15层框架剪力墙住宅楼计算书

第二部分结构设计说明一、结构设计技术条件（一）工程概况项目名称：西安盛世华城住宅楼建设地点：西安市团结路高科花园小区西南角建筑面积：平面尺寸；总建筑面积；标准层；建筑高度：总高度；最高部高度；层高：标准层层高；底层层高；顶层层高3.0m；层数：地下1层，地上15层。（二）设计依据1．国家标准（1）国家标准.建筑结构荷载规范GB50009－2001（2006年版）（2）国家标准.建筑抗震设计规范GB50011－2001（2008年版）（3）国家标准.建筑工程抗震设防分类标准GB50223－2008（4）国家标准.混凝土结构设计规范GB50010－2002（5）国家行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3－2002、J186－2002（6）国家建筑标准设计图集.建筑物抗震构造详图03G329－1（7）国家行业标准.建筑桩基技术规范JGJ94－2008（8）国家标准.建筑地基基础设计规范GB50007－2002（9）国家标准.建筑地基处理技术规范JGJ79－2002J220－2002（10）国家标准.湿陷性黄土地区建筑规范GBJ25—2004（11）国家标准.高层建筑箱形与筏形基础设计规范JGJ6－992．地质勘察报告1.冬季采暖室外空气计算温度-5℃，夏季通风室外空气计算温度30℃。2.冬季采暖室内空气计算温度18℃。3.全年主导风向东北，冬季平均风速1.9m/sec，夏季平均风速2.2m/sec，基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。4．年平均降水量634mm，日最大降水量92mm，1小时最大降水量56mm。5．常年地下水位低于-12m，水质对混凝土无侵蚀作用。6．基本雪压=0.25kN/m2，土壤最大冻结深度0.6m。7．修正后的地基承载力特征值=195kN/m2.8．抗震设防烈度为8，地震设计分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。9．场地平整，水电可以就近接通，主要建筑材料供应充足。10．雨季为9、10两个月。3．结构设计参数技术指标技术条件取值依据结构类型剪力墙结构《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002建筑结构安全等级二级《混凝土结构设计规范》GB50010-2002设计使用年限50年《住宅建筑规范》GB50368-2005抗震设防烈度8度《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）建筑抗震设防类别丙类《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）设计基本地震加速度0.2g《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）设计地震分组第一组《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）场地类别Ⅱ类《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）房屋抗震等级一级《高层建筑混凝土结构技术规范》JGJ3-2002湿陷性黄土地基的湿陷类型自重湿陷性黄土《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004湿陷等级Ⅰ～Ⅱ级《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004建筑物分类民用高层住宅楼《民用建筑设计通则》GB50352-2005地基处理方式CFG桩复合地基《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004地基基础设计等级乙级《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002混凝土环境类别0.000以上一类《混凝土结构构造手册》第三版0.000以下Ⅱb4．抗震设计参数地震影响水平地震影响系数最大值特征周期取值依据多遇地震0.160.35s《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）罕遇地震0.90（三）荷载取值1．风荷载、雪荷载荷载类型取值（kN/m2）取值依据基本风压0.35《建筑结构荷载规范》GB5009-2001（2006年版）基本雪压0.252．楼面、屋面活荷载标准值荷载类型取值（kN/m2）取值依据房间2.0《建筑结构荷载规范》GB5009-2001（2006年版）卫生间2.0走廊、门厅、楼梯2.0挑出阳台2.5屋面上人2.0《建筑结构荷载规范》GB5009-2001（2006年版）不上人0.53．电梯及机房设备重力荷载标准值：200kN（估算）4．结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载组合值系数等系数取值非抗震设计极限状态系数名称系数取值取值依据承载能力极限状态结构重要性系数1.0《建筑结构可靠度设计统一标准》永久荷载分项系数当其效应对结构不利时由可变荷载效应控制的组合1.2《建筑结构荷载规范》GB5009-2001（2006年版）由可变荷载效应控制的组合1.35当其效应对结构有利时1.0可变荷载分项系数当其效应对结构不利时＝1.4当其效应对结构有利时＝1.3正常使用极限状态楼面活荷载组合值系数＝0.7《建筑结构荷载规范》GB5009-2001（2006年版）屋面活荷载组合值系数＝0.7风荷载组合值系数＝0.6抗震设计系数名称系数取值取值依据承载力抗震调整系数0.85《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）重力荷载代表值分项系数＝1.2《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）水平地震作用分项系数＝1.3竖向地震作用分项系数＝0.5风荷载分项系数＝1.4风荷载组合值系数＝0.0（四）结构总体布置1．平面、立面设计平面设计首先考虑防火间距的要求，其次应满足住宅的基本功能要求，合理设计使室内采光充分、通风良好。立面设计采用现代风格，清新明朗，充满温馨安逸之感。2．剪力墙布置平面简单、规则、对称，无局部的不规则凸出或内凹；侧向刚度沿竖向变化均匀，无刚度突变；剪力墙沿竖向连续布置。3．后浇带设置本设计房屋为点式住宅楼，故不需设置后浇带。（五）主要承重构件、墙体的选择及截面尺寸1．楼盖、屋盖楼盖和屋盖均为现浇钢筋混凝土结构，板厚120mm。2．剪力墙承重墙厚200mm。3．墙体 电梯间墙—200厚剪力墙 楼梯间墙—200厚剪力墙 围护墙—190厚轻质空心砖 隔墙—120厚轻质空心砖 女儿墙—190mm钢筋混凝土 地下部分墙体—外墙250厚，内墙200厚剪力墙（六）基础1．基础形式——筏形基础2．基础埋深——3.8m3．地基处理方式——复合地基（CFG桩）（七）材料混凝土强度等级梁、板1～15层：C30剪力墙1～15层：C30基础C40钢筋受力钢筋箍筋或构造钢筋板HRB400HPB300梁HRB400HPB300剪力墙HRB400HPB300基础HRB335HPB300（八）结构计算原则和方法1．手算：采用简化方法计算结构内力和位移，即沿结构纵横两主轴方向，按平面抗侧力结构计算结构的内力和位移。2．电算：(1)软件名称：PKPM(2)版本：2010单机版(3)编制单位：中国建筑科学研究院ＰＫＰＭＣＡＤ工程部.二、结构布置2.1结构类型选择用于高层结构的主要结构类型有钢结构、钢筋混凝土结构和组合结构。钢结构强度高，韧性好，易于加工，同时具有构件断面小，自重轻，抗震性能好等优点。钢结构构件可在工厂加工，缩短现场施工工期。但是高层钢结构用钢量大，易发生结构失稳破坏；现场安装要求高；耐火性能和乃腐蚀性能较差。钢筋混凝土结构构件断面大，占据室内使用空间，减少了房屋的实际使用面积，并且自重大。但钢筋混凝土结构造价低，且材料来源丰富，并可根据不同的受力特点，浇注出各种形状的断面，节省钢材，承载力高，合理设计也可获得较好的抗震效果。综合考虑，本工程选用钢筋混凝土结构。2.2结构体系的选择高层建筑常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等。（1）框架结构体系：优点是建筑平面布置灵活，能获得较大空间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定的高度范围内造价较低。缺点是侧移刚度较小，在地震作用下非结构构件（如填充墙、建筑装饰等）破坏较严重。（2）剪力墙结构体系：优点是侧移刚度大，结构的水平位移小。缺点是结构自重大，建筑平面布置局限性大，较难获得较大的建筑空间。因此使用于高层住宅、宾馆等建筑。（3）框架-剪力墙结构体系：适用于建筑物需要有较大空间且其高度超过了框架结构的合理高度时。常用于建造办公楼、教学楼等需要较大空间的房屋，亦可用于建造住宅、宾馆等建筑。（4）筒体结构体系：能提供很大的建筑空间和建筑高度，建筑物内部空间的划分可以灵活多变，因此广泛用于多功能、多用途的超高层的建筑中。综上所述，考虑到本设计为小高层住宅楼，对平面布置的灵活性和立面开窗洞的要求不高，但要求抗震性能好，结构的侧移刚度大，因此选用剪力墙结构体系。2.3结构布置该剪力墙结构平面简单、规则、对称，凸出、凹进尺寸符合规范要求；结构侧向刚度沿竖向变化均匀，无刚度突变；结构高宽比为H/B=45/30=1.5﹤5；由剪力墙平面布置图2.1可知，每个独立墙段的高宽比均大于2.0，墙肢长度不大于8m。剪力墙门窗洞口上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。选用现浇楼板，除地下室箱形基础的顶板外，各层楼板厚度均为120mm。基础拟选用整体性较好的箱形基础。由于箱形基础的层刚度比上部结构的层刚度大很多，故上部结构的嵌固部位可取至箱形基础的顶板处。2.4材料选用及剪力墙的截面尺寸的确定（1）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（以下简称《高层规程》）规定，剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20，高层建筑基础的混凝土强度等级不宜低于C30。在设计中，一般采用强度较高的混凝土以减少钢筋的用量，并且可以获得良好的抗腐蚀性和密实性效果。因此，本设计中，箱形基础混凝土等级采用C40；剪力墙结构混凝土等级：整个结构均采用C30混凝土（2）根据《高层规程》规定，一般楼层现浇厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不应小于120mm；作为上部结构的嵌固部位的地下室楼板顶盖采用梁板结构楼板时厚度不宜小于200mm。考虑到使用要求以及防火要求、施工方便等因素，本设计中，地下室顶板厚度采用200mm，底板厚度采用600mm；楼面、卫生间及厨房楼板厚度采用120mm，屋面板厚度采用120mm。（3）根据《高层规程》规定，剪力墙截面尺寸应符合下列要求：按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高的1/16或剪力墙无肢长度的1/16，且不应小于200mm，其他部位不应小于层高的1/20或剪力墙无肢长度的1/20，且不应小于160mm。抗震设计的剪力墙结构底部加强部位的高度取墙肢的1/8和底部两层两者的较大值，且不应大于15m。实际工程中一般取的高度都会比规范要求的高度大，以便形成一个过渡层，避免在刚度变化的楼层产生折断。故本设计剪力墙结构底部加强部位的高度取四层层高12.0m，剪力墙厚度取200mm。为方便施工和计算，剪力墙墙厚沿高度方向不变。（4）根据《高层规程》规定，高层建筑剪力墙中竖向和水平分布钢筋不应采用单排布置。当剪力墙厚度不大于400mm时，可以采用双排布置。考虑到本设计中的条件，剪力一般采用双排配筋，必要时采用多排钢筋。图2.1标准层剪力墙布置图三、剪力墙的类型判别及刚度计算根据抗震设计的一般原则，对结构的两个主轴方向均应进行抗震计算。由于横向抗侧移刚度小，因此本设计中主要对横向进行抗震计算，且假定结构无扭转。另外根据《高层规程》，在计算剪力墙结构的内力和位移时，可以考虑纵横墙的共同工作。为此本设计中在计算横向剪力墙时考虑了纵向墙的翼缘效应。3.1剪力墙的类型判别由剪力墙结构平面布置图2.1可得各片剪力墙的平面尺寸如图3.1所示；图中列出了所有横向墙，XSW-1,XSW-2,,XSW-3,XSW-4,XSW-5,XSW-6,XSW-7,XSW-8,XSW-9,XSW-10,XSW-11,XSW-12,共12片剪力墙，其中XSW-3,7,8,9,10为整截面墙。本列外墙门窗洞口的高度均为2400mm（其中窗台高度为500mm，窗台由空心砖砌筑填充），则外墙门窗洞口处的连梁高度均为600mm；内墙门洞口的高度为2100mm，且内墙门洞口处的连梁高度亦取为600mm，连梁与门洞口之间部分由门过梁和空心砌块填充。X方向各片剪力墙截面尺寸由此可以计算得到外墙和内墙连梁的截面面积和惯性矩分别为：各片剪力墙的截面特性列于表3.1。各片剪力墙连梁的折算惯性矩分别见表3.2，其中连梁的计算跨度及折算惯性矩分别按式（3.4）和（3.3）计算，截面剪应力不均匀系数µ=1.2。根据表3.1和3.2的计算结果，由式（3.1）和（3.2）可求得各片剪力墙的的整体工作系数（见表3.3），再根据及墙肢惯性矩比/I与的（根据建筑层数n及查表确定）关系，可进行剪力墙类型的判别，计算结果见表3.3。剪力墙整体工作系数为： （3.1）式中：为轴向变形系数，当为3~4肢时取0.8，5~7肢式取0.85；I为剪力墙对组合截面形心的惯性矩；为第j列洞口两侧墙肢轴线距离；为扣除墙肢惯性矩后剪力墙的惯性矩，按式计算： （3.2）式中：为第j墙肢的截面惯性矩；为第j列连梁的折算惯性矩，按式（3.3）计算： （3.3）、为第j列连梁的截面面积和惯性矩；为第j列连梁计算跨度，按式（3.4）计算： （3.4）3.1各片剪力墙截面特征墙号各墙肢截面面积Aj/m2各墙肢截面惯性矩Ij/m4形心轴yj/m组合截面惯性矩I/m4A1A2A3A4I1I2I3I4XSW-11.0150.4450.511.8580.03960.02194.616622.83981.971.9195XSW-20.510.4451.140.021920.03962.67785.26726.57312.092.73931XSW-30.880.65241.83180.65240.880.6524XSW-40.830.370.51610.10552.01733.22891.20.6216XSW-50.41.090.133330.80263.65184.78111.490.93593XSW-60.8250.590.830.011350.02540.01142.056.71372.240.04805XSW-71.564.36232.33654.36231.564.3623XSW-82.386810.11473.337810.11472.386810.1147XSW-90.930.91151.54360.91150.930.9115XSW-100.930.9111.5440.9110.930.911XSW-110.5450.490.550.147560.03660.14763.3259.30891.580.33174XSW-121.1410.4552.35390.03673.03069.88431.5962.39063.2各片剪力墙连梁折算惯性矩墙号洞口lbj0/mhbj/mlbj/mAbj/m2Ibj0/m4Ibi/m4aj/mIbjaj2/lbj3∑Ibjaj2/lbj3XSW-110.90.61.20.120.00360.00205713.98480.0189031320.02112822.40.62.70.120.00360.00313553.73760.002225353XSW-212.40.62.70.120.00360.00313553.73760.0022253530.02416820.90.61.20.120.00360.00205714.29320.021942341XSW-410.80.61.10.120.00360.00190223.19190.0145603860.0145620.60.30.120.00360.00027690XSW-510.80.61.10.120.00360.00190223.6250.0187797740.0187820.60.30.120.00360.00027690XSW-610.90.61.20.120.00360.00205712.00990.0048091640.00961820.90.61.20.120.00360.00205712.00990.004809164XSW-1111.10.61.40.120.00360.00232112.86980.0069663320.01393321.10.61.40.120.00360.00232112.86980.006966332XSW-1211.370.61.670.120.00360.00259514.79970.0128359110.01283620.60.30.120.00360.00027690

3.3各片剪力墙类型判别墙号∑Ij/m4I/m4In/m4∑Ibjaj2/lbj3IbjlbjXSW-11.919522.839820.92030.02113XSW-22.7393126.573123.833790.0241677XSW-40.62163.22892.60730.014560.00191.1XSW-50.935934.78113.845170.018780.00191.1XSW-60.048056.71376.665650.009618XSW-110.331149.30898.977760.013933XSW-122.39069.88437.49370.0128360.00261.67τα双肢α多肢In/I类型a0ζ0.810.5570.91596整体小开口0.990750.89.45140.89691联肢墙15.3280.80749整体小开口3.19190.952814.2150.80424整体小开口3.6250.96560.845.0190.99284壁式框架0.820.640.96443壁式框架0.933657.57390.75814联肢墙4.79973.2剪力墙刚度计算（1）各片剪力墙刚度计算①XSW-3、XSW-7、XSW-8、XSW-9、XSW-10（整截面墙）当剪力墙高宽比（）小于或等于4时，应考虑剪切变形影响。在均布荷载、倒三角形分布荷载和顶点集中荷载作用下，为简化计算，整截面墙的等效刚度可近似按式（3.5）计算： （3.5）式中H为剪力墙总高度，为截面剪应力分布不均匀系数，矩形截面。本结构1至15层均采用C30混凝土，弹性模量由此可以计算出各整截面墙的等效刚度见（表3.4）：3.4整截面墙等效刚度墙号H/mb/mAw/m2Iw/m4μEc/(*10E7kN/m2)EcIeq/*10E7kN/m2XSW-3450.20.880.652441.76931.945977XSW-7450.21.564.362321.778312.80402XSW-8450.22.386810.11471.8154329.34087XSW-9450.20.930.91151.883532.712247XSW-10450.21.0851.60921.834.770992②XSW-2、XSW-12（双肢墙或联肢墙）由于水平地震作用近似于倒三角形分布，故可按式（3.6）中倒三角分布荷载的算式计算联肢墙的等效刚度，计算结果见（表3.5）。表中，为由式（3.11）求得各列连梁的刚度系数之和，为由式（3.10）求得连梁与墙肢的刚度比，为由式（3.9）求得的墙肢轴向变形影响系数，系数由式（3.7）计算，为按式（3.8）计算的墙肢剪切变形影响系数；取值仍同前。 （3.6）其中：（3.7）为墙肢剪切变形影响系数： （3.8）为轴向变形影响系数： （3.9）为不考虑墙肢轴向变形时剪力墙的整体工作系数： （3.10）为第j列连梁的刚度系数： （3.11）表3.5双肢墙（联肢墙）的等效刚度墙号∑Dj=2∑(Ibiaj2/lbj3)∑Ij/m4α12αα2τXSW-20.048342.7393171.46959.451489.3290.80007XSW-120.0256722.390643.49187.57457.36550.75815ψa均布荷载ψa倒三角形ψa顶点集中∑Aj/m2γ20.0363050.0343910.030032.090.00190.0537440.051270.0453921.5960.0022EcIeq/*10^7kN.m2均布EcIeq/*10^7kN.m3倒三角EcIeq/*10^7kN.m4顶点集中H/mh/m∑(Ibiaj2/lbj3)34.7124135.0425235.764144530.0241724.605724.8336125.349454530.01284③XSW-1、XSW-4、XSW-5(整体小开口墙)（3.12）由式（3.12）计算出整体小开口墙的等效刚度，式中的取值与正截面墙相同，各整体小开口墙的等效刚度计算结果见表3.6。表3.6整体小开口墙等效刚度墙号H/mA/m2I/m4μEc/(*10^7kN/m2)EcIeq/(*10^7kN/m2)XSW-1451.9722.83981.2351.62345XSW-4451.23.22891.237.639725XSW-5451.494.7811.2311.28134eq\o\ac(○,4)XSW-6、XSW-11（壁式框架）壁式框架梁柱轴线由剪力墙连梁和墙肢的形心轴确定，壁梁和壁柱的刚域长度按式（3.13）。图3.2所示为壁式框架的计算简图和刚域长度。 （3.13）下列计算中，为考虑杆件剪切变形影响的系数，当取G=0.4E时，可按式（3.14）计算： （3.14）式中：A、分别为杆件中段的截面面积和惯性矩；为简化计算，可将带刚域杆件用一个具有相同长度的等截面受弯构件代替，使两者具有相同的转动刚度，可求得带刚域杆件的等效刚度： （3.15）式中：为杆件中段的长度；为考虑剪切变形的刚度折减系数，按式（3.16）计算： （3.16）将带刚域杆件转换为具有等效刚度的等截面杆件后，可按D值法计算带刚域柱的侧移刚度： （3.17）式中：为考虑刚域和剪切变形影响后的柱线刚度，；EI为带刚域柱的等效刚度，按式（3.15）计算；h为层高；为柱侧移刚度修正系数，由梁柱刚度比按式（3.18）计算： （3.18）计算时梁柱均取等效刚度。为梁柱线刚度比，按式（3.19）确定： （3.19）为不考虑刚域及剪切变形影响时柱的线刚度，按式（3.20）计算： （3.20）为壁梁的线刚度：；表3.7XSW-6XSW-11壁梁等效刚度计算墙号梁号A=bb*hb/m*mI0/m4l0/ml/mbb/mhb/mhb/l0XSW-6左梁0.120.00361.22.00990.20.60.5右梁0.120.00361.22.00990.20.60.5XSW-11左梁0.120.00361.42.86980.20.60.4286右梁0.120.00361.42.86980.20.60.4286ηvEcI/*10^4kN.m2Kb/*10^4kN.mβμEc/*10^7kN/m2线刚度Kj0.571428.99814.42750.751.2314.42750.571428.99814.42750.751.2314.42750.644759.97620.8990.5511.2320.8990.644759.97620.8990.5511.2320.899表3.8XSW-6XSW-11壁柱等效刚度计算墙号柱号bc*hc/m*mbc/mhc/mA/m2I0/m4h0/mXSW-6左柱0.20.6750.1350.005132.6875中柱0.21.150.230.025352.975右柱0.20.6750.1350.005132.6875XSW-11左柱0.21.6750.3350.078323.1875中柱0.21.30.260.036623.05右柱0.21.6750.3350.078323.1875h/mhc/h0ηvβμEcI/*10^4kN.m2Kc/*10^4kN.mEc/*10^7kN/m230.251160.84090.18921.217.9865.9952330.386550.69050.44831.253.84117.947330.251160.84090.18921.217.9865.9952330.525490.54690.82841.2107.1435.713330.426230.64720.5451.267.6622.553330.525490.54690.82841.2107.1435.7133表3.9XSW-6XSW-11壁柱侧移刚度及壁式框架剪切刚度墙号柱号h/mKc/*10^4kN.mK~一般层K~底层αc一般层XSW-6左柱35.9952311.2711451.2711450.388593中柱317.947110.5691321.1382640.221527右柱35.9952311.2711451.2711450.388593XSW-11左柱335.713340.1416310.1416310.066132中柱322.553320.5706991.1413980.222002右柱335.713340.1416310.1416310.066132αc底层D一般层/(*10^4kN/m)D底层(*10^4kN/m)Cf一般/*10^4kNCf底层/*10^4kNicEc0.5414453.1062764.32811734.5407363.444340.0113530.5220295.30102612.491880.0253530.5414453.1062764.3281170.0113530.2995993.14906414.2662438.92187132.73440.1475630.5225066.67582815.712310.0366230.2995993.14906414.266240.147563Ic0K1K2K3K40.011351E-0714.42751E-0714.42750.0253514.427514.427514.427514.42750.0113514.42750.00000114.42750.0000010.147561E-0720.8990.00000120.8990.0366220.89920.89920.89920.8990.1475620.8990.00000120.8991E-083.3总框架、总剪力墙刚度及结构刚度特征值总壁式框架各层的剪切刚度由各榀壁式框架的叠加而得，如表3.10所示。表3.10壁式框架总剪切刚度楼层层数层高h/mCfi/*10^4kN总壁式框架各层剪切刚度/*10^4kN总剪切刚度Cf/*10^4kN墙号XSW-6XSW-11片数21一般层143每层剪切刚度34.540738.9219108.00333118.111底层1363.444132.734259.622400000总剪力墙刚度取各片剪力墙的等效刚度之和，计算结果如（表3.11）。表3.11结构刚度特征值总剪力墙刚度壁式框架总剪切刚度Cf/*10^4kN总高度H/m墙号墙体类型数量EcIeq/*10^7kN.m2∑EcIeq/*10^7kN.m2XSW-3整截面墙41.945977343.047846118.111345XSW-7212.80402XSW-8229.34087XSW-922.712247XSW-1024.770992XSW-1整体小开口墙251.62345XSW-427.639725XSW-5211.28134XSW-2联肢墙235.04252XSW-12124.83361结构刚度特征值λ0.834989262四、重力荷载计算重力荷载计算1.屋面荷载项目厚度/m数量容重/kN/m3荷载kN/m2屋面恒载30厚细石混凝土保护层0.031200.6三毡四油防水层0.420厚水泥砂浆找平层0.021200.4240厚膨胀珍珠岩板0.24130.7220厚水泥砂浆找平层0.021200.4120厚钢筋混凝土板0.12125310厚水泥石灰膏砂浆打底0.011140.14000合计5.66屋面活荷载0.5屋面雪荷载0.252.楼面荷载楼面恒载8厚陶瓷地砖0.008117.80.142420厚干硬性水泥砂浆找平层0.021200.4120厚钢筋混凝土板0.12125310厚水泥石膏砂浆打底0.011140.1400合计3.6824卫生间、厨房地面恒载8厚陶瓷地砖0.008117.80.142420厚干硬性水泥砂浆找平层0.021200.4120厚钢筋混凝土板0.12125310厚水泥砂浆打底0.011200.200合计3.7424阳台恒载20厚水泥砂浆0.021200.4120厚钢筋混凝土板0.12125310厚水泥石膏砂浆打底0.011140.1400合计3.54楼面活荷载住宅2厨房、厕所2走廊、门厅、楼梯2阳台2.53.墙体自重重力荷载外墙6厚水泥砂浆罩面0.0061200.1212厚水泥砂浆0.0121200.24200厚钢筋混凝土墙0.2125520厚水泥砂浆找平0.021200.430厚稀土保温层0.03140.1200合计5.88内墙5厚水泥石膏砂浆罩面（两面）0.0052140.1413厚水泥石膏砂浆打底（两面）0.0132140.364200厚钢筋混凝土墙0.2125500合计5.504200厚空心砖墙（填充墙）8厚水泥砂浆罩面0.0081200.1612厚水泥砂浆0.0121200.24230厚空心砖墙0.231143.2213厚水泥石膏砂浆打底0.0131140.18200合计3.802120厚砖墙（内隔墙）5厚水泥石膏砂浆罩面（两面）0.0052140.1413厚水泥石膏砂浆打底（两面）0.0132140.364115厚空心砖墙0.1151141.6100合计2.114女儿墙6厚水泥砂浆罩面0.0061200.1212厚水泥砂浆打底0.0121200.24100厚钢筋混凝土墙0.11252.520厚水泥砂浆找平层0.021200.400合计3.264.梁自重重力荷载梁宽/m梁高/m楼板厚/m荷载/kN/m200*400梁自重梁自重0.20.40.121.410厚水泥石膏砂浆厚度m数量容重kN/m30.07840.01214200*600梁自重0.20.6253合计11.4784合计20.13443.1344单位kN/m25.门窗自重重力荷载木门0.2塑钢窗0.45防火门0.45铝合金门0.4普通钢板门0.45单位kN6.设备自重重力荷载电梯轿厢及设备重量200水、水箱及设备重量300五、水平地震作用计算图5.1结构地震反应分析计算简图5.1重力荷载代表值计算结构地震反应分析的计算简图如图5.1所示，集中于各质点的重力荷载为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上、下各半层的墙窗等重力荷载。计算时，各可变荷载的组合系数按《建筑抗震设计规范GB5001-2001》（下文简称《抗震规范》）表5.1.3取值。算得的各层重力荷载代表值如表5.1所示。表5.1项目面积/m2容重kN/m2重力kN合计Gki（1-14）可变荷载单位kN/m2作用力kN组合值系数楼面（除卫厨阳）408.0243.68241502.50765303.73屋面活荷载0.5卫生间、厨房80.043.7424299.5417屋面雪荷载0.25122.020.5阳台28.3383.54100.31652楼面活荷载0.8外墙267.845.881574.8992住宅2976.13内墙236.285.5041300.4851厨房厕所2隔墙（包含内填充墙）163.2632.114345.13798走廊门厅电梯2外填充墙30.243.502105.90048女儿墙186.61923.26608.37859阳台2.570.845门窗0机房顶108.23木门56.70.211.34水箱顶12.819塑钢窗109.860.4549.437防火门9.450.454.2525铝合金门24.780.49.912普通钢板门0.45000梁长度/m容重kN/m0200*600268.823.1344842.58941200*400123.731.4784182.92243200*200107.081107.08外墙面积/m2顶部面积/m2外墙重力kN设备荷载KN合计（除顶部）kN机房129.2454.114759.9312200959.9312消防水箱86.1651.276775506.6208300806.6208面积/m2容重kN/m2重力（除女儿墙）kN重力（含女儿墙）kN屋面488.0645.662762.442243370.820832机房顶层重力kN199.26939水箱顶部重力kN290.22655构件自重标准值汇总Gk层数1至14层15机房16消防水箱17Gk5303.736421.071082.545693.53695构件可变荷载组合值汇总Geq837.578461.00886.58246.4095969重力荷载代表值/kNGi6141.3086482.0781169.128699.946545.2结构基本自振周期因屋面带有突出间，按照主体结构顶点位移相等的原则，将电梯间、水箱质点的重力荷载代表值折算到主体结构顶层，并将各质点的重力荷载转化为均布荷载。有下式：式中：H为主体结构的计算高度；,分别为机房和水箱间楼层高度。将、、、分别带入下式可分别求得均布荷载和顶点集中荷载作用下结构顶点位移：取，可求得结构基本自振周期为：表5.2结构基本自振周期重力荷载代表值层高/m主体高度H/m均布qkN/mEcIeqG17699.94653452054.6753430478460G161169.1284.5λG156482.07830.834989G146141.3083G136141.3083G126141.3083G116141.3083G106141.3083G96141.3083G86141.3083G76141.3083G66141.3083G56141.3083G46141.3083G36141.3083G26141.3083G16141.3083突出间折算重力荷载GeuquGeuTT12219.4303250.2420.015380.257407570.8625015.3水平地震作用计算该建筑主体结构高度45m，按照相关规范要求理应采用振型分解法进行计算，但本设计考虑到方便手算且该结构质量和刚度沿高度分布比较均匀，故采用用底部剪力法计算水平地震作用。本设计中结构的设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，查《抗震规范》表5.1.4.2可知，本建筑的特征周期。一般结构，一般取阻尼比，则相应的。本建筑，设计基本地震加速度为0.20g，则查规范可知：8度设防烈度条件下，多遇地震结构的水平地震影响系数最大值，罕遇地震结构水平地震影响系数最大值。 （5.1）结构的总水平地震作用标准值为： 由于，所以应考虑顶部附加水平地震作用，其中顶部附加地震作用系数根据由《抗震规范》表5.1.4.2确定，即各值计算结果见表5.3表5.3水平地震作用计算下相关参数水平地震作用计算结构等效总重力荷载Geq/kN特征周期Tg阻尼比ζ衰减指数γ阻尼调整系数η280180.044830.350.050.91地震影响系数ααmax结构总水平地震作用标准值Fek/kN顶部附加水平地震作用ΔFn0.0710554830.165697.231842791.9156595顶部附加地震作用系数δn0.139000076Fe/kNM1/kN.mV0M0qmaxF208.48759891181.105184905.316152537.85198.57859281437.7011质点的水平地震作用为： （5.2）各质点水平地震作用计算标准值计算结果如表5.2所示。剪力墙结构分析时，可按图5.2所示方法将各个质点的水平地震作用折算为倒三角形分布荷载和顶点集中荷载F，由下式可以求得： 将上述数据带入下式，可求得： 式中,为折算前主体结构由水平地震作用产生的底部弯矩和底部剪力。图5.2表5.2各质点水平地震作用标准值各质点水平地震作用标准值计算层次Hi/mGi/kNGiHi/kN.mGiHi/∑1nGjHjFi/kNFiHi/kN.m∑1nGjHj1752.5699.94736747.1910.0165180.9703284250.94222262061649.51169.1357871.8360.026127.517276312.10515456482.08291693.510.13103642.7299228922.8514426141.31257934.940.1159568.3448423870.4813396141.31239511.010.1076527.7487820582.212366141.31221087.090.0993487.1527217537.511336141.31202663.160.091446.5566614736.3710306141.31184239.240.0828405.960612178.829276141.31165815.320.0745365.364549864.8438246141.31147391.390.0662324.768487794.4437216141.31128967.470.0579284.172425967.6216186141.31110543.540.0497243.576364384.3745156141.3192119.620.0414202.98033044.7044126141.3173695.6960.0331162.384241948.611396141.3155271.7720.0248121.788181096.094266141.3136847.8480.016681.192119487.1527136141.3118423.9240.008340.59606121.7882合计94329.52320824.65113.8038163100.9六、结构水平位移计算由于本设计中，风荷载值远小于水平地震作用，故只需进行水平地震作用下的位移验算。水平地震作用下的位移为倒三角形分布荷载和顶点集中荷载产生的位移之和，可分别按式（6.1）和式（6.2）计算。计算时水平地震作用取标准值，剪力墙取弹性刚度，计算结果见表6.1。式6.1，在倒三角形分布荷载作用下：式6.2，在顶点集中荷载作用下：表6.1水平地震作用下结构位移计算水平地震作用下结构位移计算层次Hi/mξ倒三角形荷载u1i/mm顶点集中荷载u2i/mm总位移u/mm层间位移角Δu/h[Δu/h]1545117.1205119.96103827.081550.000829介于0.000667-0.001，故满足要求！14420.933315.6184258.97747824.59590.00082613390.866714.114348.00218922.116530.00082112360.812.610247.04346419.65370.00081111330.733311.1121716.10965317.221820.00079410300.66679.62995055.20917814.839130.0007719270.68.1768854.35056712.527450.0007388240.53336.76949763.54247810.311980.0006977210.46675.42726712.7937248.2209920.0006456180.44.17237542.1133046.2856790.0005825150.33333.0294641.5104264.539890.0005074120.26672.02539750.9945413.0199380.000419390.21.18903410.5753671.7644020.000317260.13330.55100250.2629260.8139280.000201130.06670.1434840.0675660.211057.03E-05满足变形要求，即在多遇地震作用下，剪力墙结构处于弹性状态。七、水平地震作用下结构内力计算7.1总剪力墙、总框架内力计算作用在结构上的水平地震力可以是自左向右（左震）或自右向左（右震）。在下面的计算中，剪力墙内力正负号规定为：弯矩以截面右侧受拉为正，剪力以绕截面顺时针方向旋转为正，轴力以受压为正。同时，各截面内力均采用左震时的正负号。在水平地震作用下，剪力墙结构应分别按倒三角形分布荷载（）和顶点集中荷载（）计算内力。（1）在倒三角形分布荷载作用下，分别按式（7.1）计算总剪力墙的弯矩、剪力和总框架的剪力，计算结果见表7.1。 (7.1)（2）在顶点集中荷载作用下，分别按式（7.2）计算总剪力墙的弯矩、剪力和总框架的剪力，计算结果见表7.1。 （7.2）7.2剪力墙内力计算（1）总剪力墙内力的分配根据各片剪力墙的等效刚度与总剪力墙的等效刚度比，可以求得各片剪力墙的等效刚度比，计算结果见表7.2。表7.1倒三角形分布荷载和顶点集中荷载作用下总剪力墙剪力、弯矩，总框架剪力水平地震作用下总剪力墙和总框架内力计算层次Hi/mξ倒三角形荷载作用下顶点集中荷载作用下Vw/kNMw/kN.mVf/kNVw/kNMw/kN.mVf/kN15451-591.150591.151049.930387.77414420.9333-15.884900.388591.761051.55-3151.41386.14713390.8667519.605135.075592.441056.44-6312.58381.2612360.81016.98-2179.1591.511064.6-9493.33373.111330.73331477.78-5930.2587.441076.06-12703.5361.63910300.66671903.43-11011578.81090.86-15953346.8439270.62295.26-17317564.271109.03-19252328.6668240.53332654.48-24750542.641130.65-22610.7307.0527210.46672982.19-33212512.791155.77-26039.4281.9336180.43279.43-42612473.711184.47-29548.9253.2325150.33333547.1-52859424.471216.84-33149.9220.8594120.26673786.05-63866364.251252.99-36853.7184.715390.23997-75548292.31293.01-40671.7144.688260.13334180.61-87821207.981337.05-44615.8100.653130.06674337.45-100605110.711385.23-48698.152.4730004468.02-11381901437.7-52931.40总内力qmaxλPVw/kNMw/kN.mVf/kNH/m458.7790978.92245198.580.8351437.71035.67-2251.02977.90945198.580.8351437.71576.05-6177.51973.69545198.580.8351437.72081.58-11672.5964.60745198.580.8351437.72553.84-18633.7949.07845198.580.8351437.72994.29-26963.7925.64345198.580.8351437.73404.3-36569892.93745198.580.8351437.73785.13-47360.3849.6945198.580.8351437.74137.96-59251.8794.72145198.580.8351437.74463.9-72161.2726.93745198.580.8351437.74763.94-86009.3645.32845198.580.8351437.75039.03-100720548.96345198.580.8351437.75290.01-116219436.98945198.580.8351437.75517.66-132437308.6345198.580.8351437.75722.68-149303163.17845198.580.8351437.75905.72-166751045198.580.8351437.7表7.2总剪力墙内力分配各片剪力墙等效刚度比墙号片数每片墙等效刚度/*10^7kN.m2每片墙等效刚度比∑EcIeq/*10^7kN.m2XSW-341.9459770.00567343.047846XSW-7212.804020.03732343.047846XSW-8229.340870.08553343.047846XSW-922.7122470.00791343.047846XSW-1024.7709920.01391343.047846XSW-1251.623450.15048343.047846XSW-427.6397250.02227343.047846XSW-5211.281340.03289343.047846XSW-2235.042520.10215343.047846XSW-12124.833610.07239343.047846剪力墙的内力分配按式（7.3）和式（7.4）计算。计算结果见表7.3。 （7.3） （7.4）表7.3水平地震作用下各片剪力墙分配的内力层次ξ总剪力墙内力XSW-3XSW-7XSW-8Vwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.m151458.7802.603017.123039.2390140.931035.7-2251.025.875-12.7738.655-84.01788.581-192.53130.871576-6177.518.941-35.0558.824-230.57134.8-528.36120.82081.6-11672.511.81-66.2277.693-435.66178.04-998.35110.732553.8-18633.714.49-105.795.32-695.48218.43-1593.7100.672994.3-26963.716.99-153111.76-1006.4256.1-2306.290.63404.3-3656919.31-207.5127.06-1364.9291.17-3127.780.533785.1-47360.321.47-268.7141.28-1767.7323.74-4050.770.474138-59251.823.47-336.1154.45-2211.5353.92-5067.860.44463.9-72161.225.32-409.4166.61-2693.3381.8-6171.950.334763.9-86009.327.03-487.9177.81-3210.2407.46-7356.440.275039-10072028.59-571.4188.08-3759.3430.99-8614.630.25290-11621930.01-659.3197.44-4337.8452.45-9940.220.135517.7-13243731.3-751.3205.94-4943.1471.93-1132710.075722.7-14930332.46-847213.59-5572.6489.46-12770005905.7-16675133.5-946220.43-6223.8505.12-14262XSW-9XSW-10XSW-1XSW-4XSW-5Vwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.m3.627106.38069.04010.217015.08708.188-17.79714.4-31.31155.9-338.7423.064-50.1334.059-74.02712.46-48.83921.9-85.92237.2-929.6235.099-137.5751.83-203.1516.457-92.28229-162.3313.2-1756.546.357-259.9568.455-383.8620.191-147.3235.5-259.2384.3-2804.156.874-414.9783.986-612.7923.673-213.1741.6-375450.6-4057.666.683-600.4898.47-886.7326.914-289.1147.3-508.6512.3-5503.175.814-814.39111.95-1202.629.925-374.4352.6-658.7569.6-712784.295-1054.7124.48-1557.532.715-468.4457.6-824.1622.7-8916.592.152-1319.5136.08-1948.635.292-570.5162.1-1004671.7-1085999.411-1607146.8-2373.137.664-679.9966.3-1196716.9-12943106.09-1915.4156.67-2828.539.839-796.2970.1-1401758.3-15157112.22-2243165.71-3312.341.823-918.8373.6-1616796.1-17489117.81-2588.2173.97-382243.623-104776.7-1842830.3-19930122.88-2949.4181.45-4355.345.244-1180.479.6-2077861.2-22468127.44-3325188.2-491046.691-1318.382.1-2319888.7-25093131.52-3713.5194.22-5483.8XSW-2XSW-12Vwi/kNMwi/kN.mVwi/kNMwi/kN.m46.865033.2110105.79-229.9474.973-162.954160.99-631.04114.09-447.196212.64-1192.4150.69-844.981260.88-1903.5184.88-1348.91305.87-2754.4216.76-1951.93347.75-3735.6246.44-2647.27386.65-4837.9274.01-3428.46422.7-6052.6299.55-4289.3455.99-7371.3323.15-5223.82486.64-8785.9344.87-6226.3514.74-10289364.78-7291.21540.38-11872382.95-8413.24563.63-13529399.43-9587.22584.58-15251414.27-10808.2603.28-17034427.52-12071.3由于篇幅有限，因此在下面的计算中，只对剪力墙XSW-7（整截面墙）、XSW-4（整体小开口墙）和XSW-2（联肢墙）进行设计计算。（2）XSW-4（整体小开口墙）墙肢和连梁内力计算对整体小开口墙，由式（7.5）（7.6）计算墙肢截面的内力和连梁内力。墙肢弯矩墙肢轴力（7.5）墙肢剪力连梁内力（7.6）墙肢和连梁内力计算结果见表7.4。（3）XSW-2（联肢墙）墙肢和连梁内力计算首先计算连梁的总约束弯矩和第i层第j列连梁的约束弯矩： （7.7）其中见式（7.8），如下： （7.8） （7.9） （7.10）式中：为第j列连梁约束弯矩分配系数；为第j列连梁的刚度系数，按式（3.11）计算；为第j列连梁跨度中点到墙边的距离；B为联肢墙的总宽度；为轴向变形影响系数，按式（3.9）确定；为剪力墙整体工作系数，由式（3.1）确定。第层第j列连梁的剪力和梁端弯矩分别为： （7.11）墙肢内力包括墙肢的弯矩、剪力和轴力，分别按下列式计算： （7.12） （7.13） （7.14）式中： （7.15） （7.16）式中：为第j墙肢考虑剪切变形后的折算惯性矩，当G=0.4E时，可按下式计算： （7.17）式中：、分别为第j墙肢的截面面积和惯性矩；h为层高；、为第i层由外荷载所产生的弯矩和剪力，矩形截面取。①剪力图的分解。图7.1为XSW-9剪力墙实际分布剪力图。根据剪力图面积相等的原则，将曲线分布的剪力图近似简化为直线分布的剪力图[图7.2（c）]，并将其分解为均布荷载和顶点集中荷载作用下两种剪力图的叠加，如图7.2（a），（b）所示。图7.1+=(b)(c)图7.2由图可以得出：。②计算XSW-2在均布荷载作用下墙肢及连梁的内力。在均布荷载作用下上述各项内力的计算过程和结果见表7.5。③计算XSW-2在顶点集中荷载作用下墙肢及连梁的内力。在顶点集中荷载作用下上述各项内力的计算过程和结果见表7.6。eq\o\ac(○,4)XW-2在地震作用下的总内力等于在上述均布荷载和顶点集中荷载作用下的内力之和，见表7.7。表7.4整体小开口墙XSW-4水平地震作用下墙肢及连梁内力水平地震作用下的墙肢及连梁内力XSW-4层次ξ总内力1墙肢内力2墙肢内力1连梁I1/IA1/∑AjVwi/kNMwi/kN.mMwi1/kN.MVwi1/kNNwi1/kNMwi2/kN.MVwi2/kNNwi2/kNMbi1/kN.mVbi1/kNlbj0/m0.160.6917I2/IA2/∑Aj15110.217007.775002.442304.31210.780.80.030.3083140.9323.064-50.13-13.05417.55-10.78-2.6695.513410.787.52118.80.8I3/IA3/∑Aj130.8735.099-137.6-35.82526.71-29.58-7.3258.3929.58310.5326.310.8120.846.357-259.9-67.69135.28-55.9-13.8411.08155.89713.3333.340.8I1/∑IjA1*y1/I110.7356.874-415-108.0643.28-89.23-22.0913.59589.23215.9639.890.80.830.253100.6766.683-600.5-156.3750.74-129.1-31.9715.94129.1218.4460.8I2/∑IjA2*y2/I90.675.814-814.4-212.0757.69-175.1-43.3618.123175.1220.6751.680.80.17-0.25380.5384.295-1055-274.6564.14-226.8-56.1620.15226.822.7856.950.8I3/∑IjA3*y3/I70.4792.152-1320-343.6270.12-283.7-70.2522.028283.7424.7361.820.860.499.411-1607-418.4875.65-345.6-85.5623.763345.5626.5366.320.850.33106.09-1915-498.7980.73-411.9-10225.361411.8828.1870.450.840.27112.22-2243-584.185.39-482.3-119.426.825482.3229.6974.220.830.2117.81-2588-673.9889.65-556.5-137.828.161556.5531.0677.660.820.13122.88-2949-768.0393.51-634.2-15729.373634.2132.3180.770.810.07127.44-3325-865.8496.98-715-17730.465714.9733.4283.550.800131.52-3714-967.03100.1-798.5-197.731.439798.53表7.5XSW-2在均布荷载作用下墙肢及连梁的内力层次αξτV01hqHФ（ξ）mi(ξ)/kN.m∑inmi(ξ)/kN.mMp(ξ)/kN.mVp(ξ)/kN159.45136610.80007662.85314.73450.105648168.08329168.0833009.4513660.93330.80007662.85314.73450.122823168.083366.28544.19149.4513660.93330.80007662.85314.73450.122823195.40877363.492166.28544.199.4513660.86670.80007662.85314.73450.16304363.4921265.1488.38139.4513660.86670.80007662.85314.73450.16304259.3941622.8862265.1488.389.4513660.80.80007662.85314.73450.215448622.8862596.565132.57129.4513660.80.80007662.85314.73450.215448342.77278965.6589596.565132.579.4513660.73330.80007662.85314.73450.274193965.65891060.56176.76119.4513660.73330.80007662.85314.73450.274193436.235941401.8951060.56176.769.4513660.66670.80007662.85314.73450.3360271401.8951657.125220.95109.4513660.66670.80007662.85314.73450.336027534.612571936.5071657.125220.959.4513660.60.80007662.85314.73450.3989671936.5072386.26265.1499.4513660.60.80007662.85314.73450.398967634.747822571.2552386.26265.149.4513660.53330.80007662.85314.73450.4614822571.2553247.965309.3389.4513660.53330.80007662.85314.73450.461482734.208433305.4643247.965309.339.4513660.46670.80007662.85314.73450.521873305.4644242.24353.5279.4513660.46670.80007662.85314.73450.52187830.284324135.7484242.24353.529.4513660.40.80007662.85314.73450.5775544135.7485369.085397.7169.4513660.40.80007662.85314.73450.577554918.876565054.6255369.085397.719.4513660.33330.80007662.85314.73450.6240285054.6256628.5441.959.4513660.33330.80007662.85314.73450.624028992.815526047.446628.5441.99.4513660.26670.80007662.85314.73450.6530066047.448020.485486.0949.4513660.26670.80007662.85314.73450.6530061038.91897086.3598020.485486.099.4513660.20.80007662.85314.73450.6490237086.3599545.04530.2839.4513660.20.80007662.85314.73450.6490231032.58298118.9429545.04530.289.4513660.13330.80007662.85314.73450.5830918118.94211202.165574.4729.4513660.13330.80007662.85314.73450.583091927.686499046.62811202.165574.479.4513660.06670.80007662.85314.73450.4008019046.62812991.86618.6619.4513660.06670.80007662.85314.73450.400801637.66679684.29512991.86618.669.45136600.80007662.85314.734509684.29514914.125662.851号墙肢内力2号墙肢内力3号墙肢内力I1/∑IjI1'/∑Ij'Mwi1/kN.mVwi1/kNNwi1/kNI2/∑IjI2'/∑Ij'Vbi2-Vbi1Mwi2/kN.mVwi2/kNNwi2/kNI3/∑IjI3'/∑Ij'Mwi3/kN.mVwi3/kNNwi3/kN0.0080020.0614351.34503