2006级结构计算指导书.docx

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1、毕业设计指导书设计题目：高层办公楼设计（钢筋混凝土结构）专 业：结构工程学生姓名：学 号：班 级：2006级 班指导教师：周东华主管院长：孙 俊昆明理工大学建筑工程学院结构计算指导书需要明白和解决的几个问题：1. 剪力墙设在什么地方和设多少？本设计选用框架一剪力墙的结构形式，首先应清楚地知道：这 体系中的剪力墙主要是用于承受水平荷载，因其水平抗弯刚度大； 而框架则主要用于承受竖向荷载，因其竖向负荷面积大。在结构 布置时要确定剪力墙的位置、大小及多少，设置过多会不经济， 过少则框架不得不更多地参与承受水平荷载，这使得剪力墙、框 架各自受力不合理，同时也不经济。设置多少剪力墙合适，可由 结构刚度特

2、征值（人）来判断，若人1，剪力墙将承受绝大部分的 水平荷载，本设计应选择X小于1的数。此部分的工作用手算来 完成。2. 水平荷载在框架一剪力墙中如何分配，剪力墙承担多少，框 架又承担多少？水平荷载的分配可用手算或电算，手算可直接套用公式，这些 公式是微分方程的解，微分方程的建立是将剪力墙与框架之间的 连接假设为连续的连接，类似弹性地基梁，将框架视为剪力墙的 “弹性地基”，剪力墙在多大程度上要靠“弹性地基”来帮忙承担 水平荷载，就取决于它们二者的刚度比，即前面说的X值。X值越 小，剪力墙的抗弯刚度越大，反之框架的水平抗剪刚度越大。并 才艮据不同的水平荷载作用（如倒三角形、均匀分布形、顶点集中 荷

3、载等）分别选用不同的公式计算综合剪力墙沿高度分布的位移、 弯矩和剪力。主要设计内容与步骤：一、确定剪力墙的布置、截面和数量1）计算框架的水平抗测移刚度（D-值、Cf-值）2）计算剪力墙的抗弯刚度（EI）3）计算结构特征值（入），本设计要求L520，若满足，则 说明剪力墙的设置合适，否则剪力墙过少。二、荷载计算恒载、活载、楼层重量、房屋总重，水平荷载还在暂时不能 计算，因房屋的自振周期还不知道。三、横向水平地震力计算1）计算结构顶点位移2）计算结构基本周期3）计算水平地震剪力（横向和纵向）四、结构层间位移及顶点位移验算1）计算结构层间位移五、地震水平力在总剪力墙与总框架之间的分配六、总剪力墙的楼

4、层水平力在各剪力墙间的分配；总框架的楼 层水平力在各框架之间的分配七、计算一根框架（各荷载作用的内力、内力组合及配筋、抗 震设计）八、计算一片剪力墙（各荷载作用的内力、内力组合及配筋、 抗震设计）九、屋面板和楼板的内力及配筋计算十、楼梯计算（任选一楼梯）十一、基础计算十二、计算书整理十三、绘制施工图十四、专业英语翻译一、确定剪力墙的布置、截面和数量1). 框架侧移刚度计算(各根柱的D值、楼层D值、楼层剪切 刚度、总框架等效剪切刚度)梁的线刚度：在现浇结构中，现浇楼板梁可作为梁的有效翼缘， 为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取j _15IIB 1.5I (Io为梁截

5、而惯性矩)；对中框架梁(2)柱的线刚度:K =B1 +B2)2iC，C梁号截面b x h (m2)柱高度hc (m)惯性矩Io = bh3/12线刚度iC = ECIC/hc(3)框架边柱的D值计算标准层：D = a 2c，(其中：以=ih22+ Ki底层:D =a些，(其中：以=匹土芟，K =或)1h22 + Ki1C(4) 框架中柱的D值计算标准层：D =a 12c ,i h2 i(其中：.=氏,i + iK =B22iCD =a 12ic1h21(其中：0.5 + K以=2 + Ki + i 、K =B2 )iC底层:根据以上公式，可列表计算各层边柱和中柱的D值: 框架边柱的D值：层数截

6、面 b X h (m2)混凝土Ec (kN/m2)层高h.1(m2)惯性矩L (m4)线刚度 EI_ i = c C C LKa12h2i(1/m2)D =a性 ih2i(kN/m)顶层标准层底层框架中柱的D值:层数截面 b X h (m2)混凝土Ec (kN/m2)层高h.i(m2)惯性矩Ic(m4)线刚度 EI= c CC LKa12h2i(1/m2)D =a性 ih2i(kN/m)顶层标准层以上表格中计算出的是一根柱的D值，一个楼层的D值等于该楼层所有边柱和中柱D值之和，即 XD。楼层的剪切刚度为：Cf = h D楼层的D值的物理意义为：楼层处发生一个单位水平位移所需的力楼层的剪切刚度的

7、物理意义为：楼层处发生一个单位转角所需的力总框架剪切刚度（可列表计算）层数边柱D值之和（kN/m）中柱D值之和（kN/m）楼层侧移刚度Di = D（kN/m）楼层剪切刚度Cf = h ZD （kN）顶层标准层底层（5）总框架等效剪切刚度以上计算出的仅是各楼层的剪切刚度，如何将各楼层的剪切刚度换算成沿房屋整个高度上的剪 切刚度一一等效剪切刚度？其方法是将各层的剪切刚度与层高的加权平均，即ZC hfZhI2）.剪力墙的等效抗弯刚度计算（即各楼层抗弯刚度与楼层高度加权平均）（1）剪力墙的类型判别（根据洞口的大小判断：是整体、整体小开口、双肢或多肢、还是壁式框架 剪力墙）根据三各指标（洞口系数、整体系

8、数、惯性矩之比）进行判断。p= AoPen 0.15，按整体计算（A 为洞口面积，A 为墙的全部面积）。Aopenfullfull本设计应将剪力墙设计为整体小开口，这样无须再进行整体系数、惯性矩之比的计算。整体墙：E I =EcJwCeq,卯 I1 + A H 2WI Ih W = h.1(IAg 1aw * =卜的广|A Afull )EC:混凝土弹性模量Ieq：等效惯性矩H:剪力墙总高度M：剪应力不均匀系数，按截面形式查表IW：与楼层高度加权平均的考虑洞口削弱的惯性矩AW：考虑洞口削弱的折算截面面积Aopen：墙面洞口面积A,:墙面总面积fullY00:洞口削弱系数（2）整体墙小开口：E

9、I = O.8ECIWC eq如 I1 + AH 2I：组合截面惯性矩A:墙肢截面面积之和（3）多肢或壁式框架剪力墙：厂.qH4ECIeq =8（均布荷载）E带（倒三角荷载）C eq120|!2q和qmax：分别为均布和倒三角荷载也和史：分别为均布和倒三角荷载产生的结构顶 点位移（2）.剪力墙等效刚度计算（列表计算）层号开动情况墙1(kN/m2)(m4)顶层无洞有洞标准层无洞有洞底层无洞有洞墙2E IC j(kNm2)(kN/m2)(m4)E ICj(kNm2)总剪力墙的等效抗弯刚度：将各楼层的抗弯刚度与层高的加权平均，即E I 二 %匕 h C WI3）.结构刚度特征值（人）* H ECIe

10、qCf:框架的等效侧移刚度Cb：连系梁的约束刚度EcIeq：剪力墙的等效抗弯刚度 m.:连系梁对剪力墙沿高度方 向的约束弯矩在计算结构刚度特征值以）时，取Cb=0,因连系梁与剪力墙的连接考虑为铰接。如果人1要重新调整剪力墙的厚度或者布置位置与方式，甚至增加剪力墙的数量，使得人1.二、荷载计算1）计算简图2）平面（反映柱网和剪力墙的布置情况，主次梁、楼梯位置、出入口）3）立面（反映剪力墙与框架立面尺寸）4）屋面重量5）柱及剪力墙重量6）砖墙重量7）楼层重量房屋总重三、横向水平地震力计算1）.计算结构顶点位移2）.计算结构基本周期：（第一）自振周期（匚）切如%:基本周期调整系数 uT：结构顶点位移

11、 q：结构重量作为水平均a 0 = 0.8布荷载qH 4 u =T l4 ECI(chl- 1)-X sh人&+人2&( 七、1 -2)3）.计算水平地震剪力（横向和纵向）（底部剪力法）基底总剪力：F/ 0.85a 1Ge （0.85为结构总重力荷载等效系数，地震影响系数，Ge总重力荷载代表值）楼层剪力：F = GiHi F （1 -5 ） （5为结构顶部附加地震作用系数，以考虑高振型的影响） i X G H Ek n k楼层建立可列表计算层数层高（m）高度重量(kN)GHG HX GkHk水平力（kN）剪力(kN)弯矩F.H.(kNm)654321四、结构层间位移及顶点位移验算首先将楼层剪力

12、按基底总弯矩相等的原则换算成倒三角形荷载，这样就可利用公式计算结构沿高度 的位移，从各高度点的位移又可算出层间位移。倒三角形荷载（q）：X M = 0 n 号 X 学=X FH n q = *结构层间位移计算（列表）层数H：=Hu = u (E )(m)Au , = u - u 1(m)h.(m)Au / h654321表中u. = u （E ）按下式计算:qH 4u（E ） =-X2 ECI一、，、一1层间位移须满足：Au. /h 忐1顶点位移须满足：Z Au. nb Mb ）；（强剪弱弯）， 将柱端剪力值放大，即vc =n cv（n b Mb/Hn）节点区：（强节点弱杆件）节点区剪力设计值

13、取V.勺b己斗（1 - h疽），注意Mb为 j bh0 - aHc - hbb未调整过的弯矩值，这里没用门vc系数二是用门b对核心区剪力进行调整。3）框架梁的支座及跨中截面强度验算a. 支座正截面强度：首先可用组合1、2、3、4的不利弯矩对支座截面进行验算（一般是组合3、 4的弯矩最不利），但验算前还需将轴线处的弯矩换算到柱边的弯矩，即Mo = M- Vxb/2，另 外若Mo是由组合3、4得到，还要将其乘于承载力调整系数yRE = 0.75。b. 跨中正截面强度：跨中最大弯矩要用手算，因利用程序进行调幅计算时不仅支座弯矩还有跨中 弯矩都会被乘于调幅折减系数，这样就不能满足平衡条件，所以跨中弯矩

14、应按平衡条件重新来 求。现以右震为例（弯矩为顺时针）来求跨中最大弯矩：mbeMBqqL (MAq MBq Mae Mbe)A = 2 +L跨中最大弯矩：MmaxRA2qAqAE在已知了最不利的支座即跨中弯矩后，就可进行配筋计算了。正截面强度计算截面I （负弯矩）I （正弯矩）IIIII （负弯矩）III （正弯矩）M （KNm）b x h0V - b/2vM0 = M - V - b/2y reMa = y REM0s f bh2 c0& = 1-J1 - 2a sy s = 0.5（1 +J1- 2a s）A = y reM0 s y fh04）框架梁的斜截面强度验算 验算时荷载引起的剪力应

15、是柱边处的剪力值，用程序计算的剪力值是柱中轴线处的值。换 算用净跨长度重新计算竖向荷载引起的简支反力再于端弯矩引起的杆端剪力叠加。 不要忘记用“强剪弱弯”的放大系数（门vb =1.20）乘于弯矩引起的剪力设计值 不要忘记用承载力抗震调整系数（门re = 0%5）乘于最终剪力设计值简支反力：Vq= 2（恒载+ 0.50 X活载）X L0端弯矩引起的杆端剪力：V = MAq MBq Mae MbeML柱边的最终的剪力：V = Vq +Y Vb - VM斜截面强度计算截面支座A右支座B,支座B右设计剪力值V（kN）yRE -V（kN）t、hsf、， （ tw,hs分别为腹板厚，钢梁高度）（kN）5）

16、柱截面设计首先应确定验算的截面，一般选底层中柱。抗震 设计的三大要点（强柱弱梁、强剪弱弯、强节点 弱杆件）都体现在柱的设计中，而在梁的设计中 只包含有一个要点，即强剪弱弯。（1 ） 轴压比验算（抗震等级二级、框-剪结构的柱的轴压比限值为0.85 ）一般底层柱脚的压力最大，若那里轴压比验算满足，则可免除其余部分的验算。（2） 正截面承载力的计算弯矩应满足:节点弯矩：gb强柱弱梁：就是将柱的设计弯矩放大，其做法是：取一节点，节点上下柱端弯矩于节点左右的两端a, 顶层节点处：不作任何调整，因柱中压力（或轴压比）一般较小。b, 楼层节点处：Mcu + Mci =nc（Mbi + Mbr），式中门c为强

17、柱系数，二级为门c =1.2。节点左右的弯矩有顺时针和反时针的情况，取较大者计算，梁端弯矩与柱端弯矩 之差按节点上下弯矩大小比例分配，并与原柱端弯矩设计值叠加。c, 底层柱脚处：Mcb =ncMc式中Mc为调整前的柱脚弯矩设计值，二级为叫=1.25（3）斜截面承载力的计算（注意：原计算的柱端剪力已基本上不会采用，因柱端弯矩被调整放 大了，其柱端剪力就要根据调整放大后的柱端弯矩来重新计算，并乘于n vc后得调整后的最 终柱端剪力值，这样最终柱端剪力值实际上是经过了两次放大，即经过先后乘于nc和nvc而 得到放大。）强剪弱弯：就是将柱的设计剪力放大，其做法是：m =n、Mbcb cv H n式中n

18、 vc放大系数为M：,Mcb 调整后的柱上下端弯矩Hn柱的净高计算节点核心区剪力(1)(2)(3)(h a” 1_I H h ) v c b J式中第一项为节点左右两端弯矩引起梁上部的拉力和压力，第二项为柱端剪力 节点核心区截面验算V =工（0.30 门 f b h ） j yj c j jRE节点核心区箍筋计算V =工（1.1 门 f b h + 0.05门 N + fyvAsvj （h a） j yREj c j jj b h s b0 s7式中第一项为考虑框架梁约束后提高的混凝土的抗剪承载力，第二项为柱中压力对混凝土 的抗剪承载力提高的贡献，第三项为箍筋的抗剪承载力。八、计算一片剪力墙（

19、各荷载作用的内力、内力组合及配筋、抗震设计）进行抗震墙的设计时，只涉及到“强剪弱弯”，不涉及“强柱弱梁”和“强节点弱杆件”。计算内容有：正截面、斜截面九、屋面板和楼板的内力及配筋计算1）屋面及楼面结构平面2）板的计算（单向或双向板）可考虑塑性内力重分布，即调幅。根据调幅原则用均布荷载作用下 的五跨连续梁推导出弯矩系数以和剪力系数p，再用下列公式计算弯矩和剪力：M =以（g + p）L2V = P（g + p）L弯矩系数和剪力系数截面边跨中B支座中间跨中中间支座弯矩系数以1/11-1/141/16-1/16边支座B支座左边B支座右边中间支座剪力系数p0.40.60.50.5十、楼梯计算（任选一楼

20、梯）十一、基础计算1）确定上部荷载，即各柱柱脚反力（轴力、弯矩、剪力）的大小2）确定基础形式和估算其大小（独立基础、条基、十字交叉条基、筏片、箱基、桩基）3）选择确定基底反力的计算方法（机床系数法、半无限弹性地基法、刚性基础法）4）计算基底反力和基础内力5）基础配筋计算十二、计算书整理十三、绘制施工图十四、专业英语翻译部分参考文献：建筑结构荷载规范钢结构设计规范建筑抗震设计规范混凝土结构设计规范1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、GB500092001；GB500172001；GB500112001；GB500102002；建筑地基基础设计规范GB500072002；高

21、层民用建筑钢结构技术规程JGJ9998,关于组合梁的规定；混凝土结构设计，沈蒲生高等教育出版社2005；钢与混凝土组合结构设计原理，刘坚科学出版社，2005.9；工业与民用建筑专业毕业设计指南，杨太生武汉理工大学出版社1998工民建专业课程设计指南，贾韵琦，王毅红中国建材工业出版社1999房屋结构毕业设计指南，周果行 中国建筑工业出版社2004工民建专业毕业设计指南，(第二版)？(ISBN 711203192)工民建专业毕业设计手册，(本科、专科)，杨志勇武汉理工大学出版社2001(ISBN： 9787562912972)14、高层建筑框架-剪力墙结构设计，郭仁俊中国建筑工业出版社(ISBN:7112061784)高等 学校土木工程专业毕业设计指导用书15、高层建筑结构设计，方鄂华中国建筑工业出版社200316、建筑结构抗震设计，李国强中国建筑工业出版社2002