抗震结构大赛设计计算书.doc

设计计算书 一、总体设计思路 1、采用“板→梁→柱→基础”结构，传力路线简单明确。 2、保证结构各部分强度。 3、保证结构稳定性。 4、在保证强度、稳定性的前提下，调整结构，使固有频率远离共振区，从而尽量降低动力系数β。 5、尽量减轻自重。 二、基本参数 1、高度 从底座板上表面开始计算。共四层。 第一层：基础高度20mm；净高151mm；梁、板高度33mm。总计204mm。 第二层：净高101mm；梁、板高度33mm。总计134mm。 第三层：净高102mm；梁、板高度27mm。总计129mm。 第四层：净高101mm；梁、板、卡槽高度47mm。总计148mm。 总高：615mm。 2、面积 前三层面积相同，顶层稍有增加，均按前三层取值 楼板面积+四个柱面积： 164×164+4×（20×13）＝27936（mm2）＝279.36（cm2） 3、荷载 单层承受质量：M＝279.36×10＝2793.6（g）=2.7936（kg） 单层重力荷载：G＝Mg=2.7936×9.8=27.37728（N），取G为27N。 结构等效总重力荷载：Geq==0.85×4×27=91.8（N） 取水平地震影响系数为1，按第一主振型近似计算（参见图2），各层水平地震作用为： F1＝10.7N，F2＝18.9N，F3＝27N，F4＝35.2N 取F1＝11N，F2＝19N，F3＝27N，F4＝36N 三、结构计算 抗拉强度 抗压强度 抗剪强度 顺纹 70 N/mm2 60 N/mm2 5.7 N/mm2 橫纹 2 N/mm2 ——— ——— 弦向 ——— ——— 65 N/mm2 1、材料的力学指标 弹性模量：8900 N/mm2 2、振动沿短跨方向时，结构强度、稳定性计算 将结构沿对称平面分为两部分，取一侧进行计算，计算简图如图3所示。 （1）荷载 各层竖向荷载为原来一半： N＝0.5G=0.5×27=13.5（N） 各层水平地震作用为原来一半： P1＝0.5F1＝0.5×11＝5.5（N） P2＝0.5F2＝0.5×19＝9.5（N） P3＝0.5F3＝0.5×27＝13.5（N） P4＝0.5F4＝0.5×36＝18（N） （2）几何特性 a、柱： 面积 A＝6×19＝114（mm2） 惯性矩 I＝19×63／12＝342（mm4） 抗弯截面模量 W＝19×62／6＝114（mm3） b、板（计算简图中的橫梁，每层取三块板计算）： 面积 A＝3×19×3＝171（mm2） 惯性矩 I＝3×（19×33／12）＝128（mm4） 抗弯截面模量 W＝3×（19×32／6）＝86（mm3） （3）使用结构力学求解器计算整体内力 将结构尺寸、荷载、材料性质输入求解器，算得弯矩图、轴力图、剪力图。 （4）柱的强度校核 柱的最危险截面在最下端。 左柱： ，抗压强度足够 ，抗拉强度足够 ，抗剪强度足够 右柱： ，抗拉强度足够 （5）板的强度校核 最危险板处于底层楼顶。因轴力很小，忽略其影响。 ，抗拉、压强度足够 ，抗剪强度足够 （6）板、梁结点强度校核 a、最危险结点处于底层楼顶。如图7所示，忽略梁对板的拉力，仅考虑梁对板的压力，将其简化为作用线沿梁轴线的集中力。 梁、板局部受压强度 ，局部受压强度足够 板的局部受剪强度 ，局部受剪强度足够 b、第三层梁板结点处加固条很窄，假设其失效，仅考虑下部梁与板间的拉、压作用，对结点进行校核。如图8所示 梁的受压不需校核，现校核其受拉 ， 局部抗拉强度足够 （7）梁强度校核 最危险处在底层楼顶。如图9所示，取梁净跨长进行计算。将板对梁的作用简化为均布荷载。 最大弯矩在两端 ，抗拉、压强度足够 最大剪力在两端（此处为弦向受剪） 抗剪强度足够 （8）梁、柱结点强度校核 如图10所示，力作用在粘接面，在粘接面处，梁受到柱的扭矩、剪力作用。 最大剪力 ，抗剪强度足够 （9）柱的稳定性校核 采用计算长度法进行柱的稳定性校核。参见计算简图（图3）与轴力图（图6-b）。 a、底层 ；柱与基础刚结， 查表得μ＝1.6，极限荷载为 ，稳定性足够。 b、第二层 ； 查表得μ＝2.6，极限荷载为 ，稳定性足够。 c、第三、四层轴力较小，无需校核稳定性 3、振动沿长跨方向时，结构强度、稳定性计算 将结构沿对称平面分为两部分，取一侧进行计算，计算简图如图11所示。 （1）荷载 所有荷载均与振动沿短跨方向时相同。 （2）几何特性 a、柱： 面积 A＝6×19＝114（mm2） 惯性矩 I＝6×193／12＝3430（mm4） 抗弯截面模量W＝6×192／6＝361（mm3） b、梁 面积 A＝2×19×3＝114（mm2） 惯性矩 I＝6×193／12＝3430（mm4） 抗弯截面模量W＝6