建筑结构概念设计案例分析

题：工程概况：某教学楼位于8度烈度区，设计基本地震加速度为0.2g；场地为II类；总层数为10层，底层一层层高5.5m，二层5m，其他层为4.1m，总高为5.5+5+8*4.1=43.3m；整个结构为现浇，本题中不考虑风荷载作用；楼面荷载计算中，雪载、使用荷载取50%，永久荷载取100%。（三）、绘出框架平面柱网布置第二步、初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级一、初估梁柱截面尺寸（1）框架梁截面尺寸：梁高h=(1/10～1/18)l=(1/10～1/18)×7200=400～720取600mm梁宽b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3)×600=200～300取300mm200mm(2)框架柱截面尺寸：600×600为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变。在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比(0/cccchbfV)、剪跨比(cVhM/)、轴压比(cccNhbfN/)限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以ω表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：3210)1.0(cfGnFaA式中；A——柱横截面面积，m2，取方形时边长为a；n——验算截面以上楼层层数；F——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ω——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9。φ——地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1、边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；G——结构单位面积的重量(竖向荷载)，根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为12～18kN／m2。A=18x9x54x17.4/52x1.1=0.32m214.3x(0.8-0.1)x103故0.6X0.6的柱子符合二、材料强度等级1、混凝土的强度等级：梁、柱和节点选用C30，其他各类构件选用C25。2、钢筋的强度等级：纵向钢筋采用II、III级变形钢筋，箍筋采用I级钢筋。三、确定计算简图、选取计算单元1、画出水平计算简图，标注框架编号（横向为1、2、3-----，纵向为A、B、C---）、框架梁编号（材料、截面和跨度相同的编同一号），确定梁的计算跨度。下面是720030007200右边是55005000328002、选取计算单元（所需计算的一榀或几榀框架），画出计算简图，标出计算跨度、柱的计算高度，并对柱编号（材料、截面和高度相同的编同一号）。第三步、确定各层重力荷载代表值和地震荷载代表值一、计算各层重力荷载代表值1、屋面竖向恒载：按屋面的做法逐项计算均布荷载×屋面面积；平屋面取6.0KN/m2Gw1=6×54×17.4=5637.6KN2、屋面竖向活载：屋面雪荷载×屋面面积；取0.7KN/m2Gw2=0.7×54×17.4=657.72KN楼面竖向恒载：按楼面的做法逐项计算均布荷载×楼面面积；楼面恒重选用：2/5.2mKN+2/65.0mKN+2/25.0mKN=2/4.3mKNGlm1=3.4×54×17.4=3194.64KN3、楼面竖向活载：楼面均布活荷载×楼面面积；取2/5.3mKNGlm2=3.5×54×17.4=3288.6KN4、梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰）：梁侧、梁底抹灰、柱周抹灰，近似按加大梁宽及柱宽考虑，一般加40mm。容重lhbG)40.0(混凝土容重：25kN/m3Gl1=(0.04+0.3)×0.6×7.2×25=36.72KNGl2=(0.04+0.3)×0.6×3×25=15.3KNGl3=(0.04+0.3)×0.6×4.5×25=22.95KNGz1=（0.04+0.6）×0.6×5.5×25=52.8Gz2=（0.04+0.6）×0.6×5×25=48Gz3=（0.04+0.6）×0.6×4.1×25=39.36梁柱自重可列表，以方便后面的计算。如：编号截面(m2)长度(m)根数每根重量（KN）L1宽×高=0.3×0.67.2每层根数×层数=26×1036.72L20.3×0.6313×1015.3L30.3×0.64.548×1022.95Z10.6×0.65.552×152.8Z20.6×0.6552×148Z30.6×0.64.152×839.365、墙体自重：（包括女儿墙和各种纵横隔墙）36.72×26+15.3×13+22.95×48墙体两面抹灰，近似按加厚墙体40mm考虑。(39.36×52+3485.68+3195.14+83.38)墙体容重墙厚）（墙宽墙高40.0G单位面积上墙重量墙体面积黏土砖的容重：19kN/m3G1z=(5.5-0.6)×(54-12×0.6)×(0.04+0.24)×19=1219.98G1h1=(5.5-0.6)×(7.2-0.6)×(0.04+0.24)×19=172.05G1h2=(5.5-0.6)×(3-0.6)×(0.04+0.24)×19=62.56G2z=(5-0.6)×(54-12×0.6)×(0.04+0.24)×19=1095.49G2h1=(5-0.6)×(7.2-0.6)×(0.04+0.24)×19=154.49G2h2=(5-0.6)×(3-0.6)×(0.04+0.24)×19=56.18G3`10z=(4.1-0.6)×(54-12×0.6)×(0.04+0.24)×19=871.42G3`10h1=(4.1-0.6)×(7.2-0.6)×(0.04+0.24)×19=122.89G3`10h2=(4.1-0.6)×(3-0.6)×(0.04+0.24)×19=44.69同上列表：墙体每片面积片数重量底层纵墙宽×高=(54-0.6×12)×(5.5-0.6)每层片数×层数=4×14879.92底层横墙(7.2-0.6)×(5.5-0.6)(3-0.6)×(5.5-0.6)26×12×14473.3+125.12=4598.42二层纵墙(54-0.6×12)×(5-0.6)4×14381.96二层横墙(7.2-0.6)×(5-0.6)(3-0.6)×(5-0.6)26×12×14016.74+112.35=4129.1其他层纵墙(54-0.6×12)×(4.1-0.6)4×83485.68×8=27885.44其他层横墙(7.2-0.6)×(4.1-0.6)(3-0.6)×(4.1-0.6)26×82×83195.14×8=25561.12+83.38×8=715.04=26276.166、荷载分层总汇(39.36×52+3485.68+3195.14+83.38)屋面重力荷载代表值Gi=屋面恒载+50%屋面活荷载+纵横梁自重+楼面下半层的柱及纵横墙自重；各楼层重力荷载代表值Gi=楼面恒荷载+50%楼面活荷载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙自重：总重力荷载代表值niiGG1G10=5637.6+50%×657.72+(36.72×26+15.3×13+22.95×48)+(39.36×52+3485.68+3195.14+83.38)/2=12627.14G1=3194.64+50%×3288.6+(36.72×26+15.3×13+22.95×48)+（52.8×52+48×52+4879.92+4598.42+4381.96+4129.1）/2=18709.66G2=3194.64+50%×3288.6+(36.72×26+15.3×13+22.95×48)+（39.36×52+48×52+4381.96+4129.1+3485.68+3195.14+83.38）/2=17003.15G3~9=3194.64+50%×3288.6+(36.72×26+15.3×13+22.95×48)+（39.36×52+3485.68+3195.14+83.38）=15905.08二、计算地震荷载标准值1、计算结构自振周期顶点位移法计算基本周期：TTT7.11式中，T——基本周期调整系数，对一般民用框架取0.6。T——结构顶点侧向位移，即为把集中在各楼层处的重力荷载代表值视为作用在楼面处的水平力时，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧向位移（m）。niiT1，iimkikiiDVDV//1式中，iV——上述水平力作用下第i层的层间剪力，nikkiGV;iD——第i层柱的侧移刚度之和。(四)参数计算①柱线刚度计算：第3~10层：mKNHIbhHEIIc56331079.01.410306.06.0121121第2层：mKNHIbhHEIIc563310648.0510306.06.0121121第1层：mKNHIbhHEIIc563310589.05.510306.06.0121121②梁的线刚度(注:计算梁的线刚度时，考虑到楼板的作用,边框架梁05.1IIb，中框架梁00.2IIb，由于轴线梁属于中框架梁，因此线刚度应取为00.2IIb所以：1~5层：边跨mKNlIbhlEIIIb5633010383.02.7105.256.03.0121*2121222中跨mKNlIbhlEIIIb5633010918.03105.256.03.0121*2121222层/hi柱510ci510ib,2ccibibKii0.5,22KKKK2112ciDhD三~十/4.1⑴0.790.3830.240.11620337220⑵0.790.9180.580.2212407二/5⑴0.6480.3830.300.13404424262⑵0.6480.9180.710.268087一/5.5⑴0.5890.3830.650.431004747198⑵0.5890.9181.560.5813552注：表头中K、α括号中式子用于底层D=[D(1)+D(2)]*2V1=18709.66+17003.15+15905.08*7+12627.14=159675.51i=3.38V2=17003.15+15905.08*7+12627.14=140965.85=5.8V3=15905.08*7+12627.14=123962.7=3.33V4=15905.08*6+12627.14=108057.622.9V5=15905.08*5+12627.14=92152.542.48V6=15905.08*4+12627.14=76247.462.05V7=15905.08*3+12627.14=60342.381.62V8=15905.08*2+12627.14=44437.31.19V9=15905.08+12627.14=28532.220.77V10=12627.140.34niiT1=3.38+5.8+3.33+2.9+2.48+2.05+1.62+1.19+0.77+0.34=23.86mTTT7.11=1.7*0.6*根号下23.86=4.98s2、计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用对满足底部剪力法适用条件的框架结构，可用底部剪力法求解，列表计算。eqEKGF1；)1(1nEKnjjjiiiFHGHGF；EKnnFF层/HiGiGiHiFi注十/44.45202308853.21011031313575931324337iiiiiiiiiiEKGHGHFFGHFFkNFkN九/40.25002010047.7八/36.05001800041.5七/31.85201653638.1六/27.65201435233.1五/23.45451275330.2四/19.25701094425.2三/15.0600900020.7二/10.8660712816.4一/5.27423858