雅居乐多高层钢结构住宅方案设计

雅居乐

多高层钢结构住宅方案设计

1.工程概况

工程名称：雅居乐多高层钢结构住宅；

建设地点：东莞市区某地；

工程概况：场地大小为3()mX3()m,8〜12层，建筑总高度不超过4()m,室内外高差

为0.3m,设计使用年限为50年;

基本风用：＜yo=0.XkN/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，II类场地土，设计地震分组

为第一组。

场地土层情况：

表2T场地土层情况

层次层厚层底标高(m)土体类型土体参数

(m)(地面标高士().()0)

I1.0()-1.00杂填土

II2.50-3.50淤泥质土

III3.00-6.50粉质粘土含水率©=31%,塑限

纣=18%,液限在=37%

IV5.50-12.00粉土孔隙比。=0-7

V00-00中密的中砂

2.建筑与结构布置

3.1.建筑布置

3.1.1.首层建筑平面图

如下图3I所示，首层平面设计为大空间的形式，可以用此空间做为店面，即商住两

用住宅。中间设计为过道、楼梯和电梯。由过道和墙把首层建筑分开为四个大空间，作为

四月店。由于商业的要求，首层平面将进行比较豪华的装修，例如钢柱将外包为方柱，而

墙也做成玻璃幕墙与装饰墙混合的形式。此外，门也将用比较好看的旋转门，以吸引顾客。

图3-1首层建筑平面图

3.1.2.标准层平面图

如下图3-2所示，标准层平面设计为商品房，以中间两墙为分隔墙，分为四户。朝北

两户面积较小，内设一个客厅，四个卧室，两个卫生间，一个厨房，一个阳台（左右侧阳

台以一墙分开）。而朝南两户面积较大，内设一个客厅，五个卧室，一个书房，一个厨房,

两个卫生间，一个杂物间，一个独立阳台。此外，左右两户为于中间墙对称。

图3-2标准层平而图

3.1.3,顶层平面图

如下图3-2所示，顶层设计为空旷的天台，外围有1.2m的女儿墙，屋檐外挑50()mm。

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图3-3顶层平面图

3.1.4,剖面图

图3-4剖面图1

图3-4剖面图2

3.1.5.立面图

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图3-5南立面图

3.2.结构布置

如下图3-4所示，结构布置为纯框架结构，主梁与柱刚接，由于建筑设计中布置了许

多轻质ALC隔板，为满足结构需要，布置连续次梁。由于结构比较规则，且受力也比较

对称，次梁与主梁连接采用刚接方式。

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：E--------------------2=-------------------==-----------------==----------------=E-----------9

图3-4标准层结构布.置图

图3-5顶层结构布置图

3.初步设计

4.1.建筑做法

屋面做法：压型钢板混凝土组合楼板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，

1()0〜140厚(2%找坡)膨胀珍珠岩保温层，八层作法防水层(三毡四油上铺小石子)。

墙身做法：外墙采用150mm厚ALC板，分户墙等要加支撑的墙选用混凝土空心小砌

块，内隔墙采用100mm厚ALC板,计算自重6.5ZM/

楼盖做法：楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板，压型钢板上的混凝土选取100mm。

门窗做法：门为木门，自重().2kN/m2,窗为钢窗玻璃窗,自重0.4kN/m2.

4.2.屋盖做法

压型钢板采用国产压型钢板YX70-200-600o下面查《建筑结构布载规范》

(GB50009_2001)进行荷载计算。由于屋面为上人的屋面，取标准值为2.0KV；加？。

恒荷载标准值

20厚水泥混凝土找平0.02x23=0.46ZN/〃/

2

100〜140厚(2%找坡)膨胀珍珠岩(0.08+0.16)4-2x7=0.084kNim

八层作法防水层OAkN/而

100mm厚钢筋混凝土楼板0.1x25=2.5kN/nr

20mm厚石灰砂浆抹底Q02xl7=0.34kN/〃/

压型钢板自重0.136ZN/

小计3.92攵N/加

荷载设计值

g+q=1.2x3.92+1.4x2.0=4.70+2.8=7.5ZN/m2

4.3.楼盖做法

根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),民用建筑楼面均布活荷载标准值亦取

2

2.0kN/mO

恒荷载标准值

水磨石面层065kN/m?

20厚水泥混凝土找平0.02x23=0A6kN/m2

100mm厚钢筋混凝土楼板0.1x25=2.5&M〃/

20mm厚石灰砂浆抹底0.02x17=0.34ZN/〃/

2*

压型钢板自重0A36kN/m

小计4.09ZN/"/

^+^=1.2x4.09+1.4x2.0=7.7\kN/m2

确定荷载设计值时考虑两种情况：活荷载效应控制和恒荷载效应控制，取大者。故，

在此取g+q=7.7KN/"J。

4.4.材料验算

查压型钢板规格表，压型钢板强度/=205N/〃火J,面积a=166即加，，压型钢板自

4

重0.136kN/m〃『，〃=1微64丽,%■=27.37c加，混凝土选用C20,面层自重为

2

\A\kNlmf重心距底板高度为41.4〃?加。

平均板厚度为.(1x1000mm+5x(70mm+50mm)+2x70)+1000mm=12

计算简图：

由于施工阶段板块还未拼接完成，故分为一块一块，可视其为结构为简支单向板，而

在结构布置中，々ax=2100mm。

2100

图4-1计算简图

施工阶段:

4=1.2x8=1.2x(0.121x25+0.136)=3.19kN/m

恒载

彷=1.4xq=1.4x1.0=\AkN/m

活载k

%=!(&+%Kax=1x(3.79+1.4)x2.l2=2.86AN•优

弯矩oo

使用阶段

g=1.2x4.09=4.91AN/

恒载

活载q=1.4x20=2.80ZN/〃?2

M=-(54-混、=-x(4.91+2.80)x2.12=4.25AMm

弯矩88

-v=I(gi+%Kax=Ix(4.91+2.80)X2.1=8.1OkN

男力22

压型钢板验算(施工阶段)

抗弯强度

M=Wcff=27.37xIO,x205=5A6kN-m>2.86kNm

挠度计算

,5(g+qy

u—kk

384ExIef

5(4.91+2.80)x2.2

~3842.06xl()5x100.64x10-8

…I21()()…

=9.42"〃”<u-=-----=-------=10.5"〃〃

n,,n200200

组合板验算(使用阶段)

抗弯强度

=100+70-41.4=128.6("〃77)

Af1668x205，

x=-----=-------------=35.62(〃〃〃)<h

bfcKXX)x9.6

组合截面塑性中和轴在压型钢板顶面以上

X

M=0.8科色—耳)=().8x205xl668x(128.6-35.62/2)

=30.3(kN・〃?)>6.23(ZN・〃7)

斜截面抗剪承载力

每个肋平均宽度(50+70)/2=60(mm)

V=0.7=0.7x1.10x(5x60)x128.6=29.7(ZN)>9.92(kN)

4.5.板的设计

按弹性设计。

计算简图

由结构平面布置图知，楼板最长跨度为十四跨，而由于结构力学知识知，在中间跨部

分，弯矩基本相等，而图中中间跨的跨度没有很大的变化，故化为五跨的简图来计算。中

间跨取最大长度4皿=1900,加。

表4-1五跨计算表

跨内最大弯矩支座弯矩

荷载图

MlM2M3MbMeMdMf

g

111口口i口口111111111111111口ii

AAAAAA0.0780.0330.046-0.105-0.079-0.08-0.105

q

0.1一0.085-0.053-0.04-0.04-0.053

剪力

VblBelVdlVel

/aVf

VbrBcrVdrVer

-0.61-0.47-0.5-0.526

0.3940.394

0.5260.50.4740.606

-0.550.0130.5-0.013

0.447-0.45

0.0130.5-0.0130.553

由表知，最大内力如下：

g=1.2X4.09=4.9MN/,“=1.4X2.0=2.8ZN/m2

弯矩

必=O.O78g『+o.iq/2

=0.078x4.9lxl.92+0.lx2.8xl.92=2.39kN-m

Mb=-0.105g/2-0.053夕「

=-0.105x4.91xl.92-0.053x2.8xl.92=2.40kN•m

剪力

Mh=0.394g/i0.447〃

=0.394x4.91xl.9+0.447x2.8xl.9=6.05kN

4.6.次梁的设计

内隔墙采用100mm厚ALC板，计算自重6.5ZN/〃/,即化为线性均布荷载为

6.5x3.000x0.100=1.95kN/m,暂不考虑次梁自重。

4.6.1.荷载设计值

恒荷载设计值：

板传来恒荷载4.09x1.2x2.1=1().31ZN//%

ALC板自重6.5x3.000x0.100=1.95kN/in

小计12.26kN/in

活荷载设计值2.8x2.1=5.88ZN/m

4.6.2.计算简图

由于跨度变化比较大，不应采用等跨度连续梁，但为方便手算，取最长跨度3.3m作

为等跨连续梁进行手算。

计算简图如下：

ZS~-S--ZS-

图4-2恒载标准值分布图

图4-3活载标准值分布图

弯矩

M=0.078(g+M

=0.078x(12.26+5.88)x3.3?=15.4攵N.m

%,=-0.105(g+M

=-0.105x(12.26+5.88)X3.32=一20.7AMm

剪力

Mb=0.394(g+4)/

=0.394x(12.26+5.88)x3.3=236kN

4.6.3.最不利荷载

当考虑最不利荷载时，如下组合可得到最大正弯矩、最小负弯矩和最大剪力:

4.6.3.1.最大正弯矩：

A△△

图4-4最大正弯矩分布图

22

MEmax=0・38g『+0.100/2=Q.078x12.26x3J+0.100x5.88x3.3=16.82kNm

4.6.3.2.最大支座负弯矩和最大剪力:

4

△A△△

图4-4最大支座负弯矩和最大剪力分布图

M仇“山=-°105g/2-0.119(/Z2=-0.105x12.26x3.32-0.119x5.88x3.32=-21.64AW-m

Vn)ax=-0.606gl-0.620q/=-0.606x12.26x3.3-0.620x5.88x3.3=-36.55kN

考虑到内力组合时梁的最不利内力组合多是：恒荷载+活

荷载+风荷载，将计算弯矩乘上1.2的放大系数，可得

^1.2X21.64X10^

<f,w>=12078L4W

nx1.0x215

可选用"0150x100x6x9,

/✓

W,“=140，/=140000"加>120781.4mm3理论重量为

21.4kg,化为线性荷载为：21.4x9.8+1000=0.21AN/〃7,

此时，恒荷载设计值为:12.26+0.21=12.47图4-5次梁截面

验算最大负弯矩：

M负,max=-0105g/2-0.119q[2=-0.105x12.47x3.32-0.119x5.88x3.32=-21.88AMm

而

巴丝=L2x2L88>d()22120.93〃加<j36000??/

之=1

1.0x215

满足要求。

4.7.主梁的设计

4.7.1.材料选用

本结构选用6）轴框架进行截面初步设计，对于梁选用Q235钢材，柱子选用Q345钢材。

4.7.2.力的传递

由于次梁承受了板传来的荷载，主梁主要承受次梁的荷载，而次梁的荷载主要为集中

力。

4.7.2.1.恒荷载标准值

次梁传来的恒载12.26x3.3=40.56^

次梁自重0.23x3.3=0.76A:

小计40.56+0.76=41.32&N

4.7.2.2.活荷载标准值

次梁传来的活载5.88x3.3=19.40&N

4.7.2.3.计算简图及计算

1）满载时：

GGGGGGGGGG

恒载标准值分相图

QQQQQQ

A------------25-------------2S------------2S------------2T

图4-7活载标准值分布图

最大正弯矩:

=0.24(XG+e)/

=0.240x(41.32+19.40)x2.1=30.60及Mm

最小负弯矩:

加负=-0.281(G+Q)/

=—0.281x(41.32+19.40)x21=一35.83攵N•m

最大剪力:

Vinax=-1.281(G+e)

=-1.281x(41.32+19.40)=-77.78AN

2）最大正弯矩计算简图:

GGGGGGGGGG

图4-8恒载标准值分布图

图4-9活载标准值分布图

最大正弯矩:

M正,max=0.240G/+0.287Q/

=0.240x41.32x2.1+0.287x19.40x2.1=32.52ZN•m

3）最小负弯矩和最大剪力计算简图:

GGGGGGGGGG

I!\!!JI\II

ZSZSZSZSE△

图4-10恒载标准值分布图

QQQQQQ

\\!I\I

&EZSZS3飞

图4T1活载标准值分布图

最小负弯矩：

M负…=428ia-0.319Q/

=-0.281x41.32x2.1-0.319x19.40x2.1=-37.38AN•m

最大剪力：

Vmax=-1.281G-1.3192

=-1.281x41.32-1.319x19.40=—78.5ZN

4.7.2.4.最不利组合及材料选型

考虑到内力组合时梁的最不利内力组合多是：恒荷载+活荷载+风荷我，将计算弯矩乘

上1.2的放大系数，可得、、

6

IV,M>=1-2X6L85X10=3452Q9.3W:|

九%/J10x215

可选用^450x200x8x12,

W“r=1500c机3=1500000nun2>>345209.3nvn3

4

Ix=33700cm

Z04-12主赢面

4.8.柱的设计

不考虑柱自重，当恒或与活载均满布时，各柱有最大轴力。由此估算，估算如下:

满载时：

!!!!!!!!!!!!

图4T3恒载设计值分布图

Q

1111!!!!!!!!1111

图4T4活载设计值分布图

支座剪力：

1?

(G+Q)/+：(G+Q)!+z(G+。)/

V=-----------------------------------------

21

=2(G+Q)=2x(49.58+27.16)

=153.48ZN

两端支座反力：

N=(G+Q)+V

=(49.58+27.16)+153.48

=230.22攵N

中间支座反力：

N=2V

=2x153.48

=306.96^V

与电算比较，如下图：

M

BM§周

..

Z660

W00S

CeS

AAAA

n.小

图4-15Sap2000电算结果

由图知，最小的支座反力为154.78AN,最大的支座反力为310.1MN,与手靠结果相差

不大。选手算的中间支座反力估算仝栋楼每根柱的受力

F=9x310.11=2762.64^

钢框架中，框架柱的长细比控制在30-70之间，在这个范围内，柱的轴心受压稳定系

数。大致在0.7-0.8之间，同时，考虑到柱是处于弯压状态，在没有计算弯矩作用时，把

柱所受轴力N乘以放大系数。

(1.2-14)?

(pA

N

A>

(0.5二0.64)/

.N2762.64x10,

A=-----=---------------=21694A5mm~

0.5/0.5x310

柱选用截面HW#4(X)X408X21X21,A=251.5cm\

/=71100cm4/=2380(“〃/

K9v

梁柱构件的线刚度计算后如图，其中在求梁截面惯性矩

时考虑到楼板的作用，取4为钢梁的截面惯性矩。

梁刚度：

AB、BC梁:

i=1,5Ex29000xlQ=10.36xIO"5£-图4T6柱截面

4.2

CD、DE梁:

29000xlO-8

i=l.5Ex=8.7x105E

5.0

EF梁:

'="29000x1。

=8.37xKpsE

5.2

柱刚度:

底层柱:

711(X)xl()-8

/=1.5Ex=32.32x10-5七

3.3

上部柱:

71100xlO'8

/=l.5Ex=35.55x10-5£•

3.0

8.78.7

8.78.7

35.55i

10.3610.368.78.78.37

35.55r1

10.3610.368.78.78.37

o

35.55

10.3610.368.78.78.37

35.55gs

10.3610.368.78.78.37

g

35.55i

10.3610.368.78.78.37

35.551

10.3610.368.78.78.37

35.55i

10.3610.368.78.78.37

32.32n

7m沙“777/wrm力”7777力〃777"rr^r--------------

ABCDEF

5200

侬3

04-17结构计算简图（图中数字为线刚度）

4.框架设计

5.1.恒荷载计算

由于次梁传递了板和ALC板的荷载，故屋面框架梁线荷载和楼面框架梁线荷载只有梁

本身自重和其涂层自重，线荷载如下：

屋面框架梁线荷载和楼面框架梁线荷载

“W250x250钢梁自重72.4x9.8-1000=0.71^7/7/

屋面框架节点集中荷教标准值

1m高女儿墙1x0.24x2.79x19=12.72kN

墙侧粉刷1x0.02x2x2.79xl7=1.90Mr

小计14.62ZN

楼面框架节点集中荷载标准值

次梁传来的恒载12.26x3.3=40.56^

次梁自重0.23X3.3=0.76AN

小计40.56+0.76=41.32^

5.2.活荷载计算

屋面框架梁集中荷载标准值：

3.92x2.1x—=22.97jlAr

次梁传来的活载2

楼面框架梁集中荷载标准值：

CCQ

4.09x2.=23.96^

次梁传来的活载2

5.3.内力计算

多层多跨框架在竖向荷载作用下，侧向位移比较小，计算时可忽略侧移的影响，用力

矩分配法计算。由于精确分析可知，每层梁的竖向荷载对其他各层杆件内力的影响不大，

因此，将多层框架分解成一层一层的单层框架分别计算。

在计算时，假定上下柱的远端为固定端，为了使误差减小，除底层外，其他层各柱的

线刚度乘以折减系数0.9,另外，传递系数也由5修正为3。

5.3.1.恒荷载作用下的内力计算

D

图57恒荷载计算简图（图中数据单位：集中力为kN：均布力为kN/m）

顶层框架

|th1"T-i”iti

图5-2顶层梁恒荷载

计算结果:

表5T顶层荷载弯矩分配

节点CD1-

项目下柱右梁左梁下柱右梁左梁下柱

刚度35.558.708.7035.558.708.7035.55

柱刚度*0.932.008.708.7032.C08.708.7032.00

分配系数0.7860.2140.1760.6480.1760.2140.786

-45.9145.91-45.9145.91

弯矩（集中

36.109.82-9.82-36.10

力）

•1.91-4.91

kN*m

0.000.000.00

L36.10-36.1050.820.00-50.8236.10-36.10

-1.481.48-1.481.48

弯矩（均布

1.160.32-0.32-1.16

力）

0.16-0.16

kN*m

0.000.000.00

£1.16-1.161.640.00-1.641.16-1.16

总弯矩37.26-37.2652.460.00-52.4637.26-37.26

柱下弯矩12.420.00-12.42

39.99米，39.99

:\/39分

图5-3顶层梁弯矩

屋面框架

41.3241.3241.3241.3241.32

F

图5-4屋面框架恒荷载

屋面据架恒荷载弯矩计算表

表5-2屋面框架忸荷我考矩分配

节点ABCDEF

两目下柱右梁左梁下柱右梁左梁下柱上柱右梁左梁下柱上林石梁左堡下柱上H石梁左梁下柱

依度35.5510.3610.3635.5510.3610.3635.5535.558.708.7035.5535.558.708.7035.5535.558.378.3735.55

口刚惬*0.932.0()10.3610.3632.0()10.56)0.3632.0032.0()8.708.7032.0()32.008.708.7032.0032.()08.378.3732.00

分版系数0.7550.2450.1970.6070.1970.1250.3850.3850.1050.1071).3930.3930.1070.1070.3950.3950.1030.2070.793

21.6921.6938.5738.57■15.9145.9145.9145.9147.7547.75

16.395.31-9.90-37.85

2.65-4.95

弯矩（集中2.798.632.790.732.682.680.70

力）1.100.36

0.742.292.290.62-0.04-0.14-0.14-0.04

kMm

0.370.02

-0.07-0.23-0.070.000.010.010.00

-0.01

0.030.01

V16.41-16.4127.078.-1)-35.17•10.702.292.29-45.29■15.87-0.14-0.14-45.5946.622.692.69-52.0037.85-37.85

-1.011.01-1.041.04-1.481.48-1.481.48-1.601.60

0.790.260.33-1.27

0.13-0.17

叫矩（均布-0.030.08-0.030.030.110.110.03

力）-0.010.02

kMm0.060.170.170.050.00-0.01-0.010.00

0.03