广东技术师范学院天河学院
《建筑结构抗震设计》
课程设计成果
班 级： 土木111 姓 名： 学 号： [1**********]21 指导教师： 王 爱 云 日 期： 2013年 12 月
广东技术师范学院天河学院建筑工程系
目录
1. 多层钢筋混凝土框架结构设计任务书...................................................................................... 1
1.1设计资料.............................................................................................................................. 1 1.2设计内容.............................................................................................................................. 2 1.3设计要求.............................................................................................................................. 2 2.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书........................................................................................ 3
2.1计算简图及各楼层质量的计算.......................................................................................... 3 2.2框架抗侧移刚度的计算...................................................................................................... 3 2.3自震周期计算...................................................................................................................... 5 2.4水平地震作用计算及弹性位移验算.................................................................................. 5
2.4.2水平地震作用计算.................................................................................................... 5 2.4.3楼层地震剪力计算.................................................................................................... 6 2.4.4多遇地震下的弹性位移验算.................................................................................... 6 2.5水平地震作用下框架的内力分析...................................................................................... 6 2.6 框架重力荷载作用效应计算........................................................... 错误！未定义书签。
2.6.1重力荷载代表值计算.............................................................................................. 10 2.6.2重力荷载代表值下的弯矩计算.............................................................................. 12 2.6.3弯矩的条幅与折算.................................................................................................. 14 2.7 内力组合与内力调整....................................................................................................... 15
2.7.1 框架梁的内力组合及调整..................................................................................... 15 2.7.2 框架柱的内力组合及调整..................................................................................... 16
2.7.3节点核心区组合剪力设计值………………………………………………………………….17
2.8 框架截面设计................................................................................................................... 17
2.8.1 框架梁截面设计..................................................................................................... 17 2.8.2 框架柱截面设计..................................................................................................... 19
2.8.3 节点核心区验算…………………………...…………………………………………………21
参考文献......................................................................................................................................... 22 《建筑结构抗震设计》课程设计个人总结................................................................................. 23
1. 多层钢筋混凝土框架结构设计任务书
1.1设计资料
1. 某一栋普通3层的现浇钢筋混凝土框架结构办公楼，结构平面布置如图1所示，不上人屋面，屋顶无局部突出部分；底层层高4m，二、三层层高3.6m。
2. 本设计所有梁、柱尺寸均见图1.1，柱截面尺寸均为500mm×500mm。
图1.1 结构平面布置
3. 材料强度：梁、板、柱强度等级皆为C30，纵向受力钢筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。
4. 结构恒荷载框架计算简图1.2、活荷载框架计算简图1.3已给出。各层的重力荷载代表值为：
G1=11400kN，G2=10900kN，G3=9900kN；
5. 地震资料：
(1)设防烈度及基本地震加速度：8度（0.2g）。 (2)设计地震分组：第二组。 (3)建筑场地类别：I1类场地。
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图1.1 框架恒荷载分布图 图1.2 框架活荷载分布图
1.2设计内容
1. 按指导教师给定的设计号进行设计，编制设计计算书； 2. 计算各层质量、抗侧刚度，计算结构的自振周期； 3. 横向地震作用计算及层间位移验算；
4. 指定⑦号轴线上一榀框架在恒、活载及水平地震作用下的内力图（弯矩图、剪力图、轴力图）；
5. 设计所选定一榀框架各构件（梁、柱）在有地震组合下的配筋。
6. 电脑绘制梁平法施工图、柱平法施工图。
1.3设计要求
1. 计算书
计算书应书写清楚，字体端正，步骤完整、内容清晰，计算公式、计算简图均应列入，并尽量利用表格编制计算过程。
2. 绘制楼盖结构施工图 (1)梁配筋图（比例尺1：200）； (2)柱配筋图（比例尺1：200）；
(3)在图中标明有关设计说明，如混凝上强度等级、钢筋的种类、混凝土保护层厚度等；
(4)图面应整洁，字体和线条应符合建筑结构制图标准。
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2.多层钢筋混凝土框架结构设计计算书
2.1计算简图及各楼层质量的计算
1. 计算重力荷载代表值时，永久荷载取全部，楼面可变荷载取50%，屋面活荷载不考虑。各质点的重力荷载代表值取本楼面重力荷载代表值及与其相邻上下层间墙（包括门墙），柱全部重力荷载代表值的一半之和。本题已给出各层的重力荷载代表值。
2. 框架结构的计算简图如图1.4所示。
图1.4 剖面及计算简图
各楼层集中质量分别为m=
G
g
m1=1163.27kg，m2=1112.24kg，m3=1010.20kg
2.2框架抗侧移刚度的计算
(D值法的计算)
1. 梁的线刚度。计算结果如表2.1所示。其中梁的截面惯性矩考虑了楼板的作用。
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表2.1 现浇框架梁线刚度计算
注：混凝土C30,Ec=3.0⨯104N/mm2
2. 柱的抗侧移刚度。采用D值法计算。已知D=α中系数按下列式子计算
i对一般层 K=
2ic
bb
12ic
，计算结果如表4.2所示。表2h
,α=
K
2+K
对底层 K=
i
ic
,α=
0.5+K
2+K
表2.2 框架柱值机楼层抗侧移刚度的计算
4
2
注：混凝土C30,Ec=3.0⨯10N/mm
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3. 楼层侧移刚度。楼层所有柱的D值之和即为该楼层抗侧刚度。其计算过程及计算结果如表所示2.2。
2.3自震周期计算
（选用顶点位移法。）
假想顶点位移的计算结果如表2.3所示。
表2.3 假想顶点位移计算
取框架结构的周期影响系数ψT=0.7,可得结构基本自振周期为
T1=1.7ψT=1.7⨯0.7=0.332
2.4水平地震作用计算及弹性位移验算
(选用顶点位移法。)
2.4.1水平地震影响系数α1的计算
结构基本周期取顶点位移法的计算结果，T1=0.332s；多遇地震下设防烈度8度（设计地震加速度0.2g）的水平地震影响系数最大值a1=0.16；查表3-3可得I1类场地、设计地震分组为第二组时，Tg = 0.30s，则
α1=（
0.30.90.9
）η2αmax=（）⨯1.0⨯0.16=0.146 T10.332
Tg
2.4.2水平地震作用计算
结构总水平地震作用标准值为
FEK=α1Geq=0.146⨯0.85⨯32200=3996kn
因为T1=0.332s
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Fi=
GiHi
∑GH
i
j=1
n
FEk
i
计算结果如表2.4所示。
2.4.3楼层地震剪力计算
各楼层地震剪力标准值按下列式子计算，计算结果如表2.4所示。
Vi=∑Fi
j=in
多遇地震下设防烈度7度，基本周期小于3.5s的楼层最小地震剪力λ = 0.024。各楼层地震剪力标准值均满足楼层最小地震剪力要求，即
Vi ＞λ ∑Gi
j=in
根据表中数据，经验算满足上式要求。
2.4.4多遇地震下的弹性位移验算
多遇地震下的各楼层层间弹性位移按式子∆ue=
Vi
计算。计算结果如表2.4所示，并将Di
其表示为层间位移角Δue/h形式。钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值为1/550。经验算各层均满足要求。
表2.4 Fi 、Vi 、Δue 及 Δue / h
2.5水平地震作用下框架的内力分析
1. 将上述求得的各楼层地震剪力按下列式子，分配到单元框架的各框架柱，可得各层
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每根柱的剪力值，即
Vij=
Dij
Vi
ik
∑D
k=1
m
2. 通过查表得各柱的反弯点高度比及其修正值(可近似按倒三角行分布的水平荷载查表)，再利用式子yh = ( y0+y1+y2+y3 )h，确定各层各柱的反弯点位置；
3. 再按下列式子计算出每层柱上下端的柱端弯矩，即
tb=Vik(1-y)h， 柱下端弯矩 Mij=Vikyh 柱上端弯矩 Mij
4. 利用接点的弯矩平衡原理，按下列式子（节点左端弯矩Mbl、右端弯矩Mbr），求出每层各跨梁端的弯矩，即
r
MEk=Mbl=
ibliub
(Mcu+Mcb)， MlEk=Mbr=br(Mc+Mc) ibl+ibribl+ibr
5. 再按下列式子求出粱端剪力，即
Mlb+Mrb
Vb=
l
6. 由柱轴力与粱端剪力平衡的条件可求出柱轴力。
现以⑦轴框架单元为例，将计算结果列于表2.5和表2.6以及图2.5、图2.6、图2.7中。由于地震时反复双向作用，两类梁、各柱的弯矩、轴力及剪力的符号也相应地反复变化。
表2.5 水平地震作用下的中框架柱剪力和柱端弯矩标准值
表2.6 水平地震作用下的中框架粱端弯矩、剪力及柱轴力标准值
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图2.5 水平地震作用下⑦框架弯矩
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图2.6水平地震作用下⑦框架轴力 图2.7水平地震作用下⑦框架剪力
2.6、框架重力荷载作用效应计算
当考虑重力荷载作用将与地震作用进行组合时，计算单元框架上的竖向荷载应该按重力荷载代表值计算。永久荷载取全部，按等效均布荷载计算的楼面活荷载，可变荷载取50%。该结构基本对称，竖向荷载作用下的框架侧移可以忽略，采用弯矩二次分配法计算框架的内力。需要考虑塑性内力重分布而进行梁端负弯矩调幅，对于现浇框架，调幅系数范围为0.8~0.9，本设计取0.8，弯矩调幅应在内力组合前进行。
下面计算⑦轴框架单元，将重力荷载代表值作用下的内力计算结果列于下表中。表中弯矩以顺时针为正，其中
、
分别为梁左端及右端的弯矩；
、
分别为柱上端和下端的
弯矩。表中弯矩已经折算到节点边缘处，折算公式如下：
；
式中M ：节点柱边缘处弯矩值；
Mc：轴线处弯矩值
V0：按简支梁计算的支座剪力值（取绝对值）; b ：节点处柱的截面宽度。
⑦号轴线上一榀框架在恒、活荷载作用下的内力图如下：
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框架恒荷载分布图 框架活荷载分布图
表2.6.1恒荷载作用下⑦轴框架弯矩二次分配（kN m）
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图6.1恒荷载作用下⑦轴框架弯矩（kN ⋅m） 图6.2恒荷载作用下⑦轴框架剪力（kN ⋅m）
图6.3恒荷载作用下⑦轴框架轴力（kN ⋅m）
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表2.6.2活荷载作用下⑦轴框架弯矩二次分配（kN m）
图6.4活荷载作用下⑦轴框架弯矩（kN ⋅m） 图6.5活荷载作用下⑦轴框架剪力（kN ⋅m）
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图6.6活荷载作用下⑦轴框架轴力（kN ⋅m）
图6.7重力荷载作用下⑦轴框架弯矩（kN ⋅m） 图6.8重力荷载作用下⑦轴框架剪力（kN ⋅m）
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图6.9重力荷载作用下⑦轴框架轴力（kN m）
表2.6.3重力荷载代表值作用下的⑦轴框架梁端弯矩及柱端弯矩，轴力
表中弯矩以顺时针为正，弯矩值已经折算到节点边缘处，选用公式： 梁端：
柱端：
注：M :节点柱边缘处弯矩值； Mc:轴线处弯矩值； Vo ：按简支梁计算的支座剪力值，取绝对值；
M后：节点梁边缘处弯矩值； M前：轴线处弯矩值，折算前组合值； Vo ：柱的支座剪力值； hb ：节点处梁的截面宽度。
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2.7 内力组合与内力调整
本框架地震烈度为8度(0.2g)，场地类型为I1类，总楼层高度H =11.2m＜24m，确定抗震等级为三级。
以下未特殊说明，均是以⑦轴框架底层楼面为例的梁与柱的内力组合计算。
2.7.1 框架梁的内力组合及调整
粱左端：
地震作用弯矩顺时针方向时，γGE=1.2,则梁左端正弯矩为
lMb=1.3MEK+1.2MGE=[1.3⨯218.00+1.2⨯（-42.00）]KN∙m= 233KN∙m
地震作用弯矩顺时针方向时，γGE=1.0，则梁左端正弯矩为
lMb=1.3MEK+1.0MGE=[1.3⨯218.00+1.0⨯（-42.00）]KN∙m=241.40KN∙m
地震作用弯矩逆时针方向时，梁左端负弯矩为
lMb=1.3MEK+1.2MGE=⎡⎣1.3⨯(-218.00)+1.2⨯(-42.00)⎤⎦KN∙m=-333.80KN∙m
梁右端：
地震作用弯矩顺时针方向时，梁右端负弯矩为
lMb=1.3MEK+1.2MGE={1.3⨯(-152.86)+1.2⨯（-62.811）}KN∙m=-274.10KN∙m
地震作用弯矩逆时针方向时，梁右端正弯矩为
lMb=1.3MEK+1.2MGE=[1.3⨯152.86+1.2⨯（-62.811）]KN∙m=123.34KN∙m
地震作用弯矩逆时针方向时，γGE=1.0，则梁右端正弯矩为
lMb=1.3MEK+1.0MGE=[1.3⨯152.86+1.0⨯（-62.811）]KN∙m=135.91KN∙m
经比较，梁端组合弯矩设计值的最后取值为：梁左端最大负弯矩为-333.80KN·m，最大正弯矩为241.40KN·m；梁右端最大负弯矩为-274.10KN·m，最大正弯矩为135.91KN·m。
（2）梁端组合剪力设计值
三级框架梁端截面组合剪力设计值按式Vb=1.2。
梁端弯矩顺时针作用时的剪力为（取γGE=1.2）
r
ηvb（Mlb+Mb）
ln
+VGb 计算，剪力增大系数为
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Vb=
r
ηvb（Mlb+Mb）
ln
+VGb=216.87N
梁端弯矩逆时针作用时的剪力为：
Vb=
rηvb（Mlb+Mb）
ln
+VGb=210.35N
经比较，梁端最大剪力为216.87KN。
2.7.2柱的内力组合及调整
以⑦轴框架底层中柱Z2为例。
（1）柱端组合弯矩设计值。 柱顶弯矩（逆时针方向
Mct=1.3MEK+1.2MGE=1.3⨯(-137.81)+1.2⨯（-13.49）=-195.34KN∙m
：M=MC-V∙0是已经折算到节点边缘的弯矩值）
b
2
顺时针方向
Mct=1.3MEK+1.2MGE=[1.3⨯137.81+1.2⨯（-13.49）]KN∙m=162.97KN∙m
柱底弯矩： 逆时针方向
bM c=1.3MEK+1.2MGE=[1.3⨯（-252.66）+1.2⨯（-8.07）]KN∙m=-338.14KN∙m
顺时针方向
bM c=1.3MEK+1.0MGE=[1.3⨯252.66+1.0⨯（-8.07）]KN∙m=320.39KN∙m
柱端弯矩调整如下。
柱下端截面：三级框架底层柱下端截面的组合弯矩设计值（绝对值大者）应乘以增大系数1.5，即应调整为
bM c=1.5⨯338.14KN m=507.21KN m（逆时针方向）
柱上端截面：由于底层柱轴压比为0.7>0.15，所以，柱上端截面的组合弯矩设计值（绝对值大者）应乘以增大系数1.5，即应调整为
tM c=1.5⨯195.34KN m=293.01KN m（逆时针方向）
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（2）柱端组合剪力设计值
柱上下端截面组合剪力设计值（顺时针方向）按式Vc=
tb
ηvc（Mc+Mc）1.3⨯（507.21+293.01）
tb
ηvc（Mc+Mc）
Hn
=调整为
Vc=
Hn
=
4-3.6
KN=2600.72KN
2.7.3节点核心区组合剪力设计值
以⑦轴框架底层中柱Z2节点为例。
框架节点核心区组合剪力设计值按式Vj=Vbj-Vcj确定，剪力增大系数为1.2。即
hb0-a's
Vj=1-）
hb0-a'sHc-hb
ηjb∑Mb
其中，节点左侧梁弯矩（已折算到节点柱边缘）为
Mbl=（1.2⨯62.81+1.3⨯152.86）KN m=274.09KN m
节点右侧梁弯矩（已折算到节点柱边缘）为
Mbr=[1.2⨯（-48.49）+1.3⨯169.74）]KN m=162.47KN m
0.5+0.6⎡⎤
-0.04-0.04⎥1.5⨯（274.09+162.47）⎢Vj=⨯⎢1-KN=1170.35KN
⎥
⎥-0.04-0.04⎢4⨯（1-0.58）+3.6⨯0.5-
2⎣2⎦
2.8 框架截面设计
梁的混凝土强度等级皆为C30(fc =14.3N/mm2, ft =1.43N/mm2)，纵向受力钢筋采用HRB400(fy =360N/mm2 ，ξb =0.517)，箍筋采用HPB300(fy =270N/mm2)。
2.8.1框架梁截面设计
以⑦轴框架底层楼面进深梁为例。
（1）梁正截面抗弯设计
梁端按矩形截面双筋考虑。梁端正截面抗震受弯承载力应满足下例要求：
下''
γREMb≤fyA（ sh0-as）
x上
及 γREMb a≤α1fcbx（h-0）+Af（h'0）ys-2
s
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α1fcbx=Asfy-As'fy'
式中 As、As'—分别为梁端上部钢筋面积和下部钢筋面积。 梁左端下部配筋计算：
0.75⨯242.27⨯10622
A==mm=968mm '
f（yh0-as）360⨯600-40-40's
下
γREMb
选4Φ18，As'=1017mm2 梁左端上部配筋计算：
上'''6
γREMb-fyA（（560-40）
sh0-as）0.75⨯313⨯10-360⨯1017⨯as==2
α1fcbh014.3⨯300⨯5602
=0.045
ξ
x=ξh0=0.046⨯560=25.76
As=
α1ξfcbh0+fy'As'
fy
=
0.046⨯14.3⨯300⨯560+360⨯1017
mm2=1323.97mm2
360
选5Φ22，As=1900mm2.
验算三级框架抗震要求： 相对受压区高度 ξ=
Asfy-A'fs'
=
y
α1fcbh
1900⨯360-1017⨯360
=0.13
14.3⨯300⨯560
As'1017==0.535>0.3 梁底部钢筋面积与顶部钢筋面积之比
As1900
纵向钢筋最小配筋面积As=1900mm>（0.3%bh）=0.003⨯300⨯560mm=504mm
2
2
皆满足要求。
同理可计算出梁右端配筋（略）。 （2）梁斜截面抗剪设计。 验算梁截面尺寸：
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0.2βcfcbh0
γRE=0.2⨯1.0⨯14.3⨯300⨯560KN=565KN>Vb=299.64KN 0.85
满足要求。
又因为
AsvγREVb-0.42ftbh00.85⨯210.35⨯103-0.42⨯1.43⨯300⨯560≥==0.52 sfyvh0270⨯560
三级框架要求，梁箍筋直径d≥φ8，箍筋间距s=min{100，h/4,8d}。取双肢箍φ10＠100，则
Asv2Asvl2⨯50.3===0.84>0.34 ss120
2.8.2框架柱抗震设计
以⑦轴框架底层中柱Z2节点为例。
（1）柱轴压比验算
柱轴力组合设计值：
验算柱轴压比时
NCK=1.3NEK+1.2NGK=1.3⨯301.11+1.2⨯745.05=1285.50KN
验算正截面承载力时
与柱端顺时针弯矩对应
NCK=1.3NEK+1.0NGK=1.3⨯301.11+1.0⨯745.05=1136.50KN
与柱端逆时针弯矩对应
NCK=1.3NEK+1.2NGK=1.3⨯-301.11+1.2⨯745.05=502.62KN
轴压比为
Nc1285500==0.36
满足二级框架柱要求。
（2）柱正截面承载力计算。
已知调整后的柱底截面最不利组合内力
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M1=Mct=293.01KN/m,M2=Mcb=507.21KN/m,Nc=502.62KN
（50-0）40 h0=Mcb507.21mm=4，60m=0Nc502.62mm，=1 ma009me=20mmei=e0+ea=（1009+20）mm=1029mm，ξ=0.5fcA0.5⨯14.3⨯500⨯500==3.56>1.0取ξ=1.0 Nc502.62⨯103
框架柱的计算长度l0，底层取l0=1.0H，其它层取l0=1.25H，H为层高。
NM1293.011285500==0.58
l04000==8
ηns=1.0。
Nc502.62⨯103
ξ===0.15
按大偏心受压构件计算
e=ei+
As'≥=h500-as=（1029+-40）mm=1239mm 22360⨯（460-40）
'2ζ2γRENe-α1fcbh0ζ（1-）0.8⨯502.62⨯103⨯1239-14.3⨯500⨯4602⨯0.15⨯(1-0.5⨯0.15)f（h0-a）'y'smm2=1906.60mm2 选418位于角部，每边分别布置18，总配筋为18，As=3054mm。
As'3054=1.22%>0.8% 配筋率 ρ==bh500⨯500
满足要求
（3）柱斜截面抗剪承载力计算。
柱截面尺寸验算：
A1.05ftbh0+fyvsvh0+0.056NVc= γRE
0.2fcbh0
γRE
满足要求
=0.2⨯14.3⨯500⨯460KN=774KN>Vc=55.98KN 0.85
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柱抗剪承载力计算：
Hn3.475⨯103
λ===3.78>3 2h02⨯460
故取
Vu=
=。 Asv1⎛1.05⎫fbh+fh+0.056Nt0yv0⎪γRE s⎝λ+1.0⎭1⎛1.054⨯78.5⎫⨯1.43⨯500⨯460+360⨯⨯460+0.056⨯502.62⨯103⎪KN 0.85⎝3+1.0200⎭
=440.56KN>Vc=55.98KN
满足要求。
从计算上，混凝土本身已满足抗剪承载力要求，但是规范要求和满足安全性的前提下，按构造配箍，则配置,10@100，复合箍。非加密区用,10@200复合箍。
2.8.3节点核心区验算
由于梁宽bb=bc/2=250，可以取bj=bc=500。并且节点四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，正交方向的纵向框架梁高度不小于本横向框架梁高度的3/4，可以取交叉梁约束影响系数ηj=1.5。节点核心区配筋与柱端配筋相同。
截面尺寸的验算：
0.3ηjfcbjhj=0.3⨯1.5⨯14.3⨯500⨯500=1893KN>Vj=1344.4KN 0.85γRE
满足要求
节点作用的组合轴力设计值：
N=1.3NEK+1.0NGE=(-1.3⨯149.73⨯1.0⨯482.34)KN
=287.69KN
抗震承载力验算：
hb0-a'sVu=0.1ηjftbjhj+0.05ηjN+fyvAsvjγREbcs1
560+460⎡⎤-40⎥ 1⎢5003=0.1⨯1.5⨯1.43⨯500⨯500+0.05⨯1.5⨯287.69⨯10⨯+360⨯4⨯78.5⨯⎢⎥0.85⎢500100⎥⎣⎦
=1017.71KN
节点核心区抗震抗剪承载力不满足要求，需提高节点区混凝土强度等级或箍筋强度等级
广东技术师范学院天河学院课程设计
参考文献
[1] GB50009—2012，建筑结构荷载规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012
[2] GB50011—2010，建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010
[3] GB50010—2010，混凝土结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社 ，2010
[4] 祝英杰，谷伟. 结构抗震设计[M]．北京：北京大学出版社，2012
《建筑结构抗震设计》课程设计
《建筑结构抗震设计》课程设计个人总结
专业： 土木工程 班级： 土木111 姓名： 王春辉学号： [1**********]21