某框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及計(jì)算分析①

馬雪晴

(阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 阜陽 236000)

0 引 言

本建筑工程為5 層框架結(jié)構(gòu),總建筑面積約4500m2。一層高度為4.5m,其它層高度為3.6m。主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系,墻體采用采用大孔頁巖磚進(jìn)行填充,基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

根據(jù)中國地震烈度區(qū)劃圖,該框架結(jié)構(gòu)位于阜陽農(nóng)村地區(qū),7度抗震設(shè)防烈度,第一組設(shè)計(jì)地震分組,設(shè)計(jì)基本地震加速度值是0.10g,三級抗震設(shè)計(jì)等級,建筑物類型為丙類[1]。

1 辦公樓主體水平地震作用的計(jì)算

根據(jù)框架結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)特征,參照已有工程實(shí)例,應(yīng)用振動力學(xué)理論把本建筑工程簡化成多質(zhì)點(diǎn)彈性體系,這樣才能得出比較符合實(shí)際的計(jì)算結(jié)果[2-5]。

1.1 總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

抗震規(guī)范規(guī)定:對于變形以剪切為主,質(zhì)量、剛度在高度方向分布相對均勻,水平地震作用可以用底部剪力法來計(jì)算,該框架結(jié)構(gòu)高度為18.9m＜40m。因此按式(1)計(jì)算底部剪力FEK為相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)α1與結(jié)構(gòu)等效總重力荷載Geq乘積即:

故需考慮頂部加地震作用:δn =0.08T1+0.07=0.132,ΔFn =δnFEK=220.40k N,根據(jù)式(2)計(jì)算,結(jié)果見表1。

表1 各層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

水平地震作用下計(jì)算簡圖,如圖1所示。

圖1 水平地震作用下計(jì)算簡圖

1.2 柱的側(cè)移剛度

側(cè)移剛度是指其抵抗側(cè)向變形的能力,實(shí)施加于結(jié)構(gòu)上的水平力與其引起的水平位移的比值。柱的線剛度按式(3)計(jì)算

式(3)中Ic為柱的截面慣性矩,hc為框架柱的計(jì)算高度。計(jì)算過程及結(jié)構(gòu)見表2。

表2 柱線剛度

表3 框架柱的側(cè)移剛度D 值

根據(jù)式(4)得到柱的側(cè)移剛度D值。

1.3 抗震變形計(jì)算

采用D值法來計(jì)算水平地震作用下的位移,結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移u的計(jì)算過程見表4?？蚣艿趇層的層間剪力。層間位移Δui按(5)式計(jì)算,

表4 水平地震作用下樓層層間位移計(jì)算

2 在水平地震作用下框架內(nèi)力計(jì)算

由于此設(shè)計(jì)的梁柱線剛度比K-都小于3,不滿足反彎點(diǎn)法計(jì)算框架的內(nèi)力。工程中,采用改進(jìn)的反彎點(diǎn)也叫D 值法,是目前分析框架內(nèi)力比較簡單又比較精確的一種近似方法。采用D 值法,計(jì)算②軸線橫向框架內(nèi)力[6]。

2.1 計(jì)算反彎點(diǎn)高度比

用公式(6)計(jì)算反彎點(diǎn)高度比y?？蚣苤臉?biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比用y0表示,y代表線剛度變化時的高度比修正值,層高變化時反彎點(diǎn)高度比的修正值用y2,y3表示[7]。

2.2 柱端剪力和彎矩

柱端剪力按式(7)計(jì)算,柱上、下端彎矩Mbij、Muij按式(8)和(9)計(jì)算:

式中Dij為第i層j柱的側(cè)移剛度;s為同層內(nèi)框架柱的總數(shù)。

2.3 梁端內(nèi)力

梁端彎矩按式(10),(11)計(jì)算,得到圖2水平地震作用下框架彎矩圖;剪力和柱端軸力分別按式(12),(13)計(jì)算,得到圖3水平地震作用下的框架剪力圖。

圖2 框架彎矩圖(單位:k N·m)

圖3 框架剪力圖(單位:k N)

式(10),(11)中左邊梁的線剛度為i1b,右邊梁的線剛度為irb。

式(12)中左邊梁的彎矩為M1b,右邊梁的彎矩為Mrb。

則Ni為柱在第i層的柱軸力為:

3 結(jié) 論

主要對阜陽農(nóng)村一個框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算和設(shè)計(jì),考慮了在不同方向的水平地震作用,結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)的梁柱進(jìn)行設(shè)計(jì),滿足抗震要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要選擇結(jié)構(gòu)受力體系和布置方案時,在滿足建筑安全性,耐久性、適用性基本要求基礎(chǔ)上還要滿足經(jīng)濟(jì)性要求?？拐鹪O(shè)計(jì)時,合理選擇的計(jì)算方法,符合客觀受力條件,對抗震計(jì)算結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理簡化。設(shè)計(jì)成果為框架梁和柱的抗震截面設(shè)計(jì)提供必要數(shù)據(jù)依據(jù),文中框架結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算方法步驟對類似建筑結(jié)構(gòu)具有一定的借鑒意義。