横向承重钢筋混凝土高层楼建设结构设计.doc

横向承重钢筋混凝土高层楼建设结构设计2 结构选型及平面布置（1）钢混框架结构是由梁、柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大的的优点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此此次用钢混框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担。楼板为预制板时应沿横向布置，楼板为现浇时，一般需设置次梁，将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向水平风载和地震荷载。在房屋的纵向布置连系梁与横向框架连接。这些连系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行与房屋纵向的水平风载和地震荷载。本建筑可以不设置伸缩缝。（2）结构平面布置图2.1 结构平面布置图柱截面尺寸底层， 为安全起见，并考虑上述的轴压比，一至三层选用500500mm的柱子，四至八层选用600600mm的柱子。梁的截面尺寸 纵横框架梁 ，且b0.5柱宽则，边跨取，中跨取次梁同样取。楼板厚：根据经验取130mm.混凝土的等级、钢号的选择图2.23 框架计算简图在恒载、活载、风载等作用下取一榀框架计算。3.1 计算单元取第三轴线框架进行计算，如下图所示图 3.13.2 梁的跨度（柱中线间的距离）主梁：边跨 图3.2 框架计算简图中跨 连系梁： 边跨 中跨 3.3 柱高对于底层柱，假设基础顶面与室内地面相差1.5m,则底层柱高为3.9+1.5=5.4m.其他层高均为3.9m，则框架计算简图如图3.2。3.4 梁柱的线刚度截面惯性矩的求法：由于现浇板对梁的抗弯刚度的增强作用，故对中框架梁乘以2.0，边框架梁乘以1.5。边梁：中梁：柱：各杆件的线刚度i（对于C25的混凝土，。对于C30的混凝 土，） 。边梁：中梁：底层柱：2-3层柱：4-8层柱：4 恒载及内力分析4.1 恒荷载计算1、屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥混凝土找平 0.0220=0.4kN/m2120厚焦渣混凝土找坡层 150.12=1.8kN/m2三毡两油防水层 0.45kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板 0.1325=3.25kN/m220厚板底抹灰 0.0217=0.34kN/m2 屋面恒荷载 6.24 kN/m2边框架梁自重 0.30.725=5.25kN/m边框架梁粉刷 2(0.7-0.1)0.0217=0.408kN/m中框架梁自重 0.30.525=3.75kN/m2中框架梁粉刷 2(0.5-0.1)0.0217= 0.272kN/m则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：G8AB1=5.25+0.408=5.658kN/m G8BC1=3.75+0.272=4.022kN/mG8AB2=6.244.0=24.96kN/mG8BC2=6.242.1=13.1kN/m2、楼面框架梁线荷载标准值50mm厚水泥砂浆贴砖 0.0520=1kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板 0.1325=3kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0.0217=0.34kN/m2 楼面恒荷载 4.34kN/m2 边框架梁自重及粉刷 5.658kN/m中框架梁自重及粉刷 4.022kN/m边跨填充墙自重 0.243.218=16.848kN/m填充墙粉刷 20.023.217=2.45kN/m则作用于楼面框架梁上线荷载标准值为：gAB1=5.658+16.848+2.45=24.956kN/m gBC1=4.022kN/m gAB2=4.344=17.36kN/m gBC2=4.342.1=9.114kN/m3、楼面框架节点集中荷载标准值 纵向框架梁自重 0.30.7425=21kN纵向框架梁粉刷 2(0.7-0.1)0.02417=1.632kN框架柱自重及粉刷 楼板重 434.34=52.08kN墙体自重（减去窗户） 180.244(3.9-0.7)-22=38kN则边节点集中荷载为： GA=137.77kN纵向框架梁自重及粉刷 22.632kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 4（2.1+6）/24.34=70.308kN框架柱自重及粉刷 25.055KN墙体自重 180.244(3.9-0.7)=55.3kN则中节点集中荷载为： GB=173.3kN4屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 22.632KN屋面板重 436.24=74.88kN1m高女儿墙自重及粉刷 140.2418+2140.0217=20kN则顶层边节点集中荷载为： G8A=117.512kN纵向框架梁自重及粉刷 22.632kN屋面恒荷载 4（2.1+6）/26.24=101.088kN则顶层中节点集中荷载为 G8B=123.72kN4.2 恒荷载作用下内力计算计算简图（如图4.1）2荷载等效 顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如图4.2图4.1 计算简图图4.2 等效计算简图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 分层计算弯矩分配系数的计算：第二层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线：左梁 下柱 上柱 右梁 第三层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线：左梁 下柱 上柱 右梁 第四层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线：左梁 下柱 上柱 右梁 第五-八层 A轴线： 下柱 上柱 右梁 B轴线： 左梁 下柱 上柱 右梁 顶层 A轴线： 下柱 右梁 B轴线： 左梁 下柱 右梁 则弯矩二次分配如下（由于为对称结构，故只列出一半）：表4.1恒载作用下弯矩分配表层下柱上柱右梁左梁下柱上柱右梁八分配系数0.390.610.340.220.44固端弯矩-78.3778.37-4.930.5747.81-25.12-16.26-32.51传递来的弯矩16.46-12.5623.91-10.2616.26弯矩第二次分配-1.52-2.38-10.17-6.58-13.16最终杆端弯矩45.51-45.5167-33.1-33.9七分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-117.57117.57-3.5732.9232.9251.73-31.92-20.52-20.52-41.04传递来的弯矩16.4615.29-15.9625.87-10.26-8.1320.52弯矩第二次分配-4.42-4.42-6.95-7.84-5.04-5.04-10.08最终杆端弯矩44.9643.79-88.75103.68-40.82-33.69-34.17六分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-117.57117.57-3.5732.9232.9251.73-31.92-20.52-20.52-41.04传递来的弯矩16.4616.46-15.9625.87-10.26-10.2620.52弯矩第二次分配-4.75-4.75-7.46-7.24-4.66-4.66-9.31最终杆端弯矩44.6344.63-89.26104.28-35.44-35.44-33.4五分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-117.57117.57-3.5732.9232.9251.73-31.92-20.52-20.52-41.04传递来的弯矩16.4616.46-15.9625.87-10.26-10.2620.52弯矩第二次分配-4.75-4.75-7.46-7.24-4.66-4.66-9.31最终杆端弯矩44.6344.63-89.26104.28-35.44-35.44-33.4四分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-117.57117.57-3.5732.9232.9251.73-31.92-20.52-20.52-41.04传递来的弯矩16.4616.46-15.9625.87-10.26-10.2620.52弯矩第二次分配-4.75-4.75-7.46-7.24-4.66-4.66-9.31最终杆端弯矩44.6344.63-89.26104.28-35.44-35.44-33.4三分配系数0.30.280.420.270.190.180.36固端弯矩-117.57117.57-3.5735.2732.9449.38-30.78-21.66-20.52-41.04传递来的弯矩17.0516.46-15.3924.69-10.38-10.4620.52弯矩第二次分配-5.44-5.1-7.61-6.46-4.54-4.3-8.61最终杆端弯矩46.8844.28-91.19105.02-37.03-35.28-32.7二分配系数0.290.290.420.270.190.190.35固端弯矩-117.57-117.57-3.5734.134.149.38-30.78-21.66-21.66-39.9传递来的弯矩18.8117.64-15.3924.69-11.4-10.8319.95弯矩第二次分配-6.11-6.11-8.85-6.05-4.26-4.26-7.84最终杆端弯矩46.845.63-92.43105.43-37.32-36.75-31.36一分配系数0.230.320.450.290.140.20.37固端弯矩-117.57-117.57-3.5727.0437.6252.91-33.06-15.96-22.8-42.18传递来的弯矩17.05-16.5326.4-10.8321.09弯矩第二次分配-0.12-0.17-0.23-10.65-5.14-7.34-13.59最终杆端弯矩26.9254.5-81.42100.32-21.1-40.97-38.255、对弯矩进行调幅对于梁端弯矩，均乘以0.85的调幅系数，而对于跨中弯矩，则按下面的公式计算：调幅后的数值为弯矩图括号内的数值，调幅后：顶层： 第八层： 第七-五层： 图4.3 恒载作用弯矩图第四层： 第三层： 第二层： 3、剪力计算剪力使结构顺时针转动为正，此处M均为调幅后的弯矩值。顶层： 第八层： （下面各层均不变）第七-五层： 第四层： 第三层： 第二层： 轴力计算 图4.4 剪力轴力图框架结构的剪力图和轴力图如图4.4。5 屋面楼面荷载及内力分析5.1 活荷载计算由于此方案设计的是不上人的屋面，楼面活载取雪载和活载的较大值计算，因均为0.5KN/m2,故此处只计算雪荷载的影响。 1、屋面框架梁线荷载标准值qAB=0.54=2.0kN/mqBC=0.652.1=1.05kN/m2、楼面框架梁线荷载标准值qAB=2.04=8kN/mqBC=2.52.1=5.25kN/m3、屋面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的雪荷载 420.5/2=4kN横向框架传来的雪荷载 (1-20.332+0.333)0.546/2=4.9kN 则QA=8.92kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 4+(1-20.352+0.353)0.582.1/2=7.35kN则QB=7.35+4.9=12.25kN4、楼面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 422/2=16kN横向框架传来的活荷载 (1-20.332+0.333)246/2=19.6kN 则QA=35.6kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 16+(1-20.352+0.353)2.582.1/2=32.76kN则QB=19.6+32.76=52.36kN（1）活荷载作用下内力计算1计算简图图5.1 计算简图荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下：图5.2 等效计算图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 用弯矩二次分配法计算弯矩表5.1 横在作用下弯矩分配表恒载作用下弯矩分配表层下柱上柱右梁左梁下柱上柱右梁八分配系数0.390.610.340.220.44固端弯矩-4.924.92-0.241.923-1.59-1.03-2.06传递来的弯矩2.76-0.81.5-1.671.03弯矩第二次分配-0.76-1.2-0.29-0.19-0.38最终杆端弯矩3.92-3.924.54-2.89-1.65七分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-19.6819.68-1.25.515.518.66-5.17-3.33-3.33-6.65传递来的弯矩2.760.96-2.564.33-1.670.523.33弯矩第二次分配-0.32-0.32-0.51-1.53-0.98-0.98-1.97最终杆端弯矩7.956.15-14.0917.31-5.98-4.83-6.49六分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-19.6819.68-1.25.515.518.66-5.17-3.33-3.33-6.65传递来的弯矩2.762.76-2.564.33-1.67-1.673.33弯矩第二次分配-0.83-0.83-1.3-1.53-0.98-0.98-1.97最终杆端弯矩7.447.44-14.8817.31-5.98-4.83-6.49五分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-19.6819.68-1.25.515.518.66-5.17-3.33-3.33-6.65传递来的弯矩2.762.76-2.564.33-1.67-1.673.33弯矩第二次分配-0.83-0.83-1.3-1.53-0.98-0.98-1.97最终杆端弯矩7.447.44-14.8817.31-5.98-4.83-6.49四分配系数0.280.280.440.280.180.180.36固端弯矩-19.6819.68-1.25.515.518.66-5.17-3.33-3.33-6.65传递来的弯矩2.762.76-2.564.33-1.67-1.673.33弯矩第二次分配-0.83-0.83-1.3-1.53-0.98-0.98-1.97最终杆端弯矩7.447.44-14.8817.31-5.98-4.83-6.49三分配系数0.30.280.420.270.190.180.36固端弯矩-19.6819.68-1.25.95.518.27-4.99-3.51-3.34-6.65传递来的弯矩2.852.76-2.54.14-1.76-1.673.33弯矩第二次分配-0.93-0.87-1.31-1.09-0.77-0.73-1.45最终杆端弯矩7.827.24-15.2217.74-6.04-5.74-5.97二分配系数0.290.290.420.270.190.190.35固端弯矩-19.6819.68-1.25.75.78.27-4.99-3.51-3.51-6.47传递来的弯矩3.152.95-2.54.14-1.85-1.753.24弯矩第二次分配-1.04-1.04-1.51-1.02-0.72-0.72-1.32最终杆端弯矩7.817.61-15.4217.81-6.08-5.98-5.75一分配系数0.230.320.450.290.140.20.37固端弯矩-19.6819.68-1.24.536.38.86-5.36-2.59-3.7-6.84传递来的弯矩2.85-2.684.43-2.53.42弯矩第二次分配-0.04-0.05-0.08-1.55-0.75-1.07-1.98最终杆端弯矩4.499.1-13.5917.2-3.34-7.27-6.66 风载及内力分析夏季平均风速为19m/s，冬季为22m/s。基本风压w0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。本章计算以左风为例。6.1 风荷载计算,建筑物的高度H30m,且高宽比H/B=31.2/14.1=2.21.5,故需考虑风振系数，且.查建筑结构荷载规范可得到下列数据：查得迎风时s1=+0.8，背风时s2=-0.5。B类地区H/B=32.7/60.6=0.54（B为建筑物的迎风面宽度）。查得。钢混框架结构： ,查得则计算过程见下表：表6.1楼层高度H(m)Hi/HzZ迎风面s背风面sq左q右八32.711.4621.3830.8-0.52.2651.416七28.80.881.4031.3510.8-0.52.1231.327六24.90.761 1.3351.3190.8-0.51.9721.233五210.642 1.2671.2840.8-0.51.8221.139四17.10.523 1.1841.2470.8-0.51.6541.034三13.20.404 1.0841.2090.8-0.51.4680.917二9.30.284 11.1590.8-0.51.2980.811一5.40.165 11.0920.8-0.51.2230.764荷载分布图如图6.1：各层的集中荷载换算过程如下：图6.1 荷载分布图则计算简图如图6.2图6.2 计算简图6.2 内力计算1、抗侧刚度和反弯点高度确定表6.2楼层KD(104kN/m)y0Iy12y23y3yhh-yh边柱八1.540.441.290.3810-101.482.42七1.540.441.290.431010101.682.42六1.540.441.290.451010101.762.14五1.540.441.290.51010101.951.95四1.540.441.290.51010101.951.95三1.430.421.330.51010101.951.95二1.430.421.330.51010101.951.95一1.980.620.740.6-00.720-3.242.16中柱八3.530.641.880.4510-101.762.14七3.530.641.880.51010101.951.95六3.530.641.880.51010101.951.95五3.530.641.880.51010101.951.95四3.530.641.880.51010101.951.95三3.290.621.960.51010101.951.95二3.290.621.960.51010101.951.95一4.550.770.920.55-00.720-2.972.432、剪力在各层分配（单位：kN）图6.3柱端弯矩计算表6.33.414.412.093.639.1911.826.9611.8214.319.0511.7619.0517.5925.7217.5925.7221.731.7721.731.7725.2937.325.2937.328.5942.1828.5942.1838.7554.2158.1366.26风载作用下的内力图图6.4 风载作用下的内力图 图6.5 弯矩图图6.6 剪力图和轴力图3、对弯矩进行调幅对于梁端弯矩，均乘以0.85的调幅系数，而对于跨中弯矩，则按下面的公式计算：调幅后的数值为弯矩图括号内的数值，调幅后：顶层： 第八层： 第七-五层： 第四层： 第三层： 第二层： 6.3 剪力计算剪力使结构顺时针转动为正，此处M均为调幅后的弯矩值。顶层中跨端部剪力 其他层中跨端部剪力 则各边跨的剪力为：顶层： 第八层： 第七-五层： 第四层： 第三层： 第二层： 轴力计算 图6.7 剪力图和轴力图 7 地震作用及内力分析7.1 重力荷载代表值计算1、墙、梁、门、窗、柱及重力荷载代表值汇总（1）梁表7.1构件层次b/mh/mg/kNLi/mGiLinGi/kN横梁18层0.30.75.658633.9520679走道梁18层0.30.54.0222.18.451084.5次梁18层0.250.53.397620.3816326.1纵梁18层0.30.75.658422.6340905.23.318.678149.43.922.078176.66.235.083105.21.8510.47220.94求和2446.942、门重力荷载标准值汇总除大门为玻璃门0.45KN/m2,办公室木门为0.25KN/m2。底层：门标号尺寸数量荷载标准值M11.0m2.5m6G1=0.451.0m2.5m6=6.75kNM20.9m2.2m28G2=0.20.9m2.2m28=11.09kN总和 =17.84KN标准层和底层M20.9m2.2m28G2=0.20.9m2.2m28=11.09kN3、窗自重均为刚框玻璃窗0.45KN/m2。底层：窗标号尺寸数量荷载标准值C11.5m1.8m2个G1=0.451.5m1.8m2=2.43kNC22.2m1.8m24个G2=0.452.2m1.8m24=42.77kNC40.8m1.8m2个G3=0.450.8m1.89m2=1.3kN总和46.5KN标准层及顶层窗标号尺寸数量荷载标准值C11.5m1.8m2个G1=0.451.5m1.8m2=2.43kNC22.2m1.8m25个G2=0.452.2m1.8m25=44.55kNC40.8m1.8m2个G3=0.450.8m1.89m2=1.3kN总和48.28KN4、墙自重纵墙：采用240厚灰沙砖，18KN/m3.内外墙为20mm厚的抹灰，17KN/m3。墙面单位面积的重力荷载为 底层A轴线上的纵墙面积：D轴线上的纵墙面积：B轴线上的纵墙面积：C轴线上的纵墙面积：标准层A轴线上的纵墙面积：D轴线上的纵墙面积：B轴线上的纵墙面积：C轴线上的纵墙面积：横墙：采用与纵墙相同的材料，重力荷载为5.16KN/m2。5、柱重：重度为18KN/m3.内外墙为20mm厚的抹灰，重度为17KN/m31、底层：2、标准层：3、雪荷载：女儿墙：则各层墙、柱、梁门窗的总重为：（墙、柱上下各取一半+门窗+梁）底层：+134.2 +362.24+17.84+46.5=6858.5KN标准层：+ 48.24+11.09=6921.98KND顶层+ 1/2（ 48.24+11.09）+696.21=5381KN（女儿墙重+1/2*标准层的柱、墙、门窗+梁）屋面雪载：0.5*60.6*14.1=427.23KN 屋面恒载：6.24*60.6*14.1=5331.83KN 楼面恒载：4.34*60.6*14.1=3708.36KN 楼面活载：2.5*60.6*2.1+2*60.6*12=1772.55KN各层重力荷载代表值的计算根据抗震规范（GB500112010）第5.1.3条：，顶层的荷载代表值包括：屋面荷载、50%的屋面雪荷载、顶层纵墙框架自重、顶层半层墙柱自重。 其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载、50%楼面均布荷载、该层纵墙框架横梁自重、该层上下各半层柱及墙体自重。各楼层重力荷载代表值Gi确定如下：7.2 水平地震作用计算各层D值汇总（D单位：KN/m）计算过程见下表：表7.1层次边柱 (根)边柱D中柱 (根)中柱DD八341.29321.88104.02七341.29321.88104.02六341.29321.88104.02五341.29321.88104.02四341.29321.88104.02三341.33321.96107.94二341.33321.96107.94一340.74320.9254.62顶点位移计算（将重力荷载代表值Gi作为水平荷载）uT=+=0.469m3基本自振周期（取=0.7）4基本自振周期水平地震影响系数设计地震分组第一组，场地类别类，Tg=0.35s，地震加速度0.10g，多遇地震下max=0.085结构底部剪力标准值6各层水平地震作用标准值，故需考虑顶部附加地震作用图7.17各层水平地震层间剪力楼层水平地震剪力最小值验算如下：楼层最小地震剪力系数=0.016同理可验证其他，均符合要求。8多遇地震下弹性层间位移计算过程见下表：表7.2楼层hi (m)Vi (kN)Di (104kN/m)ue (m)ee八3.9587.63104.020.560.141/550=1.82*10-3七3.91010.88104.020.970.25六3.91374.76104.021.320.34五3.91679.26104.021.610.41四3.91924.38104.021.850.47三3.92110.12107.941.950.5二3.92437.45107.942.260.58一5.42519.1854.64.610.85故满足要求。7.3 一榀框架内力计算（KJ1）本节计算以左震为例。层间剪力在各柱分配（KN） 表7.3楼层边跨中跨八587.63*1.29/104.02=7.29587.63*1.88/104.02=10.62七1010.88*1.29/104.02=12.541010.88*1.88/104.02=18.27六1374.76*1.29/104.02=17.051374.76*1.88/104.02=24.85五1679.26*1.29/104.02=20.831679.26*1.88/104.02=30.35四1924.38*1.29/104.02=23.831924.38*1.88/104.02=34.78三2110.12*1.33/107.94=262110.12*1.96/107.94=38.32二2437.45*1.33/107.94=30.032437.45*1.1.96/107.94=44.26一2519.18*0.74/54.6=34.142519.18*0.92/54.6=42.45反弯点高度确定表7.4楼层KD(104kN/m)y0Iy12y23y3yhh-yh边柱八1.540.441.290.3810-101.482.42七1.540.441.290.431010101.682.42六1.540.441.290.451010101.762.14五1.540.441.290.51010101.951.95四1.540.441.290.51010101.951.95三1.430.421.330.51010101.951.95二1.430.421.330.51010101.951.95一1.980.620.740.6-00.720-3.242.16中柱八3.530.641.880.4510-101.762.14七3.530.641.880