高层框剪结构设计计算书

1、第 1 章 工程概况及结构选型1.1 工程概况本工程为位于某高校家属区西侧的住宅楼，该住宅为地下一层，地上十一层，地下一层层高 2.2 米，地上每层层高为2.8 米，总高度为 33 米，其中地下一层为设备用房，地上十一层均为两单元，一梯两户，每户建筑面积约为150 平方米，三室两厅两卫，总建筑面积 9500 平方米。结构安全等级为二级， 设计使用年限为50 年，抗震等级为二级，防火等级为二级。常年地下水位低于-12米，水质对混凝土无侵蚀作用，土壤最大冻结深度 0.50 米。该结构抗震设防烈度为7 度，场地类别为类，特征周期 0.35s 。场地内土层分布及承载力特征值如下表：表 1.1土层分布及

2、承载力特征值土层土质厚度 /m地基承载力特征值 /kpa1素填土1.52粉质粘土2.52003粉质粘土混角砾1.22404粉砂岩强风化带103001.2结构选型与布置1.2.1 结构选型(1) 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架 - 剪力墙结构。平面布置如图 1.1所示。(2)屋面结构：采用现浇混凝土肋形屋盖，刚柔性屋面，屋面板厚120mm。(3)楼面结构：全部采用现浇混凝土肋形楼盖，板厚120 mm。(4) 楼梯结构：采用现浇混凝土梁式楼梯。(5) 电梯间：采用剪力墙结构，墙厚 250mm。1.2.2 结构平面布置1图 1.1结构布置图1.2.3 竖向布置本住宅一共有 12 层，地下一层层

3、高为 2.2 米，地上每层层高为 2.8 米，屋面有电梯机房和上人楼梯突出 4.2 米。竖向结构构件柱子的截面 1-7 层选用 600 600； 8-12 层柱选用 400 400，柱的强度没有变化。1.2.4 楼盖体系结构布置布置方式 : 纵横向承重。1.2.5 构件尺寸初估(1) 梁的截面尺寸主梁：截面高度 h=（1/101/15） l=360540mm，取 400mm 截面宽度 b=（1/21/3）l=133200mm， 取 250mm 次梁：截面高度 h=（1/101/15） l=267400mm，取 350mm 截面宽度 b=（1/21/3）l=117175mm， 取 250mm(2

4、) 柱的截面尺寸根据轴压比预估柱截面尺寸预估轴力： n=从属面积 15kn/ =3.55.015=240kn由公式n/afc0.9得a n / 0.9fc =18648 mm2故柱截面尺寸近似取 500mm500mm。(3) 板的截面尺寸2本结构中柱距一般为46 米，除个别板选用单向板，其余均为双向板。双向板厚 h l/50(l 为区格短边边长 ) ，取 h=120mm。框剪结构底层板和顶层屋面板均为双层双向，分别取 h=160mm， h=120mm。(4) 墙外墙采用 240 的填充墙，内部隔墙采用 200 的填充墙。根据抗震规范，剪力墙的厚度不应小于 160mm，且不应小于层高的 1/20

5、 ，其底部加强部位的墙厚，不应小于 200mm，且不应小于层高的 1/16 。剪力墙的宽度取 250mm，高度同层高。1.2.6 材料梁板柱的混凝土强度都采用c30，板钢筋采用三级钢，箍筋采用一级钢筋1.2.7 确定计算单元和计算简图取整个单元进行计算，按刚接体系进行计算。1.2.8 结构抗侧刚度计算框架梁柱尺寸如图一所示， 共有 8 种梁。与剪力墙相连的柱作为剪力墙的翼缘，共有 44 根框架柱。计算框架梁刚度时，考虑楼板的影响，乘以 1.6 的放大系数。（1）梁线刚度计算（编号见图 1.1）i b =1.6 bh3 /12=1.61/12 0.25 0.43 =0.0021m4ib1ei b

6、 / l1 =e0.021/6.3=0.00034eib 2ei b/ l 2 =e0.021/4.8=0.00044eib 3ei b / l 3 =e0.021/4.2=0.00051eib 4ei b/ l 4 =e0.021/1.5=0.00142eib 5ei b / l 5 =e0.021/5.7=0.00037eib 6ei b/ l 6 =e0.021/3.0=0.00070eib 7ei b / l 7 =e0.021/2.4=0.00089eib 8ei b / l 8 =e0.021/2.5=0.00085e（2）框架柱线刚度1 6 层 i c =bh 3 /12=1/1

7、2 0.64 =0.0108m 4 ，iceic / h =e 0.0108/2.8=0.00386e7 11 层 i c =bh 3 /12=1/12 0.44 =0.0021m 4 ，iceic / h =e 0.0021/2.8=0.00076e各楼层线刚度见表1.2表 1.4表 1.2 地下室框架柱抗侧刚度h=2.2mib0.5ki c2k构件名称kc fi 12ich柱 10.0880830.2816380.00593e柱 20.113990.2904410.006115e柱 30.308290.3501680.007373e柱 40.4818650.3956160.00833e3柱

8、 50.50.40.008422e柱 60.3264250.3552340.007479e柱 70.1321240.2964760.006242e柱 80.0958550.2843020.005986ec f0.308975e表 1.3 16 层框架柱抗侧刚度h=2.8mibki c构件名称2 kkc fi 122i ch柱 10.0880830.0421840.000698e柱 20.113990.0539220.000892e柱 30.308290.1335580.002209e柱 40.4818650.1941540.003212e柱 50.50.20.003309e柱 60.32642

9、50.1403120.002321e柱 70.1321240.0619680.001025e柱 80.0958550.0457350.000757ec f0.081059e表 1.4 711 层框架柱抗侧刚度h=2.8mibki c构件名称2 kkc fi 122ich柱 10.4473680.1827960.000595e柱 20.5789470.224490.000731e柱 31.5657890.4391140.00143e柱 42.4473680.5502960.001792e柱 52.5394740.559420.001822e柱 61.6578950.4532370.001476e

10、柱 70.6710530.2512320.000818e柱 80.4868420.1957670.000638ec f0.051811e楼层柱平均抗侧刚度：c f1 5c fi hi1 (0.308975 2.20.081059 2.8 6 0.051811 2.8 5) eh i133= 0.083845e4（3）综合剪力墙等效抗弯刚度结构横向共有两榀墙1，一榀墙 2，四榀墙 3.墙 1 如图：有效翼缘 6d=6 250=1500，9001500,取实际长度900mm。求形心：a1 y1a2 y21820250910770250 125ya21820250770250a1= 680mm惯性矩

11、：i w10.25 1.8230.25 1.820.23210.770.2530.770.25 0.785 21212=0.269m4等效抗弯刚度：ei eqei w=0.269e=0.268e12 ei w1 9 1.20.2691gaw h 20.6475332墙 2 如图：有效翼缘 6d=6 250=1500，9001500,取实际长度900mm。惯性矩：i w10.254.532（ 11.8 0.25312121.8 0.25 2.1252）=5.967等效抗弯刚度：ei eqei w=5.967e=5.787e112 ei w191.25.967gaw h 21.93325墙 3 如

12、图：有效翼缘 6d=6250=1500，9501500,14501500,分别取实际长度 900mm， 1450mm。求形心：ya1 y1a2 y2a3 y3a1a2a3120025024952620250131070025012512002502620250700250=1440mm惯性矩 :i w10.25 2.6230.252.62 0.13210.70.2530.70.251.315 2121211.20.2531.20.251.055 2412= 1.025 m等效抗弯刚度：ei eqei w=1.025e=1.016e12 ei w9 1.21.02511gaw h 21.1333

13、2综合剪力墙等效抗弯刚度：ei eq =20.268e+5.787e+41.016e=10.387e（4）连梁约束刚度连梁 1：连梁刚性端部约束弯矩m126(1)ei b)(1) 3l(1i b1 bh 310.25 0.430.00131212400al1700631.25968.754l4200 631.250.27153568.75l 1all3568.75968.752600mm12ei b121.20.0013=0.0659gal 10.250.42.620.426m 126(10.2715)0.0013e0.0659)(10.2715) 30.0067 e(13.568连梁 2：连

14、梁刚性端部约束弯矩m126(1)ei b)(1) 3l(1i b1 bh 310.250.430.001312124004300al2020420800.394l30004200 19205280l 1all5280 20803200mm12ei b121.2 0.0013gal 10.250.43.22=0.04350.42m 126(10.394)0.0013e0.0089 e0.394)35.28(1 0.0435)(1连梁 3：连梁刚性端部约束弯矩m126(1)ei b)(1) 3l(1i b1bh 310.250.430.001312124001200al411000.3056l12

15、0024003600l 1all360011002500mm12ei b121.20.0013=0.0713gal 10.250.42.520.42m 126(10.3056)0.0013e(10.0713)(10.3056) 30.0079 e3.6连梁约束刚度：c b11cbj h jh11(7m12 )h0.0067 2 0.0089 0.0079 4 e 0.01925ej 1j 1i 12.87第 2 章 横向结构内力计算2.1 横向水平地震作用下结构内力与侧移计算2.1.1 结构重力荷载代表值计算2.1.1.1 荷载统计1. 屋面恒载15mm水泥砂浆找平0.01520= 0.30三

16、毡四油屋面防水层0.4020mm1：3 水泥砂浆找平层0.0220=0.4080mm矿渣水泥保温层0.0814.5=1.1640mm水泥石灰焦渣找坡0.0414=0.56120mm现浇混凝土板0.1225=3.020mm石灰砂浆板底抹灰0.0217=0.34-合计： 6.16 kn/ m22. 楼面恒载水磨石地面0.65120mm现浇混凝土板0.1225=3.0 2.520mm板底抹灰0.0217=0.34-合计： 3.99kn/ m23. 地下室顶板恒载水磨石地面0.65160mm现浇混凝土板0.16 25=4.0420mm板底抹灰0.02 17=0.34-合计： 4.99 kn/ m24.

17、 梁自重（ kn/m）表 2.1梁自重自重抹灰合计地下室250 350250 400屋面，标准层250 350250 400250.25 （0.350.16） 1.190.02 （0.350.16） 2170.13250.25 （0.40.16） 1.50.02 （0.40.16） 2170.16250.25 （0.350.12） 1.440.02（0.350.12） 2170.16250.25 （0.40.12） 1.750.02（0.40.12） 2170.191.321.661.601.9485. 柱自重bh = 600 600自重25 0.6 0.6=9.020mm抹灰4 0.6 0.

18、02 17=0.816-合计： 9.816kn/mbh = 400 400自重25 0.4 0.4=4.020mm抹灰4 0.4 0.02 17=0.544-合计： 4.544 kn/m6. 外墙自重190.24 0.375+7.5 0.24 （2.8-0.4-0.375）=5.283抹灰170.04 （ 2.8-0.12）=1.8224-合计： 7.1054 kn/m窗户门洞折减 10%7.1054（1-10%）=6.39kn/m7. 内墙自重19 0.2 0.375+7.5 0.2 （2.8-0.4-0.375 ）=4.46抹灰170.04 （ 2.8-0.12）=1.8224-合计： 6

19、.2824 kn/m窗户门洞折减 10%6.2824（1-10%）=5.65kn/m8. 卫生间墙自重24 0.2 0.2+19 0.2 1.0+7.5 0.2 （2.8-0.4-1.2）=6.56抹灰170.04 （ 2.8-0.12 ）=1.8224-合计： 8.3824kn/m9. 女儿墙自重7.50.241.5=2.7抹灰17 0.04 1.5=1.02-合计：3.72 kn/m10. 剪力墙自重25 0.2 2.8=14抹灰170.04 2.8=1.904-9合计： 15.904 kn/m2.1.1.2.荷载计算1. 恒载标准值计算屋面楼板处结构和构件自重g板 =3.99（ 5710

20、.5+4 1.24.5 ） =2474g梁 =1.94（ 10.5 16+574）+1.6 64.8=814.32g柱 =9.8162.8/244=604.66g墙 =6.39 (57+10.5) 2+5.65 (4.8 2+4.2 7+5.7 2+5.4 2)+ 8.38242 (4.8+2.1) 2+(3+1.8) 2+(2.4+2.4) 2+15.904 (2.7+2.4)22+(0.9+1.7)2+4+21.8/2+3.72 (57+10.5) 2 = 1656.54g门窗 =0.45 170/2=38.5共计： g屋面 =2474+814.32+604.66+1656.54+38.5

21、= 5588 kn标准层楼板处结构和构件自重g板 =3.99（ 5710.5+4 1.24.5 ） =2474g梁 =1.94 （ 10.5 16+574）+1.6 64.8=814.32 g柱 =9.816 2.8 44=1209.33g墙 =6.39 (57+10.5) 2+5.65 (4.8 2+4.2 7+5.7 2+5.4 2)+ 8.3824 2 (4.8+2.1) 2+(3+1.8) 2+(2.4+2.4) 2+15.904 (2.7+2.4) 2 2+(0.9+1.7) 2+4+21.8=2308.67g门窗 =0.45 170=77共计： g标准层 =2474+814.32+

22、1209.33+2308.67+77= 6883 kn地下室顶板处结构和构件自重g板 =4.99（ 5710.5+4 1.24.5 ） =3094g梁 =1.66 （ 10.5 16+574）+1.32 6 4.8=695.376 g柱 =9.816 （ 2.2/2+2.8/2 ） 44=1080g墙 =6.39 (57+10.5) 2+5.65 (4.8 2+4.2 7+5.7 2+5.4 2)+ 8.3824 2 (4.8+2.1) 2+(3+1.8) 2+(2.4+2.4) 2+15.904 (2.7+2.4) 2 2+(0.9+1.7) 2+4+21.8=2308.67g门窗 =0.4

23、5 170=77共计： g地下室顶板 =3094+695.376+1080+2308.67+77= 7255 kn2. 活载标准值计算上人屋面： 2.5 kn/ 楼面：2.0 kn/雪荷载：0.4 kn/g屋活 =2.5 5710.5=1496 kng楼活 =2.0 5710.5=1197 kng雪 =0.4 57 10.5=239.4 kn屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，取较大值。3. 结构重力荷载代表值计算屋面处重力荷载代表值 =结构和构配件自重标准值 +0.5 屋面活荷载标准值楼面处重力荷载代表值 =结构和构配件自重标准值 +0.5 楼面活荷载标准值10屋面处g ew =5588+0.51

24、496=6336 kn标准层处gew =6883+0.5 1197=7481.5 kn地下室顶板处gew =7255+0.5 1197=7823.5 kn重力荷载代表值如图2.1 所示：图 2.1重力荷载代表值2.1.2横向水平地震作用计算该建筑物为 33 米，小于 40 米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算地震作用。geq =0.85ge =0.85(6336+107481.5+7823.5 )=75628.3 knhc f cb330.08384 0.01925ei eq3.28810.387查得 10.516t1t1h 2g0.8 0.516 33288

25、974.51070.788 shgei w339.8 8.95由于该工程所在地区抗震设防烈度为 7 度，类场地，设计地震分组为一组，查表得max 0.08tg 0.35s由于 tg t5 tg ,故 1tg2 maxt11其中-衰减系数，在 tg t1.4tg =0.49s，故需考虑顶部附加水平地震作用的影响，顶部附加地震作用系数：n =0.08t+0.07=0.08 0.788+0.07=0.133 对于多质点体系，结构底部总纵向水平地震作用标准值：fek =附加顶部集中力：fnfek -1geq =0.038575628.3 =2911.7 knn fek =0.1332911.7=387

26、.3 knfn =2911.7-387.3=2524.4 knfigi h igi h igi h igi h ifek (1 n ) =2911.7 (1-0.133)=2524.4gi h igi h i楼层各质点水平地震作用计算见表2.2表 2.2楼层各质点水平地震作用计算层次hi (m)hi (m)gi (kn )gi h igi h ifi ( kn )vi (kn )fi h igi h i112.83363362090880.136729.4729.3724.07102.830.27481.52259410.146369.6109911.1692.827.47481.520499

27、30.133335.41434.49.18982.824.67481.51840450.119301.11735.57.40772.821.87481.51630970.106266.82002.35.81762.8197481.51421490.092232.62234.84.41952.816.27481.51212000.079198.32433.13.21242.813.47481.51002520.0651642597.12.19832.810.67481.5793040.051129.72726.91.37522.87.87481.5583560.03895.472822.30.7

28、4512.857481.5374080.02461.22883.50.30602.22.27823.5172120.01128.162911.70.0623388974.5169.96将楼层处的集中力按基底弯矩折成倒三角形荷载m 01 qh2 h1 qh 223312q3m 0369.96103h 233 2192.7 kn/mv01 qh1192.733 3180 kn22当考虑连梁约束刚度 c b 影响时，计算结构内力、位移所用的值与计算地震时不同，应考虑连梁塑性调幅， 连梁约束刚度 cb 乘以 0.55 折减系数，重新计算值。塑性调幅后连梁约束刚度为：c b 0.55cb0.550.01

29、925 0.0106c fc b330.08384 0.0106h3.146ei eq10.387倒三角形荷载作用下结构内力计算见表2.3表 2.3倒三角形荷载作用下结构内力计算3.146， m 069.9610 3 knm， v03180kn， q层标高次x(m)xm wm wv1v1_wwvfhm ov0v0vf1133100-0.375-1.190.3751.21030.20.915-0.075-5.25-0.211-0.670.3731.2927.40.83-0.049-3.43-0.072-0.230.3831.2824.60.745-0.047-3.290.0010.0030.44

30、31.4721.80.661-0.039-2.730.0610.1940.5031.66190.576-0.061-4.270.1350.4290.5341.7516.20.491-0.071-4.970.1950.620.5641.8413.40.406-0.08-5.60.2510.7980.5841.9310.60.3210.0211.4690.3481.1070.5491.727.80.2360.0725.0370.4511.4340.4931.6150.1520.1510.490.5581.7740.4191.302.20.0670.26218.330.7532.3950.2430.

31、8v1 w_1wm w,查表得出；vf（12vc fm ov0v0）v0； vfc bc fc b_mvf =0.1868 vf ； vw =v 1w +mc f c b192.7kn / mvfvwm( )0.970.22-0.970.970.22-0.450.990.23-01.150.260.2671.30.30.4931.380.320.7461.460.340.9551.510.351.1451.420.331.4331.280.291.7271.080.252.0230.630.142.539_vf =0.8132 vf；13结构内力汇总见表2.4表 2.4结构总内力计算汇总层次总

32、剪力墙总框架总连梁m w (10 3 kn m)vw (10 3 kn )vf (10 3 kn )m bj (103 kn m)110-0.969740.9697410.47893210-5.247-0.449110.9658560.6212269-3.42804-0.001690.9893860.6363618-3.288120.2665091.1463570.7373227-2.728440.4925361.2997110.8359576-4.267560.7462141.3796270.8873585-4.967160.9551341.4585120.9380964-5.59681.1

33、451581.5105070.97153931.469161.4326541.4192430.91283925.037121.7271121.2752280.820211110.4942.0233621.0836360.696981018.329522.5386240.6272430.360212.1.3水平地震作用下结构侧移计算位移计算见表 2.5表 2.5位移计算层次h ix(m)huu(mm)uu0113310.1510.08450.67231030.20.9151520.149.41220.6723927.40.8303030.138.73990.6723824.60.7454550.

34、128.06761.00845721.80.6606060.1057.059151.008456190.5757580.096.05071.00845516.20.4909090.0755.042251.00845413.40.4060610.064.03381.00845310.60.3212120.0453.025351.0084527.80.2363640.032.01691.00845150.1515150.0151.008450.9412202.20.0666670.0010.067230.06723u 查表得出；u014u 011qh 411192.733310367.23mm120ei eq120 10.3873 107层间最大相对位移u01.0084511，满足要求。hi28002776800max2.1.4水平地震作用下结构内力计算1. 单榀剪力墙内力综合剪力墙的弯矩和剪力按各榀墙的等效抗弯刚度进行分配。墙 1 的分配系数为 0.2680.025810.387墙 2 的分配系数为 5.7870.557110.387墙 3 的分配系数为 1.016