三层框架抗震设计.docx

题目：某三层现浇钢筋混凝土框架结构民用房屋，场地的钻孔地质资料见表1设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g,设计地震分组为第二组结构的阻尼比为0.040°框架柱截面尺寸为500X500mm,框架梁截面尺寸为250X600mm°结构第一层重力荷载代表值为6500kN,第二层和第三层的重力荷载代表值均为6000kNo梁柱混凝土强度等级均为C35,主筋用HRB335级钢，箍筋采HPB235级钢底层层高为3.8m,第二层和第三层层高为3m°（1）求结构的自振频率和振型，并验证其主振型的正交性；（2）用按底部剪力法计算框架的楼层地震剪力，并验算弹性层间位移是否满足要求；（3）用振型分解反应谱法计算框架的楼层地震剪力；（4）计算水平地震作用下框架内力；（5）进行重力和水平地震作用下框架梁和框架柱截面配筋设计；■—60006000图1框架平面和立面图G=10001:NG=1083kNG=1000kN3m3m3.8mOG=1000kN3mQG=1000kN3mQG=1083kN3.8m图2结构简化示意图查附录《各类建筑场地的覆盖层厚度》可知，其场地类别为II类再由设计地震分组为第二组，查附录《特征周期表》，可知场地的特征周期为7=0.40so由设防烈度为8度。

S设计基本地震加速度为0.30g,查附录《水平地震影响系数最大值》得％欣=0.24oF表为建筑物的各参数表一建筑物各参数楼层弹性模量E（3/〃广）惯性矩1用）线刚度j(kN・m)刚度k(kN/m}重量(kN)质量（kg）13.15xl075.21x10-34.3xlO410.77xl04108310.8xl0423.15xl075.21x10-35.5xl0421.88x"100010xl0433.15xl075.21x10-35.5xl0421.88x"100010xl04一求解结构的自振频率和振型，并验证其主振型的正交性根据地震作用下结构的运动方程可知有如下关系：风-方[A/]=0且已知:化+奴一k、0■"32.65-21.880—k、k、+_*3=-21.8843.76-21.880一灯k0--21.8821.88■■吗0010.80o-0m20—0100xlO，kg000010[K=xlON/，〃所以:32650—10"-218800|[灯-方[M]=-2188043760-10矛-21880-21.8821880-10亦解方程(1)可得:o\=16.43rad/s3、=51.51raJ/s3、=81.63nvdIs7；=—=038357；=—=0.12257；=—=0.0775从而可得结构的振型:—>21'—=32650—10.8就-21880-1.168-0.2130.6451-10'0.645--218800.877-2188043760-10就句』1.138巧」_|_-2.045>21'--1.168->31'1138'—-0.213—-2.045110.877验证结构主振型的正交性质量正交：[^]7[M][^]=[0.6450.8771]108]「—1.168-10-0.213101=4.3x10—%。

供丫网［啊］=［-1.168-0.213"10.81]101.138-2.045=5.67x10-3^0101刚度正交:[汀[幻[饱]=[0.6450.87732.651]-21.88-21.88043.67-21.88-21.8821.88■-1.168-0.2131=-0.014^0（2）用按底部剪力法计算框架的楼层地震剪力，并验算弹性层间位移是否满足要求;查表得T=0.405=0.240.05-^=u0.05-0.04=1()8-0.06+1.7&0.06+1.7x0.04G,寸=0.85£G,=0.85x(1083+1000+1000)=2620.6AN1计算水平地震影响系数因为0.15<7；

心=0.259第三振型7；<0.15所以％=0.225振型参与系数z=i1=10.645X1083+0.877xl000+lxl000；；；=l.loU0.645-x1083+0.877-x1000+12xl000街=1=1-1.168x1083+(-0.213)x1000+1x1000Alon=；；；=_0.189(-1.168)2x1083+(-0.213)2x1000+12x10003乙=—=(=11.138x1083+(-2.045)x1000+1x1000八=；；；=0.0281.138-x1083+(-2.045/x1000+1一x1000计算各振型的水平地震作用第一振型Fu=cr1/1xlj.G.%=0.259x1.160x0.645x1083=159.9ANF.=0.259x1.160x0.877x1000=263.5WA■*=0.259xl.160x1.000xl000=300.4AN第二振型F2i=c(2Yix2i^iF2l=0.259x(-0.189)x(-1.168)x1083=61.9^F22=0.259x(-0.189)x(-0.213)x1000=10.4kNF25=0.259x(-0.189)x1.000xl000=—49.0kN第三振型F‘i=a3/3x3iG%=0.225x0.028x1.138xl083=7.8kNL=0.225x0.028x(-2.045)x1000=—12.9kN%=0.225x0.028x1.000x1000=6.3kN计算各振型的层间剪力第一振型虬=文孔k=l匕=159.9+263.5+300.4=723.8加*=263.5+300.4=563.9SX■第二振型v”=£f*A=1=61.9+10.4—49=23.3S匕2=10.4—49=—38.6SV=_49kN■J第三振型V/文％A=1=7.8-12.9+6.3=1.23*=—12.9+6.3=—6.6kN4=63kN计算水平地震作用效应一一各层间剪力==V723.824-23.32+1.22=724.23V,=农；+峙+*；=J563.9'+(—38.6尸+(—6.63=565.33K+=J300.42+(—49)2+63=304.4S(4)计算水平地震作用下框架内力；表二结构各柱分配的剪力构件线刚度•1平均线刚k修正系数a抗侧移刚度D剪力V底层边柱4.3xlO40.5580.4141.48x10，208.8AN底层中柱4.3xlO41.1160.5191.85xl04261.W第二层边柱5.5x10，0.4360.1791.31X104\46.9kN第二层中柱5.5xl040.8730.3042.23xlO4250.IkN第三层边柱5.5x10，0.4360.1791.31X10486.7kN第三层中柱5.5x10，0.8730.3042.23x10』147.6kN从而可得到结构的弯矩、剪力和轴力图如下:水平横向地震作用下粱中剪力和柱中轴力表三、结构的各住上弯矩构件反弯点高度柱弯矩底层边柱208.8S2.736〃？M.=-209.9JLb肱下=571.3底层中柱261.1kN2.432m=-357.2M下=-635.0第二层边柱146.9kN1.5/77M=-220.4JLbM下=-220.4第二层中柱250.IS1.35mM.=-412.7JLbM下=-337.6第三层边柱86.7AN0.9mM.=-182.1JUM下=-78.1第三层中柱147.6kN1.17m=-270.2JLbM下=-172.7表四结构各层间内力底层第二层第三层左跨梁端弯矩虬=430.2虬=298.4虬=182.7(kNMr=347.4虬.=292.7虬=135.1梁上剪力129.698.553.0柱上剪力^=-205.6匚广-146.9&=-86.9(kN)*=-261.1*=-250.1七,=-147.6N左柱=一281.1N*柱=-151.8N=一53.0柱上轴力N右柱=28L1N右柱=151.8乂*=53.0石CE(kN)N中柱=562.2N中柱=303.6N中柱=106（5）进行重力和水平地震作用下框架梁和框架柱截面配筋设计:竖向荷载下结构的弯矩如下图所示（采用力矩分配法）上柱下柱右粱左粱上柱下柱右粱左粱上柱下柱0.700.300.230.540.23-249.9L74.975.0一~51.20T5.9-15.4249.937.590.3-190.3287.4249.9-75.0-174.90-51.215.435.9190.3-190.3-249.9-37.5-287.40.3C0.700.410.。