多层框架结构抗震设计.docx

多层框架结构抗震设计（按2010规范）（一）、工程概况本例题为某企业办公楼。办公楼平面图见例题图4.17。建筑沿X方向长度为27.2m；Y方向长度为17.8m。建筑层数为三层，各层层高均为3.6m，室外地面至屋面的总高度为11.1m，无地下室。上部主体结构为钢筋混凝土框架结构体系。基础采用钢筋混凝土柱下独立基础。基础顶面（相对一层室内地面标高0.000）的标高为-0.800米。图4.17建筑标准层平面图（二）、设计依据（1）主体结构设计使用年限为50年（2）自然条件：当地的基本风压W0=0.35kN/m2；基本雪压S0=0.30kN/m2；抗震设防烈度7度；依据所提供的工程地质勘察报告：可采用天然地基上浅基础，基础底面置于地质勘察报告的第层，园砾层。基础范围内的园砾层的分布均匀，厚度大于15米。承载力标准值为fk=350kPa。（3）设计所采用的主要标准建筑结构荷载规范（GB50009）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）建筑地基基础设计规范（GB50007）（4）建筑分类等级建筑结构安全等级为二级；建筑抗震设防类别为丙类；钢筋混凝土结构的抗震等级为三级；地基基础的设计等级为丙级；建筑防火分类为多层民用建筑、耐火等级为二级。（5）主要荷载(作用)取值楼面活荷载取2.0 kN/m2；上人屋面活荷载取2.0 kN/m2；基本雪压S0=0.30kN/m2；（6）抗震设计参数抗震设防烈度7度（0.15g）设计地震分组为第二组场地类别为类、场地属抗震有利地段；多遇地震的水平地震影响系数最大值max=0.12；特征周期Tg=0.4s;结构阻尼比0.05。（6）主要结构材料混凝土强度等级柱C30、梁板C25、其它构件C20；纵向受力钢筋和箍筋采用HRB400、其它HPB300；填充墙砌体采用蒸压加气混凝土砌块，砌块强度等级不小于MU5.0、砂浆强度M5.0混凝土砌块容重不大于6kN/m3。结构平面布置图结构平面布置图3 截面尺寸初步估计柱截面设计采用C30混凝土柱截面：根据轴压比，高宽要求，初步估计柱的截面尺寸为(1/10-1/15)的柱高，而柱高最大值为底层的柱高，为3600+800=4400mm，故取b=h=400mm.梁的截面设计梁的截面宽度b: 框架梁取300mm,楼面连系梁取200mm。梁的截面高度h取值如下：横向框架梁： h1=（）L (3-2) AB、CD跨: ， 取h1=600mm BC跨：在AB和CD之间，取h1=400mm 横向框架梁： h1=（）L ，取500mm连系梁： H2L , 取h2=400mm。综上可知，各梁的截面如下：框架梁： 横向 b1h1=250mm600mm（AB跨、BC跨、CD跨）、BC跨b2h2=250mm600mm 纵向b3h3=250mm500mm 次梁： b3h3=200mm400mm（三）、荷载计算（1）永久荷载屋面恒载保温防水：西南图集03J201-1-10-2106a 3.13kN/m2 结构层：现浇钢筋混凝土板 100mm 2.5kN/m2顶面抹灰：10厚水泥砂浆 0.2kN/m2 合计5.82kN/m2 （2）标准层楼面恒载楼面装修：西南04J312-8-3131a 1.2kN/m2结构层：现浇钢筋混凝土板 100mm 2.5kN/m2顶面抹灰：10厚水泥砂浆 0.2 kN/m2 合计3.9 kN/m2 （3）梁自重横向框架梁KL1自重b3h=250mm3600mm (0.60-0.1)30.25325=3.125kN/m抹灰:10厚水泥砂浆 0.013（0.5032+0.25）320 =0.25kN/m 合计3.375kN/m横向框架梁KL2自重b3h=250mm3400mm (0.4-0.1)30.25325=1.88kN/m抹灰:10厚水泥砂浆 0.013（0.332+0.25）320 =0.17kN/m 合计2.05 kN/m纵向框架梁KL3自重b3h=250mm3500mm (0.5-0.1)30.25325=2.5kN/m抹灰:10厚水泥砂浆 0.013（0.432+0.25）320 =0.21kN/m 合计2.71kN/m次梁L1自重b3h=200mm3400mm (0.40-0.1)30.20325=1.5kN/m抹灰:10厚水泥砂浆 0.013（0.332+0.20）320 =0.16kN/m 合计1.66kN/m（4）柱自重b3h=400mm3500mm 0.4030.50325=5kN/m抹灰 0.013(0.4+0.5)32320=0.36 kN/m 合计5.36kN/m（5）墙体自重外纵墙自重标准层：(层高3.6m)纵墙 0.243（3.6-0.5）36=4.46kN/m内外侧抹灰： 0.02323（3.6-0.5）320=2.48 kN/m 合计6.94kN/m 考虑窗折减：6.94kN/m30.9=6.25 kN/m内纵墙自重：顶层：(层高3.6m)纵墙 0.123（3.6-0.5）36=2.23kN/m双面抹灰： 0.02323（3.6-0.5）320=2.48 kN/m 合计4.71kN/m考虑窗折减：4.71kN/m30.9=4.24 kN/m内横墙自重：标准层：(层高3.6m)横墙 0.123（3.6-0.6）36=2.16kN/m双面抹灰： 0.02323（3.6-0.6）320=2.4 kN/m 合计4.56kN/m 外横墙自重：标准层：(层高3.6m)横墙 0.243（3.6-0.6）36=4.32kN/m双面抹灰： 0.02323（3.6-0.6）320=2.4 kN/m 合计6.72kN/m考虑窗折减：6.72kN/m30.9=6.05 kN/m（6）活载标准值计算查荷载规范：楼面均布活荷载标准值为2.0N/m2上人屋面均布活荷载标准值为2.0kN/m2走廊均布活荷载标准值为2.5kN/m2雪荷载为0.3kN/m2 雪荷载与屋面活荷载不同时考虑，两者取大。（四） 、梁、柱刚度计算根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正： 边框架 =1.5 中框架 =2取结构图中4号轴线的一榀框架进行计算横梁线刚度i b的计算采用混凝土C25， =2.8104N/mm2 横梁线刚度ib计算表类别Ec (N/mm2)b (mm)h (mm) (mm4)L (mm)EcI0/l (Nmm)1.5EcI0/l (Nmm)2EcI0/l (Nmm)AB、CD跨2.81042506004.510972001.7510102.610103.51010BC跨2.81042504001.3310932001.161010 1.710102.31010 柱线刚度i c的计算柱线刚度ic计算表层次Ec (N/mm2)b （mm）h （mm）lc （mm） （mm4）EcIo/l (Nmm)13.010440050044004.21092.861010233.010440050036004.21093.51010各层横向侧移刚度计算 底层中框架A、D柱 c=(0.5+k)/(2+k)=0.54D11=c12ic/h2=0.54122.861010/44002=9573中框架B，C柱k=(3.5+2.3)/2.86=2.03 c=(0.5+k)/(2+k)=0.63D12=c12ic/h2 =0.63122.861010/44002 =11168边框架A、D柱 c=(0.5+k)/(2+k)=0.485D11=c12ic/h2=0.485122.861010/44002=8598边框架B，C柱k=(2.6+1.7)/2.86=1.50 c=(0.5+k)/(2+k)=0.57D12=c12ic/h2 =0.57122.861010/44002=10148 第二、三层中框架A、D柱k=3.52/（3.52）=1 c=k/(2+k)=0.333D21=c12ic/h2 =0.333123.51010/36002=10802中框架B、C柱k=3.52+2.32/（3.52）=1.66 c=k/(2+k)=0.45D22=c12ic/h2 =0.45123.51010/36002 =14698边框架A、D柱k=2.62/（3.52）=0.74 c=k/(2+k)=0.27D21=c12ic/h2 =0.27123.51010/36002 =8750边框架B、C柱k=2.62+1.72/（3.52）=1.23 c=k/(2+k)=0.55D22=c12ic/h2 =0.55123.51010/36002 =17854横向侧移刚度统计表层次123Di（N/mm）（9573+11168）8+（8598+10148）4=240912（10802+14698）8+（8750+17854）4=310416310416该框架为横向承重框架，不计算纵向侧移刚度。D1/D2=240912/310416=0.780.7，故该框架为规则框架（五）、水平地震作用计算及侧移验算（按经验公式计算；H,B为建筑物总高度和总宽度）重力荷载代表值计算及荷载汇总第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总 梁重力统计类别净 跨（mm）截 面（mm）荷载标准值（KN/m）数 量(根)单 重（KN）总 重（KN）横梁72002506003.3751224.3291.632002504002.0566.5639.36纵梁60002505002.711616.26260.1630002505002.7148.1332.52次梁60002004001.66169.96159.36合计 783 柱重力统计类别计算高度（mm）截 面（mm）荷载标准值（KN/m）数 量（根）单 重（KN）总 重（KN）柱36004005005.362419.30463.1044004005005.362423.58565.92墙重力统计类别总计算长度（m）墙计算高度（m）墙厚计算值（m）荷载标准值（KN/m）总 重（KN）外墙543.10.246.25568.8935.230.246.05212.96内墙57.630.124.56262.66483.10.124.24203.52合 计1248.03楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板的1.2倍计算）： 楼板面积：2717.6 3.07.2-3.227=367.2（m2）楼梯面积: 3.07.2=21.6（m2）走廊面积：3.227=86.4恒载=楼梯恒载+楼板恒载:21.63.91.2 + 3.9453.6=1870.13KN 活载：2.53.07.21.2+2.0（2717.6 3.07.2-3.227）+2.53.227 =1015.2KN由以上计算可知，一层重力荷载代表值为G1=G 恒+0.5G活=565.92+ 783 +1248.03 + 1870.13 + 1015.20.5= 4974.68KN 第二层重力荷载代表值计算及荷载汇总=G 恒+0.5G活=463.10+ 783 +1248.03 + 1870.13 + 1015.20.5= 4871.86KN 第三层重力荷载代表值计算及荷载汇总梁重力荷载（同二层）：783KN 柱重力荷载（同二层）：463.10KN内外填充墙及女儿墙重的计算：墙重力统计类别总计算长度（m）墙计算高度（m）墙厚计算值（m）荷载标准值（KN/m2）总 重（KN）女儿墙89.210.23.18283.66外墙543.10.246.25568.8935.230.246.05212.96内墙57.630.124.56262.66483.10.124.24203.52合 计 1531.69屋面板及楼板恒载、活载计算同二层上人屋面，所以有楼梯间楼板开洞部分 楼板恒载、活载计算（楼梯间按楼板的1.2倍计算）： 楼板面积：2717.6 3.07.2=453.6（m2） 楼梯面积: 3.07.2=21.6（m2） 恒载=楼梯恒载+楼板恒载:21.63.91.2 + 5.82453.6=1989.89KN 活载：2.53.07.21.2+2.0（2717.6 3.07.2）=972KN雪载：2717.60.3=1142.56KN由以上计算可知，三层重力荷载代表值为=G 恒+0.5G活=463.10+ 783 +1531.69 + 1989.89 + 1142.560.5= 5338.96KN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值G i的计算结果如下图所示：5338.964871.864974.68水平地震作用及楼层地震剪力的计算本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，即：结构等效总重力荷载代表值GeqGeq=0.85Gi =0.85（4974.68+4871.86+5338.96） =（KN） 计算水平地震影响系数1查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.4s。查表得设防烈度为7度的max=0.12结构总的水平地震作用标准值FEkFEk=1Geq =0.12 =（KN）因1.4Tg=1.40.4=0.56sT1=0.279s，所以不考虑顶部附加水平地震作用,即n=0。各质点横向水平地震作用按下式计算： FI=（1-n） 地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为 Vi=Fk（i=1，2，n） 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各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图： 水平地震剪力作用分布 多遇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（u）i和顶点位移u i分别按下列公式计算： （ui） = Vi/D ij u i=（ui） 各层的层间弹性位移角e=（u）i/hi，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e1/550。计算过程如下表：横向水平地震作用下的位移验算由此可见，最大层间弹性位移角发生在第一层，1/678141.48 KNm属第一类T形截面。下部跨间截面按单筋T形截面计算：s=M/（fcbf，h02）=141.48106/11.9/2400/5602=0.016=1-（1-2s）1/2=0.016As=fcbf，h0/fy=0.01611.92400560/360=711mm2实配钢筋318，As=763 mm2。=763/250/560=0.54%min=0.215%，满足要求。对于第一类T型截面, min=0.3%， 箍筋选择 梁端加密区箍筋取8150，箍筋用I级HPB400， 加密区长度取0.90m，非加密区箍筋取8250。箍筋配置，满足构造要求。表8-1 梁的配筋计算层次截面sAs /mm2As /mm2Amin /mm2实配钢筋As /mm23支座A430325 (1473)B430325 (1473)AB、CD跨间430320 (942)支座B、C430320 (942)2支座A430225，1 28(1598)B430225，1 28(1598)AB、CD跨间430318 (763)支座B、C430218 (509)1支座A430228,125（1723）B430228,125（1723）AB、CD跨间430318 (763)支座B、C430218 (509) （十） 、框架柱配筋计 剪跨比和轴压比计算根据抗震规范，对于三级抗震等级，应满足以下要求：剪跨比宜大于2、轴压比宜小于0.9。下表给出了框架柱各层剪跨比和轴压比计算结果，由表可见，各柱的剪跨比和轴压比均满足规范要求。表8-2 柱的剪跨比和轴压比验算