土木工程毕业设计 第五章水平作用地震+风载下框架内力计算.docx
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土木工程毕业设计第五章水平作用地震+风载下框架内力计算
第五章水平作用(地震+风载)下框架内力计算
第一节地震作用内力计算
《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)5.1.2条规定:
高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。
一、设计资料
抗震设防烈度为7度,查《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)1.0.2规定,抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑,必须进行抗震设计。
抗震设防烈度为7度,建筑物高度不超过24m,查《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)规定,抗震等级为三级。
设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别第一类,查《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)5.1.4规定特征周期Tg=0.25s,水平地震影响系数最大值
=0.08.
二、地震作用内力计算
(二)柱的侧移刚度D值计算
框架梁线刚度计算表5.1
B
(m)
H
(m)
弹性模量
(KN/m2)
跨度
L
矩形截面惯性矩I0(m4)
框架梁位置
计算惯性矩
边跨IB=1.5I0
中跨IB=2.0I0
Kbi=EcIb/L
(KN·m)
0.20
0.6
3.0×107
6.6
0.0028
边跨
0.0042
1.89×104
0.20
0.6
3.0×107
6.5
0.0028
边跨
0.0042
1.92×104
0.20
0.6
3.0×107
5.9
0.0028
边跨
0.0042
2.11×104
0.30
0.8
3.0×107
9.6
0.0128
边跨
0.0192
6.00×104
0.30
0.8
3.0×107
6.3
0.0128
边跨
0.0192
9.14×104
0.30
0.8
3.0×107
5.4
0.0128
边跨
0.0192
10.67×104
0.20
0.6
3.0×107
6.6
0.0028
中跨
0.0055
2.52×104
0.20
0.6
3.0×107
6.5
0.0028
中跨
0.0055
2.56×104
0.20
0.6
3.0×107
5.9
0.0028
中跨
0.0055
2.82×104
0.30
0.8
3.0×107
9.6
0.0128
中跨
0.0256
8.00×104
0.30
0.8
3.0×107
6.3
0.0128
中跨
0.0256
12.19×104
0.30
0.8
3.0×107
5.4
0.0128
中跨
0.0256
14.22×104
0.35
1.0
3.0×107
11.6
0.0292
中跨
0.0583
15.12×104
0.35
1.0
3.0×107
15
0.0292
中跨
0.0583
11.65×104
框架柱线刚度计算表5.2
B
(m)
H
(m)
弹性模量
(KN/m2)
高度
L
矩形截面惯性矩I0(m4)
Kc=EcIc/L
(KN·m)
四层
0.40
0.50
3.0×107
5.1
0.0042
2.45×104
0.40
0.60
3.0×107
5.1
0.0072
4.24×104
0.55
0.65
3.0×107
5.1
0.0126
7.40×104
三层
0.40
0.50
3.0×107
4.2
0.0042
2.98×104
0.40
0.60
3.0×107
4.2
0.0072
5.14×104
0.55
0.65
3.0×107
4.2
0.0126
8.99×104
二层
0.40
0.50
3.0×107
4.2
0.0042
2.98×104
0.40
0.60
3.0×107
4.2
0.0072
5.14×104
0.55
0.65
3.0×107
4.2
0.0126
8.99×104
一层
0.40
0.50
3.0×107
5.5
0.0042
2.27×104
0.40
0.60
3.0×107
5.5
0.0072
3.93×104
0.55
0.65
3.0×107
5.5
0.0126
6.87×104
柱的侧移刚度D值计算表5.3
楼层
柱位置
Kc
一般层:
底层:
H
一般层
底层:
D
根数
四层
A5、A8
2.45×104
4.35
5.1
0.685
7747.46
2
155783
A6、A7
4.24×104
2.75
5.1
0.579
11312.7
2
B4、B9
2.45×104
3.73
5.1
0.651
7361.16
2
B5、B8
2.45×104
9.33
5.1
0.823
9311.02
2
C4、C9
2.45×104
5.36
5.1
0.728
8236.03
2
C5、C8
4.24×104
4.94
5.1
0.712
13912.7
2
C6、C7
7.40×104
2.83
5.1
0.586
20010.4
2
三层
A5、A8
2.98×104
3.58
4.2
0.642
12994.7
2
579895
A6、A7
5.14×104
2.94
4.2
0.595
20820.6
2
B3、B4、
B9、B10
2.98×104
4.10
4.2
0.672
13603.7
4
B5、B8
2.98×104
7.68
4.2
0.793
16063.1
2
B2、B11
2.98×104
3.07
4.2
0.606
12262.7
2
C1、C12
2.98×104
2.02
4.2
0.502
10163.4
2
C2、C11
2.98×104
5.76
4.2
0.742
15028.1
2
C3、C4、
C5、C8、
C9、C10
2.98×104
6.78
4.2
0.772
15636.4
6
C6、C7
8.99×104
2.98
4.2
0.598
36584.1
2
D1、D12
2.98×104
2.02
4.2
0.502
10163.4
2
D2、D3、
D4、D9、
D10、D11
2.98×104
2.69
4.2
0.573
11608.7
6
D5、D8
2.98×104
6.27
4.2
0.758
15351.1
2
E5、E8
2.98×104
3.58
4.2
0.642
12994.7
2
E6、E7
5.14×104
2.26
4.2
0.531
18578.6
2
二层
A5、A8
2.98×104
3.58
4.2
0.642
12994.7
2
579895
A6、A7
5.14×104
2.94
4.2
0.595
20820.6
2
B3、B4、
B9、B10
2.98×104
4.10
4.2
0.672
13603.7
4
B5、B8
2.98×104
7.68
4.2
0.793
16063.1
2
B2、B11
2.98×104
3.07
4.2
0.606
12262.7
2
C1、C12
2.98×104
2.02
4.2
0.502
10163.4
2
C2、C11
2.98×104
5.76
4.2
0.742
15028.1
2
C3、C4、
C5、C8、
C9、C10
2.98×104
6.78
4.2
0.772
15636.4
6
C6、C7
8.99×104
2.98
4.2
0.598
36584.1
2
D1、D12
2.98×104
2.02
4.2
0.502
10163.4
2
D2、D3、
D4、D9、
D10、D11
2.98×104
2.69
4.2
0.573
11608.7
6
D5、D8
2.98×104
6.27
4.2
0.758
15351.1
2
E5、E8
2.98×104
3.58
4.2
0.642
12994.7
2
E6、E7
5.14×104
2.26
4.2
0.531
18578.6
2
一层
A5、A8
2.27×104
4.69
5.5
0.776
6995.31
2
312582
A6、A7
3.93×104
3.85
5.5
0.744
11584.4
2
B3、B4、
B9、B10
2.27×104
5.36
5.5
0.796
7179.27
4
B5、B8
2.27×104
1.01
5.5
0.876
7894.15
2
B2、B11
2.27×104
4.02
5.5
0.751
6770.39
2
C1、C12
2.27×104
2.64
5.5
0.677
6101.19
2
C2、C11
2.27×104
7.54
5.5
0.843
7598.63
2
C3、C4、
C5、C8、
C9、C10
2.27×104
8.88
5.5
0.826
7773.23
6
C6、C7
6.87×104
3.90
5.5
0.746
20309.6
2
D1、D12
2.27×104
2.64
5.5
0.677
6101.19
2
D2、D3、
D4、D9、
D10、D11
2.27×104
3.52
5.5
0.728
6565.84
6
D5、D8
2.27×104
8.21
5.5
0.853
7691.66
2
E5、E8
2.27×104
4.69
5.5
0.776
6995.31
2
E6、E7
3.93×104
2.97
5.5
0.698
10873.2
2
(三)计算重力荷载代表值Gi
屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值
楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×楼面活荷载标准值
其中,结构和构配件自重取楼面上下各半层层高范围内(屋面处取顶层的1/2)的结构及构配件自重。
构件长度近似按墙中心线计算。
1.突出屋面楼梯间及多功能厅重力荷载代表值
顶层楼梯间重力荷载代表值主要考虑顶层楼板、梁、柱。
(1)板结构层及构造层自重标准值
G板=5.97×(20×15.2+2×3.6×9.8)=2235.12KN
(2)梁自重标准值
G梁=5.81×(9.6×2+15×2)+8.60×(15×2)+2.61×(3.6×2+27×2+19.8)+2.03×(19.8×3)=375.84KN
(3)柱自重标准值
G柱=9.90×5.1×2+6.8×5.1×2+5.72×5.1×10=462.06KN
(4)墙自重标准值
G女儿墙=1.58×(9.6×2+27×2)=115.66KN
G层间墙=8.465×19.8+13.588×5.4+7.686×5.4+13.588×6.6×4+10.480×3×2+14.852×3×2+12.987×3+14.378×27+14.378×6.6+9.716×6.6+11.270×6.6=1453.77KN
G墙=G女儿墙+G层间墙=115.66+1453.77=1569.43KN
突出屋面楼梯间及多功能厅重力荷载代表值:
G4=G板+G梁+G柱+G墙=2235.12+375.84+462.06+1569.43=4642.45KN
突出屋面楼梯间及多功能厅重力荷载设计值:
G4设计=1.2×(G板+G梁+G柱+G墙)=1.2×(2235.12+375.84+462.06+1569.43)=5570.94KN
2.结构三层主屋面重力荷载代表值
屋面的重力荷载代表值主要考虑屋面板、梁、女儿墙自重,顶层柱、墙重一半,屋面活载不考虑。
本设计不考虑雪荷载。
(1)1.5m女儿墙及4.2m片墙的自重标准值
G女儿墙=4.74×(64.2+5.4×2+9.6×2+6.6×4)=571.64KN
G片墙=13.272×(12×2)+12.752×3.6×2=410.34KN
G墙=G女儿墙+G片墙=571.64+410.34=981.98KN
(2)屋面板结构层及构造层自重标准值
G板=4.71×(6.6×9.6+12×16.2+3.6×6.6)×2+4.71×19.8×12=3771.01KN
(3)屋面梁自重标准值
G梁=5.81×(9.6×2+16.2×6+27×2)+8.60×27×2+2.61×(64.2×3+12×2
+19.8+6.6)+2.03×(6.6×10+19.8×6)+1.74×(3.6×2)=2491.98KN
(4)三层柱自重标准值(取50%)
G柱3=9.90×4.2×2+6.80×4.2×4+5.72×4.2×32=966.16KN
0.5G柱3=0.5×966.16=483.08KN
(5)三层墙自重标准值(取50%)
G墙3=6.3×(3×2+5.4×4+19.8×2)+13.124×8.6+11.723×4.6+10.744×6.6×15+11.85×6.6×6+16.644×4.6+12.101×3.6+11.896×3+14.355×3.6+13.897×3+9.878×6.6+9.169×6.6×2+6.331×3×17+8.282×3.6×2+7.198×3.6+9.462×3×15+11.534×9.6+9.807×3.6×2+9.908×3.6×2+10.121×6.6×4+11.534×6.6×2=4064.81KN
0.5G墙=0.5×4064.81=2032.40KN
三层主屋面重力荷载代表值:
G3=G墙+G板+G梁+G柱3+G墙3
=981.98+3771.01+2491.98+483.08+2032.40=9760.45KN
三层主屋面重力荷载设计值:
G3设=1.2×(G墙+G板+G梁+G柱3+G墙3)
=1.2×(981.98+3771.01+2491.98+483.08+2032.40)=11712.54KN
3.二层重力荷载代表值
二层重力荷载代表值主要考虑二层楼板、梁、二、三层柱各一半、二三层墙各一半、二层楼面活荷载。
其中楼面活荷载应乘以组合值系数0.5。
(1)楼面活荷载自重标准值
G板活荷载=2.5×3×(22.2×2+19.8)+2.5×3.6×6.6×2+2.0×(12×6.6×2+22.2×6.6×2+19.8×12×2)=2287.08KN
0.5G板活荷载=0.5×2287.08=1143.54KN
(2)板结构层及构造层自重标准值
G板=3.40×(6.6×9.6×2+15.6×16.2×2+6.6×14.6+19.8×27)+8.53×(6.6×4.6)=4553.58KN
(3)梁自重标准值
G梁=5.81×(9.6×2+16.2×6+27×2)+8.60×27×2+2.61×(64.2×3+12×2+19.8+6.6)+2.03×(6.6×10+19.8×6)+1.74×(3.6×2)=2491.98KN
(4)三层柱自重标准值(取50%)
G柱=9.90×4.2×2+6.80×4.2×4+5.72×4.2×32=966.16KN
0.5G柱3=0.5×966.16=483.08KN
(5)二层柱自重标准值(取50%)
G柱2=9.90×4.2×2+6.80×4.2×4+5.72×4.2×32=966.16KN
0.5G柱2=0.5×966.16=483.08KN
(6)三层墙自重标准值(取50%)
G墙3=6.3×(3×2+5.4×4+19.8×2)+13.124×8.6+11.723×4.6+10.744×6.6×15+11.85×6.6×6+16.644×4.6+12.101×3.6+11.896×3+14.355×3.6+13.897×3+9.878×6.6+9.169×6.6×2+6.331×3×17+8.282×3.6×2+7.198×3.6+9.462×3×15+11.534×9.6+9.807×3.6×2+9.908×3.6×2+10.121×6.6×4+11.534×6.6×2=4064.81KN
0.5G墙=0.5×4064.81=2032.40KN
(7)二层墙自重标准值(取50%)
G墙2=6.3×(3×2+5.4×4+19.8×2)+13.124×8.6+11.723×4.6+10.744×6.6×14+11.85×6.6×5+16.644×4.6+12.101×3.6+11.896×3+14.355×3.6+13.897×3+9.878×6.6+9.169×6.6×2+6.331×3×17+8.282×3.6×2+7.198×3.6+9.462×3×15+11.534×9.6+9.807×3.6×2+9.908×3.6×2+10.121×6.6×4+11.534×6.6×2=3915.69KN
0.5G墙2=0.5×3915.69=1957.84KN
二层重力荷载代表值:
G2=0.5G板活荷载+G板+G梁+0.5G柱3+0.5G柱2+0.5G墙+0.5G墙2
=1143.54+4553.58+2491.98+483.08+483.08+2032.40+1957.84=13145.5KN
二层重力荷载设计值:
G2设=1.4×0.5G板活荷载+1.2×(G板+G梁+0.5G柱3+0.5G柱2+0.5G墙+0.5G墙2)
=1.4×1143.54+1.2×(4553.58+2491.98+483.08+483.08+2032.40+1957.84)
=15423.61KN
4.一层重力荷载代表值
一层重力荷载代表值主要考虑二层楼板、梁、二、一层柱各一半、二、一层墙各一半、二层楼面活荷载。
其中楼面活荷载应乘以组合值系数0.5。
(1)楼面活荷载自重标准值
G板活荷载=2.5×3×(22.2×2+19.8)+2.5×3.6×6.6×2+2.0×(12×6.6×2+22.2×6.6×2+19.8×12×2)+0.5×3.3×12×2=2326.68KN
0.5G板活荷载=0.5×2326.68=1163.34KN
(2)二层板结构层及构造层自重标准值
G板2=3.40×(6.6×9.6×2+15.6×16.2×2+6.6×14.6+19.8×27)+8.53×(6.6×4.6)+5.97×3.3×12×2=5026.40KN
(3)梁自重标准值
G梁=5.81×(9.6×2+16.2×6+27×2)+8.60×27×2+2.61×(64.2×3+12×2+19.8+6.6)+2.03×(6.6×10+19.8×6)+1.74×(3.6×2)+5.81×9.9×2+2.03×12×2=2655.74KN
(4)二层柱自重标准值(取50%)
G柱2=9.90×4.2×2+6.80×4.2×4+5.72×4.2×32=966.16KN
0.5G柱2=0.5×966.16=483.08KN
(5)一层柱自重标准值(取50%)
G柱1=9.90×5.5×2+6.80×5.5×4+5.72×5.5×32=1265.22KN
0.5G柱1=0.5×1265.22=632.61KN
(6)二层墙自重标准值(取50%)及女儿墙自重标准值
G墙2=6.3×(3×2+5.4×4+19.8×2)+13.124×8.6+11.723×4.6+10.744×6.6×14+11.85×6.6×5+16.644×4.6+12.101×3.6+11.896×3+14.355×3.6+13.897×3+9.878×6.6+9.169×6.6×2+6.331×3×17+8.282×3.6×2+7.198×3.6+9.462×3×15+11.534×9.6+9.807×3.6×2+9.908×3.6×2+10.121×6.6×4+11.534×6.6×2=3915.69KN
0.5G墙2=0.5×3915.69=1957.84KN
G女儿墙=1.58×(3.3×4+12×2)=58.78KN
(7)一层墙自重标准值(取50%)
G墙1=6.75×(6+2.7+5.4×2+19.8×2)+15.274×8.6+13.846×4.6+11.692×3.3×6+11.692×6.6×8+10.279×6.6×4+12.798×6.6×2+11.692×(12+12+2.7+6+4.2)+11.815×2.7+18.468×4.6+7.279×3×17+16.779×3.6+16.532×3+9.23×3.6×2+8.146×3.6+10.117×6.6×2+10.856×3.6×2+10.41×12+11.54×(12.6+19.8)+10.928×6×4+11.036×6.6+15.723×3.6+15.265×3+14.536×4.2=4217.48KN
0.5G墙1=0.5×4217.48=2108.74KN
一层重力荷载代表值:
G1=0.5G板活荷载+G板2+G梁+0.5G柱2+0.5G柱1+0.5G墙2+G女儿墙+0.5G墙1
=1163.34+5026.40+2655.74+483.08+632.61+1957.84+58.78+2108.74=14086.53KN
一层重力荷载设计值:
G1设=1.4×0.5G板活荷载+1.2×(G板2+G梁+0.5G柱2+0.5G柱1+0.5G墙2+G女儿墙+0.5G墙1)=1.4×1163.34+1.2×(5026.40+2655.74+483.08+632.61+1957.84+58.78+
2108.74)=17136.50KN
(四)框架自振周期的计算
框架结构的自振周期采用顶点位移法进行计算顶点,位移的过程如表所示:
位移计算表5.4
层数
Gi(KN)
VGi(KN)
(KN)
(m)
ui(m)
3
14402.9
14402.9
579895
0.0248
0.2055
2
13145.5
27548.4
579895
0.0475
0.1807
1
14086.53
41634.93
312582
0.1332
0.1332
结构基本自振周期考虑非承重墙的影响折减系数ΨT=0.7,则
(五)水平地震作用及楼层地震剪力及楼层层间位移计算
因本工程抗震等级为三级,因此,应进行多
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