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建筑设计书

高层住宅设计

摘要

本设计为某小区高层住宅设计，通过荷载汇集、解框架平面计算单元在风荷载作用下的内力及侧移，在竖向荷载作用下的内力。

将求得的内力进行组合，考虑最不利布置，进行梁、住、楼板、楼梯等相关结构物的设计。

关键词:

荷载，框架，内力，侧移

Abstract

Thisplanisupperlayerresidence.Adopttocolletburden,solveframedplanecalculatingunit’sinternalforceandlateralmigrationintheactionofwindburdenandverticalburden.Makeupabovementionedinternalforce,considertheworstdisadvantageousarrangement,designthesectionofbeamandcolumn,floor,andstairs.

Key:

burden,frame,internalforce,lateralmigration

摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract

一、截面尺寸估算………………………………………………………………………………1

1．梁板截面尺寸估算……………………………………………………………………1

2．柱截面尺寸估算………………………………………………………………………1

二、荷载汇集……………………………………………………………………………………2

1．竖向荷载………………………………………………………………………………2

（1）楼面荷载……………………………………………………………………2

（2）屋面荷载……………………………………………………………………3

2．水平风荷载……………………………………………………………………………3

三、水平荷载作用下框架内力及侧移计算…………………………………………………5

1．计算在风荷载作用下各楼层节点上集中力及各层剪力…………………………5

2．计算各梁柱的线刚度ib和ic………………………………………………………6

3．计算搞侧移刚度D

4．各柱剪力计算

5．确定柱的反弯点高度比Y

6．计算柱端弯矩

7．由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩

8．计算梁支座剪力及柱轴力

9．梁柱弯曲产生的侧移

四、在竖向荷载作用下结构内力计算

1．各层框架梁上荷载计算

2．内力计算

五、内力组合

六、梁截面设计

1．正截面承载力计算

2．斜截面承载力

七、柱截面设计

八、楼板设计

1．荷载计算

2．按弹性理论计算

（1）弯矩计算

（2）配筋计算

九、楼梯设计

1．梯段板计算

（1）荷载计算

（2）截面设计

2．平台板

（1）荷载计算

（2）截面设计

3．平台梁计算

（1）荷载计算

（2）截面设计

结论

参考文献

一、截面尺寸估算

1．梁板截面尺寸估算

梁板截面高度h，按梁跨度1/10～1/15确定，取梁高500mm，框架梁截面宽度取梁高的一半，梁宽250mm，板的最小厚度为l/50=6000/50=120mm，考虑到板的挠度及

裂缝宽度的限制及在板中铺设管线等因素，根据经验取板厚150mm。

2．柱截面尺寸估算

根据柱支承的楼板面积计算竖向荷载作用下产生的轴力，并按轴压比控制估算柱截面面积，估算柱截面时，楼层荷载按15～17KN/㎡计，本工程边柱取17KN/㎡，中柱取15KN/㎡。

负荷面积为5.1×6/2的边柱轴力

Nv=5.1×6/2×17×12=3121.2KN

负荷面积为5.1×6的中柱轴力

Nv=5.1×6×15×12=5508KN

各柱的轴力不同,但为施工方便和美观，将柱截面归并为一类，取轴力最大的估算截面面积

本工程框架为三极抗震

N=1.1Nv=1.1×5508=6058KN

柱轴压比μN查有得μN=0.9

其中μN=N/Ac·fc

Ac=N/μN·fc=6058800/0.9×19.5=34523077mm

设柱为正方形b=h=Ac½=587.6㎜

故本工程取1～5层为0.6×0.6㎡,6～12层为0.5×0.5㎡

6层底柱截面核算

Nv=5.1×6×15×7=3231KN

N=1.1Nv=1.1×3213=3534.3KN

N/Ac·fc=3534300/5002×19.5=0.72<0.9

7层底柱截面核算

Nv=5.1×6×15×6=2754KN

N=1.1Nv=1.1××2751=3029.4KN

N/Ac·fc=3029400/5002×15=0.81<0.

轴压比满足要求。

二、荷载汇集

1.竖向荷载

（1）楼面荷载

取楼面活荷1.5KN/㎡

砼楼板（板厚15cm）

25×0.15=3.75KN/㎡

水泥砂浆抹灰（楼板上下各2cm厚）

20×0.02×2=0.8KN/㎡

内隔墙为20cm和10cm厚陶粒砼砌块,砌块容重8KN/㎡,两侧各抹2cm厚混合砂浆

8×0.2+20×0.02×2=2.4KN/㎡

8×0.1+20×0.02×2=1.6KN/㎡

外墙为30cm厚陶粒砼砌块,墙外侧贴墙面砖,墙里侧抹混合砂浆2cm厚

0．5+8×0.3+20×0.02×2=3.7KN/㎡

（2）屋面荷载

防水卷材0.35KN/㎡

20厚砂浆找平层20×0.02=0.4KN/㎡

炉渣砼找坡3%1.4×0.15=2.1KN/㎡

苯板60厚0.1KN/㎡

20厚砂浆找平层20×0.02=0.4KN/㎡

150厚钢筋砼板25×0.15=3.75KN/㎡

20厚混合砂浆20×0.02=0.4KN/㎡

7.5KN/㎡

不上人屋面活荷0.7KN/㎡

基本雪压0.4KN/㎡

2．水平风荷载

基本风压ω0=1.1×0.45=0.495KN/㎡

垂直于建筑物表面上的风荷载标准值Wk按下式计算

ωK=βzμSμzω0

风荷载体型系数μS=1.4

风压高度变化系数βz=1

各层风荷载标准值计算结果见表3.1

表3.1各层风荷载标准值

距地高度Hi

βz

μz

μS

ω0

ωK=βzμSμzω0

34.6

1.170

1.4

0.495

0.811

33.6

1.157

1.4

0.495

0.802

30.8

1.12

1.4

0.495

0.776

28.0

1.076

1.4

0.495

0.746

25.2

1.028

1.4

0.495

0.712

22.4

0.981

1.4

0.495

0.680

19.6

0.931

1.4

0.495

0.645

16.8

0.866

1.4

0.495

0.600

14.0

0.802

1.4

0.495

0.556

11.2

0.738

1.4

0.495

0.511

8.4

0.598

1.4

0.495

0.414

5.6

0.550

1.4

0.495

0.381

2.8

0.540

1.4

0.495

0.374

0.54

1.4

0.495

0.374

三、水平荷载作用下框架内力及侧移计算

1.计算在风荷载作用下各楼层节点上集中力及各层剪力

计算风荷载作用下各楼层节点上集中力时,假定风荷载在层间为均匀分布,并假定上、下相邻各半层层高范围内的风荷载按集中力作用本层楼面上。

12层顶处风荷载作用下楼层节点集中力计算:

F12=（ω12+1×h12+1+ω12×h12/2）×B

=（0.811×1+0.802×2.8/2）×5.1

=9.86KN

11层顶处风荷载作用下楼层节点集中力计算:

F12=（ω12×h12/2+ω11×h11/2）×B

=0.802×1.4+0.776×2.8/2）×5.1

=11.27KN

表4.1风荷载作用下水平集中力及层间剪力

层号i

层高hi

风荷标准值

ωki

各层集中力

各层剪力

I=∑FI（KN）

女儿墙

1．0

0．811

2．8

0．802

9．86

2．8

0．776

11．27

21．13

2．8

0．746

10．87

32．17

2．8

0．712

10．41

42．58

2．8

0．680

9．94

52．52

2．8

0．645

9．46

61．98

2．8

0．600

8．89

70．87

2．8

0．556

8．25

79．12

2．8

0．511

7．62

86．74

2．8

0．414

6．60

93．34

2．8

0．381

5．68

99．02

2．8

0．374

5．39

104．41

2．计算各梁柱的线刚度ib和ic

各梁柱线刚度计算结果见表4.2

表4.2各杆件惯性矩及线刚度表

b×h

（mm）

Ec（N/mm²）

I0=bh3/12

（mm4）

I=2Io

I=EI/l（N·mm）

梁

250×500

6000

3．0×104

2．6×109

5．2×109

2．21×1010

柱

600×600

2800

3．25×104

10．8×109

12．54×1010

500×500

2800

3．25×104

5．2×109

6．03×1010

500×500

2800

3．0×104

1045．2×109

5．57×1010

3．计算抗侧移刚度D

D值为使柱上、下端产生单位相对位移所需施加的水平力

各柱抗侧移刚度见表4.3

4.各柱剪力计算

设第i层第j个柱的D值Dij，该层柱总数为m，该柱的剪力为ij=Dij/∑Dij·Vi

各柱剪力计算结果见表4.3

5.确定柱的反弯点高度比y

反弯点距柱下端为yh:

y=y0+y1+y2+y3

式y0----标准反弯点高度系数

y1y2y3----当上下梁线刚度改变,上下层层高度变化时反弯点高度系数修正值。

y0根结构总层数m及该柱所在层n及k值由表查得。

6．计算柱端弯矩

根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算第i层第j个柱端弯矩

上端弯矩M+ij=Vijh（1-y）

下端弯矩Mbij=Vijyh

7．由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩

边跨外边缘处的梁端弯矩Mbi=M+ij+Mbi+lj

中间支座处的梁端弯矩Mlbi=（M+ij+Mbi+l·j）ibl/ibl+ibr

Mrbi=（M+ij+Mbi+l·j）ibr/ibl+ibr

框架在风荷载作用下的弯矩见图4.1

表4.3水平荷载作用下柱抗侧移刚度D及剪力Vij计算表

层/hi

柱列

轴号

（×105）

（KN.m）

∑ib

（×105）

K=∑ib/∑ic

底层k=∑ib/ic

Di=а12ic/h2i

（×105

（×105）

Vij

（KN0

12/2.8

0.364

0.520

0.992

0.520

0.714

1.266

0.714

0.263

0.388

0.263

0.147

0.216

0.147

72600

2.58

3.80

2.58

11/2.8

0.364

0.520

0.992

0.520

0.714

1.266

0.714

0.263

0.388

0.263

0.147

0.216

0.147

72600

5.49

8.07

5.49

10/2.8

0.364

0.520

0.992

0.520

0.714

1.266

0.714

0.263

0.388

0.263

0.147

0.216

0.147

72600

8.24

12.12

8.24

9/2.8

0.364

0.520

0.992

0.520

0.714

1.266

0.714

0.263

0.388

0.263

0.147

0.216

0.147

72600

10.82

15.90

10.82

8/2.8

0.364

0.520

0.992

0.520

0.714

1.266

0.714

0.263

0.388

0.263

0.147

0.263

0.147

72600

13.22

19.43

13.22

7/2.8

0.395

0.520

0.992

0.520

0.658

1.256

0.658

0.248

0.386

0.248

0.150

0.233

0.150

76600

14.93

23.21

14.93

6/2.8

0.882

0.520

0.992

0.520

0.295

0.562

0.295

0.129

0.219

0.129

0.174

0.296

0.174

94000

14.87

25.30

14.87

5/2.8

0.882

0.520

0.992

0.520

0.295

0.562

0.295

0.129

0.219

0.129

0.174

0.296

0.174

94000

16.55

28.15

16.55

4/2.8

0.882

0.520

0.992

0.520

0.295

0.562

0.295

0.129

0.219

0.129

0.174

0.296

0.174

94000

18.04

30.69

18.04

3/2.8

0.882

0.520

0.992

0.520

0.295

0.562

0.295

0.129

0.219

0.129

0.174

0.296

0.174

94000

19.30

32.84

19.30

2/2.8

0.882

0.520

0.992

0.520

0.295

0.562

0.295

0.129

0.219

0.129

0.174

0.296

0.174

94000

20.34

34.60

20.34

1/2.8

0.882

0.260

0.496

0.260

0.295

0.562

0.295

0.346

0.415

0.346

0.467

0.560

0.467

205400

26.09

31.29

26.09

表4.4风荷载作用下柱反弯点高度比及柱端弯矩

层／h

柱轴

线号

а1

а2

а3

Y0=y

M+IJ

（KN.m）

MbIJ

（KN.m）

12/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．197

0．30

0．197

4．01

6．09

4．01

1．01

2．61

1．01

11/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．2985

0．40

0．2985

7．67

11．19

7．67

3．27

7．46

3．27

10/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．3485

0．447

0．3485

10．60

15．69

10．60

5．67

12．68

5．67

9/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．3985

0．45

0．3985

13．27

20．66

13．27

8．79

16．9

8．79

8/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．40

0．45

0．40

17．71

30．07

17．71

14．4

24．6

14．4

7/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．4485

0．45

0．4485

17．71

30．07

17．71

14．4

24．6

14．4

6/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．397

0．794

0．397

0．4335

0．45

0．4335

20．55

30．23

20．55

15．77

24．73

15．77

5/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．176

0．352

0．176

0．388

0．45

0．388

23．73

39．60

23．73

15．04

32．4

15．04

4/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．176

0．352

0．176

0．45

23．38

43．41

23．38

19．13

35．52

19．13

3/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．176

0．352

0．176

0．567

0．5

0．567

19．80

42．47

19．80

25．93

42．47

25．93

2/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．176

0．352

0．176

0．764

0．576

0．764

11．45

38．21

11．45

36．2

51．9

36．2

1/2.8

Ａ

Ｂ

Ｃ

Ｄ

0．176

0．352

0．176

1．278

0．852

1．278

-18.78

11．64

-18.78

86．31

66．99

86．31

上表中y=y1+y2+y3+y0,其中y1,y2,y3均为零，所以y=y0

表5.1垂直荷载作用下框架梁固端弯矩值

层数

AB跨

BC跨

CD跨

左支座

右支座

左支座

右支座

左支座

右支座

-120.51

-103.36

120.51

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