1、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 -45.1梁截面尺寸的初步确定-45.2柱截面尺寸的初步确定-4六、重力荷载代表值的计算-56.1屋面永久荷载标准值-56.2第一层各部分重力荷载代表值-56.3第二至十层各部分重力荷载代表值-56.4梁柱密度-56.5蒸压粉煤灰加气混凝土砌块-56.6梁、柱重力荷载代表值-66.7一层重力荷载代表值-76.8第二至十层各部分重力荷载代表值-86.9第十一层各部分重力荷载代表值-106.10顶端重力荷载代表值 -10七、框
2、架侧移刚度的计算-117.1横梁线刚度ib的计算-117.2纵梁线刚度ib的计算-117.3柱线刚度ib的计算-117.4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-148.1横向自振周期的计算-148.2水平地震作用及楼层地震剪力的计算-158.3多遇水平地震作用下的位移验算-168.4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-199.1计算单元的选择确定-199.2荷载作用下柱的内力计算-199.3恒荷载作用下梁的内力计算-229.4 活荷载作用下梁的内力计算-229.5梁端剪力和柱轴力的计算-23十、底层框架梁柱的内力组合
3、-2310.1 结构抗震等级-2310.2底层框架梁的内力组合-2410.3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
4、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
5、、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1/106000=600mm，截面宽度取6001/2=300mm，可得梁的截面初步定为bh=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1-2C30300*600300*400300*6003-9C30300*600300*400300*600 5.2柱截面尺寸初步确定柱截面尺寸根据式AC=N/（N*fc）估算。该框架结构抗震等级为一级，轴压限值N=0.65；各层重力荷载代表值可根据实际荷载计
6、算，也可以近似值1214KN/M2，这里近似值取14 KN/M2。由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为6m3m和6m4.2m。由此可得第一层柱截面积为：边柱：AC=（1.25149361.151.10.75）/（0.6514.3）=2.7106/（0.6514.3）=2.90105,取700mm700mm中柱：AC=4.06105,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bh1C307007002-9C30700700六、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 220.03=0.66KN/m2 三毡四油防
7、水层 0.4 KN/m220厚矿渣水泥找平层 14.50.02=0.29 KN/m2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 合计 5.35 KN/m26.2 111层楼面永久荷载标准值： 木块地面（加防腐油膏铺砌厚76mm） 0.7 KN/m2120厚钢筋混凝土板 250.12=3.0 KN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m2 合计 3.95 KN/m26.3 屋面及楼面可变荷载标准值：上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN/m2楼面活荷载标准值 2.0 KN/m2屋面雪荷载标
8、准值 SK=urS0=1.00.25=0.25 KN/m2 （式中ur为屋面积雪分布系数）6.4 梁柱密度：梁柱密度 25 KN/m26.5 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/m36.6 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5300300*600250.9542223.85524.71700300*4000.204115.156.1纵梁5300300*6000.9544023.
9、85954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4800700*700252.3524458.82587.22层4500700*7002.2054455.1252425.53-9层3600700*7001.17644744.113582.86.7 一层重力荷载代表值：(1)梁：总重：524.7+56.1+954=1534.8KN横梁：AB、CD跨：300*600mm2 重量：23.8522=524.7KN BC跨 ：300*400mm2 重量：5.111=56.1KN纵梁： 300*600mm2
10、重量： 954KN (2) 柱：计算高度：4800mm截面尺寸：700mm700mm密度：25 体积：2.352数量：44单重：58.8总重：2587.2 (3)内外填充墙的计算横墙：总重：646.431+13.15=659.581KNAB、CD跨：墙厚240mm，长度5300mm，高度4800-600=4200mm单跨体积：0.245.34.2=5.3424m3单跨重量：5.34245.5=29.3822KN数量：22总重：29.382222=646.431KNBC跨：墙厚240mm，计算长度1700mm，高度4200mm单跨体积：（1.74.2-1.21.8）0.24=1.1952m3单跨
11、重量：1.19525.5数量：2总重：1.19525.52=13.15KN纵墙：总重：166.0+106.13+409.31=681.44KN外纵墙：单个体积：（5.34.2-4.83）*0.24=1.8864数量：16重量：1.8864165.5=166.00单个体积：（5.34.2-1.21.8）*0.24=20.1数量：4重量：20.145.5=106.13内纵墙：单个体积：（5.34.2-1.22.4）*0.24=4.6512数量：16总重：4.6512165.5=409.31(4)窗户计算：总重：80.64+5.184=85.824KN(走廊+厕所+楼梯间)窗户尺寸：1.21.8自重
12、：0.4KN/m2数量：6重量：1.81.20.46=5.184KN办公室窗户尺寸：4.83数量：14重量：4.830.414=80.64KN(5)门重计算：总重：6.912+11.52=18.432KN木门尺寸：1.22.4自重：0.15KN/m3数量：16重量：1.22.40.1516=69.12KN铁门尺寸：4.83自重：0.4KN/m3数量：2重量：4.830.42=11.52KN (6)楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：32.9720+113.66=773.06m2恒载：3.95773.06=3053.59KN活载：2.00773.06=1546.12KN一层重力荷载代表
13、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：300600 23.8522=524.7KN BC跨： 300400 5.111=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.
14、5KN(3)内外填充墙重的计算：横墙总重：600.16+11.78=611.94KNAB、CD跨：27.2822=600.16KNBC跨：单跨体积：（1.73.9-1.21.8）*0.24=1.07数量 ：2重量：25.51.07=11.78纵墙总重：132.42+97.73+652.79=883.18KN外墙：单重：（5.33.9-4.83）*0.245.5=8.2764KN数量：16种类：8.276416=132.42KN单重：（5.33.9-1.21.8）*0.245.5=24.4332KN数量：4重量：24.43324=97.73KN内墙：单重：（5.33.9-1.22.4）*0.24
15、5.5=23.48数量：18总重：23.4818=652.79KN (4)窗户计算（钢框玻璃窗）总重：3.456+92.16=95.62KN第一类：1.21.8自重：0.4KN/m2数量：4重量：1.81.20.44=3.456KN第二类：4.83自重：0.4 KN/m2数量：16重量：4.830.416=92.16KN (5)门重计算：木门：尺寸：1.22.4自重：0.15 KN/m2数量：18重量：1.22.40.1518=7.78KN(6)楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：32.9720+113.66=773.06m2恒载：3.95773.06=3053.59KN活载：2.0
16、0773.06=1546.12KN二层重力荷载代表值：G210=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=9353.10KN6.9 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：300600 23.8522=524.7KN BC跨： 300400 5.111=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
17、重：1940.4KN(3)内外填充墙重的计算：横墙总重：462.22+7.82=470.04KNAB、CD跨：21.0222=462.22KNBC跨： 单跨体积：（1.73.0-1.21.8）*0.24=0.71数量 ：2重量：25.50.71=7.82纵墙总重：122.92+72.55+309.42=504.89KN外墙：单重：（5.33.0-4.82.1）*0.245.5=7.6825KN数量：16种类：7.682516=122.92KN单重：（5.33.0-1.21.8）*0.245.5=18.1375KN数量：4重量：18.13754=72.55KN内墙：单重：（5.33.0-1.22
18、.4）*0.245.5=17.19数量：18总重：17.1918=309.42KN (4)窗户计算（钢框玻璃窗）总重：3.456+64.512=67.97KN第一类：1.21.8自重：0.4KN/m2数量：4重量：1.81.20.44=3.456KN第二类：4.82.1自重：0.4 KN/m2数量：16重量：4.82.10.416=64.512KN (5)门重计算：木门：尺寸：1.22.4自重：0.15 KN/m2数量：18重量：1.22.40.1518=7.78KN(6)楼板恒载，活载计算（楼梯间按楼板计算）：面积：32.9720+113.66=773.06m2恒载：3.95773.06=3
19、053.59KN活载：2.00773.06=1546.12KN二层重力荷载代表值：G210=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=8516.84KN6.10 第九层各部分重力荷载代表值：横梁：524.7KN纵梁：954KN柱：总重：29.48=235.2KN横墙：0.245.31.85.54=50.37KN纵墙：0.245.31.85.52=25.19KN屋面恒载、活载计算面积：6618=648m2恒载：6485.35=3466.8KN活载：6482.0=1296KN
20、雪载：6480.25=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：23.854=95.4KN纵梁：0.30.65.3254=95.4KN柱：0.70.71.2258=117.6KN墙：5.30.24*（1.2-0.6）*5.58=33.58KN木门：1.22.40.152=0.864KN楼板恒载、活载计算：面积：662=72恒载：725.35=38
21、5.2KN活载：722.0=144KN雪载：720.25=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i b表类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）AB跨、CD跨3.01043006005.4010960002.710104.0510105
22、.41010BC跨3.01043004001.610924002101031010410107.2纵梁线刚度ib的计算：表7-2 纵梁线刚度i b表类别Ec（N/mm2）bh（mmmm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（Nmm）1.5EcI0/l（Nmm）2EcI0/l（Nmm）其他跨3.01043006005.410960002.710104.0510105.41010楼梯跨3.01043006005.410930005.410108.1101010.810107.3柱线刚度ib的计算：计算公式为：I=bh3/12表73 柱线刚度i c表层次hc（mm）Ec（N/mm2）bh（mmmm）
23、Ic（mm4）EcIc/hc（Nmm）148003.01047007002.001101012.5101023-94500360013.3101016.710107.4 各层横向侧移刚度计算（D值法）底层：5.4、A-2A-10、D-2D-10（18根）12.50K=5.40/12.5=0.432c=(0.5+K)/(2+K)=0.382Di1=c12ic/h2=0.3821212.501010/48002=24934.904.0512.50、A-1、D-1、A-11、D-11（4根）K=4.05/12.5=0.324c=（0.5+K）/(2+K)=0.355Di2=c12ic/h2 =0.3
24、551212.51010/48002 =23111.9835.4 B-1B-11 、C-1C-11(22根)12.50K=（3+5.4）/12.5=0.564c=（0.5+K）/(2+K)=0.415Di3=c12ic/h2 =0.4151212.51010/48002 =27018.23第二层：、5.413.35.413.34.054.053A-2A-10、D-2D-10（18根）K=5.42/13.32=0.406c=K/(2+K)=0.170Di1=c12ic/h2=0.1701213.31010/450024.05=13398.52、A-1、D-1、A-11、D-11（4根）K=4.052/13.32=0.305c=K/(2+K)=0.132Di2=c12ic/h2 =0.1321213.31010/45002 =10403.564.053、B-1B-11、C-1C-11(22根)13.3K=（3+4.05）2/13.32=0.53034.05c=K/(2+K)=0.209Di3=c12ic/h2 =0.2091213.31010/45002 =16472.30第三八层： 、5.416.75.41
