高层建筑结构设计课程设计

高层建筑结构课程设计

某5层框架学生宿舍楼结构，地震设防烈度为8度（第一组），Ⅰ0类场地，结构抗震等级为三级，底层层高为3.6m，标准层层高为3.3，横向轴线间距3m，A、B轴线之间间距为6m，混凝土强度等级均为C30，所有受力及箍筋均采用三级钢筋，室内外高差均为0.3m，基础顶距室外地面高度均为0.5m，αmax=0.08，Tg=0.35s。基本雪压S0=0.6KN/m2,，基本风压ш

2。

0=0.35KN/m

1、构件材料及尺寸

⑴框架板的厚度。除顶层板进行加厚外，其余板厚均为100mm。

⑵框架梁截面尺寸。框架梁的截面尺寸根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距等因素综合考虑确定。一般来说，主梁截面高度按梁跨度的1/12~1/8估算，次梁截面高度按梁跨度的1/18~1/12估算；梁截面的宽均按梁截面高的1/3~1/2估算，且要考虑抗震设计的要求；有时为方便布

筋，尽量使用一轴线上的主梁截面宽度相等。梁截面的尺寸具体见表。

梁截面尺寸

⑶框架柱的截面尺寸。

边柱：Ac≥GnSβψ/[μ

c]f c=12*103*5*6*3*1.25*1.1/0.85*14.3=1.22*105mm2

中柱：Ac≥GnSβψ/[μ

c]f c=12*103*5*6*4.2*1.25*1/0.85*14.3=1.56*105mm2

为了方便计算与施工以及满足刚度要求，柱截面设为正方形，通长等截面，所有柱的截面尺寸取为500mm*500mm。

2、框架侧移刚度计算

2.1 框架结构计算简图

基础选择独立基础，根据地质资料，基础埋深在黏土层，埋深为2.6m。由于底层柱较长，为了满足抗侧刚度的要求，在室内地面以下0.5m处设置地圈梁，因此底层柱高为h=3.3+0.5-0.1=3.8m。结构计算简图如图：

2.2 梁柱线刚度计算

梁的线刚度i b=E c I b/l0其中，Ec为混凝土弹性模量；l为梁的计算跨度；I b 为梁截面惯性矩。本结构为现浇式楼板，故考虑楼板的影响，梁的线刚度计算过程见下表；

横梁线刚度i b计算表

柱的线刚度i c=E c I c/h0其中I c为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。柱的线刚度计算过程见下表；

柱线刚度i c计算表

2.2 柱侧移刚度D值计算

柱的侧移刚度D值按式（5-14）计算，式中α为柱侧移刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的抗侧移能力，根据框架结构的不同层次和不同位置确定梁柱线刚度比K，从而确定α的值，进而求得不同位置柱的抗侧移刚度D i值。再将不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间总侧移刚度ΣD i的值。再将不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间总侧移刚度ΣD i，具体过程见下表；

由表可见，∑∑=2

D1/2=3>0.7,所以该框架结构为规则框架。

1/D

3.重力荷载代表值计算

重力荷载代表值计算包括屋面及楼面永久荷载标准值、屋面及楼面可变荷载标准值、梁柱重力荷载以及墙体重力荷载的计算。下面分别从这几个方面进行计算。

3.1 屋面及楼面永久荷载标准值

屋面（不上人）：

30mm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

20mm厚混合水泥砂浆找平层 20×0.02=0.75kN/m2

150mm厚水泥蛭石保温层 5×0.15=0.75kN/m2

130mm厚钢筋混凝土板 25×0.13=3.25kN/m2

20mm厚抹灰 17×0.02=0.34kN/m2

合计 5.80kN/m2

1~4层楼面：

瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55kN/m2

100mm厚钢筋混凝土板 25×0.1=2.5kN/m2

20m厚灰 17×0.02=0.34kN/m2

20mm厚水泥砂浆找层 20×0.02=0.4kN/m2

合计 3.79kN/m2

3.2 屋面及楼面可变荷载标准值

不上人屋面均布荷载标准值 0.5kN/m2

楼面活荷载标准值 2.0kN/m2

屋面雪荷载标准值 s k=µr·s0=1.0×0.2=0.2kN/m2 其中，µr为屋面雪分布系数，取为1.0。

3.3 梁、柱重力荷载计算

梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力

荷载，计算过程见下表。

梁、柱重力荷载标准值计算表格

注：1.表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数； g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量；γ表示材料容重，kN/m3； l i表示构件长度，m；G i表示构件重力荷载标准值。

2.梁长度取净长，柱长度取层高。

3.4 墙体重力荷载标准值计算

墙体为240mm厚的黏土空心砖，外墙面贴瓷砖（0.5kN/m2）

内墙面为20mm厚的抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：

0.5+15×0.24+17×0.02=4.44kN/m2

内墙为240mm厚的黏土空心转，两侧均为20mm厚的抹灰

则内墙单位面积重力荷载为：

15×0.24+17×0.02×2=4.28kN/m2

考虑到门窗洞口的影响，墙体总重力荷载乘以折减系数0.9。计算结果见如下表格。

屋面梁上墙体自重

2~4层梁上墙体自重

底层梁上墙体自重

3.5 层重力荷载代表值计算

将各层楼面恒活荷载标准值、墙自重（上下各半层）、梁自重、柱自重（上下各半层）分别乘以各自的组合系数，然后相加得到每层的重力荷载代表值，见下表。

各层重力荷载代表值（单位：kN ）

4. 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算

4.1 横向自振周期计算

因为结构体型规整，质量和刚度沿高度分布比较均匀，所以 采用顶点位移法计算结构自振周期T 1(s)，T 1=1.7α0T ∆。 结构顶点的假想位移通过下式计算，计算结果见表。

∑==n

i

k k

Gi G V

∑==

∆s

j ij

Gi

i D

V T 1

∑=∆=∆n

i i

T T 1

式中 G k ——集中在k 层楼面处的重力荷载代表值；