1、雅居乐多高层钢结构住宅方案设计I1. 工程概况工程名称：雅居乐多高层钢结构住宅；建设地点：东莞市区某地；工程概况：场地大小为30m30m，812层，建筑总高度不超过40m，室内外高差为0.3m，设计使用年限为50年；基本风压：=0.8kN/m2，地面粗糙程度为C类；抗震要求：抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，类场地土，设计地震分组为第一组。场地土层情况：表2-1场地土层情况层次层厚（m）层底标高（m）（地面标高0.00）土体类型土体参数1.00-1.00杂填土2.50-3.50淤泥质土3.00-6.50粉质粘土含水率，塑限，液限5.50-12.00粉土孔隙比-中密的中砂2. 建筑与结构布
2、置3.1. 建筑布置3.1.1. 首层建筑平面图如下图3-1所示，首层平面设计为大空间的形式，可以用此空间做为店面，即商住两用住宅。中间设计为过道、楼梯和电梯。由过道和墙把首层建筑分开为四个大空间，作为四爿店。由于商业的要求，首层平面将进行比较豪华的装修，例如钢柱将外包为方柱，而墙也做成玻璃幕墙与装饰墙混合的形式。此外，门也将用比较好看的旋转门，以吸引顾客。图 3-1 首层建筑平面图3.1.2. 标准层平面图如下图3-2所示，标准层平面设计为商品房，以中间两墙为分隔墙，分为四户。朝北两户面积较小，内设一个客厅，四个卧室，两个卫生间，一个厨房，一个阳台（左右侧阳台以一墙分开）。而朝南两户面积较大
3、，内设一个客厅，五个卧室，一个书房，一个厨房，两个卫生间，一个杂物间，一个独立阳台。此外，左右两户为于中间墙对称。图 3-2 标准层平面图计算书配套CAD图纸在爱建筑网下载全套毕业设计尽在爱建筑网3.1.3. 顶层平面图如下图3-2所示，顶层设计为空旷的天台，外围有1.2m的女儿墙，屋檐外挑500mm。图3-3顶层平面图3.1.4. 剖面图图3-4剖面图1图3-4剖面图23.1.5. 立面图图3-5南立面图3.2. 结构布置如下图3-4所示，结构布置为纯框架结构，主梁与柱刚接，由于建筑设计中布置了许多轻质ALC隔板，为满足结构需要，布置连续次梁。由于结构比较规则，且受力也比较对称，次梁与主梁连
4、接采用刚接方式。图3-4标准层结构布置图图3-5顶层结构布置图3. 初步设计4.1. 建筑做法屋面做法：压型钢板混凝土组合楼板，20mm石灰砂浆抹底，20mm水泥砂浆找平，100140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩保温层，八层作法防水层（三毡四油上铺小石子）。墙身做法：外墙采用150mm厚ALC板，分户墙等要加支撑的墙选用混凝土空心小砌块，内隔墙采用100mm厚ALC板，计算自重楼盖做法：楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板，压型钢板上的混凝土选取100mm。门窗做法：门为木门，自重0.2 kN/m2，窗为钢窗玻璃窗，自重0.4 kN/m2。4.2. 屋盖做法压型钢板采用国产压型钢板YX70-200-60
5、0。下面查建筑结构荷载规范（GB50009_2001）进行荷载计算。由于屋面为上人的屋面，取标准值为。恒荷载标准值20厚水泥混凝土找平100140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩八层作法防水层100mm厚钢筋混凝土楼板20mm厚石灰砂浆抹底压型钢板自重-小计荷载设计值4.3. 楼盖做法根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001），民用建筑楼面均布活荷载标准值亦取。恒荷载标准值水磨石面层20厚水泥混凝土找平100mm厚钢筋混凝土楼板20mm厚石灰砂浆抹底压型钢板自重-小计确定荷载设计值时考虑两种情况：活荷载效应控制和恒荷载效应控制，取大者。故，在此取。4.4. 材料验算查压型钢板规格表，压型钢板强度
6、，面积，压型钢板自重，混凝土选用C20，面层自重为，重心距底板高度为。平均板厚度为：计算简图：由于施工阶段板块还未拼接完成，故分为一块一块，可视其为结构为简支单向板，而在结构布置中，。图4-1计算简图施工阶段：恒载活载弯矩使用阶段恒载活载弯矩剪力压型钢板验算（施工阶段）抗弯强度挠度计算组合板验算（使用阶段）抗弯强度组合截面塑性中和轴在压型钢板顶面以上斜截面抗剪承载力每个肋平均宽度 （50+70）/260（mm）4.5. 板的设计按弹性设计。计算简图由结构平面布置图知，楼板最长跨度为十四跨，而由于结构力学知识知，在中间跨部分，弯矩基本相等，而图中中间跨的跨度没有很大的变化，故化为五跨的简图来计算
7、。中间跨取最大长度。表4-1五跨计算表由表知，最大内力如下：，弯矩剪力4.6. 次梁的设计内隔墙采用100mm厚ALC板，计算自重，即化为线性均布荷载为，暂不考虑次梁自重。4.6.1. 荷载设计值恒荷载设计值：板传来恒荷载ALC板自重-小计活荷载设计值4.6.2. 计算简图由于跨度变化比较大，不应采用等跨度连续梁，但为方便手算，取最长跨度3.3m作为等跨连续梁进行手算。计算简图如下：图4-2恒载标准值分布图图4-3活载标准值分布图弯矩剪力4.6.3. 最不利荷载当考虑最不利荷载时，如下组合可得到最大正弯矩、最小负弯矩和最大剪力：4.6.3.1. 最大正弯矩：图4-4最大正弯矩分布图4.6.3.
8、2. 最大支座负弯矩和最大剪力：图4-4最大支座负弯矩和最大剪力分布图考虑到内力组合时梁的最不利内力组合多是：恒荷载+活荷载+风荷载，将计算弯矩乘上1.2的放大系数，可得图4-5次梁截面可选用，理论重量为，化为线性荷载为：，此时，恒荷载设计值为：。验算最大负弯矩：而满足要求。4.7. 主梁的设计4.7.1. 材料选用本结构选用轴框架进行截面初步设计，对于梁选用Q235钢材，柱子选用Q345钢材。4.7.2. 力的传递由于次梁承受了板传来的荷载，主梁主要承受次梁的荷载，而次梁的荷载主要为集中力。4.7.2.1. 恒荷载标准值次梁传来的恒载次梁自重-小计4.7.2.2. 活荷载标准值次梁传来的活载
9、4.7.2.3. 计算简图及计算1) 满载时：图4-6恒载标准值分布图图4-7活载标准值分布图最大正弯矩：最小负弯矩：最大剪力：2) 最大正弯矩计算简图：图4-8恒载标准值分布图图4-9活载标准值分布图最大正弯矩：3) 最小负弯矩和最大剪力计算简图：图4-10恒载标准值分布图图4-11活载标准值分布图最小负弯矩：最大剪力：4.7.2.4. 最不利组合及材料选型考虑到内力组合时梁的最不利内力组合多是：恒荷载+活荷载+风荷载，将计算弯矩乘上1.2的放大系数，可得可选用，,。图4-12主梁截面4.8. 柱的设计不考虑柱自重，当恒载与活载均满布时，各柱有最大轴力。由此估算，估算如下：满载时：图4-13
10、恒载设计值分布图图4-14活载设计值分布图支座剪力：两端支座反力：中间支座反力：与电算比较，如下图：图4-15Sap2000电算结果由图知，最小的支座反力为，最大的支座反力为，与手算结果相差不大。选手算的中间支座反力估算全栋楼每根柱的受力钢框架中，框架柱的长细比控制在30-70之间，在这个范围内，柱的轴心受压稳定系数大致在0.7-0.8之间，同时，考虑到柱是处于弯压状态，在没有计算弯矩作用时，把柱所受轴力N乘以放大系数。柱选用截面，梁柱构件的线刚度计算后如图，其中在求梁截面惯性矩时考虑到楼板的作用，取。为钢梁的截面惯性矩。梁刚度：AB、BC梁：图4-16柱截面CD、DE梁：EF梁：柱刚度：底层
11、柱：上部柱：图4-17结构计算简图（图中数字为线刚度）4. 框架设计5.1. 恒荷载计算由于次梁传递了板和ALC板的荷载，故屋面框架梁线荷载和楼面框架梁线荷载只有梁本身自重和其涂层自重，线荷载如下：屋面框架梁线荷载和楼面框架梁线荷载钢梁自重屋面框架节点集中荷载标准值1m高女儿墙墙侧粉刷-小计楼面框架节点集中荷载标准值次梁传来的恒载次梁自重-小计5.2. 活荷载计算屋面框架梁集中荷载标准值：次梁传来的活载楼面框架梁集中荷载标准值：次梁传来的活载5.3. 内力计算多层多跨框架在竖向荷载作用下，侧向位移比较小，计算时可忽略侧移的影响，用力矩分配法计算。由于精确分析可知，每层梁的竖向荷载对其他各层杆件
12、内力的影响不大，因此，将多层框架分解成一层一层的单层框架分别计算。在计算时，假定上下柱的远端为固定端，为了使误差减小，除底层外，其他层各柱的线刚度乘以折减系数0.9，另外，传递系数也由修正为。5.3.1. 恒荷载作用下的内力计算图5-1恒荷载计算简图（图中数据单位：集中力为kN；均布力为kN/m）顶层框架图5-2顶层梁恒荷载计算结果：表5-1顶层荷载弯矩分配图5-3顶层梁弯矩屋面框架图5-4屋面框架恒荷载图5-5屋面框架恒荷载弯矩58屋面框架恒荷载弯矩计算表表5-2屋面框架恒荷载弯矩分配标准层框架图5-6标准层框架恒荷载图5-7标准层框架弯矩标准层框架恒荷载弯矩计算表表5-3标准层框架恒荷载弯
13、矩分配底层框架底层柱弯矩的算法与标准层相同，只是柱的刚度不再乘以0.9。计算如下：图5-8底层框架恒荷载图5-9底层框架弯矩底层框架恒荷载弯矩计算表表5-4底层框架恒荷载弯矩分配各层组合弯矩后，节点弯矩不平衡，平衡节点弯矩，计算列表如下。顶层与屋面层的节点弯矩平衡顶层与屋面层的节点弯矩平衡计算表表5-5顶层与屋面层的节点弯矩平衡标准层与标准层的节点平衡标准层与标准层的节点弯矩平衡计算表表5-6标准层与标准层的节点平衡1表5-7标准层与标准层的节点平衡2标准层与底层的节点平衡标准层与底层的节点弯矩平衡计算表表5-8标准层与底层的节点平衡1表5-9 标准层与底层的节点平衡2框架剪力图图5-10框架
14、剪力图框架轴力图图5-11框架轴力图5.3.2. 活荷载作用下的内力计算活荷载作用下的内力计算，考虑最不利荷载布置：屋面框架梁集中荷载标准值：次梁传来的活载楼面框架梁集中荷载标准值：次梁传来的活载最大正弯矩（仅考虑两种情况）图5-12最大正弯矩最不利活荷载布置情况1图5-13最大正弯矩最不利活荷载布置情况2现仅对最大正弯矩最不利活荷载布置情况1进行手算，手算结果如下：顶层梁弯矩分配屋面梁弯矩分配表5-10屋面梁弯矩分配标准层框架弯矩分配1表5-11标准层框架弯矩分配1标准层框架弯矩分配2表5-12标准层框架弯矩分配2底层框架弯矩分配表5-13底层框架弯矩分配屋顶弯矩平衡表5-13屋顶弯矩平衡标
15、准层与标准层弯矩平衡1表5-14标准层与标准层弯矩平衡1标准层与标准层弯矩平衡2表5-15标准层与标准层弯矩平衡2标准层与底层弯矩平衡表5-16标准层与底层弯矩平衡剪力计算剪力计算如下表：表5-17剪力计算表轴力计算轴力计算如下表：表5-18轴力计算表最小负弯矩及最大剪力（考虑两种情况）图5-14最小负弯矩及最大剪力最不利活荷载布置情况1图5-15最小负弯矩及最大剪力最不利活荷载布置情况2此处省略手算最小负弯矩及最大剪力最不利活荷载布置情况。5.4. 地震效应计算5.4.1. 重力荷载计算屋面板与楼板自重：9层屋面板面积8层屋面板面积17层楼面板面积屋面板自重楼面板自重9层屋面板自重8层屋面板
16、自重17层楼面板自重各层梁自重：9层梁自重18层梁自重各层柱自重：9层柱自重28层柱自重1层柱自重各层填充墙等自重：9层150厚ALC外墙28层150厚ALC外墙1层150厚ALC外墙9层100厚ALC内墙28层100厚ALC内墙1层100厚ALC内墙小计-9层楼层自重8层楼层自重27层楼层自重1层楼层自重柱的侧移刚度梁的刚度为：标准层柱的刚度为：底层柱的刚度为：如下表计算：表5-19刚度计算表每层D值汇总表5-20D值汇总自振周期计算表5-21自拔周期计算表由表中计算数据知，。一般多采用顶点位移法计算结构基本周期，公式如下：其中，当采用轻质墙、外挂墙板时取0.8；为假想集中在各层楼面处的重力
17、荷载代表值为水平荷载，按弹性方法所求得的结构顶点假想位移（m）。5.4.2. 横向地震作用计算该房屋位于设防烈度为8度的类场地上，该地区的设计基本地震加速度为0.20g（汕头地区），设计抗震分组为第一组，结构的阻尼比为0.35。特征周期阻尼比水平地震影响系数最大值由于，故考虑顶点附加地震作用，顶部附加地震作用系数为：水平地震力9层等效地震力各层地震作用及楼层地震剪力水平地震作用标准值公式为计算过程如下表：表5-22每层地震剪力计算5.4.3. 变形验算计算过程如下表：表5-23变形验算表由表中计算数据知，最大的层间相对弹性转角为0.00094，满足的要求。其中为钢结构房屋的最大层间弹性转角。5
18、.4.4. 柱的弯矩计算在工程手算方法中，常采用反弯点法和D值法（改进反弯点法）进行水平地震作用下框架内力的分析。由于本工程层数只有八层，层数较少，且梁柱线刚度比，故可用D值法对框架进行手算。计算过程如下表18层A、F轴边柱，9层D、E轴边柱：表5-24柱的弯矩计算119层B、C、D、E轴中柱：表5-25柱的弯矩计算2注：表中，5.4.5. 梁的弯矩计算A轴梁端表5-26A轴梁端B轴梁端表5-27 B轴梁端C轴梁端表5-28 C轴梁端D轴梁端表5-29 D轴梁端E轴梁端表5-30 E轴梁端F轴梁端表5-31F轴梁端5.4.6. 框架剪力计算表5-32框架剪力计算5.4.7. 框架轴力计算表5-
19、33 框架轴力计算5.5. 风荷载5.5.1. 风荷载取值垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：根据设计资料，基本风压，地面粗糙度为C类。根据建筑结构荷载规范GB 50009-2001中的附录F“结构基本自振周期的经验公式”知，高层钢结构建筑的基本自振周期可取其中为建筑层数。本建筑共有9层，取系数0.10，有此时，有故脉动增大系数可根据插值法根据荷载规范表7.4.3得到而脉动影响系数可根据荷载规范表7.4.4-2用插值法得到由此可计算出结构在z高度处的风振系数，按下式计算：将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。表中为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果
20、如图。表5-34风荷载计算1表5-35风荷载计算2图5-16风荷载作用图（单位：kN）对于整个建筑而言，横向风荷载如下表：表5-36横向风荷载计算纵向风荷载如下表：表5-37纵向风荷载计算可见，横向与纵向的风荷载几乎相等。5.5.2. 风荷载引起的柱弯矩18层A、F轴边柱，9层D、E轴边柱：表5-38风荷载引起的柱弯矩119层B、C、D、E轴中柱：表5-39风荷载引起的柱弯矩2注：表中，5.5.3. 风荷载引起来的梁弯矩A轴梁端：表5-40A轴梁端B轴梁端：表5-41 B轴梁端C轴梁端：表5-42 C轴梁端D轴梁端：表5-43 D轴梁端E轴梁端：表5-44 E轴梁端F轴梁端：表5-45 F轴梁
21、端5.6. 内力组合根据高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98，第5.4.2条：第一阶段抗震设计进行构件承载力验算时，其荷载或作用的分顶系数应按表5.4.2的规定采用，并应取各构件可能出现的最不利组合进行截面设计。由于本建筑的限制，只进行1、2项内力组合即可。5.6.1. 框架柱的内力组合A轴柱的内力组合表5-46A轴柱的内力组合B轴柱的内力组合表5-47 B轴柱的内力组合C轴柱的内力组合表5-48 C轴柱的内力组合D轴柱的内力组合表5-49 D轴柱的内力组合E轴柱的内力组合表5-50 E轴柱的内力组合F轴柱的内力组合表5-51 F轴柱的内力组合5.6.2. 框架梁的内力组合AB梁的内力组
22、合表5-52AB梁的内力组合BC梁的内力组合表5-53 BC梁的内力组合CD梁的内力组合表5-54 CD梁的内力组合DE梁的内力组合表5-55 DE梁的内力组合EF梁的内力组合表5-56 EF梁的内力组合5. 截面验算表5-57主梁受力6.1. 主梁的截面验算以框架底层的CD梁为例进行梁的截面验算，其最不利内力组合为：按受弯构件计算，由于选用，,。6.1.1. 强度验算6.1.1.1. 正应力由于只考虑单向弯曲，这时梁的抗弯强度应满足：其中，为塑性发展系数，取；为材料抗力分项系数，对钢取，跨中有最大弯矩，取计算，满足。6.1.1.2. 剪应力此时亦只考虑单向受剪，应满足：其中为计算剪应力处以上（或以下）截面对中和轴x轴的面积矩。对于梁，其计算如下：满足。6.1.2. 局部压应力验算由于主梁上受到次梁的集中力为，局部压应力应满足下列公式：其中，为集中荷载，由于是静力，不考虑动力系数；为集中荷载放大系数，取；为集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，跨中集中荷载：则满足。6.1.3. 刚度验算对等截面简支梁：而根据受弯构件挠度容许值，主梁或桁架的最大挠度容许值为，。满足刚度要求。表5-58柱受力6.2. 柱的截面验算
