十五层住宅楼结构设计.doc

武汉工业学院土木工程系07届设计 计算书十五层住宅楼结构设计第一章 建筑设计部分1.1工程概况本工程是一栋十五层住宅楼，层高均为3.0m。采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，建筑工程等级为二级、耐火等级为二级，合理使用年限为50年，屋面防水等级为二级，本地区为6度抗震设防区。1.2设计依据设计任务书和建筑设计规范231.3标高及建筑细部做法1、设计标高：室内设计标高为0.000，室内外高差为450。2、墙身做法：墙身采用粉煤灰加气混凝土砌块。内外墙采用双面粉刷。3、屋面做法：平屋面是油毡防水层（三毡四油上铺小石子），20mm厚1：2.5水泥砂浆找平层，镂空栏杆；坡屋面是25mm厚挤塑聚苯保温层，青摊瓦。100厚钢筋混凝土现浇楼板。4、楼面做法：20mm厚1：2.5水泥砂浆找平层，100厚钢筋混凝土现浇楼板。5、底层地面做法：10水磨石地面，20厚水泥砂浆打底，100厚钢筋混凝土现浇楼板，10厚水泥石膏砂浆。第二章 结构设计部分2.1 工程概况本工程是一栋十五层高层住宅楼，层高均为3.0mm。纵向30.8米，横向19米，总高度为52.75米。本工程采用全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，梁柱和楼板均为现浇，墙体为粉煤灰加气混凝土砌块。2.2 设计依据1、建筑施工图和国家设计规范452、 气象条件气温：年平均气温5.7-29.5，最高气温42.3，最低气温-6.6雨量：年平均降雨量998.1，最大降雨量195.2/日风向：一月：C22NNE13 七月：C22NNE11 风压：0.35kN/3、工程地质及水文资料：地层自上而下为（1）杂填土层：厚度约为3.0m（2）粉质粘土：厚度约为15.6m;fak=120KPa,Es=6.0MPa,qsia=35KPa （3）粉砂：厚5.0m;fak=185KPa,Es=16.0MPa,qsia=45KPa （4）细砂：fak =270KPa,Es=19.5MPa,qsia=55KPa,qpa=2400KPa 地下水位于地表以下1.5m。4、抗震设防烈度按6度设防，地震分组第一组，地震加速度Sa=0.05g。2.3 结构布置及结构计算简图的确定2.3.1 结构柱网布置由于建筑总长度不超过55M，且为保温隔热屋面，所以不设变形缝。2.3.2 确定钢筋及混凝土强度等级柱、梁、板等部位均采用C30砼 （Ec=3.00107kN）除承台采用级钢筋（fy=360N/mm2）外，其余受力钢筋均为级（fy=300 N/2 ）。2.3.3 估计板、柱、梁的截面尺寸1、板 预取板厚100（考虑到楼面荷载不大，且经济的因素）2、柱 因建筑美观要求，且设防烈度为6度，将柱设计为方柱，尺寸为1-5层400650；6-10层400600;11-15层350550。3、梁 横梁：hb=(18112)lb=(18112)4800=600400 取hb=450； bb=(1312) hb=(1312)450=150225 取bb=200 纵梁最大跨：hb=(18112)lb=(18112)7200=600900 取hb=650； bb=(1312) hb=(1312)650=217325 取hb=3002.3.4确定计算简图取一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。底层柱高从基础顶面至二层楼面，根据地质条件，确定基础顶面离室外地面为500，由此求得底层层高为3950，其余各层的柱高即为其层高3000。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取I=2IO（IO为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。1-5层：左跨梁： i=1122E0.20.4533.7=8.2110-4E右跨梁： i=1122E0.20.4534.8=6.3310-4E上部柱： i=112E0.40.6533 =30.5110-4E底层柱： i=112E0.40.6533.95=23.1810-4E6-10层：左跨梁：i=1122E0.20.4533.7=8.2110-4E右跨梁： i=1122E0.20.4534.8=6.3310-4E柱： i=112E0.40.6033 =24.010-4E11-15层：左跨梁：i=1122E0.20.4533.7=8.2110-4E右跨梁： i=1122E0.20.4534.8=6.3310-4E柱： i=112E0.350.5533 =16.1810-4E16层（阁楼）：左跨梁：i=1122E0.20.4533.7=8.2110-4E右跨梁： i=1122E0.20.4534.8=6.3310-4E柱： i=112E0.350.5534.6=10.5510-4E2.4荷载计算62.4.1恒载计算1、屋面荷载标准值油毡防水层（三毡四油上铺小石子） 0.4 kNm220mm厚1：2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kNm225mm厚挤塑聚苯保温层 0.02510=1.25 kNm2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kNm220mm厚抹灰 0.0217=0.34 kNm2平屋面镂空栏杆 0.5 kNm2坡屋面瓦重 0.5 kNm2 屋面恒载 4.39 kNm2框架梁自重 0.20.4525=2.25 kNm梁侧粉刷 2（0.450.1）0.0217=0.238 kNm因此，作用在阁楼层框架梁上的线荷载为：g16左1= g16右1=2.49 kNmg16左2= g16右2=4.39（4.3/2+2.1）=18.66kNm2、楼面荷载值：20mm厚1：2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kNm2100mm厚钢筋混凝土楼板 0.125=2.5 kNm220mm厚抹灰 0.34 kNm2楼面恒载 3.24 kNm2框架梁自重及梁侧粉刷 2.49 kNm边跨填充墙自重 2.02(3-0.35)=5.35 kNm墙面粉刷 （30.35）0.02217=1.8 kNm因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：g左1= g右1=2.49+5.35+1.8=9.64 kNmg15左2= g15右2=4.393.6+3.244.3/2=22.77 kNmg左2= g右2=3.24（4.3/2+3.6）=18.63 kNm3、屋面框架节点集中荷载标准值边柱梁自重 0.20.45（4.3/2+3.6）25=12.94 kN粉刷 0.2385.75=1.37 kN梁传来屋面自重 127.2124.34.39=33.98 kN顶层边节点集中荷载 G16左=G16右=48.29 kN中柱梁自重 12.94 kN粉刷 1.37 kN梁传来屋面自重 233.98=67.96 kN顶层中节点集中荷载 G16中=82.27 kN4、楼面框架节点集中荷载标准值边柱梁自重 12.94 kN粉刷 1.37 kN墙体自重+粉刷 （5.35+1.80）3.2=22.9 kN（5.35+1.80）4.3/2=15.38 kN框架柱自重 1-5层 0.40.65325=19.5 kN 6-10层 0.40.60325=18 kN 11-15层 0.350.55325=14.44 kN粉刷 1-5层 20.650.02317=1.33 kN 6-10层 20.600.02317=1.22 kN 11-15层 20.550.02317=1.12 kN梁传来楼面自重 127.2124.33.24=25.08 kN中间层边节点集中荷载 1-5层 G左=G右=98.45 kN 6-10层 G左=G右=96.90 kN11-15层 G左=G右=93.24 kN中柱梁自重 12.94 kN粉刷 1.37 kN内纵墙自重 1.57（30.45）（5.75-0.4）=21.42 kN粉刷 5.352.550.02217=9.36 kN框架柱自重 1-5层 0.40.65325=19.5 kN 6-10层 0.40.60325=18 kN 11-15层 0.350.55325=14.44 kN粉刷 1-5层 20.650.02317=1.33 kN 6-10层 20.600.02317=1.22 kN 11-15层 20.550.02317=1.12 kN梁传来楼面自重 225.08=50.16 kN中间层中节点集中荷载 1-5层 G中= 116.00 kN 6-10层 G中= 114.39 kN11-15层 G中= 111.01 kN2.4.2楼面活荷载计算6P16左=P16右=25.75=11.5kNmP16=P16=127.2124.32=15.48 kNP16中=127.2124.32127.2124.32=30.96 kNP左=P右=25.75=11.5kNmP=P=127.2124.32=15.48 kNP中=127.2124.32127.2124.32=30.96 kN2.4.3风荷载计算7风荷载标准值计算公式：w=zszo4将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表：（表中为一榀框架各层节点的受风面积）风荷载计算层次zzsozA()Pw(kN)161.11.661.50.3548.013.2311.53151.11.621.30.3545.021.8516.11141.11.581.30.3542.017.2512.40131.11.551.30.3539.017.2512.17121.11.491.30.3536.017.2511.69111.11.451.30.3533.017.2511.38101.01.421.30.3530.017.2511.1591.01.391.30.3527.017.2510.9181.01.361.30.3524.017.2510.6771.01.251.30.3521.017.259.8161.01.241.30.3518.017.259.7251.01.731.30.3515.017.259.2141.01.091.30.3512.017.258.5531.01.01.30.359.017.257.8521.01.01.30.356.017.257.8511.01.01.30.353.018.548.442.5 水平荷载内力计算2.5.1地震作用下的内力计算81、计算重力荷载代表值（1）屋面均布荷载4.39 kNm2屋面荷载标准值（3.7+4.8）(4.3/2+2.1)4.39=158.61 kN（2）楼面均布荷载3.24 kNm2楼面荷载标准值（3.7+4.8）5.753.24=158.36 kN（3）屋面均布活荷载0.5 kNm2 (不上人屋面) 雪荷载0.4 kNm2（4）楼面均布活荷载2.0 kNm2各层楼面活荷载标准值（3.7+4.8）5.752=97.75 kN（5）梁柱自重（包括抹灰量）纵向框架梁自重12.94 kN 横向框架梁自重19.13 kN 抹灰 1.37 kN 抹灰 2.02 kN 14.31 kN 21.15 kN1-5层框架柱自重19.5 kN 粉刷 1.33 kN 20.83 kN 6-10层框架柱自重18.0 kN 粉刷 1.22 kN 19.22 kN 11-15层框架柱自重14.44 kN 粉刷 1.12 kN 15.56 kN （6）墙体自重（由前面已统计的数据得出）单位面积上墙体的重量： 200mm厚为2.02 kNm2 100mm厚为1.57 kNm2单位面积上抹灰的重量为0.0217=0.34 kNm2（7）荷载分层汇总顶层重力荷载代表值包括：屋面荷载、纵横梁自重、半层墙体和窗自重的一半；其他楼层重力荷载代表值包括：楼面荷载、50楼面活荷载、纵横梁自重、楼面上下各半层柱及纵横墙体和窗的自重（底层取一半）。将上述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：G16=405.22 kNG15= 158.6114.31321.150.5（22.9+15.38）3（14.441.12）3=326.8 kNG11G14=158.3697.750.514.31321.15（22.9+15.38）3（14.441.12）3=432.85 kNG6G10=158.3697.750.514.31321.15（22.9+15.38）3（181.22）3=443.84 kN G2G3=158.3697.750.514.31321.15（22.9+15.38）3（19.51.33）3=448.64 kNG1=158.3697.750.514.31321.15（19.51.33）3=333.793 kN集中于各层楼面的重力荷载代表值如下图建筑物总重力荷载代表值：G=405.22+326.8+432.854+443.845+448.644+333.79 =6810.96 kN 2、横向框架柱侧移刚度D值计算如下表项目层 柱k=ib2ic（一般层）k=ibic（底层）=k2k（一般层）=0.5k2k（底层）12h2D=ic12h2(kNm)根数底层中框架边柱0.630.430.7724952中框架中柱1.250.540.7730911D8081二三四五层中框架边柱0.480.191.3323122中框架中柱0.960.321.3338941D8518项目层 柱k=ib2ic（一般层）k=ibic（底层）=k2k（一般层）=0.5k2k（底层）12h2D=ic12h2(kNm)根数六七八九十层中框架边柱0.610.2341.3322412中框架中柱1.210.3771.3336101D8092十一十二十三十四十五层中框架边柱0.900.311.3320002中框架中柱1.800.471.3330321D70323、横向框架自震周期T1=1.7oo：结构基本周期修正系数，考虑到填充墙使框架自震周期减小的影响，取o为0.6。 T：框架的顶点位移。横向框即顶点位移计算（i为层间相对位移）层次Gi (kN)Gi(kN)Di(kNm)i=GiDii1333.7936810.9680810.84280.84282448.6426477.16885180.76041.60323448.6426028.52685180.70772.31094448.6425579.88485180.65512.9665448.6425131.24285180.60243.56846443.8364682.680920.57874.14717443.8364238.76480920.52384.67098443.8363794.92880920.4695.13999443.8363351.09280920.41415.55410443.8362907.25680920.35935.913311432.852463.4270320.35036.263812432.852030.5770320.28886.552613432.851597.7270320.22726.779814432.851164.8770320.16576.945515326.8732.0270320.10417.049616405.22405.2216770.24167.2912T1=1.70.6 =3.213s4、横向地震作用计算（因本建筑高度大于40m，不应采用底部剪力法，但本设计仍用底部剪力法计算）在类场地，6度地震区，结构的自振周期和地震影响系数max为：Tg=0.45s max=0.04 1=( TgT1)0.9max=(0.453.213)0.90.04=0.007由底部剪力法计算公式： FEK=0.851GE=0.850.0076810.96=40.53 KN由 T1=3.213s1.40.45=0.63s n=0.08 T1+0.01=0.083.2130.01=0.267Fn=n FEK=0.26740.53=10.82 KNFi= GiHI(GiHI)FEK(1-n) (顶层加上Fn)层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHIGiHI(GiHI)Fi(KN)Vi(KN)13.953.95333.7931318.480.0070.2129.69236.95448.6423118.060.0170.5129.48339.95448.6424463.990.0250.7428.974312.95448.6425809.910.0320.9528.235315.95448.6427155.840.0401.1927.286318.95443.8638411.200.0471.4026.097321.95443.8639742.790.0541.6024.698324.95443.86311074.380.0621.8423.099327.95443.86312405.970.0692.0521.2510330.95443.86313737.560.0772.2919.2011333.95432.8514695.260.0822.4416.9112336.95432.8515993.810.0892.6414.4713339.95432.8517292.360.0962.8511.8314342.95432.8518590.910.1043.098.9815345.95326.815016.460.0842.505.89164.650.55405.2220483.870.1143.393.395、内力分析地震作用下的内力计算，地震作用力沿竖向呈倒三角形分布，内力计算采用D值法，采用公式：Vjk=DjkDjkVfk（1）各柱分配的剪力V16左=V16右=73925053.39=1.0 kNV16中=102725053.39=1.39 kNV15左=V15右=200070325.89=1.68 kNV15中=303270325.89=2.54 kNV14左=V16右=200070328.98=2.55 kNV14中=303270328.98=3.87 kNV13左=V13右=2000703211.83=3.36 kNV13中=3032703211.83=5.1 kNV12左=V12右=2000703214.47=4.12 kNV12中=3032703214.47=6.24 kNV11左=V11右=2000703216.91=4.81 kNV11中=3032703216.91=7.29 kN V10左=V10右=2241809219.20=5.32 kNV10中=3610809219.20=8.57 kNV9左=V9右=2241809221.25=5.88 kNV9中=3610809221.25=9.48 kNV8左=V8右=2241809223.09=6.39 kNV8中=3610809223.09=10.30 kNV7左=V7右=2241809224.69=6.84 kNV7中=3610809224.69=11.01 kNV6左=V6右=2241809226.09=7.23 kNV6中=3610809226.09=11.64 kNV5左=V5右=2312/851827.28=7.40 kNV5中=3894/851827.28=12.47 kNV4左=V4右=2312/851828.23=7.66 kNV4中=3894/851828.23=12.91 kNV3左=V3右=2312/851828.97=7.86 kNV3中=3894/851828.97=13.24 kNV2左=V2右=2312/851829.48=8.0 kNV2中=3894/851829.48=13.48 kNV1左=V1右=2495/808129.69=9.17 kNV1中=3091/808129.69=11.36 kN（2）确定反弯点高度-地震荷载呈倒三角形分布由于各梁柱刚度比k均小于3，因此要修正反弯点高度（但本设计未修正），根据假定2，反弯点高度y=0.5h（3）计算柱端弯矩由柱剪力Vij和反弯点高度y，按下列公式可求得柱端弯矩。 上端 Mcu=Vij(h-y)下端 Mcl= Vijy 柱端弯矩计算结果如表：层次A柱B柱C柱上端下端上端下端上端下端162.32.33.1973.1972.32.3152.522.523.813.812.522.52143.8253.8255.8055.8053.8253.825135.045.047.657.655.045.04126.186.189.369.366.186.18117.2157.21510.93510.9357.2157.215107.987.9812.85512.8557.987.9898.828.8214.2214.228.828.8289.5859.58515.4515.459.5859.585710.2610.2616.51516.51510.2610.26610.84510.84517.4617.4610.84510.845511.111.118.70518.70511.111.1411.4911.4919.36519.36511.4911.49311.7911.7919.8619.8611.7911.792121220.2220.221212112.0912.0914.9614.9612.0912.09（4）计算梁端弯矩梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上下柱端弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配。计算结果如下图：计算公式：Mbl=( Mcu +Mcl)k1(k1k2)； Mbr=( Mcu +Mcl)k1(k1k2) k1=0.565 k2=0.435水平地震作用下的弯矩图（kN m）（5）计算梁端剪力-示意图如下图计算公式：Vb=( Mbl +Mbr)l （6）计算柱轴力水平地震作用下的剪力图（kN）水平地震作用下的柱的轴力图（kN）2.5.2风荷载作用下的内力计算1、各柱所分配的剪力V16左=V16右=739250511.53=3.40 kNV16中=1027250511.53=4.73 kNV15左=V15右=2000703227.64=7.86 kNV15中=3032703227.64=11.92 kNV14左=V16右=2000703240.04=11.39 kNV14中=3032703240.04=17.26 kNV13左=V13右=2000703252.21=14.85 kNV13中=3032703252.21=22.51 kNV12左=V12右=2000703263.9=18.17 kNV12中=3032703263.9=27.55 kNV11左=V11右=2000703275.28=21.41 kNV11中=3032703275.28=32.46 kN V10左=V10右=2241809286.43=23.94 kNV10中=3610809286.43=38.56 kNV9左=V9右=2241809297.34=26.96 kNV9中=3610809297.34=26.96 kNV8左=V8右=22418092108.01=29.91 kNV8中=36108092108.01=48.18 kNV7左=V7右=22418092117.82=32.63 kNV7中=36108092117.82=52.56 kNV6左=V6右=22418092127.54=35.32 kNV6中=36108092127.54=56.90 kNV5左=V5右=2312/8518136.75=37.12 kNV5中=3894/8518136.75=62.52 kNV4左=V4右=2312/8518145.3=39.44 kNV4中=3894/8518145.3=66.42 kNV3左=V3右=2312/8518153.15=41.57 kNV3中=3894/8518153.15=70.01 kNV2左=V2右=2312/8518161=43.70 kNV2中=3894/8518161=73.60 kNV1左=V1右=2495/8081169.44=52.31 kNV1中=3091/8081169.44=64.81 kN2、确定反弯点高度-和地震荷载不一样的是，风荷载接近于均布荷载由于各梁柱刚度比k小于3，因此须修正反弯点高度（但本设计中未修正），根据假定2，反弯点高度y=0.5h。3、计算柱端弯矩由柱剪力Vij和反弯点高度y，按下列公式可求得柱端弯矩。上端 Mcu=Vij(h-y)下端 Mcl= Vijy 柱端弯矩计算结果如表：层次A柱B柱C柱上端下端上端下端上端下端167.827.8210.87910.8797.827.821511.7911.7917.8817.8811.7911.791417.08517.08525.8925.8917.08517.0851322.27522.27533.76533.76522.27522.2751227.25527.25541.32541.32527.25527.2551132.11532.11548.6948.6932.11532.1151035.9135.9157.8457.8435.9135.91940.4440.4465.14565.14540.4440.44844.86544.86572.2772.2744.86544.865748.94548.94578.8478.8448.94548.945652.9852.9885.3585.3552.9852.98555.6855.6893.7893.7855.6855.68459.1659.1699.6399.6359.1659.16362.35562.355105.015105.01562.35562.355265.5565.55110.4110.465.5565.55168.87137.7485.33170.6768.87137.744、计算梁端弯矩梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上下柱端弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配。计算结果如下图：计算公式：Mbl=( Mcu +Mcl)k1(k1k2)； Mbr=( Mcu +Mcl)k1(k1k2) k1=0.565 k2=0.435 风荷载作用下的弯矩图（kN m）5、计算梁端剪力-示意图如下图（a）计算公式：Vb=( Mbl +Mbr)l 风荷载作用下的剪力图（kN）风荷载作用下的轴力（kN） 2.6 竖向荷载内力计算92.6.1 恒载作用下的内力计算竖向恒载作用下的内力计算采用分层法，作修正如下：1）除底层外其它各层柱子的线刚度均乘以折减系数0.9；2）除底层外其它各层柱子的弯矩传递系数均为13。（结构内力用弯矩分配法计算）1、顶层（1）计算固端弯矩（假定所有弯矩以顺时针为正）把梯形荷载化作等效均布荷载g边左=g16左+（1-22+3）g16右 =2.49（1-20.452+0.453）18.66 =15.29 kNmg边右= g16左+（1-22+3）g16右 =2.49+(1-20.442+0.443)18.66 =15.51 kNmMEH=-112 g左L2=-11215.293.72=-17.11 kNmMHE=- MEH=17.11 kNmMHJ=-112 g右L2=-11215.514.82=-29.78 kNmMJH=- MHJ=29.78 kNm（2）分配系数E节点：e=ie(ie+0.9ic)= 8.21(8.21+0.910.55)=0.464e=0.9ic(ie+0.9ic)= 0.910.55(8.21+0.910.55)=0.536H节点：hl=ih(ih+ih+0.9ic)=8.21(8.21+6.33+0.910.55)=0.342jr= ih (ih+ih+0.9ic)= 6.33(8.21+6.33+0.910.55)=0.263j=0.9ic(ih+ih+0.9ic)= 0.910.55(8.21+6.33+0.910.55)=0.395J节点：j=ij(ij+0.9ic)=6.33(6.33+0.910.55)=0.403j=0.9ic(ij+0.9ic)= 0.910.55(6.33+0.910.55)=0.597（3）弯矩分配图上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱0.5360.4640.3420.3950.2630.4030.59717.4417.44-29.7829.789.358.094.224.873.25-12-17.786.612.114.053.86-61.62-11.72-4.67-4.04-0.65-0.75-0.54.076.0311.28-11.2825.057.98-33.