梁。
二．结构布置及梁柱截面
2.1结构布置见图1
2.2各梁柱的截面尺寸
构件
编号
计算跨度L
(mm)
h=(mm)
b(mm)
横向框架梁
L1
6600
650
250
纵向框架梁
L2
6000
600
250
L3
3000
450
250
底层框架柱
Z1
4200
550
550
其它层框架柱
Z2
3600
500
500
三． 重力荷载代表值的计算
荷载标准值按《荷载规范》取用：
3.1屋面荷载标准值
屋面恒载标准值 ： 5.95 KN/m2
屋面活载标准值（不上人）： 0.5 KN/m2
屋面雪荷载标准值： 0.75 KN/m2
3.2楼面荷载标准值
楼面恒载标准值 3.80 KN/m2
楼面活载标准值 2.50 KN/m2
3.3墙体自重标准值
外墙体均采用250厚加气混凝土块填充，内墙均采用200厚加气混凝土块填充。内墙抹灰，外墙贴面砖。
建筑外围均有填充墙，底层②、⑦轴设有内横墙，二～六层②、④、⑥、⑦轴设有内横墙。
底层外墙线荷载（考虑开门、窗）标准值 6.84 KN/m
内墙线荷载（考虑开门、窗）标准值 5.96 KN/m
标准层外墙线荷载（考虑开门、窗）标准值 5.70 KN/m
内墙线荷载（考虑开门、窗）标准值 4.95 KN/m
240厚砖砌女儿墙线荷载标准值 3.60 KN/m
3.4梁柱自重：
构件编号
截面
（m2）
长度
（m）
线荷载
（KN/m）
每根重量
（KN）
每层根数
（个）
每层总重
（KN）
L1
0.25*0.65
6.6
4.0625
26.81
16
428.96
L2
0.25*0.6
6.0
3.75
22.5
15
337.5
L3
0.25*0.45
3.0
2.8125
8.4375
6
50.63
Z1
0.55*0.55
4.2
7.5625
31.7625
24
762.3
Z2
0.5*0.5
3.6
6.25
22.5
24
540
3.5墙体
（一）第一层
内墙总重
外墙总重
楼面面积
楼面恒载
楼面活载
一层重力代表值

注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。

（二）第二至五层
内墙总重
外墙总重
楼面面积
楼面恒载
楼面活载
二至六层重力代表值

注：梁柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。

（三）第六层
女儿墙总重
屋面面积
屋面恒载
屋面活载
屋面雪荷载
屋顶重力代表值

四． 结构自振周期的计算
4.1横梁线刚度的计算
类别
Ec
（KN/）
b×h（m×m）
（）
（m）
Ec/（KN·m）
1.5Ec/（KN·m）
2Ec/（KN·m）
AB跨、BC跨
3.0×
0.25×0.65
5.72×
6.6
2.6×
3.9×
5.2×
4.2柱线刚度的计算：
层次
（m）
Ec（KN/）
b×h（m×m）
Ic（）
EcIc/h
（KN·m）
1
4.2
3.0×
0.55×0.55
7.63×
5.45×
2--6
3.6
3.0×
0.5×0.5
5.21×
4.34×
4.3各层横向侧移刚度计算：（D值法）
（一）第一层
①、A-1、A-8、C-1、C-8（4根角柱）

这四根柱的抗侧刚度均相等为：

===
②、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、C-2、C-3、C-4、C-5、C-6、C-7（12根边柱）

这12根柱的抗侧刚度均为：

③、B-1、B-8 （2根边柱）

这两根柱的抗侧刚度为：

④、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7（6根中柱）

这六根柱的抗侧刚度均为：

则第一层柱的总抗侧刚度均为：
3.2第二～六层
①、A-1、A-8、C-1、C-8（4根角柱）

这四根柱的抗侧刚度均为：

②、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、C-2、C-3、C-4、C-5、C-6、C-7（12根边柱）

这12根柱的抗侧刚度均为：

③、B-1、B-8 （2根）

这两根柱的抗侧刚度均为：

④、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7（6根中柱）

这六根柱的抗侧刚度为：

则第二层柱到第六层柱的总抗侧刚度均为：

4.4结构基本自振周期的计算：
基本自振周期（s）可按下式计算：

注：假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。
结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取值范围为0.6～0.7（填充墙的系数取小一点的），所以取0.6。
按以下公式计算：

注：为第i层第j号柱的层间侧移刚度。
为第i层的层间侧移。
为框架顶点总位移。
n为框架结构的总层数。
结构顶点的假想侧移计算过程见下表，其中第六层的为和之和。
结构顶点的假想侧移计算：
层次
（KN）
（KN）
（KN/m）
（m）
（m）
6
4722.79
4722.79
401049.1
0.012
0.246
5
4955.82
9678.61
401049.1
0.024
0.234
4
4955.82
14634.63
401049.1
0.036
0.21
3
4955.82
19590.25
401049.1
0.049
0.174
2
4955.82
24546.07
401049.1
0.061
0.125
1
5084.2
29630.27
464177.4
0.064
0.064

所以基本自振周期为0.51s。
五． 水平地震作用计算
本结构高度不超过40m,质量和刚度分布比较均匀，变形以剪切变形为主，故可用底部剪力法来计算水平地震作用，即：
5.1结构等效总重力荷载代表值

5.2计算水平地震影响系数
查表可得场地为二类场地，地震分组为第二组时的特征周期值为：，，，；
查表可得多遇地震情况下8度设防情况下，设计基本加速度为时，；设计基本加速度为时，。本任务书为该全框架处于8度（）设防区。所以根据插入法可得设计基本加速度为时：，则水平地震影响系数为：
。
5.3计算结构总的水平地震作用标准值及用底部剪力法分配
，因为，所以不用考虑顶部附加的地震作用影响，：
其它各层的水平地震作用为：；
地震作用下各楼层水平地震层间剪力为：。

计算过程如下表：

各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表

层次
（m）
（KN）
（KN·m）
/
（KN）
（KN）
6
22.2
4722.79
104845.94
0.27
1020.02
1020.02
5
18.6
4955.82
92178.25
0.24
906.69
1926.71
4
15
4955.82
74337.3
0.19
717.79
2644.5
3
11.4
4955.82
56496.35
0.146
551.57
3196.07
2
7.8
4955.82
38655.4
0.1
377.79
3573.86
1
4.2
5084.2
21353.64
0.055
207.78
3781.64
∑

387866.88

注：集中于各质点的重力荷载，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。
各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布图见图2

六． 水平地震作用下的位移验算
水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按下列公式计算：
； 。
各层的层间弹性位移角，根据《抗震规范》，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值。
计算过程如下表：
横向水平地震作用下的位移验算：

层次
（KN）
（KN/m）
（m）
（m）
（m）

6
1020.02
401049.1
0.0025
0.0306
3.6
1/1440
5
1926.71
401049.1
0.0048
0.0288
3.6
1/750
4
2644.5
401049.1
0.0066
0.025
3.6
1/550
3
3196.07
401049.1
0.008
0.0196
3.6
1/450
2
3573.86
401049.1
0.0089
0.013
3.6
1/405
1
3781.64
464177.4
0.0081
0.0057
4.2
1/519
由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/405>1/550，所以需要采取构造措施加以约束，防止结构出现过大的扭转。
七． 水平地震作用下框架内力计算
7.1框架柱柱端剪力及弯矩
分别按下列公式计算：

注：框架柱的标准反弯点高度比。
为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。
、为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。
y框架柱的反弯点高度比。
底层柱需考虑修正值，第二层柱需考虑修正值和，其它柱均无修正。
下面以③轴线横向框架一榀框架内力的计算为例：
各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）

层次
（m）
（KN）
∑（KN/m）
边 柱
（KN/m）
（KN）
k
y
（KN·m）
（KN·m）
6
3.6
1020.02
401049.1
15069.4
38.33
1.2
0.35
48.3
89.69
5
3.6
1926.71
401049.1
15069.4
72.37
1.2
0.4
104.21
156.32
4
3.6
2644.5
401049.1
15069.4
99.35
1.2
0.45
160.95
196.71
3
3.6
3196.07
401049.1
15069.4
120.09
1.2
0.45
194.55
239.56
2
3.6
3573.86
401049.1
15069.4
134.29
1.2
0.50
241.72
241.72
1
4.2
3781.64
464177.4
18166.7
148
0.95
0.65
404.04
217.56
例：第六层边柱的计算：

（无修正）

各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）
层次
（m）
（KN）
∑（N/mm）
中 柱
（N/mm）
（KN）
k
y
（KN·m）
（KN·m）
6
3.6
1020.02
401049.1
22101.9
56.21
2.4
0.42
84.99
117.37
5
3.6
1926.71
401049.1
22101.9
106.18
2.4
0.47
179.66
202.59
4
3.6
2644.5
401049.1
22101.9
145.74
2.4
0.50
262.33
262.33
3
3.6
3196.07
401049.1
22101.9
176.14
2.4
0.50
317.05
317.05
2
3.6
3573.86
401049.1
22101.9
196.96
2.4
0.50
354.53
354.53
1
4.2
3781.64
464177.4
22986.4
187.27
1.91
0.55
432.59
353.94
7.2梁端弯矩、剪力及柱轴力
分别按以下公式计算：，；，。
式中：、为节点左右的梁端弯矩；
、为节点上下的柱端弯矩；
、为节点左右梁的线刚度。
具体计算过程见下表：
梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算
层次
边梁
柱轴力

边柱N
中柱N
6
89.69
58.69
6.6
22.48
22.48
0
5
204.62
143.79
6.6
52.79
75.27
0
4
300.92
221
6.6
79.08
154.35
0
3
400.51
289.69
6.6
104.58
258.93
0
2
436.27
335.79
6.6
116.98
375.91
0
1
459.28
354.24
6.6
123.26
499.17
0
弯矩图、剪力图，轴力图见图3：

3轴横向一榀框架弯矩图

3轴横向一榀框架梁剪力图

3轴横向一榀框架梁柱轴力图

八． 设计体会
到这里这次抗震结构设计到此就接近尾声了，短短一周的课程设计让我学到了很多东西，要做好一件事是要付出辛勤的劳动的。不过，在看到自己的设计在一步步完善，一步步成型，那种心情是愉快的。
本次抗震结构课程设计让我学到了很多东西，它让我更好的理解了课本上的知识，把平时学到的零散的东西都贯穿了起来，我感觉这一点很重要，其中最主要的我感觉是《高层建筑结构》和《抗震结构设计》它与我们平时课程学习的内容息息相关，这对巩固我们在课堂上所学习到的理论知识有很大作用。同时，在设计的过程中，对我的word排版，autocad图形粘贴到word上怎样让它大小适中而且能看的清标注的数字，公式编辑器的使用等可以说是在尽最大努力的使这份课程设计趋于完美。
在这次课程设计的过程中，也发现了自己在这门课程上存在的很多问题。首先，一些基本的概念理解的都不是很透彻。还好每天有老师答疑，有不懂的问题就向张老师或者其他的老师去问了一下，差不多知道自己问题出在哪里了，有些不懂的也和自己身边的同学讨论讨论，在这其中，自己对知识的理解更加深刻了，对课本不再像平时只针对考试的内容的学习，这一次是详细的了解了一下，可以说这次课程设计是对平时学习的一个很好的补充，这次课程设计对我的毅力也是一种考验，它使我懂得了一件事的成败与否关键在于你看待这件事的态度，只有态度端正了，事情才能干好，我相信我们以后参加工作也是这样的。还有就是，我发现一件事只要肯去做，收获还是很大的。
本次的抗震结构课程设计不仅使我们更加深刻的理解了这门课，相信对我们即将到来的毕业设计也很有帮助，所以说本次课程设计意义重大。
总之，在设计过程中学习到东西就是好的。最后感谢老师对不懂之处的详尽解答，对于老师付出的辛勤劳动，最后说声“谢谢“！

九． 参考文献
1.尚守平.结构抗震设计.北京.高等教育出版社.2003
2.吕西林.高层建筑结构.武汉.武汉理工大学出版社.2003
3.国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）.2002
4.国家标准.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）.2001
5.国家标准.建筑结构抗震设计规范（GB50011-2001）.2001

目 录
一．工程概况………………………………………………………………………… 1
1.1结构方案………………………………………………………………………………… 1
二．结构布置及梁柱截面……………………………………………………………1
2.1结构布置……………………………………………………………………………………1
2.2各梁柱的截面尺寸……………………………………………………………………… 2
三．重力荷载代表值的计算…………………………………………………………2
3.1屋面荷载标准值………………………………………………………………………… 2
3.2楼面荷载标准值……………………………………………………………………………2
3.3墙体自重标准值……………………………………………………………………………3
3.4梁柱自重……………………………………………………………………………………3
3.5墙体…………………………………………………………………………………………4
四．结构自振周期的计算…………………………………………………………… 5
4.1横梁线刚度的计算……………………………………………………………………… 5
4.2柱线刚度计算…………………………………………………………………………… 5
4.3各层横向侧移刚度计算………………………………………………………………… 5
4.4结构基本自振周期的计算……………………………………………………………… 7
五．水平地震作用的计算…………………………………………………………… 9
5.1结构等效重力荷载代表值…………………………………………………………………9
5.2计算水平地震影响系数……………………………………………………………………9
5.3计算结构总的水平地震作用标准值…………………………………………………… 9
六．水平地震作用下的位移验算……………………………………………………11
七．水平地震作用下框架内力计算…………………………………………………12
7.1框架柱柱端剪力及弯矩…………………………………………………………………12
7.2梁端弯矩、剪力及轴力…………………………………………………………………13
八．设计体会…………………………………………………………………………18
九．参考文献…………………………………………………………………………19