高层钢框架结构课设

1、北京工业本科钢结构课程设计北京工业大学本科钢结构课程设计指导书题目：北京市某高层钢结构公寓楼设计编制：刘学春北京工业大学课程设计（论文）任务书 题目 北京市某高层钢结构公寓楼设计 专业 土木工程 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、设计概况：本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑，建筑面积学生自行确定，共820层，不设地下室，为纯钢框架结构，层高3-4米；室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料，拟建场地为类场地，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。设计使用年限50年。荷载遵照建筑结构荷载规范

2、GB50009-2012执行：基本风压：W0=0.45kN/m2，基本雪压S0=0.4kN/m2。二、设计资料1. 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2. 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3. 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4. 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5. 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6. 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7. 钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程 (JGJ 82-91) 8. 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ 81-2002) 9. 钢结构工

3、程施工质量验收规范 (GB 50205-2001)10. 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11. 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12. 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13. 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14. 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15. 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16. 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17. 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)18. 焊条分类及型号编制方法(GB980-1976) 19. 碳钢焊条(GB511

4、7-85) 20. 低合金钢焊条(GB5118-85)21. 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22. 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23. 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24. 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25. 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26. 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27. 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28. 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29. 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30.

5、 埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31. 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32. 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33. 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34. 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35. 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36. 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37. 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级(GB11545-1996) 38. 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-2

6、006) 39. 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40. 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41. 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)42. 采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等三、基本要求1. 认真贯彻“适用、安全、经济、美观”的设计原则；2. 掌握结构设计的内容、方法和步骤；3. 掌握与本设计有关的设计规范和规定，并能在设计中正确运用；4. 根据建筑要求，合理选择结构方案，包括基础方案与布置；上部主要承重结构方案与布置；楼面结构方案与布置；主要抗震构造规定与布置措施等；5. 熟练掌握结构的计算方法和构造要求；6. 认

7、真编写计算书，认真绘制施工图。四、设计要求和成果结构计算书一份；结构施工图约9张，分别为（1） 首层柱子结构平面布置图（2） 标准层柱子结构平面布置图（3） 首层梁结构平面布置图（4） 标准层梁结构平面布置图（5） 首层楼板结构平面布置图（6） 标准层楼板结构平面布置图（7） 屋面梁结构平面布置图（8） 屋面楼板结构平面布置图（9） 节点详图五、设计过程根据建筑设计（建筑设计由学生自己确定）确定结构体系和结构布置；根据经验初估构件尺寸；首先进行etabs或者pkpm软件的电算计算，确定计算单元计算模型及计算简图；手算风荷载；电算内力和组合；结果输出，模态、应力比、层间位移、构件及节点设计。在完

8、成电算后，满足规范要求的基础上，进行手算。包括：选取钢结构的至少某一梁、柱进行强度、稳定等的手算，并提供手算计算书。进行强柱弱梁、节点域、压型钢板混凝土楼板的手算设计。进行梁柱连接节点的手算设计。完成期限：课程设计1至1.5周指导教师签章： 目 录1.1 概述61.2设计依据61.2.1设计采用的规范、标准61.2.2设计采用的软件71.3.结构方案81.4材料111.4.1 钢材111.4.2 焊条121.4.3 高强螺栓121.5.设计荷载121.6.风荷载计算132.结构内力计算（电算）182.1 结构建模182.2 恒荷载和活荷载计算及输入202.3 风荷载计算及输入222.4 地震作

9、用输入242.5 荷载组合262.6 模态分析282.7 结构位移292.8 应力比322.9 剪重比413.结构构件设计（手算）433.1 柱子计算443.2 梁计算493.3强柱弱梁设计503.4梁柱节点板域的抗剪承载力计算523.5 压型钢板楼盖计算554.梁柱节点设计（手算）571.1 概述 本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑，建筑面积学生自行确定，共410层，不设地下室，为纯钢框架结构，层高3-4米；室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料，拟建场地为类场地，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。4

10、、设计使用年限50年。荷载遵照建筑结构荷载规范 GB50009-2001执行：基本风压：W0=0.45kN/m2，基本雪压S0=0.4kN/m2。1.2设计依据1.2.1设计采用的规范、标准1) 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2) 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3) 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4) 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5) 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6) 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7) 钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程 (JGJ 82-

11、91) 8) 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ 81-2002) 9) 钢结构工程施工质量验收规范 (GB 50205-2001)10) 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11) 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12) 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13) 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14) 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15) 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16) 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17) 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)18

12、) 焊条分类及型号编制方法(GB980-1976) 19) 碳钢焊条(GB5117-85) 20) 低合金钢焊条(GB5118-85)21) 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22) 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23) 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24) 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25) 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26) 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27) 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28) 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29)

13、气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30) 埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31) 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32) 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33) 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34) 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35) 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36) 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37) 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分

14、级(GB11545-1996) 38) 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-2006) 39) 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40) 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41) 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)1.2.2设计采用的软件 本工程采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等1.3.结构方案（a）首层建筑平面布置图（b）二三十层建筑平面布置图图3.3-1 建筑平面布置图 结构方案的选择是一个复杂的过程，既要考虑结构受力体系的经济合理性，又要结合建筑、设备、电器等专业的需要。建筑平面宜简单、规则、有良好的整体性，刚度

15、中心与质量中心重合（接近），不规则的建筑应按照规定采取措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。首先根据建筑的平面，根据结构总高度以及建筑功能要求确定采用何种钢结构体系，本项目建筑功能为公寓开间较小，根据建筑的平面布局，使柱子尽量在墙体的内部或者纵横墙相交处，减小柱子外露对建筑外观的影响，确定主要柱网为3900mmx3900mm，局部抽柱，柱子间距为7800mm。梁高初定300mm，柱子外截面为300，调整柱子壁厚。楼板采用压型钢板楼板，为了节省临时支撑并减小楼板厚度，在间距3900mm的主梁间设置一道次梁，楼板跨度为1950mm。超过50米的钢

16、结构应设置地下室。 其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的1/15；当采用桩基础时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。对于设置地下室的钢结构，框架支撑结构体系中竖向连续布置的支撑或剪力墙应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层。 最终确定结构方案如图3.3-2所示。图3.3-2 结构平面布置图 根据建筑抗震设计规范表8.1.1规定，本项目结构总高度90.6米，设防烈度8度，近似满足，可以采用纯框架结构。根据建筑抗震设计规范8.1.2条的规定，本项目最大高宽比90.6/23.4=3.87<6.0，满足规范要求。另外，本结构方案满足表3.4.3-1和表3.4.3-2 的要

17、求，为竖向规则、平面规则、扭转规则的建筑。 1.4材料1.4.1 钢材 多高层钢结构钢材应遵循下列规定：根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、环境温度以及构件所处部位，选择牌号和材质，并应保证抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格和硫磷含量符合限值 。钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度钢。钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性 ；采用焊接连接的钢结构，当接头的焊接拘束度较大、钢板厚度不小于40mm且承受沿厚度方向的拉力时

18、，钢板厚度方向截面收缩率不应小于国家标准厚度方向性能钢板GB/T5313关于Z15级规定的容许值。 本项目为公寓建筑，钢结构为室内结构，无动荷载；此结构为钢框架结构，梁的刚度对结构体系的侧移和柱的计算长度有较大影响，但是为了实现强柱弱梁，梁的强度又不易过高；柱子承受巨大的竖向荷载和水平荷载产生的弯矩作用，受力较大，较小的轴压比对柱子受力有利。综上，梁采用Q235B钢，柱子采用Q345B钢。楼板为混凝土压型钢板楼板，压型钢板采用热镀锌压型钢板。1.4.2 焊条 Q235B钢与 Q235B钢焊接时，焊条应选用 E43XX型；Q235B钢与 Q345B钢焊接时，焊条应选用 E43XX型；Q345B钢

19、与 Q345B钢焊接时，焊条应选用 E50XX型；焊条应符合国家标准碳钢焊条(GB/T5117-95) 和 低合金钢焊条(GB/T5118-1995) 的要求. 1.4.3 高强螺栓 高强螺栓采用10.9级扭剪型，按照摩擦型进行设计计算。连接接触面的处理采用喷砂，摩擦面抗滑移系数>0.50。1.5.设计荷载1） 楼面恒载 （1）125厚压型钢板 （程序自动考虑）（2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 2.0 kN/m2（4）内墙折合楼面均布荷载 0.15 kN/m2荷载合计 2.65kN/m22） 楼面活荷载公寓 2.0 kN/m2卫生间 2.5 kN/m2厨房 2.5 kN/

20、m23） 钢楼梯间恒载 （1）钢楼梯（上铺50mm混凝土板） 2.0kN/m2 （2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 1.5 kN/m2荷载合计 4.0kN/m24） 楼梯间活荷载 3.5kN/m2 5） 屋面恒载（1）125厚压型钢板 （程序自动考虑）（2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 3.0 kN/m2荷载合计 3.5kN/m26） 屋面活载（上人屋面） 2.0 kN/m2 7） 风荷载基本风压（重现期50年） 0.45 kN/m2体型系数：墙体：迎风面0.8 kN/m2 背封面-0.5 kN/m28） 雪荷载基本雪压 （重现期50年） 0.40 kN/m2 9）

21、 墙体荷载 内墙：轻钢龙骨隔墙0.5 kN/m2 外墙：玻璃幕墙1.0 kN/m21.6.风荷载计算根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）规范，风荷载的计算公式为： （8.1.1-1）体型系数风压高度变化系数风振系数基本风压风荷载标准值 体型系数根据建筑平面形状由建筑结构荷载规范表7.3.1确定。本项目建筑平面为规则的矩形，查表8.3.1项次30，迎风面体型系数0.8（压风指向建筑物内侧），背风面-0.5（吸风指向建筑外侧面），侧风面-0.7（吸风指向建筑外侧面）。 风压高度变化系数根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别，按照规范表8.2.1确定。本工程结构顶端高度为3.0x30

22、+0.6=90.6米，建筑位于北京市郊区房屋较稀疏，由规范8.2.1条地面粗糙度为B类。 由表8.2.1高度90米和100米处的B类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为1.93和2.00。则90.6米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为： 对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 本工程30层钢结构建筑。基本周期估算为s，应考虑脉动风对结构顺风向风振的影响，并由下式计算： （8.4.3）式中：峰值因子，可取2.510m高度名义湍流强度，对应ABC和D类地面粗糙，可分别取0.12、0.14、0.23和

23、0.39；脉动风荷载的共振分量因子脉动风荷载的背景分量因子 脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算： （8.4.4-1） （8.4.4-2）式中：结构第1阶自振频率（Hz）地面粗糙度修正系数，对应A、B、C和D类地面粗糙，可分别取1.28、1.0、0.54和0.26；结构阻尼比，对钢结构可取0.01，对有填充墙的钢结构房屋可取0.02，对钢筋混凝土及砌体结构可取0.05，对其他结构可根据工程经验确定。经过etabs软件分析，结构自振周期，考虑填充墙影响的折减对应的自振频率为脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定： （8.4.5）式中：结构第1阶振型系数结构总高度（m），对应A、B、C和D类

24、地面粗糙度，H的取值分别不能大于300m、350m、450m和550m； 脉动风荷载水平方向相关系数；脉动风荷载竖向方向相关系数；、系数，按表8.4.5-1取值。脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定：（1）竖直方向的相关系数可按下式计算： （8.4.6-1）式中：结构总高度（m）；对应A、B、C和D类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m； （2） 水平方向相关系数可按下式计算： （8.4.6-2）式中：结构迎风面宽度（m），。 振型系数应根据结构动力计算确定，对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑，振型系数可根据相

25、对高度z/H按照规范附录G确定。 本工程风荷载计算不分段，认为风荷载沿竖向倒三角形分布，沿结构竖向只需计算顶点风压，本结构质量刚度沿竖向分布比较均匀，其第一振型的参与对风压脉动的影响起着主要的决定性作用，所以，对顺风向响应仅考虑第1振型的影响。计算顶点的振型系数为z/H=1.0，则迎风面顶层基本风压：背风面顶层基本风压：kN/m2 由此，确定了该结构顶点风荷载标准值为2.204kN/m2，地面风荷载为0，风荷载按照倒三角形分布，可将风荷载简化为集中荷载分布于楼层处，由风荷载的分布形式和大小可以计算得到分布于每个楼层处的风荷载大小。结构顶层风荷载为：同理各层风荷载见表3.6.1表3.6.1 各层

26、风荷载标准值楼层号距离地面高度风荷载 kN楼层号距离地面高度风荷载 kN3090.6154.72 1545.677.87 2987.6149.60 1442.672.75 2884.6144.47 1339.667.63 2781.6139.35 1236.662.50 2678.6134.23 1133.657.38 2575.6129.10 1030.652.26 2472.6123.98 927.647.13 2369.6118.86 824.642.01 2266.6113.74 721.636.89 2163.6108.61 618.631.76 2060.6103.49 515.6

27、26.64 1957.698.37 412.621.52 1854.693.24 39.616.39 1751.688.12 26.611.27 1648.683.00 13.66.15 2.结构内力计算（电算）2.1 结构建模首先定义材料，混凝土楼板采用C30，钢梁采用Q235B，钢柱采用Q345B。材料定义如图5.1-1所示。根据上述结构方案，在etabs软件中建立柱子、梁和压型钢板楼板。初步建立的结构构件尺寸如表5.1-1所示，结构平面及剖面布置如图5.1-2所示。梁柱截面截面定义如图5.1-3所示，压型钢板定义如图5.1-4所示，压型钢板肋顶混凝土厚度最小50mm为规范最低限值。结构模

28、型建立完成后，进行荷载输入。 图5.1-1材料定义表5.1-1 结构构件规格构件编号构件规格尺寸材质GZ1B300x300x30Q345BGZ2B300x300x20Q345BGZ3B300x300x10Q345BGL1H300x250x10X14Q235BGL2H200x200x8X12Q235B压型钢板YXB75-200-600镀锌钢板Q235 图5.1-2结构平面及剖面布置图 图5.1-3梁柱截面定义 图5.1-4压型钢板楼板定义2.2 恒荷载和活荷载计算及输入建筑结构荷载包括楼面恒荷载、楼面活荷载、屋面恒荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载、内墙荷载、外墙荷载等。楼面和屋面恒载包括结构楼板

29、自重和建筑面层做法，由于在计算模型中已建立结构楼板模型，所以只需输入建筑面层做法引起的恒荷载；活荷载根据房间的使用功能输入。首先定义静荷载工况名称，定义静荷载工况包括荷载名称，根据设计者的习惯可以定义任意荷载名称；对每一种荷载名称要指定正确的荷载类型，包括恒载、活荷载、风荷载、内墙折合楼面荷载、雪荷载等常用荷载类型，只有指定了正确的荷载类型，程序才能够自动正确确定荷载的分项系数和荷载组合。自重系数，只有结构模型的自重荷载自重系数为1，其余均为0。静载工况定义如图5.2-1所示。楼面恒荷载为2.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2，屋面恒荷载为3.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2，楼面轻

30、质内墙折合楼面恒荷载为0.15kN/m2。图5.2-1 静载工况定义图5.2-2 楼面恒荷载和活荷载图5.2-3 内墙折合楼面恒荷载图5.2-4 屋面恒荷载和活荷载北京地区基本雪压为0.4kN/m2，小于上人屋面活荷载2.00kN/m2，所以屋面荷载不必考虑雪荷载。2.3 风荷载计算及输入在etabs软件中，风荷载的输入可以采用按照上述方法手算的结果直接输入到楼层上，也可以通过计算机自动计算。采用计算机自动计算需要在定义风荷载工况，如图5.3-1所示自动侧向荷载栏内选择Chinese 2010，然后再如图5.3-2所示修改侧向荷载。可以采用两种方法自动输入风荷载，一种是风力作用面来自隔板范围，

31、一种是风力作用面来自面对象。当选择风力作用面来自隔板范围时，必须在楼层处建立刚性隔板，而一旦建立刚性隔板即假定楼板平面内刚度无穷大，按照此假定计算楼层内的梁应力很小，这与梁实际受力不符，所以此法一般不采用。当选择风力作用面来自面对象，需要在建筑物与风作用的外表面建立虚面（即截面属性为none的面），并在虚面上指定风荷载体型系数。同时，按照图5.3-2所示，输入基本风压、地面粗糙度、振型系数来源、结构自振周期、结构阻尼比。对于高层建筑，风荷载往往为控制荷载，另外由于软件内因和操作失误等原因，软件自动计算的风荷载有时与规范方法计算结果不一致，建议采用软件计算时也需要按照规范方法手动计算风荷载，并与

32、软件计算进行对比分析。按照规范方法计算30层迎风虚面上的风荷载为：按照规范方法计算30层背风虚面上的风荷载为：而软件自动计算30层迎风虚面上的风荷载为：81.96；30层背风虚面上的风荷载为：51.22，软件计算明显小于规范算法。如图5.3-4所示，其它各层均不相同。软件计算风荷载分布形式为倒梯形分布，手算为倒三角形分布。这是因为软件按照规范分别计算每层的风荷载，地面风荷载大于零，而手算认为地面风荷载为零。软件计算的风荷载顶部小于规范手算，底部大于规范手算。掌握软件计算的方法对设计者评价软件的计算结果非常重要，在使用任何一种软件计算前都应该与手算结果进行对比，以了解软件的计算过程和方法，为评判

33、软件的计算结果做好准备。本工程中迎风面手算风荷载总值为1438kN，软件计算风荷载总值为1656kN，二者相差15%；背风面手算风荷载总值为900kN，软件计算风荷载总值为1035kN，二者相差15%。图5.3-1 风荷载工况定义图5.3-2风荷载定义 图5.3-3指定风荷载体型系数（a）迎风面风荷载 （b）背风面风荷载图5.3-4风荷载比较分析（a）迎风面风荷载 （b）背风面风荷载图5.3-5风荷载输入显示在etabs软件中，风荷载输入的符号与虚面的局部坐标轴方向密切相关，输入完成后需如图5.3-5所示，要通过显示面的风荷载以检验所输入风荷载体型系数正负号的正确性。2.4 地震作用输入地震作

34、用是结构上的具有质量的物体在地震波作用下产生加速度，从而引起对结构的力的作用。所以输入地震作用时，首先要确定参与地震的质量，恒载和结构自重在结构的整个服役期是相对很稳定的质量，在地震时一般都存在于结构中，要100%考虑；而活荷载在地震时满载的概率不高，根据规范规定只考虑50%，根据建筑抗震设计规范第5.1.3条确定荷载的组合系数，如图5.4-1所示定义地震作用的质量源。 图5.4-1地震作用质量源 图5.4-2反应谱函数根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）定义反应谱，由规范表5.1.4-1，水平地震影响系数最大值为0.16，由表5.1.4-2特征周期为0.35s，由规范8.2.2条

35、，建筑高度大于50m且小于200时，阻尼比取0.03。由于本工程为纯框架结构，结构计算建模只建柱子、梁、板，没有建轻质隔墙，但是隔墙有一定的刚度，必须考虑其对体系的自振周期的影响，根据隔墙的多少根据经验取自振周折减系数为0.8。根据建筑抗震设计规范一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；本工程平面规则、竖向规则、无楼板开大洞等楼板不连续性、无斜交抗侧力构件，

36、可以只考虑单方向的水平地震作用，但是为安全考虑，考虑双方向的地震输入，X、Y方向分别按照1:0.85和0.85:1输入地震反应谱，不考虑斜角度输入。振型组合采用CQC，方向组合采用SRSS，符合建筑抗震规范规定。 （a）X、Y方向1:0.85 （b）X、Y方向0.85:1图5.4-3反应谱工况地震分析采用振型分解反应谱法，结构基本周期较长时，结构的高阶振型地震作用影响将不能忽略。振型个数不超过层数的3倍，一般取楼层数至楼层数的3倍之间，对于计算机分析多取一些振型不会增加多少计算时间，但是能够提高计算精度，振型数目尽量多取。提取振型的方法可以采用特征值向量或者Ritz向量，Ritz向量法可以节约

37、计算时间，但是需要制定引起震动的荷载。一般当计算振型数较多，如达到几百甚至几万时，可以考虑采用Ritz法。本工程采用特征值向量法，计算30个振型，质量参与系数达到90%以上可以满足规范要求。图5.4-3振型设置2.5 荷载组合建筑承受的荷载包括恒荷载（保留结构自重、建筑自重、轻质墙体等）、楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用，规范给定的这些荷载为标准值，其具有不确定性，为了考虑荷载随机分布的不利影响，对其乘以大于1的分项系数；在这些荷载同时作用时，其不会同时取得最大值，所以在同时考虑这些荷载时对其要乘以组合系数。以下是etabs软件考虑的荷载组合。在分析前我们可以根据设计者的经验对

38、任意组合进行调整，或者添加删减组合。1) 1.2 D+1.4L2) 1.35D+1.4*0.7L3) D+L+1.4前风 4) D+L+1.4后风 5) D+L+1.4左风 6) D+L+1.4右风 7) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6前风 8) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6后风 9) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6左风 10) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6右风 11) D+1.4L+1.4*0.6前风 12) D+1.4L+1.4*0.6后风 13) D+1.4L+1.4*0.6左风 14) D+1.4L+1.4*0.6右风 15) 1.2 D+1.4*0.7L+

39、1.4前风 16) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4后风 17) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4左风 18) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4右风 19) D+1.4*0.7L+1.4前风 20) D+1.4*0.7L+1.4后风 21) D+1.4*0.7L+1.4左风 22) D+1.4*0.7L+1.4右风 23) D+1.4前风 24) D+1.4后风 25) D+1.4左风 26) D+1.4右风 27) 1.2D+1.4前风 28) 1.2D+1.4后风 29) 1.2D+1.4左风 30) 1.2 D+1.4右风 31) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY

40、32) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX33) （ D+0.5L）+1.3SPECXY34) （ D+0.5L）+1.3SPECYX35) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前风 36) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后风 37) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左风 38) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右风 39) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前风 40) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后风 41) 1.

41、2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左风 42) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右风 43) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前风 44) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后风 45) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左风 46) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右风 47) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前风 48) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后风 49) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*

42、0.2左风 50) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右风 在完成结构建模、荷载输入、地震作用输入、荷载组合设置后就可以进行计算分析。计算分析的速度很快，本工程的分析只需2分钟即可完成。分析完成后，首先应该定性地判断分析结果的正确性。首先查看振型，检查结构自振周期是否在合理的范围内（0.10.15n），如果相差很远，往往是模型的建立有问题，如节点没有连接、结构有大的弱悬挑、楼板没有和梁连接、多余的悬空构件、缺少或者有多余约束等。etabs可以采用动画的形式显示振型图，查看振型有没有局部的震动、振型是否常规；如果自振周期与合理范围相差不多，往往是构件的尺度不太合理，截面太大或

43、者太小；一般第一、二振型为平动振型，第三振型为伴有扭转的振型，规范要求扭转振型与第一平动振型的周期比小于0.9。如果周期比大于0.9或者第一、二振型就有扭转说明结构方案不合理或者构件尺度不合理即扭转刚度弱，可以调整结构方案或者调整梁柱截面尺寸以增大结构扭转刚度。如果振型合理，可以定性的认为分析结构正确，需要逐步验算结构层层间位移、减重比、构件应力比、构件长细比等参数是否符合规范。2.6 模态分析模态分析采用特征向量分析方法，计算了30阶模态，模态质量参与系数达到90%以上，满足规范要求。模态如图5.6所示。表5.6自振频率(未考虑楼梯）ModePeriodUX质量参与系数UY质量参与系数Sum

44、UXSumUYRZ质量参与系数SumRZ14.6703 0.00 75.72 0.00 75.72 0.00 0.00 24.6122 75.75 0.00 75.75 75.72 0.01 0.01 33.9547 0.00 0.00 75.75 75.72 77.24 77.24 41.6574 0.00 11.68 75.75 87.40 0.00 77.24 51.6390 11.66 0.00 87.41 87.40 0.00 77.24 61.4312 0.00 0.00 87.41 87.40 10.48 87.72 70.9625 0.00 4.25 87.41 91.65 0

45、.00 87.72 80.9526 4.25 0.00 91.66 91.65 0.00 87.72 90.8521 0.00 0.00 91.66 91.65 4.15 91.88 100.6652 0.00 1.72 91.66 93.36 0.00 91.88 110.6587 1.72 0.00 93.38 93.36 0.00 91.88 120.5908 0.00 0.00 93.38 93.36 1.69 93.57 130.5165 0.00 1.24 93.38 94.60 0.00 93.57 140.5116 1.24 0.00 94.61 94.60 0.00 93.5

46、7 150.4604 0.00 0.00 94.61 94.60 1.23 94.79 160.4134 0.00 0.91 94.61 95.51 0.00 94.79 170.4096 0.91 0.00 95.52 95.51 0.00 94.79 180.3692 0.00 0.00 95.52 95.51 0.90 95.70 190.3438 0.00 0.54 95.52 96.04 0.00 95.70 200.3409 0.53 0.00 96.06 96.04 0.00 95.70 210.3081 0.00 0.00 96.06 96.04 0.53 96.22 220.

47、2923 0.00 0.48 96.06 96.53 0.00 96.22 230.2899 0.48 0.00 96.54 96.53 0.00 96.22 240.2625 0.00 0.00 96.54 96.53 0.48 96.70 250.2514 0.00 0.39 96.54 96.92 0.00 96.70 260.2495 0.39 0.00 96.93 96.92 0.00 96.70 270.2263 0.00 0.00 96.93 96.92 0.39 97.09 280.2215 0.00 0.29 96.93 97.21 0.00 97.09 290.2200 0

48、.29 0.00 97.22 97.21 0.00 97.09 300.1999 0.00 0.00 97.22 97.21 0.28 97.38 (a) 第一阶模态(T1=4.67s) (b) 第二阶模态(T2=4.61s) (c)第三阶模态(T3=3.95s) (d) 第四阶模态(T4=1.66s)图5.6自振模态由图5.6可见，结构第一、二阶模态为水平震动，周期T1=4.67s，T2=4.61s；第三阶为带有扭转的振动模态，周期T3=3.95s；扭转与平动周期比为0.85<0.90，满足规范要求。2.7 结构位移首先检查恒荷载和活荷载作用下梁的容许挠度是否符合钢结构设计规范附录A的

49、要求。挠度要求包括两项，一恒荷载和活荷载标准组合产生的挠度，如主梁挠度小于跨度的1/400，此项如果不满足可以对梁预起拱，梁实际挠度扣除预起拱值后满足本表；二活荷载的标准值的挠度，如主梁挠度小于跨度的1/500，此项要求必须满足，不能够通过预起拱措施解决，如果不满足只能加大梁的截面或者采用预应力技术等。 然后检查风荷载作用下结构的侧移限值，其应满足钢结构设计规范附录A的要求，结构顶位移小于结构总高度的1/500，层间位移小于层高的1/400。如图5.7-1楼层最大位移图可见，该结构侧向位移为剪切型变形，符合框架结构变形特点，定点最大位移X向、Y向分别为223毫米、228毫米，223/90000

50、=1/404>1/500，228/90000=1/395>1/500，均不符合规范要求。另外，从图5.7-2最大楼层位移角可见，从第2层至第17层最大楼层位移角均超过规范要求。综上可见，该结构抗侧刚度不足，需要调整构件截面。 （a）X向楼层最大位移 （b）Y向楼层最大位移图5.7-1风荷载标准值下楼层最大位移（a）X向最大楼层位移角 （b）Y向最大楼层位移角图5.7-2风荷载标准值下最大楼层位移角那么应该调整哪类构件的截面面积呢？经过反复调整分析，发现增大梁截面惯性矩比增大柱子惯性矩有效，但是不能盲目无限制地增大梁截面，会导致不满足规范“强柱弱梁”的要求。如果盲目增大柱子截面，一方面建筑平面利用率下降，另一方面柱子计算长度会变大，柱子可能无法通过强度校核即越增大柱子截面柱子应力比越大。所以，要在保证强柱弱梁的基础上增大梁的截面，二者刚度要协调。但是目前还没有二者刚度、面积的最优化方法