土木工程毕业设计（论文）-珠海市某10层钢结构住宅设计【全套图纸】.doc

I 鑫悦花园钢结构住宅毕业设计鑫悦花园钢结构住宅毕业设计 摘摘 要要 随着经济快速增长 具有强度高 质量轻等优点的钢结构住宅在国内外得到广泛的 应用 本文阐述了珠海某地区的一栋 10 层高钢结构住宅 鑫悦花园 的设计过程 抗 震设防烈度为 8 级 设计内容包括建筑设计 结构体系方案选择与结构设计三部分 结 构体系方案主要通过比较不同方案抗震性能确定 结构设计包括手算设计楼板以及一品 框架的竖向内力作用 地震作用以及风荷载作用 配合电算进行构件截面设计 节点设 计以及施工图的绘制等 此外 还提出了一些关于钢结构住宅发展的问题 关键词 关键词 钢结构住宅 建筑设计 结构体系方案选择 结构设计 抗震性能 全套图纸 加全套图纸 加 153893706153893706 II 目目 录录 1 1 钢结构住宅简介与工程概况钢结构住宅简介与工程概况 1 1 1 1 钢结构住宅简介 1 1 2 工程概况 1 1 3 钢结构住宅设计方法 2 2 2 建筑设计建筑设计 2 2 2 1 首层建筑平面图 3 2 2 二 十层建筑平面图 3 2 3 建筑正立面图 4 2 4 建筑 A A 剖面图 5 3 3 结构体系初选结构体系初选 5 5 3 1 结构体系初步选择 5 3 2 结构平面布置图 6 4 4 楼盖与屋盖设计楼盖与屋盖设计 6 6 4 1 屋面楼面荷载计算 7 4 2 施工阶段验算 7 4 3 使用阶段验算 8 4 4 剪切 粘结验算 8 4 5 挠度验算 8 4 6 自振频率验算 9 5 5 框架初步设计框架初步设计 9 9 5 1 梁截面初选 9 5 2 柱截面初选 9 5 3 支撑截面初选 10 5 4 构件平面布置图 10 6 6 结构体系确定结构体系确定 1010 6 1 不同种类支撑体系的比较 10 6 2 框架体系与框架 支撑体系的结构性能比较 12 6 3 构件立面布置图 13 7 7 竖向内力计算竖向内力计算 1313 7 1 结构计算简图与各构件线刚度计算 13 7 2 恒荷载作用下的内力计算 13 7 3 活荷载作用下的内力计算 22 8 8 抗震内力计算抗震内力计算 2424 8 1 重力荷载计算 24 8 2 刚度计算 25 8 3 自振周期计算 27 8 4 地震作用计算 28 III 8 5 变形验算 28 8 6 地震作用下的内力计算 29 9 9 风荷载内力计算风荷载内力计算 3232 9 1 风荷载作用计算 32 9 2 变形验算 33 9 3 风荷载作用下的内力计算 33 10 10 内力组合内力组合 3535 10 1 梁内力组合 35 10 2 柱内力组合 36 10 3 各控制截面最大内力组合值 38 11 11 手算与电算结果分析比较手算与电算结果分析比较 3939 11 1 竖向荷载分析比较 39 11 2 水平地震力计算分析比较 41 11 3 电算主要计算指标 42 12 12 截面验算截面验算 4444 12 1 框架柱的计算长度 44 12 2 框架柱截面验算 45 12 3 框架梁截面验算 47 12 4 支撑截面验算 48 12 5 组合次梁设计 48 12 6 钢框架梁柱节点全塑性承载力验算 49 12 7 节点域抗剪强度验算 49 12 8 抗震构造措施验算 49 13 13 节点设计节点设计 5050 13 1 柱脚节点设计 50 13 2 柱与柱的拼接连接设计 51 13 3 梁柱节点设计 51 13 4 次梁与主梁连接节点设计 52 13 5 支撑节点设计 53 14 14 楼梯设计与基础设计楼梯设计与基础设计 5454 14 1 楼梯设计 54 14 2 基础设计 55 15 15 防锈防火设计防锈防火设计 5555 15 1 防锈处理 55 15 2 防火处理 55 16 16 结语结语 5757 参考文献 参考文献 5858 1 1 1 钢结构住宅简介与工程概况钢结构住宅简介与工程概况 1 11 1 钢结构住宅简介钢结构住宅简介 钢结构住宅是以钢结构为骨架 同时配以多种其它材料的墙体和楼板拼装而成的一 种住宅体系 是住宅建筑的一个重要分支 钢结构住宅是以工厂化生产的 H 型钢梁 钢 柱 包括 H 型钢柱 钢管柱 箱形柱 钢骨混凝土柱或圆 方或矩形钢管混凝土柱 为承 重骨架 同时配以新型轻质的保温 隔热 高强的墙体材料作为围护结构 并与功能配 套的水暖电卫设备和部品优化集成的节能和环保型住宅 与传统的砖混和混凝土结构住宅相比 钢结构住宅是一种更符合与传统的砖混和混凝土结构住宅相比 钢结构住宅是一种更符合 绿色生态建筑绿色生态建筑 1 1 1 特征的结构形式 它具有强度高 质量轻 构建界面小 有效空间大 材料均匀 塑性 韧性好 抗震性能优越 制造简单 施工周期短 节能 环保等优点 2 因此 钢结构住宅是我国住宅产业化的发展方向 大力发展钢结构住宅符合我国人口日益增长 与经济实力不断提升的国情 同时钢结构住宅的发展依然存在耐火能力弱与容易腐蚀等 问题 1 21 2 工程概况工程概况 工程名称 鑫悦花园 建设地点 珠海市区某地 场地概况 场地大小为 30m 30m 8 12 层 建筑总高度不超过 40m 室内外高差 为 0 3m 设计使用年限为 50 年 结构形式 多高层钢结构 基本风压 w0 0 8kN m2 地面粗糙程度为 C 类 抗震要求 抗震设防类别为丙类 抗震设防烈度为 8 度 类场地土 设计地震分 组为第一组 场地土层情况 表 1 1 层次 层厚 m 层底标高 m 标高 0 00 土体类型土体参数 1 00 1 00杂填土 2 50 3 50淤泥质土 3 00 6 50粉质粘土 含水率 塑限 1 31 液限 P 18 L 37 5 50 12 00粉土孔隙比0 7e 中密的中砂 屋面做法 压型钢板混凝土组合楼板 20 厚水泥混凝土找平 100mm 厚钢筋混凝土 楼板 20mm 厚石灰砂浆抹底 八层作法防水层 三毡四油上铺小石子 楼面做法 压型钢板混凝土组合楼板 水磨石面层 20 厚水泥混凝土找平 100mm 厚钢筋混凝土楼板 20mm 厚石灰砂 浆抹底 2 墙身做法 外墙采用 150mm 厚 ALC 板 内隔墙采用 100mm 厚 ALC 板 自重 6 5KN m3 要加支撑的墙选用混凝土空心小砌块 自重 11 8KN m3 女儿墙做法 V 125 型压钢板外加 100 厚彩色钢板岩棉夹芯板 自重 0 545 kN m2 门窗做法 门为木门 自重 0 2 kN m2 窗为钢窗玻璃窗 自重 0 4 kN m2 1 31 3 钢结构住宅设计方法钢结构住宅设计方法 50 年代中期至 60 年代末 有限元法出现并迅猛发展 由于当时理论尚处于初级阶段 计算机的硬件及软件也无法满足需求 有限元法和有限元程序无法在工程上普及 到 60 年代末 70 年代初出现了大型通用有限元程序 它们以功能强 用户使用方便 计算结果 可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品 成为结构工程强有力的分析工具 有限元法是建立在固体流动变分原理基础之上的 用有限元进行分析时 首先将被 分析物体离散成为许多小单元 其次给定边界条件 载荷和材料特性 再者求解线性或 非线性方程组 得到位移 应力 应变 内力等结果 最后在计算机上 使用图形技术 显示计算结果 由于采用有限元法可以模拟任何形式的结构 且对结构的简化近似可以做到最少 因此有限元计算精度很高 能反映结构的真实受力状态 能够分析复杂结构在复杂受力 状态下的效应 3 本结构可以利用 PKPM 系列软件对结构进行有限元分析 配合手算及 结构设计知识完成主体结构的设计 2 2 建筑设计建筑设计 以下根据 住宅建筑模数协调标准 GB T 50100 2001 4 住宅建筑规范 GB50368 2005 5 以及 住宅设计规范 GB 50096 1999 6 进行建筑设计 本结 构建筑设计满足建筑使用要求 空间布局协调 同时风格以简洁为主 以适合当地的经 济状况 属于休闲经济型住宅 3 2 12 1 首层建筑平面图首层建筑平面图 图 2 1 首层平面图 2 22 2 二 十层建筑平面图二 十层建筑平面图 图 2 2 二 十层建筑平面图 4 2 32 3 建筑正立面图建筑正立面图 图 2 3 建筑正立面图 5 2 42 4 建筑建筑 A AA A 剖面图剖面图 图 2 4 建筑 A A 剖面图 3 3 结构体系初选结构体系初选 3 13 1 结构体系初步选择结构体系初步选择 高层钢结构住宅结构体系主要有钢框架体系 框架 支撑体系 框架 剪力墙体系 框架 核心筒体系 根据 高层民用钢结构技术规程 JGJ99 98 7 规定 各种结构 体系的钢结构房屋有一定的适用高度 表 3 1 钢结构房屋的适用高度 m 抗震设防烈度 结构体系 6 7 度8 度9 度 框架 1109070 框架 支撑 剪力墙板 220200140 各种筒体 300260180 6 钢框架体系是多层钢结构住宅最常见的结构体系之一 这种体系的抗侧移刚度小 钢框架 支撑体系借助支撑来承受水平力和提供侧向刚度 当房屋较高时 它比纯框架经 济 比较适用于 7 15 层的住宅 支撑框架主要可分为中心支撑框架 偏心支撑框架 一般而言 地震区不超过 12 层的楼房 可用中心支撑 超过 12 层的楼房 抗震等级达到 8 度 9 度时宜采用偏心支撑等耗能支撑 鉴于本结构高度较小 后两种结构体系不再叙述 本结构适用的结构体系有钢框架体系与框架 支撑体系 考虑到本结构建筑高度为 29 75m 属于不超过 12 层的高层钢结构 且珠海地区抗震设防烈度为 8 级 初步选取框 架 支撑体系中的中心支撑框架体系作为本结构的结构体系 3 23 2 结构平面布置图结构平面布置图 根据建筑设计进行结构平面布置 本结构各层结构布置相同 以下是结构平面图 立面布置图有待确定 图中描黑处为支撑 图 3 1 结构平面布置图 4 4 楼盖与屋盖设计楼盖与屋盖设计 楼盖与屋盖均采用压型钢板 混凝土组合楼板 且两者结构布置相同 故只需取楼 盖与屋盖荷载较大的进行设计 8 根据 钢 混凝土组合楼板结构设计与施工规程 YB9238 92 9 第 2 1 6 条规定 选用适用于组合板的国产压型钢板 YX75 230 690 II 钢材等级 Q235 板厚 1 0mm 强肋沿建筑横向布置 混凝土厚度 100mm 且 l h 15 88 27 可视为单向简支板计算 根据结构布置 可知板的最大跨度为 2 7m 故 取 2 7m 的单向板按 高层民用钢结构技术规程 JGJ99 98 7 规定设计 下面查 建 筑结构荷载规范 GB50009 2001 10 进行荷载计算 7 4 14 1 屋面楼面荷载计算屋面楼面荷载计算 4 1 14 1 1 楼盖荷载楼盖荷载 恒荷载标准值 水磨石面层 0 65 kN m2 20 厚水泥混凝土找平 0 02 20 0 46kN m2 100mm 厚钢筋混凝土楼板 0 10 25 2 50kN m2 20mm 厚石灰砂浆抹底 0 02 17 0 34kN m2 压型钢板自重 0 133kN m2 小计 4 083kN m2 荷载设计值 22 2 1 2 4 0834 900 1 4 2 02 8 4 9002 87 700 gkN m qkN m gqkN m 4 1 24 1 2 屋盖荷载 恒荷载标准值 20 厚水泥混凝土找平 0 02 20 0 40kN m2 八层作法防水层 0 4kN m2 100mm 厚钢筋混凝土楼板 0 1 25 2 50kN m2 20mm 厚石灰砂浆抹底 0 02 17 0 34kN m2 压型钢板自重 0 133kN m2 小计 3 773kN m2 荷载设计值 22 2 1 2 3 7734 53 1 4 0 50 7 4 530 75 23 gkN m qkN m gqkN m 楼盖比屋盖的荷载大 取楼盖作验算 4 24 2 施工阶段验算施工阶段验算 查压型钢板规格表 压型钢板强度 f 205N mm2 面积 Ap 1656mm2 压型钢板自重 0 133kN mm2 Ief 110cm4 Wef 26 2cm3 混凝土选用 C20 面层自重为 1 11kN m2 重心距底 板高度为 39 1mm 平均板厚度为 100mm 690mm 3 88mm 118mm 2 75mm 690mm 134 6mm 荷载计算 取一米板宽计算 8 恒载 1 1 21 2 0 1346250 133 4 198 k ggkNm 活载 1 1 41 4 1 01 40 k qqkN m 弯矩 22 110 11 5 5982 75 10 88 Mgq lkN m 抗弯强度 图 4 1 3 26 2 102055 37 5 10 ef W fkN mkN m 挠度计算 4 34 3 568 5 384 54 498 102 7 10 47 10 10 47 3842 1 1010110 10 1802700 18015 kk sef gq l E I mmm lmm 4 34 3 使用阶段验算使用阶段验算 抗弯强度 0 1007539 1135 9 hmm 1656205 35 36 1000 9 6 p c c A f xmmh bf 组合截面塑性中和轴在压型钢板顶面以上 则 22 11 7 7002 77 02 88 Mgq lkNm 0 0 8 0 8 205 1656 135 935 36 2 2 32 1 7 02 p x fA h kN mkN m 斜截面抗剪承载力 11 7 72 710 40 22 gq lkNV 0 0 70 7 1 10 1000 135 9104 64 10 40 t f bhkNkN 4 44 4 剪切剪切 粘结验算粘结验算 荷载为均布荷载 a 1 4l 675mm 则 0 0 2 1656 135 9 195 800 0499 1000 135 9 1 1 675 72 74 N 10 40 p sck t A h G l mkbh f a KKN 4 54 5 挠度验算挠度验算 荷载标准组合下的刚度计算 54 2 10 10 2 55 108 24 Esc EE 根据压型钢板一个波宽截面的尺寸 图 4 1 计算组合截面的形心位置以及组合惯性 矩 组合截面形心位置 9 1 10 3 7 5 8 57 5 52 57 53 91 0 41 23 10 10 3 7 55 52 ii E s i A y ycm A 组合截面惯性矩 2 4 668 95 110628 93369 36 1677 24 ciii IIA y cm 一个波宽内的标准荷载 0 23 4 0832 0 1 399 kk Pb gqKN m 挠度验算 4 4 54 5 384 51 3992700 3842 1 101677 24 10 0 273 3607 5 sef Pl E I mmlmm 4 64 6 自振频率验算自振频率验算 自震频率验算 11 3415 0 1780 1780 0273 fHzHz v 5 5 框架初步设计框架初步设计 该建筑选用 轴框架进行截面初步设计 对于 AB 跨梁与次梁选用 Q235 钢材 对于 CD 跨梁选用 Q345 钢材 柱子选用 Q345 钢材 框架的承重体系为横向框架体系 5 15 1 梁截面初选梁截面初选 楼板为单向板 因此荷载的传递路线为板 次梁 主梁 由第 4 章计算得楼面恒载为 4 083 kN m2 活载为 2 0kN m2 墙面为 25mm 厚的水刷 石墙面 自重 0 5kN m2 粉刷为 20mm 厚的石灰粗砂粉刷 自重 0 35kN m2 则内墙墙体荷载 假定梁高 150mm 6 5kN m3 0 1m 0 35kN m2 0 5kN m2 2 9m 0 15m 4 125kN m 选取 CD 梁估算最大弯矩 暂不考虑梁自重 作用于梁上的均布荷载 q 1 2 4 125 4 95 kN m 集中荷载 F1 F2 1 2 4 083 5 2 4 1 4 2 0 5 2 4 99 12kN 则其固端弯矩为 2 22 2 2 22 11 4 95 7 2kN m 1212 99 122 4 4 84 8 2 4 7 2 D M Fab ql l 179 98 内力组合时梁的最不利组合多是 恒荷载 活荷载 风荷载 将计算弯矩乘以一个 1 2 的放大倍数 可得 6 3 1 2 179 98 10 1004 1 0215 xx nx xnxx MM f Wcm Wf 作为初始梁高可根据梁的跨度的 1 20 1 12 360mm 600mm 选取 且考虑到梁的 10 自重和要有一定安全储备 选取 HN396 199 7 11 Wnx 1010cm3 5 25 2 柱截面初选柱截面初选 不考虑自重 选用轴力最大的 C 柱估算截面 并考虑楼面活荷载的折减系数 标准层 的作用压力为 278 9kN 屋面层作用的压力为 154 8kN 底层受力为 278 9kN 9 154 8kN 2664 9kN 根据经验公式 3 2 2664 9 10 17193 0 5 3100 5 Amm N f 考虑到抗震要求中的柱长细比要求 1 5 层选用60235 49 5 y f HW400 400 6 10 层选用 HW300 300 强轴沿横向布置 5 35 3 支撑截面初选支撑截面初选 可初估横向荷载 以支撑承受 100 的横向荷载作用初选截面 并满足长细比要求 选用 HW250 250 9 14 Q235 钢材 为了满足住宅的使用要求 框架 支撑体系的高层住宅一般会在山墙 分户墙 楼 梯间布置支撑 对于本结构 在山墙与分户墙处布置支撑 以增强结构抗侧刚度 而纵 向则在 与 列框架之间的 C 轴隔墙上布置支撑 5 45 4 构件平面布置图构件平面布置图 其余梁柱支撑等也用上述的步骤选择 最终构件平面布置如图 5 1 所示 图 5 1 构件平面布置图 6 6 结构体系确定结构体系确定 6 16 1 不同种类支撑体系的比较不同种类支撑体系的比较 框架 中心支撑体系是常用的双重抗侧力体系之一 该类体系具有较大抗侧刚度 保 证了正常使用极限状态要求 在常遇地震作用下能有效防止非结构构件的破坏 但是设 11 计不当的框架 中心支撑结构在罕遇地震中易遭到破坏 地震中当某一层钢支撑出现刚度 强度退化后 很容易在该层形成软弱层 甚至会引起整体结构的倒塌 11 11 连尉安 张耀春 钢支撑及框架 中心支撑重抗侧力体系研究现状 不足及改进 D 哈尔滨 地震工程与工程振动因此 选择正确 的支撑对结构的性能也有不容忽视的的影响 高层建筑钢结构的中心支撑宜采用十字交叉斜杆 单斜杆 人字形斜杆或 V 形斜杆 体系 抗震设防的结构不得采用 K 形斜杆体系 根据 高层民用钢结构技术规程 JGJ99 98 7 第 6 4 1 条规定 当采用只能受拉的单斜杆体系时 应同时设不同倾斜 方向的两组单斜杆 且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不 得大于 10 因此 本结构不适合采用单斜杆支撑 以本结构框架为基础 使用 PKPM 12 13 14 分别对十字交叉斜杆支撑 人字形斜 杆支撑和 V 形斜杆支撑体系进行建模与有限元计算分析 支撑均使用相同截面 HW250 250 9 14 两端铰支 通过自振周期 地震力和结构位移等方面比较各种支 撑的性能 以下是三种支撑体系的 轴框架立面布置图 15 图 6 1 三种支撑体系的 轴框架立面布置图 表 6 1 三种支撑体系的结构性能比较 支撑体系 结构自重 t 结构自振 周期 s 底部地震 力 kN 最大层间 位移角 最大层间 位移 mm 支撑最大 轴力 kN 十字支撑2610 1940 98772566 181 77127 81046 3 人字支撑2587 3490 97232666 611 78026 9758 3 V 字支撑2581 2251 00662513 51 74128 2958 5 由以上比较可以看出在采用相同支撑截面的情况下 人字形支撑体系的周期最小 12 即其刚度最大 因此其层较位移角与层间位移最小 但其底部地震力也最大 另一方面 十字形支撑体系的用钢量比人字形支撑体系 V 字形支撑体系大 人字形支撑的承担的轴 力在三者之中最小 结构在刚度增加同时 所受到地震作用增大 支撑所受内力也加大 人字支撑在地震作用增大的情况下 能承受更大的轴力 达到耗能功能 综上所述 考 虑住宅的舒适性 安全性与经济性的需求 本结构采用人字形支撑体系 6 26 2 框架体系与框架框架体系与框架 支撑体系的结构性能比较支撑体系的结构性能比较 为更进一步了解支撑对结构性能的影响 对纯框架结构建模计算 对比其主要的性 能指标 以下是纯框架体系的 轴框架立面布置图 图 6 2 纯框架体系的 轴框架立面布置图 纯框架体系的第一自振周期为 1 1938s 地震作用下的最大层间位移角为 1 464 大多 数构件的效应偏大 使结构存在不安全因素 而人字形中心支撑体系的结构周期为 13 0 9723s 最大层间位移角为 1 774 而支撑的用钢量只占整个结构用钢量的 15 由此可见 支撑使结构的抗震性能大大提高 主要是因为结构的抗侧刚度提高 使 变形大大减小 梁柱弯矩也相应地减小 除此以外 在下面的地震力计算中还将对两种 体系的手算计算结果进行比较 6 36 3 构件立面布置图构件立面布置图 本结构确定使用人字形框架 中心支撑结构体系 以下是构件立面布置图 图 6 3 构件立面布置图 7 7 竖向内力计算竖向内力计算 7 17 1 结构计算简图与各构件线刚度计算结构计算简图与各构件线刚度计算 根据 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ98 99 7 规定 压型钢板组合楼盖中梁 的惯性矩对两侧有楼板的梁宜取 1 5I0 对仅一侧有楼板的梁宜取 1 2I0 I0为钢梁惯性矩 结构计算简图和各构件的线刚度经计算 16 17 18 后如图 7 1 所示 AC 跨梁 45 1 52 10 5 45 56 10iEE CD 跨梁 45 1 52 10 7 24 17 10iEE 柱 5 10 层 45 2 05 10 2 97 07 10iEE 14 柱 1 5 层 45 6 69 10 2 923 07 10iEE 7 27 2 恒荷载作用下的内力计算恒荷载作用下的内力计算 恒荷载作用下的内力计算采用分层法 5 10 层的中间层为第一标准层 1 5 层 图 7 1 的中间层为第二标准层 7 2 17 2 1 顶层计算顶层计算 荷载计算 梁自重 56 7 9 8 10 3 0 56kN m 小计 0 56kN m A 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 屋盖传来的荷载 3 773 4 3 1 35 21 90kN 小计 24 31kN B 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 屋盖传来的荷载 3 773 4 3 2 7 43 80kN 小计 46 21kN C 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 屋盖传来的荷载 3 773 4 3 1 35 5 1 2 44 54kN 小计 46 95kN E 与 F 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 3 2 2 8kN 屋盖传来的荷载 3 773 5 2 4 45 28kN 小计 48 08kN D 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 3 2 2 8kN 屋盖传来的荷载 3 773 5 1 2 22 64kN 小计 25 44kN 则顶层荷载与计算简图如图 7 2 所示 15 图 7 2 分层法计算中 除底层柱外 其余各层柱的线刚度乘以 0 9 的折减系数 弯矩传递系 数取 1 3 荷载计算如表 7 1 所示 表 7 1 顶层梁弯矩分配 节点 ACD 项目下柱右梁左梁下柱右梁左梁下柱 分配系数 0 534 0 466 0 345 0 396 0 259 0 396 0 604 固端弯矩 32 5532 55 79 3579 35 17 382 15 168 31 423 47 927 7 584 15 711 18 950 21 751 14 226 9 475 7 113 5 060 4 415 2 817 4 296 2 208 1 408 1 248 1 432 0 937 12 32 12 32 58 12 23 18 81 31 52 22 52 22 图 7 3 7 2 27 2 2 第一标准层计算第一标准层计算 荷载计算 梁自重 0 56kN m 墙自重 6 5kN m3 0 1m 0 35kN m2 0 5kN m2 2 9 0 199 4 05kN m 小计 4 61kN m 16 A 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 墙自重 6 5kN m3 0 15m 0 35kN m2 0 5kN m2 2 9 0 199 4 2 20 71kN 楼盖传来的荷载 4 083 4 3 1 35 23 70kN 柱自重 94 5 9 8 10 3 2 9 2 69kN 小计 49 51kN B 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 墙自重 4 05 2 5 10 13kN 楼盖传来的荷载 4 083 4 3 2 7 47 40kN 柱自重 94 5 9 8 10 3 2 9 2 69kN 小计 62 63kN C 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 2 5 2 41kN 墙自重 4 05 1 8 7 29kN 楼盖传来的荷载 4 083 4 3 1 35 5 1 2 48 20kN 柱自重 94 5 9 8 10 3 2 9 2 69kN 计 60 59kN E 与 F 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 3 2 2 8kN 楼盖传来的荷载 4 083 5 2 4 49 00kN 柱自重 94 5 9 8 10 3 2 9 2 69kN 小计 54 49kN D 节点纵向主梁自重 0 56 1 8 3 2 2 8kN 墙自重 4 93 4 9 24 16kN 楼盖传来的荷载 4 083 5 1 2 24 50kN 柱自重 94 5 9 8 10 3 2 9 2 69kN 小计 54 15kN 则顶层荷载与计算简图如图 7 4 所示 17 图 7 4 荷载计算如表 7 2 所示 表 7 2 第一标准层梁弯矩分配 节点 A CD 项目上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数 0 3480 348 0 304 0 248 0 283 0 283 0 186 0 246 0 377 0 377 固端弯矩 53 48 53 48 107 1107 1 18 611 18 611 16 258 26 347 40 377 40 377 8 129 13 173 14 549 16 602 16 602 10 912 7 274 5 456 2 531 2 531 2 211 1 342 2 057 2 057 1 106 0 671 0 441 0 503 0 503 0 330 16 08 16 08 32 16 75 49 17 10 17 10 109 70 84 87 42 43 42 43 图 7 5 7 2 37 2 3 第一标准层与第二标准层连接层计算第一标准层与第二标准层连接层计算 表 7 3 第一标准层梁与第二标准层连接层弯矩分配 节点 A CD 项目上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数0 195 0 635 0 170 0 151 0 173 0 563 0 1130 1330 6630 204 18 固端弯矩 53 48 53 48 107 1107 1 10 429 33 960 9 092 14 244 71 007 21 848 4 546 7 122 8 486 9 722 31 639 6 350 4 243 3 175 0 827 2 694 0 721 0 422 2 105 0 648 0 361 0 211 0 086 0 099 0 322 0 065 9 60 31 27 40 87 66 24 9 82 31 96 108 02 95 61 73 11 22 50 图 7 6 7 2 47 2 4 第二标准层计算第二标准层计算 截面改变后荷载值发生改变 但只是柱节点荷载因柱截面改变而发生变化 故在其他 荷载不必重复计算 利用以前的数据即可 HM350 350 的柱自重为 2 69kN HM400 400 的柱自重为 4 89kN 故个节点自重均增加 2 2kN A 节点荷载为 51 71kN B 节点荷载为 64 83kN C 节点荷载为 62 79kN E 与 F 节点荷载为 56 69kN D 节点荷载为 56 35kN 表 7 4 第二标准层弯矩分配 节点 A CD 项目上柱下柱右梁 左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数0 441 0 441 0 118 0 109 0 405 0 405 0 081 0 0920 4540 454 固端弯矩 54 96 54 96 110 62 110 62 24 237 24 237 6 485 10 177 50 221 50 221 3 243 5 089 6 268 23 290 23 290 4 658 3 134 2 329 1 382 1 382 0 370 0 214 1 057 1 057 0 185 0 107 19 0 032 0 118 0 118 0 024 22 86 22 86 45 71 64 32 23 41 23 41 111 13 102 56 51 28 51 28 图 5 7 7 2 57 2 5 底层计算底层计算 底层的荷载与第二标准层相同 但底层柱的线刚度不乘以 0 9 且传递系数为 1 2 表 7 4 第二标准层弯矩分配 节点 A CD 项目上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数0 420 0 4670 1130 104 0 388 0 4300 0780 0870 4810 432 固端弯矩 54 96 54 96 110 62 110 62 23 083 25 666 6 210 9 624 53 208 47 788 3 105 4 812 5 966 22 258 24 668 4 475 2 983 2 237 1 253 1 393 0 337 0 195 1 076 0 967 0 169 0 097 0 028 0 103 0 114 0 021 21 83 24 27 46 10 63 89 22 36 24 78 111 03 103 04 54 28 48 75 图 7 8 20 7 2 67 2 6 各层弯矩组合与剪力 轴力计算各层弯矩组合与剪力 轴力计算 7 2 6 17 2 6 1 各层弯矩组合各层弯矩组合 顶层与第一标准层的弯矩组合如表 7 5 所示 表 7 5 顶层与第一标准层的弯矩组合 A CD 节点 内容上柱 下柱 右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 顶层梁 分配系数 0 534 0 466 0 3450 3960 2590 3960 604 节点弯矩 17 68 12 32 58 1228 88 81 3152 22 66 37 弯矩分配 2 86 2 50 1 97 2 26 1 485 608 54 14 82 14 82 56 1626 63 82 7857 82 57 82 第 9 层梁 分配系数0 348 0 348 0 304 0 248 0 283 0 283 0 1860 2460 377 0 377 节点弯矩20 19 21 44 32 16 75 49 24 83 22 81 109 70 84 87 56 58 59 84 弯矩分配 3 29 3 29 2 88 3 33 3 80 3 80 2 507 7611 90 11 90 16 89 18 14 35 04 72 16 21 03 19 01 112 20 92 63 44 68 47 95 第一标准层与第一标准层的弯矩组合如表 7 6 所示 表 7 6 第一标准层与第一标准层的弯矩组合 ACD 节点 内容上柱 下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数0 348 0 348 0 304 0 248 0 283 0 283 0 1860 2460 377 0 377 节点弯矩21 44 21 44 32 16 75 49 22 81 22 81 109 70 84 87 56 58 56 58 弯矩分配 3 73 3 73 3 26 2 83 3 23 3 23 2 126 9610 66 10 66 17 71 17 71 35 42 72 66 19 58 19 58 111 82 91 83 45 91 45 91 第一标准层与第二标准层的弯矩组合如表 7 7 所示 表 7 7 第一标准层与第二标准层的弯矩组合 ACD 节点 内容上柱 下柱 右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 第 6 层梁 分配系数0 348 0 348 0 304 0 248 0 283 0 283 0 1860 2460 377 0 377 节点弯矩21 44 19 28 32 16 75 49 22 81 20 38 109 70 84 87 49 93 56 58 弯矩分配 2 98 2 98 2 60 2 23 2 54 2 54 1 675 328 168 16 18 46 16 30 34 76 73 27 20 27 17 84 111 37 90 19 41 77 48 42 21 第 5 层梁 分配系数0 195 0 635 0 170 0 151 0 173 0 563 0 1130 1330 663 0 204 节点弯矩14 96 38 88 40 87 66 24 15 52 39 76 108 02 95 61 90 21 36 64 弯矩分配 2 53 8 24 2 21 2 04 2 34 7 60 1 534 1520 716 37 12 43 30 64 43 07 64 20 13 19 32 16 109 54 99 76 69 49 30 27 第 4 层梁 分配系数0 441 0 441 0 118 0 109 0 405 0 405 0 0810 0920 454 0 454 节点弯矩33 28 30 47 45 71 64 32 34 06 31 21 111 13 102 56 68 37 75 65 弯矩分配 7 96 7 96 2 13 2 01 7 47 7 47 1 493 8118 82 18 82 25 32 22 52 47 84 62 31 26 59 23 74 112 63 106 37 49 55 56 83 第二标准层与第二标准层的弯矩组合如表 7 8 所示 表 7 8 第二标准层与第二标准层的弯矩组合 ACD 节点 内容上柱 下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 分配系数0 441 0 441 0 118 0 109 0 405 0 405 0 0810 0920 454 0 454 节点弯矩30 47 30 47 45 71 64 32 31 21 31 21 111 13 102 56 68 37 68 37 弯矩分配 6 72 6 72 1 80 1 70 6 32 6 32 1 263 1515 52 15 52 23 75 23 75 47 51 62 62 24 89 24 89 112 40 105 70 52 85 52 85 第二标准层与底层的弯矩组合如表 7 9 所示 表 7 9 第二标准层与底层的弯矩组合 ACD 节点 内容上柱 下柱 右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 第 2 层梁 分配系数0 441 0 441 0 118 0 109 0 405 0 4050 0810 0920 454 0 454 节点弯矩30 47 33 77 45 71 64 32 31 21 34 59 111 13 102 56 75 66 68 37 弯矩分配 8 17 8 17 2 19 2 07 7 69 7 69 1 543 8218 83 18 83 22 30 25 60 47 90 62 25 23 5226 90 112 67 106 37 56 83 49 54 第 1 层梁 分配系数0 420 0 467 0 113 0 104 0 388 0 4300 0780 0870 481 0 432 节点弯矩29 45 24 27 46 10 63 89 30 16 24 78 111 03 103 04 54 28 65 85 弯矩分配 3 20 3 56 0 86 0 81 3 03 3 36 0 611 498 227 38 26 25 20 72 46 96 63 08 27 1421 43 111 64 104 53 46 06 58 46 7 2 6 27 2 6 2 各层弯矩组合各层弯矩组合 根据以上计算 汇总各节点弯矩如表 7 10 所示 表 7 10 恒荷载作用下的各节点弯矩 22 ACD 节点 层次上柱 下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 1014 82 14 82 56 1626 63 82 78 57 82 57 82 916 89 18 14 35 04 72 16 21 03 19 01 112 20 92 63 44 68 47 95 817 71 17 71 35 42 72 66 19 58 19 58 111 82 91 83 45 91 45 91 717 71 17 71 35 42 72 66 19 58 19 58 111 82 91 83 45 91 45 91 618 46 16 30 34 76 73 27 20 27 17 84 111 37 90 19 41 77 48 42 512 43 30 64 43 07 64 20 13 19 32 16 109 54 99 76 69 49 30 27 425 32 22 52 47 84 62 31 26 59 23 74 112 63 106 37 49 55 56 83 323 75 23 75 47 51 62 62 24 89 24 89 112 40 105 70 52 85 52 85 222 30 25 60 47 90 62 25 23 52 26 90 112 67 106 37 56 83 49 54 126 25 20 72 46 96 63 08 27 14 21 43 111 64 104 53 46 06 58 46 根据弯矩进行剪力与轴力的计算 结果如表 7 11 所示 表 7 11 恒荷载作用下的轴力与剪力 项目剪力 kN 轴力 kN 层次 A C 左 C 右 DACD 1016 96 32 2753 56 46 63 41 27 132 79 72 07 936 89 50 6473 80 68 37 127 67 317 82 194 59 836 87 50 6673 86 68 31 214 05 502 93 317 05 736 87 50 6673 86 68 31 300 42 688 04 439 51 636 63 50 8974 03 68 14 386 56 873 55 561 80 539 85 47 6772 44 69 73 475 92 1054 26 685 68 442 18 47 5474 16 72 42 569 81 1238 74 814 45 342 06 47 6674 22 72 36 663 59 1423 41 943 15 242 20 47 5274 16 72 41 757 50 1607 88 1071 91 141 88 47 8574 27 72 30 851 09 1792 79 1200 56 7 37 3 活荷载作用下的内力计算活荷载作用下的内力计算 计算或荷载作用下的内力时 考虑活荷载最不利分布 活荷载的不利分布有下图所示 的两种情况 利用恒荷载计算是的参数进行弯矩分配法计算 楼面活荷载为 2kN m 和屋 面活荷载为 0 5kN m 顶层活荷载计算 最不利分布的两种情况 图 7 9 23 计算结果如下 图 7 10 标准层活荷载计算 图 7 11 第一标准层计算结果 图 7 12 第一与第二标准层连接层计算结果 图 7 13 第二标准层计算结果 图 7 14 因为活荷载较小 底层与第二标准层的计算结果差别很小 可以采用第二标准层的 计算结果 24 另外 由于传递弯矩也较小 各层弯矩不需再进行弯矩组合 直接得出各节点弯矩 的计算结果 如表 7 12 7 13 所示 表 7 12 活荷载作用下的各节点弯矩 左布置 ACD 节点 层次上柱 下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 102 54 2 543 25 2 04 1 210 380 38 9 6 6 24 6 24 12 47 13 79 5 27 5 27 3 25 1 27 0 63 0 63 53 31 10 77 14 08 14 53 2 97 9 68 1 88 0 83 0 64 0 20 4 1 7 31 7 31 14 63 14 84 6 76 6 76 1 32 0 61 0 31 0 31 表 7 13 活荷载作用下的各节点弯矩 右布置 ACD 节点 层次上柱 下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁下柱上柱 10 0 88 0 88 3 80 4 80 8 60 6 55 6 55 9 6 1 86 1 86 3 72 10 21 12 57 12 57 35 35 31 98 15 99 15 99 5 0 60 1 96 2 57 5 98 7 16 23 29 36 43 35 30 26 99 8 31 4 1 0 97 0 97 1 93 4 27 16 35 16 35 36 97 36 34 18 17 18 17 根据弯矩进行两种情况剪力与轴力的计算 轴力无需叠加 结果如表 5 14 7 15 所 示 表 7 13 活荷载作用下的剪力与轴力 剪力 kN 轴力 kN 节点 层次 A C 左 C 右 DACD 左布置 102 77 3 040 120 12 5 67 9 050 12 9 611 38 11 860 630 63 22 98 36 090 63 511 54 11 700 380 38 23 14 35 680 38 4 111 58 11 660 270 27 23 18 35 530 27 右布置 10 0 87 0 876 29 5 710 87 13 05 8 71 9 6 2 58 2 5824 47 23 532 58 50 65 35 53 5 1 58 1 5824 16 23 841 58 49 34 35 84 4 1 1 15 1 1524 09 23 911 15 48 84 35 91 25 8 8 抗震内力计算抗震内力计算 本结构高度不超过 40m 质量和刚度