威海市旅游开发大厦结构设计.doc

威海市旅游开发大厦结构设计1建筑设计1.1工程概况本工程为本市某一高级酒店宾馆，基础面积700 m2拟建建筑面积5000m2, 主体部分10层.客房建筑面积2000 m2左右,行政办公建筑面积1500m2左右,辅助部分建筑面积1500 m2左右，根据设计任务书的要求及规范规定，本着设计“适用 安全 经济 美观”的建筑原则，本着设计标准化，施工机械化的原则，在进行本方案设计时，尽量采用标准图集，考虑施工方便，采用“一”字形柱网布置，钢筋混凝土框剪结构。房间安排上沿横向对称布置，大厅会议室位于中部办公室置于两侧，每层均布置楼梯和厕所。本建筑有4部电梯和2部楼梯满足使用要求，在立面上，立面外墙采用灰色釉面砖，门窗居中布置，整体统一，以凸显轻巧，清洁。屋面排水采用有组织排水，按照2%的排水坡度把屋面降水有组织排到天沟，通过落水管排到地面，防水采用改沥青防水。在墙体上，内外墙采用370厚蒸压粉煤灰砖。1.2平面设计1 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，左右两翼长短不等，两端的楼梯实主体外露，使建筑物在蓝天，青山，碧水间颇为醒目。2 细部的精致处理，上翻的挑檐，阴影效果强烈，弧形的阳台拦板，轻盈活泼。幽雅的淡灰真石漆外墙饰面，在青山绿水映衬中更显亚热带特色3. 在室内设计上很好地把握了滨海度假酒店风格及定位，高质优雅，格调清晰，装饰统一。多功能用房大堂中西餐厅，桑拿，歌舞厅，保龄球管客房各具特色，又协调统一。4. 标准层图如下1 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，左右两翼长短不等，两端的楼梯实主体外露，使建筑物在蓝天，青山，碧水间颇为醒目。2 细部的精致处理，上翻的挑檐，阴影效果强烈，弧形的阳台拦板，轻盈活泼。幽雅的淡灰真石漆外墙饰面，在青山绿水映衬中更显亚热带特色3. 在室内设计上很好地把握了滨海度假酒店风格及定位，高质优雅，格调清晰，装饰统一。多功能用房大堂中西餐厅，桑拿，歌舞厅，保龄球管客房各具特色，又协调统一。4. 标准层图如下1 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，左右两翼长短不等，两端的楼梯实主体外露，使建筑物在蓝天，青山，碧水间颇为醒目。2 细部的精致处理，上翻的挑檐，阴影效果强烈，弧形的阳台拦板，轻盈活泼。幽雅的淡灰真石漆外墙饰面，在青山绿水映衬中更显亚热带特色3. 在室内设计上很好地把握了滨海度假酒店风格及定位，高质优雅，格调清晰，装饰统一。多功能用房大堂中西餐厅，桑拿，歌舞厅，保龄球管客房各具特色，又协调统一。4. 标准层图如下1 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，左右两翼长短不等，两端的楼梯实主体外露，使建筑物在蓝天，青山，碧水间颇为醒目。2 细部的精致处理，上翻的挑檐，阴影效果强烈，弧形的阳台拦板，轻盈活泼。幽雅的淡灰真石漆外墙饰面，在青山绿水映衬中更显亚热带特色3. 在室内设计上很好地把握了滨海度假酒店风格及定位，高质优雅，格调清晰，装饰统一。多功能用房大堂中西餐厅，桑拿，歌舞厅，保龄球管客房各具特色，又协调统一。4. 标准层图如下 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，两端楼梯主体外露，使建筑物颇为醒目，再加上细部的精致处理，淡灰真石漆外墙饰面，在室内设计上很好的把握了度假酒店的风格和定位，优雅大方，格调清新，装饰统一，以下是标准层平面图。1 平面设计中，整体造型为靠山面海形成拥抱大海之势，左右两翼长短不等，两端的楼梯实主体外露，使建筑物在蓝天，青山，碧水间颇为醒目。2 细部的精致处理，上翻的挑檐，阴影效果强烈，弧形的阳台拦板，轻盈活泼。幽雅的淡灰真石漆外墙饰面，在青山绿水映衬中更显亚热带特色3. 在室内设计上很好地把握了滨海度假酒店风格及定位，高质优雅，格调清晰，装饰统一。多功能用房大堂中西餐厅，桑拿，歌舞厅，保龄球管客房各具特色，又协调统一。4. 标准层图如下 图1.1 图1.1 标准层平面图1.3结构布置及截面尺寸估计该建筑经过“安全，经济，适用”等综合因素来看，选择框架剪力墙结构是最合理的，混凝土强度等级上梁板采用C30，墙柱采用C40。梁截面尺寸：主梁：梁高h=(1/81/12)L 梁宽b=(1/21/3)h 且规范规定b250mm为了施工方便主梁和次梁尺寸均一样，均取楼板厚度偏安全考虑取120mm柱截面尺寸：柱子截面尺寸可以按照轴压比来确定，本建筑物高度33.9m，框架抗震等级是三级，查规范，轴压比限值u=0.95，单位面积上的重力荷载近似的12kN，混凝土强度等级C40, 由于柱子截面积公式 （1.1），其中a是考虑地震作用后柱子压力增大的系数，边柱取1.3，中柱取1.1则底层中柱截面积边长取700mm同样的边柱边长可以取500mm类似做法得到6层中柱边长600mm，边柱400mm1.4剪力墙的布置 建筑抗震设计规范 规定：一、二级抗震等级的剪力墙厚度不应小于，并且不能低于层高的1/20。底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16。本工程层高，地下室与一层为4.2,其余为3.3m，为了施工上的方便，墙后均取370mm. 2计算简图及刚度计算2.1计算简图底层柱底简化为固定端。本建筑设计只需要对建筑进行横向的分析，为了计算上的方便，只需要按照铰接连接考虑。下面是计算简图 图2.1 计算简图2.2刚度参数 先计算剪力墙的刚度：现在在3片剪力墙中W1,W2无洞口是整体剪力墙，但是W3则需要判断，下面先来判断剪力墙的类型，其几何尺寸如下： 图2.2 剪力墙几何尺寸组合截面形心位置：1-5层 截面面积 墙肢1的形心位置 同样的得到墙肢2的截面面积 形心位置 那么整个截面的形心位置 类似的6-10层 截面面积 墙肢1形心位置 墙肢2 整个截面的形心位置 组合截面的惯性矩1-5层：按照同样的做法得到6-10层：以上各个数值的加权平均值如下：连梁截面的惯性矩，计算跨度以及形心 首层：截面积 惯性矩同样可求与此类似的2-10层的截面积和惯性矩那么惯性矩的加权平均值剪力墙类型的判别由于19.27大于10且所以这面墙是小开口整体墙2.3等效抗弯刚度计算计算W3剪力墙的等效抗弯刚度注意到W3是小开口整体墙，需要取其截面惯性矩的80%，计算公式是： （2.1）墙柱均采用C40混凝土， ，u取1.63，Aw截面积2.99那么1-5层：6-10层 u取值1.54 Aw截面积2.63按照上面的做法可以计算W1剪力墙的等效抗弯刚度，注意到W1是整体墙，不需要判别其类型，下表给出其计算结果 表2.1 等效抗弯刚度计算 表2.1层次EIw u Aw EIeq kN.mm21-532.517.131.37 3.6 568.736-1032.517.131.37 3.6其截面尺寸如下 图2.3 截面尺寸总剪力墙的等效抗弯刚度：现在以轴普通框架为例计算普通框架抗推刚度Cf的计算:轴框架几何尺寸如下 图2.4 框架几何尺寸梁的尺寸均是，柱子尺寸前面均已给出，注意到柱子计算长度：首层是4.2m，2-10层是3.3.m梁截面惯性矩边柱惯性矩：1-5层 6-10层中柱惯性矩：1-5层 6-10层 梁1的线刚度梁2的线刚度边柱线刚度： 首层： 2-5层 6-层 中柱线刚度： 首层 2-5层 6-10层 柱子的抗推刚度计算：下面以轴中柱C为例，说明其计算步骤 6-10层 同样的2-5层 首层轴和轴是一样的，其计算表如下 表2.2 抗推刚度计算轴号层号 i左梁右梁 Ic k hDA6-108020.680.940.323.331.3103.292-58051.210.700.293.333.9111.87140.230.870.474.249.5207.9B和C6-1080181.8108.332.410.543.364.5212.852-580181.8196.971.320.403.386.8286.441154.761.610.584.261.1201.63D6-108020.680,940.323.331.2102.962-58051.210.690.263.333.9111.87140.230.750.274.228.5119.7横向轴和轴主要是柱子截面不一样，但是梁截面均相同，计算简图也一样，按照上面计算方法，下面以表格的形式给出轴抗推刚度计算表，如下 表2.3 抗推刚度计算表轴号层号 i左梁右梁 Ic k hDA6-108020.90.930.323.331.29103.262-58051.20.60.253.333.93111.96140.230.750.274.228.43119.41B和C6-1080181.820.91.090.353.334.23112.952-580181.851.20.810.293.338.14125.86140.230.870.34.231.59132.67D6-108020.90,930.323.331.29103.252-58051.20.690.253.333.93111.96140.230.750.274.228.43119.41-5层边柱的惯性矩6-10层 1层柱子的线刚度2-5层 6-10层 总框架的剪切刚度Cf计算该设计只考虑横向，所以没有壁式框架，总框架的剪切刚度只需要计算框架的剪切刚度，计算结果如下表 表2.3 剪切刚度计算层次h D Dh14200. 2-533006-103300 总框架的抗推刚度Cf由普通框架的加权平均值计算得到2.4计算结构的刚度特征值框架和剪力墙之间是按照铰接体系考虑，所以Cb=0 3荷载统计3.1竖向荷载屋面荷载上人保温屋面 单位： 30厚细石混凝土保护层 220.030.6PPC乙丙多层复合防水卷材 0.4 20厚水泥砂浆找平层 200.020.4 150厚水泥蛭石保温层 60.150.9120厚钢筋混凝土板 250.123V型轻钢龙骨吊顶 0.2合 计 5.5屋面活载（上人屋面） 楼面荷载楼面恒载 单位：20厚花岗岩地砖 20厚水泥砂浆打底 120厚钢筋砼板 V型轻钢龙骨吊顶 0.2合 计 电梯 会议室 走廊、门厅 厕所 该设计中计梁的重力荷载时应从梁截面高度中减去板的厚度。因设有吊顶，所以梁的表面没有粉刷层，下列表中将给出梁的截面净高度，净跨度，g表示单位长度上梁的重力荷载，钢筋混凝土容重25kN/m2 表3.1横向梁重力荷载计算表类别层次净截面净跨度根数AB跨1-54.357.56195.756-104.357.66198.36BC跨1-54.353.3457.426-104.353.4459.16CD跨1-54.357.5262.256-104.357.6266.12 类别层次净截面g净跨度根数Gi1-3轴8-10轴1-54.357.5397.876-104.357.6399.183-4轴7-8轴1-54.357.55163.16-104.357.65165.34-5轴1-54.359.93129.26-104.3510.03130.5 表3.2 纵向梁重力荷载计算表 柱子计算方面，近似的取1.05倍柱子自重来考虑柱面粉刷层的重力荷载，柱子的高度可以取层高减去板的厚度，计算表如下： 表3.3 柱子重力荷载类别层次边长m高度根数1.05GikNA柱10.54.086160.652-50.53.186125.26-100.43.18680.12B柱10.74.086314.872-50.73.186245.46-100.63.186180.3C柱10.54.084107.12-50.53.18485.806-100.43.18453.4D柱10.74.084209.92-50.73.184163.66-100.63.184120.2 柱子重力荷载计算表外墙用370厚水泥空心砖（容重为9.6），内墙也采用370厚水泥空心砖（容重为9.6），内墙两侧都需要用石灰粗砂粉刷（0.34）；外墙外表面为贴瓷砖墙面（0.5），外墙内侧为石灰粗砂粉面。内外墙及钢筋砼剪力墙单位面积上的重力荷载：内墙 单位： 石灰粗砂粉刷层 0.343.71.26370厚陶粒混凝土砌块 9.60.373.55合 计 4.81外墙 单位： 瓷砖墙面 0.5370厚陶粒混凝土砌块 9.60.373.55石灰粗砂粉刷层 0.34合 计 4.39钢筋混凝土剪力墙 单位： 粉刷层 0.343.71.26 370厚钢筋砼墙 250.379.25合 计 10.51标准层房间门用木门，采用塑钢玻璃窗，大厅入口用铝合金玻璃门，其单位面积重力荷载为铝合金玻璃门窗 0.40木门 0.23.2重力荷载代表值建筑结构进行抗震分析时，集中于各质点的重力荷载代表值是各层楼面上的重力荷载代表值和上、下个半层的墙、柱等重力荷载总和。屋面上雪荷载按照当地标准0.5 ，屋面活荷载暂且不算，一楼是商业服务中心，查规范，均布荷载标准值取3.5，门厅走廊厕所等，均同二层以上标准值。 计算重力荷载代表值时候，其计算公式是：重力荷载代表值=恒荷载+50%活荷载各个区域均布荷载标准值与受荷面积如下所示 电梯机房 7.0 19.84 走廊、大厅 2.5 （一楼211.29，二楼以上144.59） 楼梯 3.5 57.02 商服 3.5 按照上述做法以及各个荷载，下面以表格的形式计算出各个层的重力荷载代表值Gi 表3.4 重力荷载代表值层次梁楼面柱门窗外墙内墙剪力墙楼梯活荷载Gi11092.345047.971213.1911.8947.161319.1924.72148.594.241730.712.712-51092.345047.971166.8812.8551.841126.21525.11995.494.241323.212.926-91092.345047.971005.9112.8551.841126.21525.11841.694.241323.612.47101092.345080.74428.6512.8551.841126.21525.11534.6547.12415.0311.16单位：kN计算简图如下 图3.1 框架计算简图3.3结构基本自振周期的计算计算简图如下：在这之前，需要把重力荷载简化称水平均布荷载和顶点集中力F 图3.2 简化图结构的等效总重力荷载Geq=均布荷载集中荷载在均布荷载作用下，由剪力墙单独承受荷载时的顶点位移在集中荷载作用下，顶点的位移由于结构体系是铰结体系，所以不考虑连梁的折减刚度，=2.1，现在可以得到框剪结构在均布荷载和顶点集中荷载作用下的顶点位移系数 再计算框剪结构假想的顶点位移得到结构的基本自振周期本建筑物的所在地地震分组是第一组，根据场地类别2类，查表得到特征周期Tg=0.35s因为0.35=Tg0.4325Tg, 取=0.08那么则总的水平地震作用的标准值是：每一层在水平地震作用下的Fi计算由于T1=0.342s1.4Tg=0.49所以不必考虑附加的集中力对建筑的影响，所以=0各层在水平地震作用下的计算公式：代入各个数据得到下面以表格的形式给出计算结果：表3.5横向水平地震作用计算层次1133.911.16378.30.161.1233.901030.612.47 381.50.161.1234.20927.31247340.430.140.9826.78241247299.280.1270.8921.3720.71247258.130.1100.7715.9617.412.92224.800.0950.6711.6514.11292182.170.077 0.547.6410.81292139.530.0590.414.437.5129296.900.0410.282.124.2127153.380.0220.150.631合计125.432354.42 6.93 158.333.4横向风荷载的计算垂直于建筑物的外表面上风荷载的标准值的计算公式如下：本公式中基本风压，本建筑的高宽比H/B=33.9/18.84按照矩形平面来计算，风载体型系数us=1.3, 风振系数按照公式计算，不过应先按式 确定建筑结构的基本周期,即， 查高规表 于是横向风压框架剪力墙结构协同工作分析当中，应该将沿着建筑高度的分布风荷载折算成倒三角形分布荷载和均布荷载，因此，现将分布荷载折算成节点集中力Fi,现在以F5为例说明其计算方法，其余会以表格形式给出第5层：Zi=17.4m =0.84B=40.14m 注意：和分别是该层的上一层高和下一层高 表3.6横向风荷载的计算层号1033.91.121.2540.143.3165.575612.82930.61.071.1740.143.3154.98165.574742.38827.31.021.0940.143.3144.38320.553914.577240.961.0040.143.3132.46464.933179.04620.70.900.9240.143.3121.86597.392522.50517.40.840.8340.143.3109.94719.251912.96414.10.790.7640.143.3100.67829.191419.47310.80.740.6840.143.390.07929.86972.7627.50.740.6340.143.383.451019.93625.8814.20.740.5940.143.7588.801103.38372.961192.1825296.364水平荷载下效应分析4.1水平地震作用及水平位移验算由于该建筑物的风荷载值远远小于水平地震作用的影响，计算水平地震作用的侧移时，为了计算上的简便，需要把地震力折算成三角形分布荷载q和顶点集中荷载F，水平地震作用Fi产生的弯矩和剪力如下由方程组求得q= F=由倒三角形荷载产生的剪力和弯矩分别是： 由顶点集中荷载产生的弯矩和剪力是： 计算侧移时候，按照下面公式计算：倒三角形荷载作用下水平位移的计算公式。 （4.1） 顶点集中荷载作用下水平位移的计算公式。 （4.2）需要说明的是公式中是楼层标高，是结构体系的刚度特征值 其计算简图如下： 图4.1 框架计算简图把各个数据代入到侧移公式中得到水平地震作用下位移计算表。如下，考虑到很小，可以忽略掉集中荷载作用的影响，只需要计算倒三角形分布荷载的作用。 表4.1 水平地震作用下位移计算层号z标高m倒三角形分布荷载mm总位移mm层间位移1033.91.011.6411.641.31930.60.9210.3310.331.21827.30.819.129.121.247240.707.887.881.26620.70.616.626.621.42517.40.515.205.201.23414.10.433.973.971.16310.80.312.812.811.1527.50.221.661,660.8314.20.120.830.830.8300.0000.000.000对建筑物的最大层间位移进行验算：最大层间位移是1.42mm，层间位移与层高之比，这也是符合规范的4.2横向水平地震作用的计算当计算水平地震作用下框架剪力墙结构内力时，结构刚度特征值前面已经算得是1.34，需要分别计算在倒三角形分布荷载和顶点集中荷载作用下的内力。当在倒三角形分布荷载作用下，总剪力墙的弯矩剪力和总框架的剪力Vf按照下列公式计算。 (4.3) (4.4) (4.5)当在顶点集中荷载作用时，总剪力墙的弯矩剪力和总框架的剪力按照下列公式计算。 (4.6) (4.7) (4.8)计算结果以表格的形式给出，如下表 表4.2顶点集中荷载和倒三角形分布荷载作用下总剪力墙弯矩Mw的计算层号标高m倒三角形荷载顶点集中荷载Mw=Mw1+Mw2kN.m Mw1 kN.m Mw2 kN.m1033.91.000.000.000.00930.60.902-3711.45875.76-2835.69827.30.805-5148.481782.90-3365.587240.708-4601.722753.91-1847.81620.70.611-1635.485030.263394.78517.40.5137072.916417.1513490.06414.10.41613980.498033.9522014.44310.80.31922367.649938.5932306.2327.50.22132296.7812199.3044496.0814.20.12443885.6114897.0858782.69000000 表4.3顶点集中荷载和倒三角形分布荷载作用下总剪力墙的剪力计算层号标高m倒三角形荷载顶点集中荷载Vw=Vw1+Vw2kN Vw1 kN Vw2 kN1033.91.00-1276.94223.91-1053.03930.60.902-648.09227.92-420.17827.30.805103.68240.10343.587240.708375.79260.88636.67620.70.611807.49291.001098.49517.40.5131206.89331.561538.45414.10.4161588.30383.991972.29310.80.3191965.38450.172415.5527.50.2212351.66532.492884.1514.20.1243207.94757.993965.590003768.34927.964714.43总剪力墙的Mw和地震作用M0的比值： 符合规定的限值总框架剪力的计算公式：其中是外荷载在高度处产生的内力，其结算结果如下表： 表4.4 剪力表层号标高kNkN kN1033.91.00927-1053.031980.03930.60.9021476.73-420.171896.9827.30.8051965.07343.481621.5972400.7082397.92636.671761.25620.70.6112775.261098.491676.77517.40.5133100.311538.451561.86414.10.4163365.911972.291393.62310.80.3193576.172415.551160.6227.50.2213732.252884.15848.114.20.1244130.953965.59165.3600.00.0004714.434714.430整个框架的剪力按照每个柱子的D值进行分配，其计算公式如下：下表将给出轴框架柱的计算结果，注意到Vc和Vf均已调整，柱子的轴力不必修正，而且和是一样的。 表4.5水平地震作用下轴各个柱子剪力计算层号 Di Vf Vc 3轴 3轴ABCABC10846.917.6340.5640.561980.0325.452.352.39846.917.6340.5640.561896.924.550.950.98846.917.6340.5640.561621.5922.750.150.17846.917.6340.5640.561761.5923.651.251.26846.917.6340.5640.561676.7722.850.250.25937.621.8445.9845.981561.8620.948.748.74937.621.8445.9845.981393.6218.645.645.63937.621.8445.9845.981160.6218.138.738.72937.621.8445.9845.98848.117.835.235.21796.235.7660.2560.25894.210.017.817.8下面取剪力墙W1为例，计算各层剪力墙的弯矩和剪力，其计算公式如下：按照上述公式，下面把计算结果汇总成表格如下：表4.6水平地震作用下W1弯矩和剪力的计算层号EIwMwVw W1EIeqEIeq/EwIwMwVwkN101904.20.0-1053.03723.50.380.0046.7491904.2-2835.69343.58723.50.38-1363.12162.6581904.2-3365.58636.67723.50.38-1618.03212.0271904.2-1847.811098.49723.50.38879.88326.0461904.23394.781538.45723.50.383206.33518.2751904.213490.061972.29590.300.315727.11793.9941904.222014.442415.55590.300.318044.01984.6731904.232306.232884.15590.300.3110588.911061.1821904.244496.083965.59590.300.3115539.291387.8211904.258782.694714.43590.300.3121402.161632.924.3框架梁柱的内力计算 现在以轴为例计算框架梁柱的内力，其他的轴计算方法一样，都采用反弯点法，柱子的反弯点高度的计算公式：本计算主要考虑到倒三角形荷载的影响。而集中荷载则不予考虑，查高规表得到轴A柱的反弯点高度，如下表： 表4.7 轴A柱的反弯点高度层号 k y100.941_10.3750_00.37590.941110.4250000.42580.941110.4550000.45570.941110.4550000.45560.941110.4550000.45550.701110.500000.540.701110.50000.530.701110.50000,520.70111.270.50000.510.87_0.785_0_0.65按照这样的方法同样的可以得到柱的反弯点高度，柱柱尺寸一样，其计算结果也一样，各个柱子的反弯点高度汇总于下表 表4.8 3轴柱和柱的反弯点高度层号柱柱得到各个轴的反弯点高度后，前面表格中算出了各个柱子的剪，用剪力乘以反弯点的高度即可以得到柱端弯矩，由梁柱节点的弯矩平衡原理，再由梁的线刚度分配给左右梁，按照这个思路即得到梁的固端弯矩，下表给出轴梁柱的计算过程和结果。 表4.9 轴梁柱弯矩计算层号A柱B柱M右梁左梁 Mc右梁10上-52.3852.3834.94-116.4981.54下-31.4365.7947.06-56.09109.699上-34.36-100.78下-46.4880.5644.94-67.18104.868上-34.08-82.66下-40.8276.2550.14-82.66116.987上-35.43-82.48下-42.4476.6750.19-82.48117.116上-34.23-82.83下-41.0075.4851.37-82.83119.855上-34.48-88.39下-34.4865.1742，06-72.3198.004上-30.69-67.71下-30.6960.5542，06-82.7698.003上-29.86-