高层住宅课程设计结构计算书.docx
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高层住宅课程设计结构计算书
1工程概况
设计为17层高层住宅，采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，条形承台和桩基础。
主体结构高度为51.00m，层高为3.0m,突出屋面电机房层高为3.6m，结构总高度为54.60m.
该工程抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，基本风压为0.50KN/m2,地面粗糙度为c类，基本雪压为S0=0.45KN/m2.
2主体结构布置
该剪力墙结构平面简单、规则、对称，凸出，凹进尺寸符合规范要求；结构侧向刚度沿竖向变化均匀，无刚度突变；结构高宽比为H/B=51/13.04=3.91<6,可知每个独立墙段的高宽比均大于2，且墙肢长度均小于8m,剪力墙门窗洞口上下对齐成列布置，形成明确的墙肢和连梁。
选用现浇楼板，各层楼板厚度均为120mm.
基础选用受力较好的桩形基础。
由于桩形基础及其上部结构的层刚度不同，故上部结构的嵌固部位可取至承台顶部（±0.000）。
2.1材料选用及剪力墙截面尺寸的确定。
剪力墙结构的混凝土强度等级：
1-8层选用C30,其余选用C25;钢筋采用HPB235级和HRB400级。
剪力墙的厚度，按二级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20,且不应小于160mm,本工程剪力墙采用双排配筋，剪力墙截面厚度均取为200mm.
2.2剪力墙的类型判别及刚度计算
根据抗震设计的一般原则，对结构的两个主轴方向进行抗震计算，（假定结构无扭转）根据《高层规程》，在计算剪力墙结构的内力和位移时，可以考虑纵横墙的共同作用，为简化计算，不考虑纵横墙的共同工作。
2.2.1剪力墙的类型判别
由图可知YSW-1,YSW-3,YSW-7,YSW-8,YSW-16,YSW-18均为整截面墙，本例外墙门洞口的高度为2100mm,外墙窗洞口高度为1800mm,则外墙门洞口处的连梁高度为1800mm,窗洞口的连梁高度为1200mm,内墙门洞口的高度均为2100mm,则内墙门洞口处的连梁刚度均为900mm,各片剪力墙截面特征列于表1中，各片剪力墙的折算惯性矩分别查表，其中连梁的计算跨度及折算惯性矩按公式计算，根据表1和表2的计算结果，按公式可求得各片剪力墙的整体工作系数α，再根据α及墙肢惯性矩比In/I与ζ的关系，可进行各片剪力墙类型的判别。
计算结果见表3。
表1各片剪力墙的截面特征
墙号
各墙肢截面面积A
各墙肢截面惯性矩I
形心轴
组合截面惯性矩
A1
A2
∑A
I1
I2
∑IJ
y/m
I/m4
YSW-2
0.14
0.14
0.28
0.0057
0.0057
0.0114
1.6000
0.4489
YSW-4
0.20
0.63
0.83
0.0167
0.5209
0.5376
3.4413
2.8171
YSW-5
0.34
0.44
0.78
0.0819
0.1775
0.2594
2.9090
2.8145
YSW-6
0.20
0.62
0.82
0.0167
0.4965
0.5132
3.4110
2.7546
YSW-9
0.56
0.38
0.94
0.3659
0.1143
0.4802
2.9160
3.6637
YSW-10
0.44
0.38
0.82
0.1775
0.1143
0.2918
2.8841
3.3141
YSW-11
0.50
0.20
0.70
0.2604
0.0167
0.2771
2.2643
2.0774
YSW-12
0.24
0.38
0.62
0.0288
0.1143
0.1431
2.8371
2.1028
YSW-13
0.24
0.20
0.44
0.0288
0.0167
0.0455
2.0545
1.1626
YSW-15
0.20
0.20
0.40
0.0167
0.0167
0.0333
2.4000
1.4773
YSW-17
0.30
0.60
0.90
0.0563
0.4500
0.5063
2.8500
2.4908
表2各片剪力墙连梁的折算惯性矩
墙号
lbj/m
hb/m
hbj/m
Abj/m2
Ibj0/m4
Ibj/m4
aj/m
Ibjaj2/lbj3
lbj
YSW-2
1.8
1.2
1.8
0.24
0.0288
0.00088635
2.500
0.0002814
2.7
YSW-4
1.8
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.00058589
3.875
0.00038
2.85
YSW-5
1.7
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.000627036
3.650
0.0004017
2.75
YSW-6
1.8
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.00058589
3.850
0.0003751
2.85
YSW-9
1.4
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.000779542
3.750
0.0007454
2.45
YSW-10
1.8
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.00058589
3.850
0.0003751
2.85
YSW-11
1.8
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.00058589
3.550
0.000319
2.85
YSW-12
2.1
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.000483839
3.650
0.0002062
3.15
YSW-13
2.1
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.000483839
3.200
0.0001585
3.15
YSW-15
2.8
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.000328213
3.800
8.305E-05
3.85
YSW-17
0.9
0.9
2.1
0.18
0.01215
0.001186515
3.150
0.0015878
1.95
表3各片剪力墙类型的判别
墙号
∑Ij/m4
I/m4
In/m4
∑Ibja2/lbj3
a
In/I
ζ
类型
Ibj0/m4
aj/m
∑Ij/m4
lbj/m
YSW-2
0.0114
0.4489
0.4375
0.011433
96.00
0.975
0.938
壁式框架
0
2.500
0.0114
0
YSW-4
0.5376
2.8171
2.2795
0.000676
21.83
0.809
0.993
整体小开口墙
0.0288
3.875
0.5376
2.7
YSW-5
0.2594
2.8145
2.5552
0.000337
17.73
0.908
0.969
整体小开口墙
0.01215
3.650
0.2594
2.85
YSW-6
0.5132
2.7546
2.2415
0.000447
14.03
0.814
0.993
整体小开口墙
0.01215
3.850
0.5132
2.75
YSW-9
0.4802
3.6637
3.1835
0.000356
13.39
0.869
0.970
整体小开口墙
0.01215
3.750
0.4802
2.85
YSW-10
0.2918
3.3141
3.0223
0.000786
22.13
0.912
0.966
整体小开口墙
0.01215
3.850
0.2918
2.45
YSW-11
0.2771
2.0774
1.8004
0.000319
16.69
0.867
0.970
整体小开口墙
0.01215
3.550
0.2771
2.85
YSW-12
0.1431
2.1028
1.9597
0.000337
23.87
0.932
0.955
整体小开口墙
0.01215
3.650
0.1431
2.85
YSW-13
0.0455
1.1626
1.1171
0.000159
31.96
0.961
0.938
壁式框架
0.01215
3.200
0.0455
3.15
YSW-15
0.0333
1.4773
1.4440
0.000224
44.32
0.977
0.938
壁式框架
0.01215
3.800
0.0333
3.15
YSW-17
0.5063
2.4908
1.9845
0.000057
6.98
0.797
0.961
整体小开口墙
0.01215
3.150
0.5063
3.85
2.2.2剪力墙刚度计算
1.各片剪力墙刚度计算。
1）整截面墙YSW-1,YSW-3,YSW-7,YSW-8,YSW-14,YSW-16.
整截面墙的等效刚度按式ECIeq=EcIw/（1+9ЧIW/AWH2）计算，当各层混凝土的弹性模量Ec不同时，式中Ec应取沿竖向的加权平均值。
本设计1-8层，
Ec=3.00×107KN/m2,9-17层Ec=2.80×107KN/m2，则沿竖向的加权平均值为
Ec=（3.0×3.0×107×8+2.8×3.0×107×9）/51=2.89×107KN/m2
由等效刚度公式计算出的各整截面墙的等效刚度见表4.
2）整体小开口墙YSW-4,YSW-5,YSW-6,YSW-9,YSW-10,YSW-11,YSW-12,YSW-17
由式ECIeq=0.8EcI/（1+9ЧI/AH2）可以计算出整体小开口墙的等效刚度，式中EC取值同整截面墙，各墙体小开口墙的等效刚度计算结果见表5.
3）壁式框架YSW-2,YSW-13,YSW-15.
壁式框架梁柱轴线由剪力墙连梁和墙肢的形心轴线确定，壁梁和壁柱的刚域长度按公式计算。
图1所示为YSW-2的计算简图和刚域长度。
表6，7分别按公式求得的壁梁和壁柱带刚域杆件的等效刚度，从而将壁式框架转化为具有等效刚度的等截面杆件，表中ηv按公式确定；Kb=EcI/l、Kc=EcI/l分别为壁梁和壁柱的线刚度；混凝土的弹性模量，1-8层，Ec=3.00×107KN/m2,9-17层，Ec=2.80×107KN/m。
根据梁柱线刚度比由表可求得柱的侧翼刚度修正系数，再由公式计算YSW-2柱的侧移刚度，并进而按公式计算壁式框架的剪切刚度。
计算结果见表8.
图2所示为YSW-13的计算简图和刚域长度。
在表9，表10，表11中分别计算了壁梁、壁柱的等效刚度和柱的侧移刚度，并进而按公式计算了壁式框架的剪切刚度。
图3所示为YSW-15的计算简图和刚域长度。
在表12，表13，表14中分别计算了壁梁、壁柱的等效刚度和柱的侧移刚度，并进而按公式计算了壁式框架的剪切刚度。
表4整截面墙的等效刚度
墙号
H/m
b/m
h/m
Aw/m2
Iw/m4
ч
Ec/（×107KN/m2）
EcIeq/
（×107KN.m2）
YSW-1
51
0.2
3.900
0.780
0.9887
1.2
2.89
2.84207
YSW-3
51
0.2
4.600
0.920
1.6223
1.2
2.89
4.66729
YSW-7
51
0.2
1.180
0.236
0.0274
1.2
2.89
0.07777
YSW-8
51
0.2
2.800
0.560
0.3659
1.2
2.89
1.04957
YSW-14
51
0.2
4.145
0.829
1.1869
1.2
2.89
3.41311
YSW-16
51
0.2
4.200
0.840
1.2348
1.2
2.89
3.55102
YSW-18
51
0.2
2.800
0.560
0.3659
1.2
2.89
1.04957
表5整体小开口墙的等效刚度
墙号
H/m
A/m2
I/m4
ч
Ec/（×107KN/m2）
EcIeq/（×107KN.m2）
YSW-4
51
0.5376
2.8171
1.2
2.89
6.37439
YSW-5
51
0.2594
2.8145
1.2
2.89
6.22663
YSW-6
51
0.5132
2.7546
1.2
2.89
6.22986
YSW-9
51
0.4802
3.6637
1.2
2.89
8.21035
YSW-10
51
0.2918
3.3141
1.2
2.89
7.31717
YSW-11
51
0.2771
2.0774
1.2
2.89
4.65803
YSW-12
51
0.1431
2.1028
1.2
2.89
4.58215
YSW-17
51
0.5063
2.4908
1.2
2.89
5.64333
表6YSW-2壁梁等效刚度计算
楼层
梁号
bb/m
hb/m
I0/m4
l0/m
l/m
hb/l0
ηv
EcI/×104KN.m2
Kb/×104KN.m
β
9至17层
1
0.2
1.2
0.0288
2.7
3.4
0.444
0.628
9.479
2.788
0.593
1至8层
1
0.2
1.2
0.0288
2.7
3.4
0.444
0.628
10.156
2.987
0.593
表7YSW-2壁柱等效刚度计算
楼层
柱号
bc/m
hc/m
I0/m4
h0/m
h/m
hc/h0
ηv
EcI/×104KN.m2
Kc/×104KN.m
β
9至17层
左柱
0.2
0.7
0.0057
1.974
3.000
0.35461
0.726
40.795
13.598
0.377
右柱
0.2
0.7
0.0057
1.974
3.000
0.35461
0.726
40.795
13.598
0.377
2至8层
左柱
0.2
0.7
0.0057
1.974
3.000
0.35461
0.726
43.709
14.570
0.377
右柱
0.2
0.7
0.0057
1.974
3.000
0.35461
0.726
43.709
14.570
0.377
1层
左柱
0.2
0.7
0.0057
2.487
2.487
0.28146
0.808
13.857
5.572
0.238
右柱
0.2
0.7
0.0057
2.487
2.487
0.28146
0.808
13.857
5.572
0.238
表8YSW-2壁柱的侧移刚度及壁式框架的剪切刚度
楼层
柱号
h/m
Kc/×104KN.m
K平均
αc
D/（×104KN.m）
Cf/×104KN.m
∑Cf/×104KN.m
9至17层
左柱
3.000
13.598
0.205
0.093
1.686
5.057
10.146
右柱
3.000
14.570
0.191
0.087
1.696
5.089
8层
左柱
3.000
5.572
0.518
0.206
1.529
4.587
9.841
右柱
3.000
14.570
0.198
0.090
1.751
5.254
2至7层
左柱
3.000
5.572
0.536
0.211
1.570
4.711
10.130
右柱
3.000
14.570
0.205
0.093
1.806
5.419
1层
左柱
2.487
5.572
0.536
0.409
4.416
10.983
21.967
右柱
2.487
5.572
0.536
0.409
4.416
10.984
表9YSW-13壁梁等效刚度计算
楼层
梁号
bb/m
hb/m
I0/m4
l0/m
l/m
hb/l0
ηv
EcI/×104KN.m2
Kb/×104KN.m
9至17层
1
0.2
0.9
0.01215
2.55
3.2
0.353
0.728
10.272
3.210
1至8层
1
0.2
0.9
0.01215
2.55
3.2
0.353
0.728
11.005
3.439
表10YSW-13壁柱等效刚度计算
楼层
柱号
bc/m
hc/m
I0/m4
h0/m
h/m
hc/h0
ηv
EcI/×104KN.m2
Kc/×104KN.m
9至17层
左柱
0.2
1.2
0.0288
2.70
3.000
0.44444
0.628
69.457
23.152
右柱
0.2
1.2
0.0288
2.60
3.000
0.46154
0.610
75.579
25.193
2至8层
左柱
0.2
1.2
0.0288
2.70
3.000
0.44444
0.628
74.419
24.806
右柱
0.2
1.2
0.0288
2.60
3.000
0.46154
0.610
80.978
26.993
1层
左柱
0.2
1.2
0.0288
2.85
2.850
0.42105
0.653
56.402
19.790
右柱
0.2
1.2
0.0288
2.80
2.800
0.42857
0.645
55.705
19.895
表11YSW-13壁柱的侧移刚度及壁式框架的剪切刚度
楼层
柱号
h/m
Kc/×104KN.m
K平均
αc
D/（×104KN.m）
Cf/×104KN.m
∑Cf/×104KN.m
9至17层
左柱
3.000
23.152
74.316
0.974
30.061
90.183
188.523
右柱
3.000
25.193
80.866
0.976
32.780
98.340
8层
左柱
3.000
24.806
82.468
0.976
32.292
96.875
202.491
右柱
3.000
26.993
89.736
0.978
35.205
105.616
2至7层
左柱
3.000
24.806
85.312
0.977
32.317
96.952
202.645
右柱
3.000
26.993
92.831
0.979
35.231
105.693
1层
左柱
2.850
19.790
68.061
0.979
28.612
81.543
164.990
右柱
2.800
19.895
68.421
0.979
29.803
83.447
表12YSW-15壁梁等效刚度计算
楼层
梁号
bb/m
hb/m
I0/m4
l0/m
l/m
hb/l0
ηv刚度折减系数
EcI/×104KN.m2等效刚度
Kb/×104KN.m
9至17层
1
0.2
0.9
0.01215
3.25
3.8
0.277
0.813
11.825
3.112
1至8层
1
0.2
0.9
0.01215
3.25
3.8
0.277
0.813
12.670
3.334
表13YSW-15壁柱等效刚度计算
楼层
柱号
bc/m
hc/m
I0/m4
h0/m
h/m
hc/h0
ηv
EcI/×104KN.m2等效刚度
Kc/×104KN.m
9至17层
左柱
0.2
1.00
0.016667
2.60
3.000
0.384615
0.693
49.653
16.551
右柱
0.2
1.00
0.016667
2.60
3.000
0.384615
0.693
49.653
16.551
2至8层
左柱
0.2
1.00
0.016667
2.60
3.000
0.384615
0.693
53.200
17.733
右柱
0.2
1.00
0.016667
2.60
3.000
0.384615
0.693
53.200
17.733
1层
左柱
0.2
1.00
0.016667
2.80
2.850
0.357143
0.723
38.134
13.381
右柱
0.2
1.00
0.016667
2.80
2.800
0.357143
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