安徽理工大学抗震结构课程设计模板汇总.docx

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安徽理工大学抗震结构课程设计模板汇总

1.工程概况

1.1结构方案

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。

该建筑开间进深层高较大，根据“抗震规范”第

6.1.1条，全现浇框架结构体系选择大柱网布置方案。

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。

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。

1.2结构布置及梁柱截面

结构布置见图1

1.3梁柱截面尺寸：

框架梁，柱截面尺寸见下表

构件

编号

计算跨度L

（mm）

h=（1/8~1/12）L

（mm）

b=（1/2~1/3）h

（mm）

横向框架梁

L1

6600

650

250

纵向框架梁

L2

6000

600

250

L3

4000

600

250

底层框架柱

Z1

4200

550

550

其它层框架柱

Z2

3600

500

500

图2梁柱界面尺寸

2.重力荷载代表值的计算

资料准备：

查《荷载规范》可取：

2.1屋面荷载标准值：

屋面恒载标准值：

5.95KN

屋面活载标准值（不上人）：

0.5KN/m2

屋面雪荷载标准值：

0.75KN/m2

2.2楼面荷载标准值

楼面恒载标准值3.80KN/m2

楼面活载标准值2.50KN/m2

2.3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

6.1

4.0625

26

16

208

L2

0.25*0.6

5.5

3.75

21.75

15

326.25

L3

0.25*0.45

3.5

3.75

9.38

6

56.28

Z1

0.55*0.55

4.2

7.5625

31.76

24

762.24

Z2

0.5*0.5

3.6

6.25

22.5

24

540

2.4墙体

（1）第一层

内墙总重

6.6*4*5.96=157.344KN

外墙总重

90.4*6.84=618.336KN

楼面面积

2

422.4m2

楼面恒载

3.8*422.4=1605.12KN

楼面活载

2.5*422.4=1056.00KN

一层重力代表值

G1G恒0.5G活

（208326.556.28762.3）1.05157.344618.3361605.1210560.54329.534

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

6.6*8*4.95=261.36KN

90.4*6.84=618.336KN

（2）第二至五层内墙总重外墙总重

楼面面积422.4m

楼面恒载3.8*422.4=1605.12KN

楼面活载2.5*422.4=1056.00KN

二至五层重力代表值

G25G恒0.5G活（208326.2556.18540）1.05

261.36618.3361605.1210560.54199.77

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

屋面面积422.4m2

第六层重力代表值

G6G恒0.5G活325.442513.28（211.2316.80）0.53102.72

3.结构自震周期计算

3.1横梁线刚度ib的计算：

类别

Ec

（KN/m2）

B×h（m

×m）

I0（m4）

l（m）

EcI0/l

（KN·m）

1.5EcI0/l（KN·m）

2EcI0/l

（KN·m）

AB跨、

BC跨

4.0×107

0.25×

0.65

5.72×

10-3

6.3

2.6×104

3.9×104

5.2×104

3.2柱线刚度ic的计算：

层次

hc（m）

Ec（KN/m2）

b×h（m×m）

Ic

（m4）

EcIc/h

（KN·m）

1

4.2

3.0×107

0.55×0.55

7.63×10-3

5.45×104

2--6

3.6

3.0×107

0.5×0.5

5.21×10-3

4.34×104

3.3各层横向侧移刚度计算：

（D值法）

（1）第一层

1、A-1、A-8、C-1、C-8（4根）

K=3.9/5.45=0.72

ac=（0.5+K）/（2+K）=0.45

Di1=ac×12×Kc/h2

=0.45×12×5.45×104/4.22

=16683.7KN/m

2、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、D-2、D-3、D-4、D-5、D-6、D-7（12根）

K=5.2/5.45=0.95

ac=（0.5+K）/（2+K）=0.5

Di2=ac×12×Kc/h2

=0.5×12×5.45×104/4.22

=18537.4KN/m

3、B-1、B-8（2根）

K=（3.9+3.9）/5.45=1.43

αc=（0.5+K）/（2+K）=0.56

Di2=ac×12×Kc/h2

=0.56×12×5.45×104/4.22

=20761.9KN/m

4、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7（6根）

K=（5.2+5.2）/5.45=1.91

αc=（0.5+K）/（2+K）=0.62

Di2=ac×12×Kc/h2

=0.62×12×5.45×104/4.22

=22986.39KN/m

∑D1=16683.7×4+18537.4×12+20761.9×2+22986.39×6

=535360.54KN/m

（2）第二至六层

1、A-1、A-8、C-1、C-8（4根）

K=3.9×2/（4.34×2）=0.9

ac=K/（2+K）=0.31

Di1=ac×12×Kc/h2

=0.31×12×4.34×104/3.62

=12457.41KN/m

2、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、D-2、D-3、D-4、D-5、D-6、D-7（12根）

K=5.2×2/（4.34×2）=1.2

ac=K/（2+K）=0.375

Di2=ac×12×Kc/h2

=0.375×12×4.34×104/3.62

=15069.44KN/m

3、B-1、B-8（2根）

K=（3.9+3.9）×2/（4.34×2）=1.8

ac=K/（2+K）=0.47

Di3=ac×12×Kc/h2

=0.47×12×4.34×104/3.62

=18887.03KN/m

4、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7（6根）

K=（5.2+5.2）×2/（5.45×2）=1.9

ac=K/（2+K）=0.49

Di4=ac×12×Kc/h2

=0.49×12×4.34×104/3.62

=19690.74KN/m

∑D2~6=12457.41×4+15069.44×12+18887.03×2+19690.74×6=386581.42KN/m

基本自振周期T1（s）可按下式计算：

T1=1.7ψT（uT）1/2注：

uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。

ψT结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6。

uT按以下公式计算：

VGi=∑Gk

（△u）i=VGi/∑Dij

uT=∑（△u）k

注：

∑Dij为第i层的层间侧移刚度。

（△u）i为第i层的层间侧移。

（△u）k为第k层的层间侧移。

s为同层内框架柱的总数。

结构顶点的假想侧移计算过程见下表，其中第六层的Gi为G6和Ge之和。

结构顶点的假想侧移计算

层次

Gi（KN）

VGi（KN）

∑Di（KN/m）

△ui（m）

ui（m）

6

3102.72

3547.89

386581.42

0.009

0.212

5

4199.77

8219.13

386581.42

0.021

0.203

4

4199.77

12890.37

386581.42

0.032

0.182

3

4199.77

17561.61

386581.42

0.045

0.15

2

4199.77

22232.85

386581.42

0.058

0.106

1

4329.53

27038.217

535360.54

0.05

0.05

T1=1.7ψT（uT）1/2

=1.7×0.6×（0.212）1/2

=0.45（s）

4.水平地震作用计算

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：

4.1结构等效总重力荷载代表值Geq

Geq=0.85∑Gi

=0.85×（4329.53+4199.77×4+3102.72）

=24231.33（KN）

4.2计算水平地震影响系数а1

查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.40s。

查表得设防烈度为8度的аmax=0.16

а1=（Tg/T1）0.9аmax=（0.4/0.47）0.9×0.16=0.138

4.3结构总的水平地震作用标准值FEk

FEk=а1Geq=0.138×22982.48=3171.58（KN）

因1.4Tg=1.4×0.4=0.56s>T1=0.47s，所以不用考虑顶部附加水平地震作用

各质点横向水平地震作用按下式计算：

Fi=GiHiFEk/（∑GkHk）

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

层次

Hi（m）

Gi（KN）

GiHi（KN·m）

GiHi/∑

GjHj

Fi（KN）

Vi（KN）

6

22.2

3102.72

68880.384

0.223

707.11

3037.5

5

18.6

4199.77

78115.722

0.253

768.6

2330.39

4

15

4199.77

62996.55

0.204

614.88

1561.79

3

11.4

4199.77

47877.38

0.155

461.16

946.91

2

7.8

4199.77

32758.206

0.106

307.44

485.75

1

4.2

4329.53

18184.026

0.0588

178.31

178.31

∑

308812.268

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图2

F6

层间剪力分布

水平地震作用分布

图2

5.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ui分别按下列公式计算：

（△u）i=Vi/∑Dij

ui=∑（△u）k

各层的层间弹性位移角θe=（△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[θe]<1/550计算过程如下表：

横向水平地震作用下的位移验算

层次

Vi（KN）

∑Di（KN/m）

（△u）i

（m）

ui

（m）

hi

（m）

θe=（△u）

i/hi

6

707.11

386581.42

0.00183

0.0306

3.6

1/1967

5

1475.71

386581.42

0.0038

0.0288

3.6

1/947

4

2090.59

386581.42

0.0054

0.025

3.6

1/667

3

2551.75

386581.42

0.0066

0.0196

3.6

1/602

2

2859.19

386581.42

0.0073

0.013

3.6

1/575

1

3037.5

535360.54

0.0057

0.0057

4.2

1/736

由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/575<1/550，满足规范要

求。

6.水平地震作用下框架内力计算6.1框架柱端剪力及弯矩

1-y）h

分别按下列公式计算：

Vij=DijVi/∑DijMbij=Vij*yhMuij=Vijy=yn+y1+y2+y3注：

yn框架柱的标准反弯点高度比。

y1为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。

y2、y3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y2，第二层柱需考虑修正值y1和y3，其它柱均无修正下面以②③⑥⑦轴线横向框架内力的计算为例：

各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）

层次

hi（m）

Vi（KN）

∑Dij

（KN/m）

边柱

Di1（KN/m）

Vi1（KN）

k

y

Mbi1（KN·m）

Mui1KN·m）

6

3.6

707.11

386581.42

15069.44

27.56

1.2

0.35

34.73

64.50

5

3.6

1475.71

386581.42

15069.44

57.53

1.2

0.4

82.84

124.26

4

3.6

2090.59

386581.42

15069.44

81.5

1.2

0.45

132.03

161.37

3

3.6

2551.75

386581.42

15069.44

99.47

1.2

0.45

161.14

196.95

2

3.6

2859.19

386581.42

15069.44

111.45

1.2

0.50

200.61

200.61

1

4.2

3037.5

535360.54

18537.4

105.2

0.95

0.65

287.20

154.65

例：

第六层边柱的计算：

Vi1=15069.44×707.11/386581.42=27.56（KN）y=yn=0.35（m）（无修正）

Mbi1=27.56×0.35×3.6=34.73（KN·m）

Mui1=27.56×（1-0.35）×3.6=64.5（KN·m）

各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）

层

次

hi（m）

V（iKN）

∑Dij

（N/mm）

中

柱

Di2（N/mm）

Vi2（KN）

k

Y

Mbi2（KN·m）

Mui2（KN·m）

0.4

6

3.6

707.11

386581.421

9690.743

6.02

1.9

51.87

77.80

0

1475.7

0.4

5

3.6

386581.42

9690.747

5.17

1.9

121.78

148.84

1

5

2090.5

0.4

4

3.6

386581.42

9690.74

106.49

1.9

172.51

210.85

9

5

2551.7

0.5

3

3.6

386581.42

9690.74

129.97

1.9

233.95

233.95

5

0

2859.1

0.5

2

3.6

386581.42

9690.74

145.63

1.9

262.13

262.13

9

0

1.9

0.5

1

4.2

3037.5

535360.542

2986.39

130.42

301.27

246.49

1

5

6.2梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算：

Mlb=ilb（Mbi+1，j+Mui，j）/（ilb+irb）

Mrb=irb（Mbi+1，j+Mui，j）/（ilb+irb）Vb=（Mlb+Mrb）/l

Ni=∑（Vlb-Vrb）k

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

Mlb

Mrb

l

Vb

边柱N

中柱N

6

63.9

37.2

6.6

15.8

-14.69

-29.38

5

157.36

99.83

6.6

39.0

-45.86

-91.72

4

242.26

163.32

6.6

63.6

-96.36

-192.72

3

326.58

201.29

6.6

83.3

-164.86

-329.72

2

359.75

246.57

6.6

95.2

-240.41

-480.82

1

353.82

252.78

6.6

95.2

-296.95

-593.90

具体内力图见图3

图3（a）

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7.设计体会

一周的课程设计很快就结束了，通过本周的努力，我学会了抗震结构设计的一般程序和内容，为毕业设计以及今后的从事实际工作奠定了一定基础，与此同时进一步巩固和加深了对所学“荷载与结构设计方法”、“混凝土结构基本原理”、“结构抗震设计”等课程的理论知识，复习和巩固了框架结构设计和D值法等理论知识。

培养了荷载组合、框架结构设计计算、抗震设计、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等一些基本技能。

培养了我实践动手能力，独立分析问题解决工程实际问题的能力，培养了创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。

同时，在设计的过程中我写发现了许多自身的不足，比如AUTOCAD、天正建筑、office等软件应用不熟练，对规范和标准不熟悉，对结构设计的全面把握能力不足，结构计算容易出错等等，我深知作为以后从事工程技术工作的人员，在设计中一丁点差错，都会带来严重的后果，因此我们必须一丝不苟，谨慎认真，努力把失误减小到零。

同时我也深深体会到作为一个结构设计人员的不易，我会更珍惜和努力学本专业。

能有这次来之不易的课程设计机会，我要感谢工民建教研室给了我们这次机会；感谢悉心指导我们课程设计的各位老师，让我明白了什么是抗震结构设计，怎样做抗震结构设计；同时也要感谢学校给我们良好的环境，这也是顺利完成课程设计必不可少的因素。

8.参考文献

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