某框架结构抗震设计及计算分析①

马雪晴

(阜阳职业技术学院,安徽 阜阳 236000)

0 引 言

本建筑工程为5 层框架结构,总建筑面积约4500m2。一层高度为4.5m,其它层高度为3.6m。主体采用钢筋混凝土框架结构体系,墙体采用采用大孔页岩砖进行填充,基础采用独立基础。

根据中国地震烈度区划图,该框架结构位于阜阳农村地区,7度抗震设防烈度,第一组设计地震分组,设计基本地震加速度值是0.10g,三级抗震设计等级,建筑物类型为丙类[1]。

1 办公楼主体水平地震作用的计算

根据框架结构主体结构特征,参照已有工程实例,应用振动力学理论把本建筑工程简化成多质点弹性体系,这样才能得出比较符合实际的计算结果[2-5]。

1.1 总水平地震作用标准值

抗震规范规定:对于变形以剪切为主,质量、刚度在高度方向分布相对均匀,水平地震作用可以用底部剪力法来计算,该框架结构高度为18.9m＜40m。因此按式(1)计算底部剪力FEK为相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数α1与结构等效总重力荷载Geq乘积即:

故需考虑顶部加地震作用:δn =0.08T1+0.07=0.132,ΔFn =δnFEK=220.40k N,根据式(2)计算,结果见表1。

表1 各层水平地震作用标准值

水平地震作用下计算简图,如图1所示。

图1 水平地震作用下计算简图

1.2 柱的侧移刚度

侧移刚度是指其抵抗侧向变形的能力,实施加于结构上的水平力与其引起的水平位移的比值。柱的线刚度按式(3)计算

式(3)中Ic为柱的截面惯性矩,hc为框架柱的计算高度。计算过程及结构见表2。

表2 柱线刚度

表3 框架柱的侧移刚度D 值

根据式(4)得到柱的侧移刚度D值。

1.3 抗震变形计算

采用D值法来计算水平地震作用下的位移,结构顶点位移u的计算过程见表4。框架第i层的层间剪力。层间位移Δui按(5)式计算,

表4 水平地震作用下楼层层间位移计算

2 在水平地震作用下框架内力计算

由于此设计的梁柱线刚度比K-都小于3,不满足反弯点法计算框架的内力。工程中,采用改进的反弯点也叫D 值法,是目前分析框架内力比较简单又比较精确的一种近似方法。采用D 值法,计算②轴线横向框架内力[6]。

2.1 计算反弯点高度比

用公式(6)计算反弯点高度比y。框架柱的标准反弯点高度比用y0表示,y代表线刚度变化时的高度比修正值,层高变化时反弯点高度比的修正值用y2,y3表示[7]。

2.2 柱端剪力和弯矩

柱端剪力按式(7)计算,柱上、下端弯矩Mbij、Muij按式(8)和(9)计算:

式中Dij为第i层j柱的侧移刚度;s为同层内框架柱的总数。

2.3 梁端内力

梁端弯矩按式(10),(11)计算,得到图2水平地震作用下框架弯矩图;剪力和柱端轴力分别按式(12),(13)计算,得到图3水平地震作用下的框架剪力图。

图2 框架弯矩图(单位:k N·m)

图3 框架剪力图(单位:k N)

式(10),(11)中左边梁的线刚度为i1b,右边梁的线刚度为irb。

式(12)中左边梁的弯矩为M1b,右边梁的弯矩为Mrb。

则Ni为柱在第i层的柱轴力为:

3 结 论

主要对阜阳农村一个框架结构进行抗震计算和设计,考虑了在不同方向的水平地震作用,结构的受力特点,并在此基础上对结构的梁柱进行设计,满足抗震要求。在结构设计过程中要选择结构受力体系和布置方案时,在满足建筑安全性,耐久性、适用性基本要求基础上还要满足经济性要求。抗震设计时,合理选择的计算方法,符合客观受力条件,对抗震计算结构模型进行合理简化。设计成果为框架梁和柱的抗震截面设计提供必要数据依据,文中框架结构的抗震计算方法步骤对类似建筑结构具有一定的借鉴意义。