土木工程高层建筑抗震课程设计.docx
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土木工程高层建筑抗震课程设计
一、工程概况-----------------------------------------2
二、按工程要求设计两个结构方案----------------------2
三、框架剪力墙承重方案的选择-------------------------2
四、框架结构的计算简图-------------------------------4
五、梁、柱截面尺寸的初步确定-------------------------4
5.1梁截面尺寸的初步确定----------------------------4
5.2柱截面尺寸的初步确定----------------------------4
六、重力荷载代表值的计算-------------------------------5
6.1屋面永久荷载标准值------------------------------5
6.2第一层各部分重力荷载代表值----------------------5
6.3第二至十层各部分重力荷载代表值------------------5
6.4梁柱密度----------------------------------------5
6.5蒸压粉煤灰加气混凝土砌块------------------------5
6.6梁、柱重力荷载代表值-----------------------------6
6.7一层重力荷载代表值------------------------------7
6.8第二至十层各部分重力荷载代表值------------------8
6.9第十一层各部分重力荷载代表值-------------------10
6.10顶端重力荷载代表值---------------------------10
七、框架侧移刚度的计算--------------------------------11
7.1横梁线刚度ib的计算----------------------------11
7.2纵梁线刚度ib的计算---------------------------11
7.3柱线刚度ib的计算-----------------------------11
7.4各层横向侧移刚度计算（D值法）-------------------11
八、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算-------14
8.1横向自振周期的计算-----------------------------14
8.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算---------------15
8.3多遇水平地震作用下的位移验算-------------------16
8.4水平地震作用下框架内力计算---------------------16
九、竖向荷载作用下框架结构内力计算--------------------19
9.1计算单元的选择确定-----------------------------19
9.2荷载作用下柱的内力计算-------------------------19
9.3恒荷载作用下梁的内力计算-----------------------22
9.4活荷载作用下梁的内力计算----------------------22
9.5梁端剪力和柱轴力的计算-------------------------23
十、底层框架梁柱的内力组合---------------------------23
10.1结构抗震等级--------------------------------23
10.2底层框架梁的内力组合--------------------------24
10.3底层框架柱的内力组合--------------------------25
十一、参考文献----------------------------------------26
十二、附图--------------------------------------------27
一、工程概况
建筑地点：
西安市
建筑类型：
10层综合楼（办公楼），框架结构
建筑介绍：
建筑长度60米，进深14.4米，面积约1万平方米，楼盖及屋盖均采用现浇混凝土框架结构，楼板厚取120mm。
门窗使用：
大门采用钢制门，其他内部设施采用木门，窗为铝合金窗。
地质条件：
经地质勘查部门勘察确定，该建筑场地为二类近震场地，设防烈度为8度，设计地震基本加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，抗震等级一级。
二、按工程要求设计两个结构方案
（1）框架结构（见附页）
建筑施工图：
首层平面图、标准层平面图、屋顶平面图、正立面图
（2）框架-剪力墙结构（见附页）
建筑施工图：
首层平面图、标准层平面图、屋顶平面图、正立面图
三、框架结构承重方案选择
竖向荷载的传力途经：
楼板的均不荷载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基，所以本综合楼框架的承重方案为横向框架承重方案，这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。
柱网与层高：
本综合楼采用柱距为6m的内廊式小柱网，边跨为6m，中间跨为2.4m，除底层商用楼层取4.8m，二层取4.5m，以上办公楼层层高取3.6m。
如图1-1柱网布置图所示。
图1-1柱网布置图
四、框架结构计算简图
横向受力简图如图1-2
五、梁、柱截面尺寸初步确定
5.1梁截面尺寸初步确定
梁截面高度一般取梁跨度的1/15至1/10。
本方案取1/10×6000=600mm，截面宽度取600×1/2=300mm，可得梁的截面初步定为b×h=300*600，如下表5-1所示。
截面尺寸表表5-1
层数
混凝土强度等级
横梁（bxh）/（mmxmm）
纵梁（bxh）/（mmxmm）
AB跨，CD跨
BC跨
1-2
C30
300*600
300*400
300*600
3-9
C30
300*600
300*400
300*600
5.2柱截面尺寸初步确定
柱截面尺寸根据式
AC=N/（[μN]*fc）估算。
该框架结构抗震等级为一级，轴压限值[μN]=0.65
；
各层重力荷载代表值可根据实际荷载计算，也可以近似值12～14KN/M2，这里近似值取14KN/M2。
由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为6m×3m和6m×4.2m。
由此可得第一层柱截面积为：
边柱：
AC=（
1.25×14×9×3×6×1.15×1.1×0.75）/（0.65×14.3）=2.7×106/（0.65×14.3）=2.90×105,取700mm×700mm
中柱：
AC=
4.06×105,取700mmx700mm
本设计柱截面尺寸取值如表52:
表52柱截面尺寸表
层次
混凝土等级
b×h
1
C30
700×700
2-9
C30
700×700
六、重力荷载代表值的计算
6.1屋面永久荷载标准值
30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
20厚矿渣水泥找平层14.5×0.02=0.29KN/m2
150厚水泥蛭石保温层5×0.15=0.75KN/m2
120厚钢筋混凝土板25×0.12=3.0KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.25KN/m2
合计5.35KN/m2
6.21～11层楼面永久荷载标准值：
木块地面（加防腐油膏铺砌厚76mm）0.7KN/m2
120厚钢筋混凝土板25×0.12=3.0KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.25KN/m2
合计3.95KN/m2
6.3屋面及楼面可变荷载标准值：
上人屋面均布活荷载标准值2.0KN/m2
楼面活荷载标准值2.0KN/m2
屋面雪荷载标准值SK=urS0=1.0×0.25=0.25KN/m2
（式中ur为屋面积雪分布系数）
6.4梁柱密度：
梁柱密度25KN/m2
6.5蒸压粉煤灰加气混凝土砌块：
蒸压粉煤灰加气混凝土砌块5.5KN/m3
6.6梁、柱重力荷载代表值：
（1）梁、柱：
如表6-1梁重力荷载代表值、表6-2柱重力荷载代表值所示
表6-1梁重力荷载代表值
类别
净跨
（mm）
截面
（mm）
密度（KN/m3）
体积
（m3）
数量
（根）
单重
（KN）
总重
（KN）
横梁
5300
300*600
25
0.954
22
23.85
524.7
1700
300*400
0.204
11
5.1
56.1
纵梁
5300
300*600
0.954
40
23.85
954
表62柱重力荷载代表值
类别
计算高度（mm）
截面
（mm）
密度（KN/m3）
体积
（m3）
数量
（根）
单重
（KN）
总重
（KN）
1层
4800
700*700
25
2.352
44
58.8
2587.2
2层
4500
700*700
2.205
44
55.125
2425.5
3-9层
3600
700*700
1.176
44×7
44.1
13582.8
6.7一层重力荷载代表值：
（1）梁：
总重：
524.7+56.1+954=1534.8KN
①横梁：
AB、CD跨：
300*600mm2重量：
23.85×22=524.7KN
BC跨：
300*400mm2重量：
5.1×11=56.1KN
②纵梁：
300*600mm2重量：
954KN
（2）柱：
计算高度：
4800mm
截面尺寸：
700mm×700mm
密度：
25
体积：
2.352
数量：
44
单重：
58.8
总重：
2587.2
（3）内外填充墙的计算
①横墙：
总重：
646.431+13.15=659.581KN
AB、CD跨：
墙厚240mm，长度5300mm，高度4800-600=4200mm
单跨体积：
0.24×5.3×4.2=5.3424m3
单跨重量：
5.3424×5.5=29.3822KN
数量：
22
总重：
29.3822×22=646.431KN
BC跨：
墙厚240mm，计算长度1700mm，高度4200mm
单跨体积：
（1.7×4.2-1.2×1.8）×0.24=1.1952m3
单跨重量：
1.1952×5.5
数量：
2
总重：
1.1952×5.5×2=13.15KN
②纵墙：
总重：
166.0+106.13+409.31=681.44KN
外纵墙：
①单个体积：
（5.3×4.2-4.8×3）*0.24=1.8864
数量：
16
重量：
1.8864×16×5.5=166.00
②单个体积：
（5.3×4.2-1.2×1.8）*0.24=20.1
数量：
4
重量：
20.1×4×5.5=106.13
内纵墙：
单个体积：
（5.3×4.2-1.2×2.4）*0.24=4.6512
数量：
16
总重：
4.6512×16×5.5=409.31
（4）窗户计算：
总重：
80.64+5.184=85.824KN
①（走廊+厕所+楼梯间）窗户
尺寸：
1.2×1.8
自重：
0.4KN/m2
数量：
6
重量：
1.8×1.2×0.4×6=5.184KN
②办公室窗户
尺寸：
4.8×3
数量：
14
重量：
4.8×3×0.4×14=80.64KN
（5）门重计算：
总重：
6.912+11.52=18.432KN
①木门
尺寸：
1.2×2.4
自重：
0.15KN/m3
数量：
16
重量：
1.2×2.4×0.15×16=69.12KN
②铁门
尺寸：
4.8×3
自重：
0.4KN/m3
数量：
2
重量：
4.8×3×0.4×2=11.52KN
（6）楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：
面积：
32.97×20+113.66=773.06m2
恒载：
3.95×773.06=3053.59KN
活载：
2.00×773.06=1546.12KN
一层重力荷载代表值为：
G1=G恒+0.5G活
=（524.7+56.1+954+2587.2）*1.05+1341+85.82+18.43+3053.59+1546.12/2
=9393.9KN
（注：
梁柱乘上各层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。
）
6.8第二层重力荷载代表值：
（1）梁总重：
524.7+56.1+954=1534.8KN
横梁：
AB、CD跨：
300×60023.85×22=524.7KN
BC跨：
300×4005.1×11=56.1KN
纵梁：
954KN
（2）柱：
计算高度：
4500mm
截面尺寸：
700mmx700mm
密度：
25
体积：
2.2057m3
数量：
44
单重：
55.125KN
总重：
2425.5KN
（3）内外填充墙重的计算：
①横墙总重：
600.16+11.78=611.94KN
AB、CD跨：
27.28×22=600.16KN
BC跨：
单跨体积：
（1.7×3.9-1.2×1.8）*0.24=1.07
数量：
2
重量：
2×5.5×1.07=11.78
②纵墙总重：
132.42+97.73+652.79=883.18KN
外墙：
单重：
（5.3×3.9-4.8×3）*0.24×5.5=8.2764KN
数量：
16
种类：
8.2764×16=132.42KN
单重：
（5.3×3.9-1.2×1.8）*0.24×5.5=24.4332KN
数量：
4
重量：
24.4332×4=97.73KN
内墙：
单重：
（5.3×3.9-1.2×2.4）*0.24×5.5=23.48
数量：
18
总重：
23.48×18=652.79KN
（4）窗户计算（钢框玻璃窗）总重：
3.456+92.16=95.62KN
第一类：
1.2×1.8
自重：
0.4KN/m2
数量：
4
重量：
1.8×1.2×0.4×4=3.456KN
第二类：
4.8×3
自重：
0.4KN/m2
数量：
16
重量：
4.8×3×0.4×16=92.16KN
（5）门重计算：
木门：
尺寸：
1.2×2.4
自重：
0.15KN/m2
数量：
18
重量：
1.2×2.4×0.15×18=7.78KN
（6）楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：
面积：
32.97×20+113.66=773.06m2
恒载：
3.95×773.06=3053.59KN
活载：
2.00×773.06=1546.12KN
二层重力荷载代表值：
G2~10=G恒+0.5G活
=（524.7+56.1+954+2425.5）*1.05+611.94+652.79+95.62+7.78+3053.59+0.5*1546.12=9353.10KN
6.9第三层至第八层重力荷载代表值：
（1）梁总重：
524.7+56.1+954=1534.8KN
横梁：
AB、CD跨：
300×60023.85×22=524.7KN
BC跨：
300×4005.1×11=56.1KN
纵梁：
954KN
（2）柱：
计算高度：
3600mm
截面尺寸：
700mmx700mm
密度：
25
体积：
1.764m3
数量：
44
单重：
44.1KN
总重：
1940.4KN
（3）内外填充墙重的计算：
①横墙总重：
462.22+7.82=470.04KN
AB、CD跨：
21.02×22=462.22KN
BC跨：
单跨体积：
（1.7×3.0-1.2×1.8）*0.24=0.71
数量：
2
重量：
2×5.5×0.71=7.82
②纵墙总重：
122.92+72.55+309.42=504.89KN
外墙：
单重：
（5.3×3.0-4.8×2.1）*0.24×5.5=7.6825KN
数量：
16
种类：
7.6825×16=122.92KN
单重：
（5.3×3.0-1.2×1.8）*0.24×5.5=18.1375KN
数量：
4
重量：
18.1375×4=72.55KN
内墙：
单重：
（5.3×3.0-1.2×2.4）*0.24×5.5=17.19
数量：
18
总重：
17.19×18=309.42KN
（4）窗户计算（钢框玻璃窗）总重：
3.456+64.512=67.97KN
第一类：
1.2×1.8
自重：
0.4KN/m2
数量：
4
重量：
1.8×1.2×0.4×4=3.456KN
第二类：
4.8×2.1
自重：
0.4KN/m2
数量：
16
重量：
4.8×2.1×0.4×16=64.512KN
（5）门重计算：
木门：
尺寸：
1.2×2.4
自重：
0.15KN/m2
数量：
18
重量：
1.2×2.4×0.15×18=7.78KN
（6）楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：
面积：
32.97×20+113.66=773.06m2
恒载：
3.95×773.06=3053.59KN
活载：
2.00×773.06=1546.12KN
二层重力荷载代表值：
G2~10=G恒+0.5G活
=（524.7+56.1+954+1940.4）*1.05+470.04+504.89+67.97+7.78+3053.59+0.5*1546.12=8516.84KN
6.10第九层各部分重力荷载代表值：
横梁：
524.7KN
纵梁：
954KN
柱：
总重：
29.4×8=235.2KN
横墙：
0.24×5.3×1.8×5.5×4=50.37KN
纵墙：
0.24×5.3×1.8×5.5×2=25.19KN
屋面恒载、活载计算
面积：
6×6×18=648m2
恒载：
648×5.35=3466.8KN
活载：
648×2.0=1296KN
雪载：
648×0.25=129.6KN
九层重力荷载代表值为：
G11=G恒+0.5G活
=（524.7+954+235.2）*1.05+50.37+25.19+3466.8+0.5*（1296+129.6）
=6054.8KN
（注：
梁柱乘上各层重力荷载而对其重力荷载的增大系数1.05。
）
6.11顶端重力荷载代表值：
横梁：
23.85×4=95.4KN
纵梁：
0.3×0.6×5.3×25×4=95.4KN
柱：
0.7×0.7×1.2×25×8=117.6KN
墙：
5.3×0.24*（1.2-0.6）*5.5×8=33.58KN
木门：
1.2×2.4×0.15×2=0.864KN
楼板恒载、活载计算：
面积：
6×6×2=72
恒载：
72×5.35=385.2KN
活载：
72×2.0=144KN
雪载：
72×0.25=18KN
顶端重力荷载代表值：
G顶=G恒+0.5xG活
=（95.4+95.4+117.6）*1.05+33.58
+0.864+385.2+0.5*（144+18）
=809.04KN
如6-1图集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi所示：
七、框架侧移刚度的计算
7.1横梁线刚度ib的计算：
表71横梁线刚度ib表
类别
Ec
（N/mm2）
b×h
（mm×mm）
I0
（mm4）
l
（mm）
EcI0/l（N·mm）
1.5EcI0/l（N·mm）
2EcI0/l（N·mm）
AB跨、CD跨
3.0×104
300×600
5.40×109
6000
2.7×1010
4.05×1010
5.4×1010
BC跨
3.0×104
300×400
1.6×109
2400
2×1010
3×1010
4×1010
7.2纵梁线刚度ib的计算：
表7-2纵梁线刚度ib表
类别
Ec
（N/mm2）
b×h
（mm×mm）
I0
（mm4）
l
（mm）
EcI0/l（N·mm）
1.5EcI0/l（N·mm）
2EcI0/l（N·mm）
其他跨
3.0×104
300×600
5.4×109
6000
2.7×1010
4.05×1010
5.4×1010
楼梯跨
3.0×104
300×600
5.4×109
3000
5.4×1010
8.1×1010
10.8×1010
7.3柱线刚度ib的计算：
计算公式为：
I=bh3/12
表73柱线刚度ic表
层次
hc（mm）
Ec（N/mm2）
b×h
（mm×mm）
Ic
（mm4）
EcIc/hc
（N·mm）
1
4800
3.0×104
700×700
2.001×1010
12.5×1010
2
3-9
4500
3600
13.3×1010
16.7×1010
7.4各层横向侧移刚度计算（D值法）
底层：
5.4
①、A-2～A-10、D-2～D-10（18根）
12.50
K=5.40/12.5=0.432
αc=（0.5+K）/（2+K）=0.382
Di1=αc×12×ic/h2
=0.382×12×12.50×1010/48002
=24934.90
4.05
12.50
②、A-1、D-1、A-11、D-11（4根）
K=4.05/12.5=0.324
αc=（0.5+K）/（2+K）=0.355
Di2=αc×12×ic/h2
=0.355×12×12.5×1010/48002
=23111.98
3
5.4
③B-1～B-11、C-1～C-11（22根）
12.50
K=（3+5.4）/12.5=0.564
αc=（0.5+K）/（2+K）=0.415
Di3=αc×12×ic/h2
=0.415×12×12.5×1010/48002
=27018.23
第二层：
①、
5.4
13.3
5.4
13.3
4.05
4.05
3
A-2～A-10、D-2～D-10（18根）
K=5.4×2/13.3×2=0.406
αc=K/（2+K）=0.170
Di1=αc×12×ic/h2
=0.170×12×13.3×1010/45002
4.05
=13398.52
②、A-1、D-1、A-11、D-11（4根）
K=4.05×2/13.3×2=0.305
αc=K/（2+K）=0.132
Di2=αc×12×ic/h2
=0.132×12×13.3×1010/45002
=10403.56
4.05
3
③、B-1～B-11、C-1～C-11（22根）
13.3
K=（3+4.05）×2/13.3×2=0.530
3
4.05
αc=K/（2+K）=0.209
Di3=αc×12×ic/h2
=0.209×12×13.3×1010/45002
=16472.30
第三～八层：
、
5.4
16.7
5.4
1
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