南京玄武宾馆建设项目结构设计.doc

南京玄武宾馆建设项目结构设计1 设计资料（1）工程名称：南京玄武宾馆设计设计（2）建设地点：南京某地区（3）工程概况：建筑面积为4725，五层，底层层高3.6m,其余层层高3.3m，室内外高差为0.450m，走廊宽度为2.4m，设计使用年限为50年。（4）基本风压：，地面粗糙程度为C类。（5）基本雪压：（6）抗震设防：本工程设防烈度为7度，抗震设防类别为丙类，类场地土，设计地震分组为第一组，抗震等级为三级。812 结构选型与布置2.1 结构选型为使结构的整体刚度较好，采用框架结构，楼面屋面均为现浇，基础为柱下独立基础。2.2 建筑布置本设计为双向梁柱抗侧力体系，采用现浇板结构，根据h=(1/501/40)L，板厚取为100mm厚。本建筑为宾馆，主要设置标准间，每层各设2个公共卫生间，2个楼梯和三个电梯。本建筑首层层高3.6m，2-5层为3.3m，上人屋面，突出屋面楼梯间高3.0m，室内外高差0.45m，建筑物总高度为19.8m，女儿墙高0.9m。建筑物总长63m，总宽15m，采用7.8m6.3m柱网，每个标间开间3.9m，进深6.3m，走廊2.4m。满足使用要求。建筑布置见图2.1。图2-1 首层平面图3 结构计算简图及梁柱线刚度计算3.1 梁柱截面尺寸估算框架梁截面高度h=(1/181/10)L,截面宽度b=（1/31/2）h，本方案取：纵向框架梁：bh=300mm600mmAB、CD框架梁：bh=250mm550mm走廊横梁：250mm400mm3.2 材料选用混凝土：混凝土强度等级采用C30；钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用HPB300墙体：内外墙体均采用混凝土空心砖，重度，内、外墙体厚250mm，隔墙厚200mm。门：采用木门，窗：采用铝合金窗，3.3 柱截面尺寸估算柱截面尺寸根据公式，估算，仅估算底层柱。该框架结构抗震设防为7度，建筑高度小于30m，因此为三级抗震，其轴压比限值为，各层重力荷载代表值近似取，B柱C柱负荷面积为7.84.35，层数n=5，采用C30混凝土，假定柱子的尺寸为500mm500mm。中柱的轴压比：=N/(fcbh)=取柱截面为正方形，截面尺寸为500mm500mm。标准层结构平面布置如图3.1：图3-1 标准层结构平面布置图3.4 确定框架计算简图3.4.1 选取计算单元选取轴线的一榀框架进行计算。3.4.2 确定框架计算简图（kJ）假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，基础顶面至室外地平0.6m，室内外高差为0.45m，底层高为3.6m，故底层柱高为：0.6+0.45+3.6=4.65m，其余各柱高为3.3m，基础简图如下图： 3.4.3 框架梁柱的线刚度计算对于边框架梁取，对于中框架梁取。 图3-2 基础简图边框架梁：中框架梁： 柱线刚度计算：底层柱：其余各层柱： 令其余各层柱，则中框架各杆件的相对线刚度为： 框架梁柱的相对线刚度如图3.3所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。图3-3 梁柱线刚度比4 荷载计算4.1 恒载标准值计算4.1.1 屋面20厚1：2.5水泥砂浆保护层，每1m见方半缝分格 0.0220=0.4kN/m225厚1：3水泥砂浆找平层 0.02520=0.5kN/m23厚麻刀灰隔离层 高聚物改性沥青防水卷材一道 0.5kN/m220厚1：3水泥砂浆找平层 200.025=0.5kN/m230厚无溶剂聚氨硬泡沫保温层 40.03=0.12kN/m21：6水泥焦渣找坡最薄处30厚 2.5（0.03+60.02/2）=0.24kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：顶棚抹灰（顶3） 合计： 4.1.2 各层走廊楼面 10厚1：2.5水泥磨石楼面磨光打蜡 水泥浆一道（内掺建筑胶）20厚1：3水泥砂浆找平层，上卧分格条 0.65kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：顶棚抹灰 石膏吊顶 合计： 4.1.3 卫生间楼面陶瓷锦砖面层 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：顶棚抹灰 合计： 4.1.4 标准层楼面10厚1：2.5水泥磨石楼面磨光打蜡 水泥浆一道（内掺建筑胶）20厚1：3水泥砂浆找平层，上卧分格条 0.65kN/m2结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 抹灰层：顶棚抹灰 石膏吊顶 合计： 4.1.5 梁自重bh=300mm600mm 自重 抹灰层 合计： bh=250mm550mm 自重 抹灰层： 合计： bh=250mm450mm 自重 抹灰层： 合计： 4.1.6 柱自重bh=500mm500mm柱自重 抹灰层：15厚混合砂浆 合计： 4.1.7 外纵墙自重标准层纵墙 铝合金窗 面砖外墙 0.51.21.83/7.8+0.51.5=1.71kN/m内保温墙 0.15(0.6-0.1)+0.9+0.151.21.8/7.8=0.335kN/m合计： kN/m底层纵墙 (4.65-0.6-1.8-0.4)0.2510.3+10.31.21.80.253/7.8=6.9kN/m铝合金窗 外墙处理 保温内墙 合计： 4.1.8 內纵墙自重标准层纵墙 木门 内墙面粉刷： 合计： 底层纵墙 (4.65-0.6-1.8-0.4)0.2510.3+10.31.21.80.253/7.8=6.9木门 内墙面粉刷 合计： 4.1.9 内横墙自重标准层墙自重 10.30.252.75=5.67内墙面粉刷 合计： 底层墙自重 (4.65-0.6-0.4)10.30.25=9.4内墙粉刷 合计： 4.1.10 内隔墙自重标准层墙自重 10.30.2(3.3-0.4)=5.97 内墙粉刷 0.152(3.3-0.1)=0.96 合计： 底层墙自重 (4.65-0.6-0.4)10.30.2=7.52内墙粉刷 合计： 4.1.11 女儿墙自重（100mm混凝土压顶，墙高800mm） 墙自重 面砖 合计： 4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值上人屋面： 房间： 走廊及楼道：4.3 板传荷载计算AB轴线和CD轴线间板，按双向板把荷载传递给梁，楼道板，故按单向板把荷载传递给梁，屋面板及楼面板的荷载传递示意图如下：图4-1 屋面楼面板荷载传递示意图4.3.1 AB(CD)轴间框架梁荷载 屋面板传荷载：恒载： 活载： 楼面板传荷载：恒载： 活载： AB(CD)轴间框架梁均布荷载为：屋面梁： 恒载=梁自重+板传荷载=3.05+16.32=19.37 活载=板传活载=楼面梁： 恒载=梁自重+墙自重+板传荷载=3.05+8.04+11.23= 活载=板传活载=4.3.2 BC轴间框架梁恒载 4.3.3 A(D)轴柱纵向集中荷载计算顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 =14.27+29.35+3.056.30.5+47.5+16.326.30.5 =91.1+51.41+9.61=152.13kN顶层柱活载=板传活载=0.51.955/87.8+1.636.3/2 =4.75+5.13=9.9kNB(C)轴柱纵向集中荷载计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 =4.027.8+3.056.30.5+51.955/87.8+3.591.27.8+16.326.30.5 =31.36+9.61+47.5+33.6+51.41=173.48kN顶层柱活载=板传活载=0.51.955/87.8+1.636.3/2+0.51.27.8 =4.75+5.13+5.13=14.56kNA(D)轴柱纵向集中荷载计算标准层A柱集中恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=4.027.8+3.056.30.5+3.441.957.85/8+11.236.30.5+6.317.8 =31.36+9.61+32.7+35.37+49.22=158.22kN标准层A柱活载=板传活载=2.01.955/87.8+6.536.3/2 =19+20.57=39.57kN标准层B柱集中恒载=主次梁自重+板传荷载+墙体荷载=4.027.8+3.056.30.5+3.441.957.85/8+3.591.27.8+11.236.30.5+6.647.8 =31.36+9.61+32.7+35.37+35.37+51.79=194.39kN标准层B柱活载=板传活载=2.01.955/87.8+6.536.3/2+2.51.27.8 =19+20.57+23.4=62.97kN基础顶面荷载A轴基础顶面荷载=外纵墙自重+基础梁自重+内横墙自重 =9.187.8+2.57.8+2.56.30.5+35.7=91.1+7.9+35.7=134.7 kNB轴基础顶面荷载=内纵墙自重+内横墙自重+基础梁自重 =73+35.7+19.5+2.56.30.5=136.1 kN框架在竖向荷载作用下的受荷总图如下图4.2。4.4 重力荷载代表值计算屋面重力荷载标准值计算：=1.83（39.5+15）2=199.47kN =539.515=2962.5kN =4.02(7.8-0.5)20+3.05(6.3-0.5)12+2.67(6.3-0.3)9+2.67(7.8-0.25)1+2.67(2.4-0.5)6=586.92+212.28+144.18+20.16+30.44=994kN =246.66(1.65-0.1)=247.8kN =女儿墙自重 =6.31(39-2.5)2+6.64(39-2.5)2+8.04(6.3-0.5)15+3.71.92 =230.32+242.36+349.74+7.03=829.45kN=+ =199.47+2962.5+994+247.8+829.45=5233.22kN 图4-2 竖向荷载总图 四层楼面处重力荷载标准值计算：=3.4439.56.82=1848kN =829.452=1658.9kN =1007.62kN =246.66(3.3-0.1)=511.5kN =+ =1658.9+1848+340.3+1007.62+511.5=5366.32kN三层楼面处重力荷载标准值计算：=5366.32+6.93（6.3-0.5）=5402.86kN二层楼面处重力荷载标准值计算：=5366.32+6.932（6.3-0.5）=5446.71kN一层楼面处重力荷载标准值计算： 屋顶雪荷载标准值： 楼面活荷载标准值： =2.039.56.82+2.539.52.4 =1074.4+237=1311.4kN总重力荷载代表值的计算：屋面处： =屋面处结构和构件自重+0.5雪荷载标准值 =5233.22+118.5=5351.72kN （设计值为 7658.31kN）楼面处： =楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =5366.32+0.51311.4=5890.9kN（设计值为 8275.54kN）=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =5402.86+524.56=5927.42kn （设计值为 8319.4kN）=楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =5446.71+524.56=5971.27kN （设计值为 8372.01kN）=底层楼面处结构和构件自重+0.5活荷载标准值 =5648.44+524.56=6173kN (设计值为 8614.09kN)5 内力计算5.1 水平地震作用计算5.1.1 框架结构柱的抗侧移刚度D计算 表5-1 横向2-5层中框架D值构件名称A轴线 0.7 0.26 13580B轴线 1.4 0.41 21507C轴线 1.4 0.41 21507D轴线 0.7 0.26 13580表5-2 底层横向中框架D值构件名称A轴线 0.99 0.5 9324B轴线 1.97 0.62 11562C轴线 1.97 0.62 11562D轴线 0.99 0.5 9324表5-3 横向2-5层边框架D值构件名称A轴线 0.52 0.21 10969B轴线 1.05 0.34 17759C轴线 1.05 0.34 17759D轴线 0.52 0.21 10969表5-4 底层横向边框架D值构件名称A轴线 0.73 0.45 8391B轴线 1.48 0.57 10629C轴线 1.48 0.57 10629D轴线 0.73 0.45 8391表5-5 横向2-5层总D值构件名称 D值 数量 中框架A轴 13580 4 54320 中框架B轴 21507 4 86028 中框架C轴 21507 4 86028 中框架D轴 13580 4 53420 边框架A轴 10690 2 21938 边框架B轴 17759 2 35518 边框架C轴 17759 2 35518 边框架D轴 10960 2 21938 单层总D值 表5-6 横向底层总D值构件名称 D值 数量 中框架A轴 9324 4 37296 中框架B轴 11562 4 46248 中框架C轴 11562 4 46248 中框架D轴 9324 4 37296 边框架A轴 8931 2 16782 边框架B轴 10629 2 21258 边框架C轴 10629 2 21258 边框架D轴 8931 2 16782 单层总D值 5.1.2 结构自振周期计算对于结构自振周期的计算，计算中采用的是假想顶点位移法，该方法所计算的结构自振周期与实际较为接近，具体的计算过程和计算数据详见以下表格内容。表5-7 顶点位移计算层号（kN）（kN）(kN/m)(m)(m)55351.725351.72395608 0.0135 0.264445890.911242.62 395608 0.0284 0.25093 5927.42 17170.04 395608 0.0434 0.22252 5971.27 23141.31 395608 0.0585 0.17911 617329314.31 243168 0.1206 0.1206结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数=0.7则结构的基本自振周期为：S5.1.3 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7度近震设防，场地土类别为类，0.10g为设计基本地震加速度，设计地震分组为第一组，由表可查得： 水平地震影响系数最大值=0.08 特征周期 =0.35s 等效重力荷载 =0.8529314.31=24917.16kN由于 5 故： 其中：衰减指数，在1.4=0.49S故需要考虑顶部附加水平地震作用的影响；顶部附加地震作用系数：=0.08+0.07=0.080.61+0.07=0.12对于多质点体系，结构底部总纵向水平地震作用标准值:=0.048524917.16=1208.5kN附加顶部集中力：=0.121208.5=145.02kN质点i水平地震作用标准值按下式计算： 楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见下表：表5-8 层间位移计算层号（kN）（m）(kN)(m) 55351.7217.8595528.2324100.3458.483956080.00116 45890.914.5585712.6739.733956080.00187 35927.4211.2566683.5958.543956080.00242 25971.277.9547471.61114.313956080.00282 161734.6528704.51208.52431680.00497 楼层最大位移与柱子计算高度之比：/h=0.00497/4.65=1/9361/550 所以，水平地震作用下位移满足要求。水平地震作用标准值作用下框架结构的层间剪力的值如图5.1。 图5-1 层间剪力示意图 图5-2 水平地震作用简图5.1.4 刚重比和剪重比验算为了保证结构的稳定和安全，需分别进行结构刚重比和剪重比验算。各层的刚重比和剪重比见下表： 表5-9 各层刚重比和剪重比计算层号（m）(kN/m)(kN)（kN）(kN) 53.94000211560081.9458.48 5351.72170.470.0857 4 3.94000211560081.9739.73 11242.62116.120.0658 3 3.94000211560081.9958.5417170.0453.830.0558 2 3.94000211560081.91114.31 23141.3140.020.0482 1 4.953035601560081.91208.5 29314.3127.420.0412由表可知，各层的刚重比均大于20，不必考虑重力二阶效应；各层的剪重比均大于0.016，满足剪重比的要求。 5.1.5 框架地震内力计算柱端弯矩计算采用D值法进行计算，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两端弯矩；（4）求各柱的剪力和梁剪力。框架柱端弯矩、梁端弯矩、剪力按下式计算：柱端： 与中柱交汇梁： 与边柱交汇梁： 框架柱反弯点位置，高度比y= ，计算结果见下表：表5-10 柱反弯点计算轴柱层号h/myyh/m(1-yh)/mA(D)轴柱53.30.70.30000.300.992.3143.30.70.40000.41.321.9833.30.70.450000.451.491.8123.30.70.5000-0.050.451.4851.81514.650.990.650-0.02500.6252.9061.744B(C)轴柱53.31.40.370000.371.222.0843.31.40.420000.421.391.9133.31.40.470000.471.551.7523.31.40.5000-0.0250.4751.5681.73214.651.970.610000.612.841.81 横向水平地震荷载作用下框架柱剪力和柱端弯矩计算过程详见以下表格：表5-11 A(D)轴框架柱剪力和柱端弯矩计算层号(kN)/(kN)yh(m)(1-y)h(m)（kNm）(kNm)5458.48395608135800.03415.590.992.3136.0115.434739.73395608135800.03425.151.321.9849.0833.23958.54395608135800.03432.591.491.8158.9948.5621114.31395608135800.03437.891.4851.81556.2768.7711208.524316893240.03845.922.9061.74480.08133.44表5-12 B(C)轴框架柱剪力和柱端弯矩计算层号(kN)/(kN)yh(m)(1-y)h(m)(kNm)(kNm) 5458.4839560821507 0.05424.761.222.0851.530.21 4739.73395608215070.05439.951.391.9176.355.53 3958.54395608215070.054 51.761.551.7590.5880.23 21114.31395608215070.054 60.171.5681.73294.35104.21 11208.524316811562 0.048 58.012.841.81105164.75由于C、D轴与B、A轴对称，因此只需计算出结构的一半即可，对于A、B柱端弯矩、剪力的计算结果详见以下表格。 表5-13 A、B柱端弯矩及剪力标准值A轴柱B轴柱层号(kN)(kNm)(kNm)(kN)(kNm)(kNm)515.5936.0115.4324.7651.530.21425.1549.833.239.9576.355.53332.5958.9948.5651.7690.5880.23237.8956.2768.7760.1794.35104.21145.9280.08133.4458.01105164.75由以上的数据画出框架在水平地震作用下的弯矩图、剪力图以及轴力图，框架的受力状态在以下的图中已表示出来，具体的数值详见以下图：图5-3 左震作用下弯矩图（单位:kNm） 图5-4 左震作用下剪力图（单位:kN） 图5-5 左震作用下轴力图 （单位:kN 压力为正） 5.2 风荷载标准值计算5.2.1 风荷载计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： 其中：基本风压； 风压高度变化系数，因建设地点位于市区，所以地面粗糙度为C类； 风荷载体型系数，查得=1.32； 风振系数，高度小于30m，取=1.0； B迎风面的宽度，在此取7.8m； 计算过程见下表：表5-14 风荷载标准值计算离地高度z/m(kN/)/m/m17.250.7851.3210.353.31.27.213.950.741.3210.353.33.310.0410.650.741.3210.353.33.310.047.350.741.3210.353.33.310.044.050.741.3210.354.653.312.15.2.2 风荷载作用下框架柱内力计算风荷载作用下框架柱内力计算的方法同地震作用下框架柱内力计算的方法相同，柱端弯矩的计算仍采用D值法，柱反弯点的值采用地震作用下反弯点的数据，柱端弯矩、梁端弯矩、剪力仍按下式计算：柱端： 与中柱交汇梁： 与边柱交汇梁： 表5-15 风荷载作用下框架柱内力标准值计算层号(kN)/(kN)yh(m)(1-y)h(m)(kNm)(kNm)A轴柱57.270174135800.1941.40.992.313.231.39417.2470174135800.1943.341.321.986.614.41327.2870174135800.1945.291.491.819.577.88237.3270174135800.1947.241.4851.81513.1410.75149.424177293240.22311.022.9061.74419.2232.02B轴柱57.270174215070.3062.21.222.084.582.68417.2470174215070.3065.281.391.9110.087.34327.2870174215070.3068.351.551.7514.4612.94237.3270174215070.30611.421.5681.73219.7817.91149.4241772115620.27713.692.841.8124.7838.88 注：对于D值的计算已在地震作用情况下计算过了，上表中的D值采用以上的数据，反弯点的值也采用以上的数据。 由以上的数据画出框架在风荷载作用下的弯矩图、剪力图以及轴力图，框架的受力状态在以下的图中已表示出来，具体的数值详见以下图：图5-6 左风作用下弯矩图 （单位kNm）图5-7 左风作用下剪力图 （单位kN）图5-8 左风作用下轴力图 （单位:kN）5.3 重力荷载代表值计算（标准值） 作用于屋面处均布重力荷载代表值计算：= 作用于楼面处均布重力荷载代表值计算：=22.32+0.56.53= 由均布荷载代表值在屋面处引起的固端弯矩： 由均布荷载代表值在楼面处引起的固端弯矩： 重力荷载代表值作用下框架的内力计算采用的是弯矩二次分配法，弯矩二次分配法主要是对梁端弯矩、柱端弯矩进行两次分配和一次的传递，具体的传递顺序是：梁左端内力向右端传递一半，柱下端内力向上端传递一半。本次计算采用手算，然后利用计算机计算进行符合，弯矩二次分配法计算的过程详见下图5.9： 图5-9 重力荷载代表值作用下杆端弯矩（单位：kNm）表5-16 重力荷载代表值下AB跨梁端剪力计算层号（kNm）（kNm）(kN) (kN)(kN)554.660.53-0.9463.0662.1264478.7881.41-0.4280.6180.1981.03378.1781.25-0.4980.6180.1280.61278.5881.44-0.4580.6180.1681.06173.4178.69-0.8480.6179.7781.45表5-17 重力荷载代表值下BC跨梁端剪力计算层号（kNm）（kNm）(kN) (kN)(kN)510.5310.5303.23.23.246.976.9703.23.23.237.137.1303.23.23.226.946.9403.23.23.2110.1210.1203.23.23.2由于结构布置对称，易得到CD跨的弯矩值、剪力值和轴力值，具体数据详见重力荷载代表值作用下的框架的弯矩图、剪力图和轴力图。对于柱子的剪力按下式进行计算： 柱子的轴顶集中力为竖向荷载总图中的恒载与活载的一半的和，具体数据详见柱子的轴力图。 图5-10 重力荷载代表值作用下弯矩图（单位：kNm） 图5-11 重力荷载代表值作用下剪力图（单位：kN）图5-12 重力荷载代表值作用下的轴力图（单位：kN）5.4 恒载作用下框架的内力计算（标准值） 作用于屋面处均布恒载 = 作用于楼面处均恒载 = 由均布恒载在屋面处引起的固端弯矩： 由均布恒载在楼面处引起的固端弯矩：框架在恒载作用下的内力计算仍采用利二次分配法计算框架的弯矩值，对于恒载作用下，对框架的弯矩要进行弯矩调幅，梁端弯矩乘以0.8的系数，然后，利用平衡条件求得跨中弯矩，梁跨中弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的一半，如均布荷载，则： 由于结构布置对称，易得到CD跨的弯矩值、剪力值和轴力值，具体数据详见恒载作用下的框架的弯矩图、剪力图和轴力图。对于柱子的剪力按下式进行计算： 。调幅后框架的弯矩图 图5-13 恒载作用下弯矩图（单位：kNm） 图5-14 恒载作用下剪力图（单位：kN） 图5-15 恒载作用下轴力图（单位：kN）5.5 活载作用下框架的内力计算（标准值） 作用于屋面处均布活载： = 作用于楼面处均活载： = 由均布恒载在屋面处引起的固端弯矩： 由均布恒载在楼面处引起的固端弯矩：由于活载与恒载的比值小于1，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的内力在支座处与按最不利荷载位置法求得的内力极相近，可直接进行内力组合，但求得的梁的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果要小，因此对跨中弯矩应乘以1.2的增大系数，利用弯矩二次分配法计算活载作用下框架的弯矩，对于活载作用下，梁跨中弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的一半，如均布荷载，则： 由于结构布置对称，易得到CD跨的弯