高层建筑结构设计课程设计文档格式.docx

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（2EcI0/l）/

1

边横梁

3.0

300

600

5.4

6000

2.7

4.05

CD跨

400

1.6

3000

2.4

3.2

走道梁

BC跨

2400

2

3

4

2~5

柱的线刚度ic=EcIc/h0其中Ic为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。

柱的线刚度计算过程见下表；

柱线刚度ic计算表

h/mm

bC/mm

hc/mm

Ic/（*109mm4）

（EcIc/h）/

Z-1

3800

500

5.208

4.34

3300

4.57

2.2柱侧移刚度D值计算

柱的侧移刚度D值按式（5-14）计算，式中α为柱侧移刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的抗侧移能力，根据框架结构的不同层次和不同位置确定梁柱线刚度比K，从而确定α的值，进而求得不同位置柱的抗侧移刚度Di值。

再将不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间总侧移刚度ΣDi的值。

再将不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间总侧移刚度ΣDi，具体过程见下表；

位置

K

α

Di

ΣDi

中框架边柱

A2

0.59

0.23

11582

139490

A3~A6

C2~C5

0.44

0.18

9064

D6

0.35

0.15

7554

中框架中柱

B2

0.77

0.28

14100

B3~B6

C6

边框架边柱

A1

A7

C1

D7

边框架中柱

B1

B7

C7

0.62

0.24

11477

138687

0.46

0.19

9087

0.37

0.16

7652

0.54

0.22

10521

0.42

0.17

8130

由表可见，

1/2=3>

0.7,所以该框架结构为规则框架。

3.重力荷载代表值计算

重力荷载代表值计算包括屋面及楼面永久荷载标准值、屋面及楼面可变荷载标准值、梁柱重力荷载以及墙体重力荷载的计算。

下面分别从这几个方面进行计算。

3.1屋面及楼面永久荷载标准值

屋面（不上人）：

30mm厚细石混凝土保护层22×

0.03=0.66kN/m2

三毡四油防水层0.4kN/m2

20mm厚混合水泥砂浆找平层20×

0.02=0.75kN/m2

150mm厚水泥蛭石保温层5×

0.15=0.75kN/m2

130mm厚钢筋混凝土板25×

0.13=3.25kN/m2

20mm厚抹灰17×

0.02=0.34kN/m2

合计5.80kN/m2

1~4层楼面：

瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）0.55kN/m2

100mm厚钢筋混凝土板25×

0.1=2.5kN/m2

20m厚灰17×

20mm厚水泥砂浆找层20×

0.02=0.4kN/m2

合计3.79kN/m2

3.2屋面及楼面可变荷载标准值

不上人屋面均布荷载标准值0.5kN/m2

楼面活荷载标准值2.0kN/m2

屋面雪荷载标准值sk=µ

r·

s0=1.0×

0.2=0.2kN/m2

其中，µ

r为屋面雪分布系数，取为1.0。

3.3梁、柱重力荷载计算

梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，计算过程见下表。

梁、柱重力荷载标准值计算表格

构件

b

h

γ

β

g

li

n

Gi/kN

/kN

柱

KZ-1

0.5

25

1.1

6.88

23

632.50

1491.27

主梁

KL-1

0.25

0.55

1.05

3.609

382.55

6

16

KL-2

0.3

0.6

4.5

5.5

7

173.25

KL-3

0.4

3.15

57.65

2.5

次梁

L-1

0.45

2.95

9

118.06

L-2

3.28

5

127.26

3.5

553.84

1412.61

和首层一样，GI=382.55+173.25+57.65=613.45

613.45

和首层一样，GI=118.06+127.26=245.32

245.32

注：

1.表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；

g表示单位长度构件重力荷载；

n为构件数量；

γ表示材料容重，kN/m3；

li表示构件长度，m；

Gi表示构件重力荷载标准值。

2.梁长度取净长，柱长度取层高。

3.4墙体重力荷载标准值计算

墙体为240mm厚的黏土空心砖，外墙面贴瓷砖（0.5kN/m2）

内墙面为20mm厚的抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：

0.5+15×

0.24+17×

0.02=4.44kN/m2

内墙为240mm厚的黏土空心转，两侧均为20mm厚的抹灰

则内墙单位面积重力荷载为：

15×

0.02×

2=4.28kN/m2

考虑到门窗洞口的影响，墙体总重力荷载乘以折减系数0.9。

计算结果见如下表格。

屋面梁上墙体自重

单位墙重

/（kN/m2）

女儿墙高

/m

均布墙重

/（kN/m）

跨度/m

数量

重量/kN

总重/kN

外纵墙轴线

4.44

2.664

39

207.79

268.53

外横墙轴线

11.4

60.74

2~4层梁上墙体自重

单位墙重/

（kN/m2）

层高/m

梁高/m

跨高/m

墙重/kN

折减后墙重/kN

外纵墙

3.3

146.52

2025.441

走廊矮墙（高1.3m）

27.3

315.15

内纵墙

4.28

27

635.58

35.31

外横墙

143.86

139.06

内横墙

372.36

359.52

装饰墙

8.15

103.13

底层梁上墙体自重

3.6

21.6

292.51

1985.049

34.7

200.29

24.6

642.26

39.16

159.84

153.45

385.20

318.43

14.47

3.5层重力荷载代表值计算

将各层楼面恒活荷载标准值、墙自重（上下各半层）、梁自重、柱自重（上下各半层）分别乘以各自的组合系数，然后相加得到每层的重力荷载代表值，见下表。

各层重力荷载代表值（单位：

kN）

Gi

4602.54

4523.87

4357.06

4.横向水平地震作用下框架内力和侧移计算

4.1横向自振周期计算

因为结构体型规整，质量和刚度沿高度分布比较均匀，所以采用顶点位移法计算结构自振周期T1（s），T1=1.7α0

。

结构顶点的假想位移通过下式计算，计算结果见表。

式中Gk——集中在k层楼面处的重力荷载代表值；

VGi——把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得到的第i层的层间剪力；

——第i层的层间侧移刚度；

——第i层的层间侧移；

S——同层内框架柱的总数。

结构顶点假想位移计算表

VGi/kN

/（N/mm）

/mm

31.23

481.6

8880.93

63.67

450.37

13404.80

96

386.7

17928.67

128.5

209.7

22531.21

138687

162.2

按式T1=1.7α0

计算基本周期T1，得：

T1=1.7×

0.7×

√0.482=0.826s

4.2水平地震作用及楼层剪力计算

本设计中，结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，以剪切变形为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。

结构总水平地震作用标准值按式

计算。

0.85*22531.21=19151.52kN

根据抗震设防烈度为8度查表3-4得水平地震影响系数最大值

=0.16，根据设计地震分组为第一组和场地类别为I0类查表3-5得特征周期Tg=0.2s。

阻尼调整系数η2取1.0，衰减指数γ取0.9

由

得α1=0.039

0.054*19151.52=1034.18kN

根据各质点水平地震作用按式

计算，具体计算结果见下表。

各质点水平地震作用及楼层地震剪力计算表

Hi/m

GiHi/（kN·

m）

Fi/kN

Vi/kN

16.8

73198.61

0.32

FI+δFn=537.77

537.77

13.5

61072.25

0.27

279.23

817

10.2

46143.47

0.20

206.84

1023.84

6.9

31214.7

0.14

144.79

1168.63

16569.14

0.07

72.39

1241.02

4.3水平地震作用下的位移验算

水平地震作用下的框架结构层间位移Δµ

j和顶点位移ΔM分别按式

、式

计算，计算结果见下表，其中Vi取自上表，

取自框架柱的侧移刚度D值表，表中还计算了各层的层间弹性位移角

，由表中数据可知，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/1018<

1/550，满足条件。

横向水平地震作用下的位移验算

Δµ

j/mm

µ

i/mm

hi/mm

θe=Δµ

j/hi

3.86

34.39

1/860

5.86

30.53

1/570

7.34

24.67

1/460

8.38

17.33

1/400

8.95

3600

1/410

4.4水平地震作用下框架内力计算

以结构平面布置图3号轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。

框架柱端剪力及弯矩分别按式

和式

计算，其中Dij、

分别取自框架柱的侧移刚度D值表中相应楼层相应柱的Di、

，层间剪力Vi取自各质点水平地震作用及楼层地震剪力计算表。

各柱反弯点高度比y按式

确定。

底层柱要考虑修正值y1，第二层柱要考虑修正值y1和y3，其余柱无修正。

具体计算结果见下表。

各层柱端弯矩及剪力计算

hi/m

/

（N/mm）

边柱A3

Di2

Vi2

y

Mbi2

Mui2

44.63

58.91

88.37

67.81

0.48

107.41

116.36

84.98

140.22

97

160.05

103

0.7

259.56

111.24

边柱B3

Di3

Vi3

Mbi3

Mui3

53.8

74.57

102.97

81.7

129.41

140.20

102.38

168.93

116.86

192.82

99.28

0.64

209.28

128.67

/（N/mm

边柱C3

Y

34.96

42.69

72.68

54.11

80.35

98.21

66.55

98.83

120.78

75.96

0.53

132.85

117.81

80.67

0.68

197.48

92.93

表中M量纲为kN·

m,V量纲为kN。

梁端弯矩、剪力及轴力按式

其中线刚度取自横梁线刚度ib计算表，具体计算过程见下表。

梁端弯矩、剪力及柱轴力计算

剪力

轴力

边梁

A3柱

B3柱

C3柱

（kN·

L/m

Vb/

kN

N/kN

70.68

26.84

48.07

-26.84

-21.23

48.03

175.27

128.13

52.69

140.9

92.18

-60.78

-65.34

126.13

247.63

160.94

74.79

201.13

124.98

-45.66

-50.11

95.77

300.27

208.77

86.15

216.64

145.62

-53.38

-59.47

112.85

271.29

215.64

82.85

225.78

176.35

-86.43

-93.5

179.84

柱轴力中的负号表示拉力。

左震作用时，左侧两根柱为拉力，右侧一根柱为压力。

水平地震作用下框架的弯矩图、梁剪力图及柱轴力图如下图所示。