李健结构设计计算

- 0 -第二章 结构设计计算2.1 设计基本资料2.1.1 初步设计资料一、工程名称：青岛万科金色成品某住宅楼。二、工程概况：建筑面积 2800m ，建筑总高为 18.6m，共四层，室内外高差为20.85m。三、温度：最热月平均 29.4，最冷月平均 4.1；极端最高温度 39.2，极端最低温度为10.3。四、相对湿度：年平均 75。五、相对风向：全年为西北风，夏季为东南风，基本风压 0.6kN/m 。2六、雨雪条件：雪荷载 0.2kN/m 。2七、年降雨量 680.5mm。八、水文资料：常年地下水位低于-5.5m，水质对混凝土无腐蚀作用。九、地质条件：1.地震烈度：本工程所在地区地震设防烈度为 7 度，场地类型类。2.地质资料： 地基承载力标准值为 210kN/m 。2十、材料使用：1.混凝土：梁柱板均使用 C30 混凝土。2.钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋 HRB400，其余采用热轧钢筋 HPB235。3.墙体：a.外纵墙采用 240 厚灰砂砖（ 18kN/m ） ，一侧墙体为水刷石墙面（0.5kN/m ） ，一侧为3 220 厚抹灰（17 kN/m ） ；2b.内隔墙采用 240 厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5 kN/m ） ，两侧均为 20 厚抹灰；3c.女儿墙采用 240 厚加气砼砌块，一侧墙体为水刷-石墙面, 一侧为 200 厚抹灰，墙高900mm。4.窗：钢框玻璃窗（0.45 kN/m ） ，铝合金窗（0.35 kN/m ） 。2 25.门：除大门为玻璃门（0.45 kN/m ） ，办公室均为木门(10.2 kN/m )。22.1.2 结构选型一、结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系；- 1 -二、屋面结构：采用现浇钢筋混凝土板肋梁楼盖 11 ；三、楼面结构：采用钢筋混凝土现浇板，板厚 100mm。2.2 构布置计算简图及梁柱线刚度计算2.2.1 结构布置及梁,柱截面尺寸的初选一、梁柱截面尺寸估算本楼共六层，26 层高均为 2.8m,底层为 4.2m。1.主梁（1）对于所有的纵梁和横向边跨梁，跨度按最大取 l=4000 mmh=1/12 l=1/12 4000=335 mm取 bh=200 mm400 mm（2）对于横向中跨梁，跨度为 1500 mmh=1/8 l=1/81500=189mm取 bh=200 mm250 mm二、柱截面尺寸的估算1.柱组合的轴压比设计值按照公式（21）计算：公式（2-1）NFgn：为考虑地震作用组合后柱轴力压力增大系数，边柱取 1.3，等跨内柱取 1.2，不等跨取 1.25；：为按照简支状态计算柱的负荷面积；F：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取 14 kN/m ；g 2：为验算截面以上楼层层数；n2.框架柱验算公式（2-2）0.8cNbhf由计算简图 21 可知边柱和中柱的负载面积可知 5：中柱：（44）/2(3.6+1.5)/2=610.2 m 2边柱：（66）/23.6/2=7.2m 2边柱： 21.2/(.136.40)/4.308167ccANf m中柱： 587539.- 2 -根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为 400 mm400mm160000 ，为计算简便中柱和边柱的尺寸相同，2m21539.均为 400 mm400 mm。 10故初选柱的尺寸为 400 mm400 mm。图 2-1 计算简图三、结构布置图 2-2 平面结构布置图注：梁的尺寸：L1=200 mm400 mm， L2=200 mm250 mm，- 3 -边柱、内柱的尺寸均为：400 mm400 mm。2.2.2 框架结构的计算简图图 2-3 框架计算简图及梁柱尺寸注：室内外高差 0.85m，基础埋深 0.55m，h=0.85+0.55+2.8=4.2m。2.2.3 框架梁柱线刚度计算由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，对于中框架梁取 I=2I 0BC，DE 跨梁： BC 跨梁： )(103.54.02134mEci CD 跨梁：- 4 -)(1047.35.20.123mEci 底层柱： )(108.24.01343Ecci 上部各层柱:I=Ec1/120.43/2.8=7.6210-4 Ec (m3)2.3 恒荷载标准值计算2.3.1 屋面找平层：15 厚水泥砂浆 20.152.30kNm防水层：（刚性）40 厚 C20 细石混凝土防水 1.0 找平层：15 厚水泥砂浆 2找坡层：40 厚水泥石灰焦渣砂浆 3找平 56014k保温层：80 厚矿渣水泥 .8.2结构层：120 厚现浇钢筋混凝土板 32Nm抹灰层：10 厚混合砂浆 17.0. 2k合计 6.06 2屋面梁自重:mKN/5.104.25摸灰层:/7.0201. 合计 1.67 KN/m22.3.3 标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝：30 厚 1：3 干硬性水泥砂浆，面上撒 2 厚素水泥水泥浆结合层一道 ： 1.16 2kNm- 5 -结构层：100 厚现浇钢筋混凝土板 2.510.2kNm抹灰层：10 厚混合砂浆 7合计 3.83 2k2.3.4 梁自重bh =200mm400mm自重： mKN/5.104.25抹灰层： 71.0.合计 1.67 k基础梁bh =250mm400mm自重： 5.240.25mkN2.3.5 柱自重bh =400mm400mm自重： 4.025mkN抹灰层：10 厚混合砂浆 2714.0合计 4.27 k2.3.6 外纵墙自重标准层：纵墙 ： 0.924183.9mkN铝合金窗 ： 50水刷石外墙面： /6.).(水泥粉刷内墙面 k47318.2- 6 -合计 5. 53 mkN底层纵墙（基础梁 ） 250m4/21.84.0.512. 铝合金窗： k53水刷石外墙面 N/68.水泥粉刷内墙面 m47012合计 9.86 kN/m2.3.7 内纵墙自重标准层:纵墙： mkN/37.10824.)08.(水泥粉刷内墙面： 36合计 10.2k2.4 活荷载标准值计算2.4.1 屋面和楼面活荷载标准值由表查得：不上人屋面: 0.5 2kNm楼面： 2.02.4.2 雪荷载标准值 mkNSk/2.0.1屋面活荷载与雪荷载不同，取两者中较大值 12。- 7 -2-5 板传递荷载示意图2.5 竖向荷载下框架受荷总图确定板传递给梁的荷载，要一个板区格一个板区格地考虑。确定每个板区格上的荷载传递时，先要区分此板区是单向板还是双向板，若是单向板，可沿板的短跨作中线，将板上荷载平均分给两长边的梁；若为双向板，可沿四角点作 45线，将区格板分DC- 8 -为四小块，将每小块板上的荷载传递给与之相邻的梁。板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载 12。本结构楼面荷载的传递示意图见图 2-5。1.BC, (DE)轴间框架梁：屋面板传给梁的荷载恒载： kN/m6.124/8.1/.21/0.4632活载： mkN70955楼面板传给梁的荷载：恒载： kN/m49.102/8.14/.21/0.48332活载： k50952梁自重标准值：1.67kN/m框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载梁自重板传荷载 mkN/27.1867.活载板传荷载1.37 mkN 楼面梁：恒载梁自重板传荷载1.67+11.45=13.12kN/m活载板传自重5.48 k2. C D 轴间框架梁：屋面板传给梁的荷载：恒载： mkN/68.52/5.160活载： 470楼面板传给梁的荷载：恒载： k/68.52/5.106活载： N12梁自重标准值：1.67 m框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁自重板传荷载1.675.687.35kN/m活载板传荷载3.75 kN楼面梁：恒载梁自重板传荷载1.673.595.26kN/m- 9 -活载板传荷载1.88kN/m3.B 轴柱纵向集中荷载的计算（或 E 轴柱）:顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高 800mm,100mm 的混凝土压顶）mkN/49.2.01589.024顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载=4.493.6+1.67(4-0.4)+8.34=55.38kN顶层柱活载=板传活载=0.685 4=2.74kN标准层柱恒载墙自重梁自重板传荷载=5.53(3.6-0.4)+1.67(4-0.4)+5.254=44.71kN标准层柱活载板传荷载2.744= 10.96kN基础顶层恒载底层外纵墙自重基础梁自重=9.86(3.6-0.4)+2.5(3.6-0.4)=39.55kN4. C 轴柱纵向集中荷载的计算（或 D 轴柱）顶层柱恒载梁自重板传荷载 =1.67(2+0.75+3.6)+18.72/2(4-0.4)+5.68/2(1.5-0.4)+6.060.751-2(0.75/3.6)2+(0.7/3.6)33.6+6.061.85/83.6=10.6+33.7+3.12+6.060.750.923.6+24.543=87.02kN顶层柱活载板传荷载=0.50.755/823.62=3.38kN标准层柱恒载梁自重内纵墙自重板传荷载=1.67(3.6-0.4)+12.13.6+3.830.755/83.622=5.344+25.85+43.56=80.01kN标准层柱活载板传活载=2.00.755/823.62=13.52kN基础顶面恒载基础梁自重+底层内隔墙自重=12.1(4-0.4)+2.53.6=52.56kN图 2-7 框架在竖向荷载作用下的受荷总图2.6 风荷载标准值计算 - 11 -2.6.1 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值为了简化计算起见，通常将计算单元范围内外墙面的分布荷载化为等量的作用于楼面集中风荷载 12，计算公式如下：公式（2-3）20BhWjizsk 式中：基本风压 ；20mkN6.-风压高度变化系数，地面粗糙度为 B 类；z-风荷载体型系数，本建筑 H/B0.25s,应z考虑风压脉动对结构发生顺风向风振影响,由表 5.1.7 知多层建筑的脉动影响系数 =0.47;由表 5.1.8 知,脉动增大系数 =1.29振型系数 z 由(GB50009)的规定修正.-下层柱高；ih-上层柱高，对顶层为女儿墙高度的 2 倍；jB计算单元迎风面的宽度，B4m；表 2-1 各层楼面处集中荷载标准值 离地高度Z/m zzs20(kN/m)w/ih/mj/kNW17.6 1.1972 1.17 1.3 0.6 2.8 2.0 10.4911.4 1.344 1.14 1.3 0.6 2.8 2.8 11.307.8 1.056 1.10 1.3 0.6 2.8 2.8 10.159.2 1.0 1.07 1.3 0.6 2.8 2.8 9.356.4 1.0 1.04 1.3 0.6 2.8 2.8 9.093.6 1.0 1.02 1.3 0.6 3.6 2.8 10.182.6.2 风荷载作用下的位移验算1.侧移刚度 D：z- 12 -表 2-2 横向 2-4 层 D 值的计算 构件名称 2bci2ci21(kN/m)cDihB 轴柱 7.016.73540.259 30208C 轴柱 6.2.0.2440.367 42804D 轴柱 1.106.73.5440.367 42804E 轴柱 7.2.40.259 30208146022830D表 2-3 横向底层 D 值的计算 构件名称 bci.52ci21(kN/m)cDihB 轴柱 05.18.5340.508 17555C 轴柱 73040.598 20665D 轴柱 .108.53140.598 20665E 轴柱 540.508 175552.风荷载作用下框架侧移计算：水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算：公式（2-4）ijjD式中： -第 j 层的总剪力标准值j- 13 -第 j 层所有柱的抗侧刚度之和ijD-第 j 层的层间位移第一层的层间侧移求出之后，就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和 12。J 层侧移： 公式（2-5）1jju顶点侧移： 公式（2-6）1nj表 2-4 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算 层次Wj(kN)Vj(kN)kNmD)(jhj六 10.49 10.49 146024 0.00007 1/40000五 11.30 21.79 146024 0.00015 1/18677四 10.15 31.94 146024 0.00022 1/12727三 9.35 41.29 146024 0.00028 1/10000二 9.09 50.38 146024 0.00035 1/8000一 10.18 60.56 76440 0.00079 1/5316026.i侧移验算：对于框架结构楼层层间最大位移与层高之比的限度为 1/550，本框架的层间最大位移与层高之比在一层，其值 1/6000，1/53161/550，满足要求，框架抗侧刚度足够。2.7 水平地震作用计算采用底部剪力法计算水平地震作用2.7.1 重力荷载代表值的计算- 14 -屋面处重力荷载代表值结构和构配件自重标准值0.5雪荷载标准值楼面处重力荷载代表值结构和构配件自重标准值0.5楼面活荷载标准值其中结构和构配件自重取楼面上下各半层范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。1.屋面处的重力荷载标准值的计算：女儿墙的重力荷载代表值的计算 kNlgG19.20 1236.051.928.376.2 女 儿 墙女 儿 墙- 15 -屋面板结构层及构造层自重标准值：kNG14.231.0427. 柱 kNGGG 2.4988.9714.235.348.243 10 墙柱梁屋 面 板女 儿 墙顶 层2.标准层楼面处重力荷载标准值计算： kN36.52.6.1.97. 楼 面 板kN5289墙GkN.34梁 k8.67150柱 kNG80.43795.02.34.17 6.15 柱屋 面 板梁墙标 准 层3.底层楼面处重力荷载标准值计算: )12/(1.6.95 墙GkN317楼 板 kN8.7102 柱 kG54梁 kN75.8405.2643.58.67.3 底 层 kNG48.23 2.43.6.35.128.3706 屋 面 板 k534 24.018.37.06 541 梁 kN.97 24.063.4.02.3.5 .38451880 墙- 16 -4.屋顶雪荷载标准值计算 kNsqQ28.0 2.436.51.98.37. 雪雪5.楼面活荷载标准值计算 kN8.025.1243.65.937楼 面6.总重力荷载代表值计算屋面处: =屋面处结构和构件自重0.5 雪荷载标准值GEN4203.58+0.580.28=4243.72kN(设计值为 5092kN)标准层楼面处: 楼面处结构和构件自重0.5活荷载标准值E 4190.52+0.5802.84591.9kN(设计值为 6699 kN)底层楼面处: 楼面处结构和构件自重0.5 活荷载标准值1GE4935.90.5802.85337.3 kN (设计值为 8000 kN)2.7.2 框架柱抗侧刚度 D 和结构基本自振周期计算1.横向 D 值计算表 2-5 横向 26 层 D 值计算 构件名称 D 值（kN/m） 数量 (kN/m)DB 轴柱 30208 11 332288C 轴柱 42804 7 299628D 轴柱 42804 13 556452E 轴柱 30208 11 33228815206D表 2-6 横向首层 D 值计算构件名称 D 值（kN/m） 数量 (kN/m)D- 17 -A 轴柱 24717 6 148302B 轴柱 16693 13 217009C 轴柱 18153 15 272295D 轴柱 18153 15 272295E 轴柱 16693 15 25039516029kN/mD2.结构基本自振周期计算采用假想顶点位移 计算结构基本自振周期T现列表计算假想顶点位移表 2-7 假想顶点位移 计算结果 T层次 iG(kN)i(k)D(kN/m)()i(m)i4 15519 15519 752306 0.0206 0.19183 17645 33164 752306 0.0441 0.17122 17645 50809 752306 0.0675 0.12711 18293 69102 1160296 0.0596 0.0596结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数 ，刚结构的基本自振周期：0.6T1.71.06.198.52T S取 0.52S3.多遇水平地震作用计算由于该工程所在地区抗震设防烈度为 6 度，场地土为类，设计地震分组为第一组，查表，得： 7max0.40.35gTS由于 ，故15ggT12max0.8.69058736.kNeqEG式中 -衰减系数，在 得区间取 0.9；1ggT-阻尼调整系数，取阻尼比 0.05， 1.0221- 18 -=0.02804.52.3019.max9.0 Tg对于多质点体系，结构底部总纵向水平地震作用标准值为： kNGFeqEk 6.18.7861niHEknjjii ,2,1质点 i 的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见表 28表 2-8 ， 和 的计算 iFiVi层 (kN)iG(m)iHiGiH(kN)i()iVDm4 15519 15.5 240544.5 682950.6 579.3 579.3 752306 0.000773 17645 11.9 209975.5 682950.6 505.6 1084.9 752306 0.00142 17645 8.3 146453.5 682950.6 352.7 1437.6 752306 0.00191 18293 4.7 85977.1 682950.6 207 1644.6 1160296 0.0014楼层最大位移与楼层层高之比为： ，满足位移要求0.19136850ih第三章 内力计算3.1 恒荷载内力计算奇数跨在对称荷载作用下可取半结构结算 43.1.1 固端弯矩计算顶层边跨： 22413.05683.7kNmBCMql- 19 -顶层中跨： 22414.38150.79kNm3CDMql中间层边跨： 596.B中间层中跨： 2.CD3.1.2 分层计算弯距1.顶层分配系数计算如下： 1240.560.378.91412.205460.35993341.252130.592上 柱 下 柱 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 左 梁BC图 3-1 顶层弯矩分配传递图2.中间层分配系数计算如下：- 20 -4141.090.3840.956.5 2.4741503845 .60.60.9.1.0932726856.385425610.3上 柱 下 柱 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 左 梁BC图 3-2 中间层弯矩分配传递图3.底层分配系数计算如下： 407.)6.45.09.14(.074 275683.178470 39.06.049.140.8 03.15.8- 21 -上 柱 下 柱 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 左 梁BC图 3-3 底层弯矩分配传递图4.恒荷载作用下梁柱不平衡弯矩分配，不平衡弯矩调整之后既可得出恒荷载作用下框架弯矩图 4。- 22 -图 3-4 恒荷载作用下 M 图（kN.m）3.1.3 计算剪力 423.056(1.568.)75.2kNBVkN862. 左C41.8(9.3)1.右 3157kD左 35.964.0./652.4kBV1.2NC左3.837k右 25964.98.25/642kBV1.2C左283.7kN右 15.96164.8/52.4kNB.25CV左1.837k右- 23 -图 3-5 恒荷载作用下 V 图（kN）4.计算轴力：已知某节点上柱传来的轴力 和左右传来的剪力 时，其下柱的轴力为：uNrlV,式中， ， 以压力为正，拉力为负 4。rlul VNul2-4 层柱重 9.41（3.6-0.12）=32.75底层柱重为 9.41（4.7-0.12 ）=43.1 kN- 24 -图 3-6 恒荷载作用下 N 图（kN ）3.2 活荷载作用下内力计算3.2.1 固端弯矩计算顶层边跨： 22415.860.kNmBCMql顶层中跨： 371D- 25 -中间层边跨： 215.860.kNmBCM中间层中跨： 371E3.2.2 分层计算弯矩1.顶层：上 柱 下 柱 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 左 梁BC图 3-7 顶层弯矩分配传递图2.中间层：- 26 -CB左 梁下 柱上 柱左 梁 右 梁下 柱上 柱图 3-8 中间层弯矩分配传递图3.底层： CB左 梁下 柱上 柱左 梁 右 梁下 柱上 柱图 3-9 底层弯矩分配传递图4.活荷载作用下梁柱不平衡弯矩分配，不平衡弯矩调整后即可的出活荷载作用下框架弯- 27 -矩图。图 3-10 活荷载作用下弯矩图（ kNm ）3.2.3 计算剪力计算方法与恒荷载作用下计算方法相同- 28 -图 3-11 活荷载作用下 V 图（ kN）3.2.4 计算轴力活荷载作用下轴力计算与恒荷载作用下计算方法相同。图 3-12 活荷载作用 下 N 图（kN）- 29 -3.3 风荷载标准值作用下的内力计算框架在风荷载（从左向右吹）下的内力用 D 值法（改进的反弯点法）进行计算，其步骤为：1.求各柱反弯点处的剪力值；2.求各柱反弯点高度；3.求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；4.求各柱的轴力和剪力。第 i 层第 m 柱所分配的剪力为： ， ， 为第 i 层楼面iimi VDV)(nijiWi处集中风荷