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1、二 结构设计2.1 结构选型和布置 结构选型 根据图书馆使用要求，为使建筑平面布置灵活，获得较大使用空间，本结构设计采用钢筋混凝土框架结构体系。 结构布置 根据建筑功能要求建筑物可用的占地平面地形，横向尺寸较短，纵向尺寸较长，故采用横向框架承重方案，具体布置详见图1，施工方案采用梁、板、柱整表达浇方案。楼盖方案采用整体式肋形梁板结构，电梯井采用钢筋混凝土筒体。楼梯采用整表达浇板式楼梯，根底采用柱下独立根底。 初估截面尺寸1) 根据本工程房屋的结构类型，抗震设防烈度和房屋的高度查表得本建筑的抗震等级为二级，楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取为100mm各层梁柱板混凝土等级均为C30，
2、纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋采用HPB235级钢筋。 根据平面布置确定的结构平面布置图可知，边柱及中柱的承载范围分别为8.0 m4 m和 m m 。估算结构构件尺寸时，楼面荷载近似取为10 kN/计算。2) 梁截面尺寸估算依据。框架结构的主梁截面高度及宽度可由下式确定： 且200mm,其中横梁跨度： ，纵梁 。由此估算的梁截面尺寸如下：横向主框架梁：纵向框架梁： 次梁：3) 柱截面尺寸估算依据。柱的轴压比应小于轴压比限值的要求： C30混凝土： , ,求得：上式中的1.2为荷载分项系数，11表示底层柱承受其上十一层的荷载。N按底层中柱的负荷载面积考虑。取柱截面为正方形，那么柱截
3、面边长为941.按实际情况，并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸为950mm950mm。纵向受拉钢筋抗震锚固长度，梁内钢筋伸至柱内长度，故柱子截面满足此抗震构造要求。2.2 框架计算简图 计算简图说明地下室地坪以下为0.600 。框架计算单元人图1 所示，取，故地下室柱计算高度为4.8，其余各层柱计算高度为层高，即层高为4.0。 框架梁柱截面特征 由构件的几何尺寸、截面尺寸和材料强度，利用结构力学有关截面惯性矩及线刚度的概念计算梁柱截面的特性，如表1及表2所示。 框架梁柱线刚度计算 1. 柱子计算地下室柱子：110层柱： 2. 梁计算轴梁为中框架梁，=2,各层梁截面均相同。 3. 相对线刚度计
4、算 令一至十层柱子线刚度为1.0，那么其余各杆件的相对线刚度为：地下室柱子：中框梁：边框梁：根据以上计算结果，框架梁柱的相对线刚度如图2所示，是计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。考虑整表达浇板结构中，板对梁的有利作用，对中框架取=2，对边框架取，为矩形截面框架梁的惯性矩。 表1 梁截面的特性计算表中框架梁层数混凝土强度梁编号截面宽b/mm截面高h/mm梁跨L/mm砼弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度-110C30CD跨300700800030000C30DE跨300700800030000C30EF跨300700800030000边框架梁层数混凝土强度梁编号截面宽b/mm截面高h/mm梁跨L/
5、mm砼弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度-110C30CD跨300700800030000C30DE跨300700800030000C30EF跨300700800030000 表 2 柱截面的特性计算表层数混凝土强度柱轴号截面宽b/mm截面高h/mm柱高L/mm砼弹性模量截面惯性矩线刚度相对线刚度-1C30CDEF950950480030000110C30CDEF950950400030000 注： 括号内为边框架相对线刚度，括号外为中框架相对线刚度图2 框架梁柱相对线刚度2.3 荷载计算 荷载计算是结构计算中非常重要的根底数据计算。不能漏算荷载，也不能多计算荷载。要使荷载计算准确无误，关键应
6、把握荷载的正确传力路径和荷载的正确取值。荷载的传递路径直接与结构布置相关，有什么样的结构布置就有什么样的荷载传递方式；荷载的正确取值又分恒载和活载的取值。此外还应特别注意的是假设考虑功能分隔可以灵活布置的隔墙或考虑二次装修荷载，设计之初隔墙或装修位置不确定时，可以将非固定的隔墙的自重取每延米墙重的1/3作为楼面活荷载的附加值。恒载标准值计算.上人屋面恒载：隔热层： 保护层：40厚C20细石混凝土 防水层：SBS3+3改性沥青防水卷材 找平层：1：3水泥砂浆20厚 找坡层：最薄处厚C20细石混凝土 结构层：100厚现浇钢筋混凝土板 板底抹灰：10 合计： .楼面恒载：瓷砖地面包括水泥粗沙打底：
7、现浇钢筋混凝土板：100厚 V型轻钢龙骨吊顶： 合计： 3. 梁自重主梁： 次梁：主梁自重： 次两自重： 4. 根底梁梁自重： 5. 柱自重KZ1：KZ1柱自重： 抹灰层：10厚混合砂浆： 6. 墙自重1 外纵墙自重加气混凝土砌块12层：纵墙：铝合金窗： 外墙面贴瓷砖：内墙面20厚抹灰： 310层：纵墙：铝合金窗： 外墙面贴瓷砖：内墙面20厚抹灰： 2 内纵墙自重及内横墙自重只考虑位置固定的纵横墙体纵横墙： 抹灰20厚两侧： 3 女儿墙自重墙重及压顶重： 外贴瓷砖： 水泥粉刷内面： 合计： 活载标准值计算 1. 屋面及楼面活载；阅览室 2. 屋面雪荷载标准值屋面雪荷载与活载不同时考虑，两者取较
8、大值。 3. 风荷载见表3 表3 横向风荷载计算层次/m/H女儿墙顶1.452 0.760 6.078 109787654321-12.4 竖向荷载作用下框架受载总图 当结构布置图确定后，而在的传递路径就已经确定。本设计的结构布置图中可知，屋盖和楼盖布置的梁格将板划分为单项板体系。由此可知板面均布荷载传给纵向次梁及纵向框架梁，纵向次梁及纵向框架梁的荷载以集中力的方式传给横向承重的框架主梁，为计算方便将框架主梁的自重简化为集中荷载详见图4。受荷总图中荷载位置的大小及作用位置的正确是结构受力分析的根底。2.4.1 顶层梁柱 1. 恒载计算1梁恒载计算1板传给次梁纵向中间次梁 边框架梁 C、F轴 中
9、框架梁 2次梁传给横框架梁主梁次梁自重 板次梁主梁传递 小计 3横框架梁自重 折合为集中荷载 合计： 2 柱子1边柱C、F轴边框架梁传递 边框架梁自重 合计： 2中柱：纵向中框架梁传递 纵向中框架梁自重 合计： 2. 活载计算1梁的计算1板传给次梁中间次梁 边框架梁 中框架梁 2次梁传给横框架梁主梁中间次梁传递 2 柱子1边柱C、F轴边柱边框架梁传递 2中柱： 顶层荷载位置如图3所示 图3 顶层荷载位置图2.4.2 标准层梁柱410层1. 恒载计算1梁恒载计算1板传给次梁纵向中间次梁 边框架梁 墙 中框架梁 2次梁传给横框架梁主梁次梁自重 中间框架梁传递 小计 3横框架梁自重 折合为集中荷载
10、合计： 2 柱子1边柱C、F轴边框架梁传递 边框架梁自重 柱自重 小计： 2中柱：D、E轴中框架梁传递 中框架梁自重 柱自重 小计： 2. 活载计算1梁的计算1板传给次梁中间次梁 边框架梁 中框架梁 2次梁传给横框架梁主梁中间次梁传递 2 柱子1边柱C、F轴边柱边框架梁传递 2中柱： 2.4.3 三层梁柱计算 1. 恒载计算1梁恒载计算同标准层2 柱子1边柱C、F轴边框架梁传递 边框架梁自重 柱自重 小计： 2中柱：D、E轴同标准层2. 活载计算1梁的计算1板传给次梁中间次梁 边框架梁 中框架梁 2次梁传给横框架梁主梁中间次梁传递 2 柱子1边柱C、F轴边柱边框架梁传递 2中柱： 12层梁柱计
11、算1. 恒载计算1梁恒载计算1板传给次梁纵向中间次梁 边框架梁 墙 中框架梁 2次梁传给横框架梁主梁次梁自重 中间框架梁传递 小计 3横框架梁自重 EF跨 折合为集中荷载 合计： CD、DE跨 折合为集中荷载 合计： 2 柱子1边柱C、F轴边框架梁传递 边框架梁自重 柱自重 小计： 2中柱：D、E轴中框架梁传递 中框架梁自重 柱自重 小计： 2. 活载计算同标准层2.4.5 地下室荷载计算1柱自重 2 墙自重300厚钢筋混凝土 抹灰水泥砂浆 3) 根底梁自重 根底顶面恒载边柱 中柱 4以上荷载在计算根底时用。综上所述各楼层荷载计算结果，绘出结构竖向受力总图如图4所示 水平地震作用计算及内力、位
12、移分析水平地震作用在房屋的纵向和横向，在此以横向水平地震作用计算，采用底部剪力法计算水平地震作用，采用假想顶点位移法确定自震周期。 重力荷载标准值计算 1. 各层梁、柱、板自重计算，分别见表4、表5、表6。 表4 柱力荷载标准值层数柱编号截面宽/mm截面高/mm净高/mgk/(kN/ m)数量Gki/kNGi/kN-1KZ195095032TZ30050041KZ195095032TZ30050042-3KZ195095032TZ30050064-10KZ195095024TZ3005004机房KZ19509508TZ3005002注：表中KZ1为框架柱，TZ为楼梯间梁。 表5 板重力荷载标准
13、值层数板面积/m2gk/(kN/ m)Gki/kNGi/kN-1-1楼面楼梯2-3楼面3楼梯4-10楼面楼梯屋面机房注：表中楼梯局部板的gk 按楼面的1.2倍考虑。 注：图中各值的单位为kN,图中数值均为标准值，括号为活载，括号外为恒载 图4 框架竖向受载总图表6 梁重力荷载标准值层数梁编号截面宽/mm截面高/mm净跨长/mgk/(kN/m)数量Gki/kNGi/kN-1-3KL1300700360KL23007008KL33007008L130060027L2300600123006003L3300600184-10KL130070030KL23007008L130060027L230060
14、0123006003机房KL13007004KL23007002L23006003注：表中KL表示框架梁，L表示次梁或其他小梁。2. 各层墙外墙自重标准值计算1 女儿墙重 总长L=42m+24m2=132m 总重Gk12标准层墙重 L012层 Gk1=4.29kN/m3层 Gk1(51.6+24)410层 Gk1地下室 Gk1=30.75+1.632kN/m124.2m=kN3. 各层(各质点)自重标准值计算1地下：2首层：3二层：4三层：5标准层： 6顶层： 7机房： 2.5.2 重力荷载代表值计算 重力荷载代表值G取结构和构件自重标准值和可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值系数取为雪荷载：
15、0.5，屋面活载：0.0，按等效均布荷载计算的楼面活载：0.5。1. 地下室墙+梁+板+柱G-1(936.22+41.58)m22楼板平面面积+楼梯面积活载标准值)2. 首层：G1(936.22+41.58)m22=kN3. 二层：G2(9+)m22=kN4. 三层：G3(9+)m2kN/m2 m2kN/m2=kN5. 49层：Gi(+)m22=kN6. 顶层： G10m2kN/m2=kN7. 机房： G11=m25kN/m2=kN集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi计算图如图5所示。2.5.3 等效重力荷载代表值计算 本设计为设防烈度为7度，设计分组为一组，场地类别为II类场地，一次查得：
16、水平地震影响系数最大值=0.08，特征周期Tg=0.35s，取阻尼比=0.05。Gi kN+ kN kN结构等效重力荷载代表值： GeqGi kN2.5.4 横向框架侧移刚度计算 地震作用是根据各受力构件的抗侧刚度来分配的，同时，假设用顶点位移法求得结构的自振周期时也要用到结构的抗侧刚度，为此，要先计算各楼层柱的抗侧刚度。1. 中边框架柱抗侧刚度计算见表7、表8、表9。 表7 中框架柱侧移刚度D值边柱层次/(105kN.m)h/mDi/(105kN/m)根数1-3124-108-112中柱1-3124-108-112Di/(105kN/m)1-34-10-1 表8 边框架柱侧移刚度D值边柱层次
17、/(105kN.m)h/mDi/(105kN/m)根数1-104-14中柱1-104-14Di/(105kN/m)1-10-1 表9 横向框架层间侧移刚度层次-11-34-10Di/(105kN/m)1018709 横向框架侧移刚度计算1把G11折算到主体结构的顶层图5 Ge= G111+2结构顶点的假想侧移计算 先由式2.2.1计算楼层剪力，再由式2.2.2计算层间相对位移，最后由式2.2.3计算结构的顶点位移。 2.2.1 2.2.2 2.2.3计算过程见表10，其中第10层的Gi为G10和Ge的和。 G10kN kN kN表10 结构顶点假想侧移表层次Gi/ kNVGi/ kNDi/kN
18、/mui/muT/m10749904974990487499047749904674990457499044749904310187102101871011018710-12293331由计算根本周期，取=0.7，由表10可知=0.67。所以，2.5.6 水平地震作用及楼层地震剪力计算1. 水平地震作用及楼层地震剪力计算由房屋的抗震设防烈度、场地类别及设计地震分组而确定的地震作用计算参数如下： =0.08； Tg=0.35s； 由此计算的相应结构根本自震周期的水平地震影响系数为：结构等效总重力荷载为：又因为：T1Tg故应考虑顶部附加地震作用，顶部附加地震作用系数为： T1FEk=3065.21
19、kN , FEk(1-kN2. 各质点水平地震作用的标准值 计算结果见表11以及图6。表11 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/kNGiHi/(kN.m)Fi/kNVi/kN1110987654321-1注：1. F10=)kN kN， 2. 考虑局部突出屋顶局部的鞭梢效应，11层的楼层剪力V11=380.14kN=240.42 kN。3. 鞭梢效应增大的局部不往下传，故表中计算各楼层剪力时采用原值。 图6 横向水平地震作用及楼层地震剪力2.5.7 水平地震作用下的位移计算水平地震作用下框架结构的层间位移ui和顶点位移ui分别由式2.2.4和2.2.5计算得出结果 详
20、细计算见表12，表中还计算了各层的层间弹性位移角： 。由表12知最大层间弹性角发生在第四层，其值是1/839=1/550(满足要求)。其中为钢筋混凝土框架弹性层间位移角限值。表12 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/kNDi/kN/mui/muT/mhi/m107499041/299097499041/222287499041/180477499041/154567499041/137257499041/125147499041/839310187101/1471210187101/1400110187101/1356-122933311/35912.5.8 水平地震作用下的框架内力计算对
21、第轴线横向框架内力进行计算。框架在水平节点荷载作用下，采用D值法分析内力。1. 计算依据由求得框架第i层的层间建立Vi后，i层j柱分配的剪力Vij及该柱上下端的弯矩和分别按以下各式计算：柱端剪力： 下端弯矩： 上端弯矩：其中y=y0+y1+y2+y3, y0 ,y1,y2,y3均按表查得。2. 计算结果见表13，表14及表15，表16所绘M、N图见图7、图8。表13 横向水平地震作用下5轴框架各层柱端弯矩及剪力计算表边柱C、F柱层数hi/mVi/kNDi/kN/mDi/kN/mVi C、F/kNyMb/kN.mMu/kN.m10749904232919749904232918749904232
22、91774990423291674990423291574990423291474990423291310187102329121018710232911101871023291-1229333167386表14 横向水平地震作用下5轴框架各层柱端弯矩及剪力计算表中柱D、E柱层数hi/mVi/kNDi/kN/mDi/kN/mVi C、F/kNyMbMu107499044391097499044391087499044391077499044391067499044391057499044391047499044391031018710439102101871043910110187104391
23、0-1229333177770表15 横向水平地震作用下5轴框架各层梁端弯矩及剪力计算表CD跨或EF跨DE跨层数柱端待分配弯矩之和kN/mMlMrVb/kNil/(il+ir)ir/(il+ir)MlMrVb/kN10112.62 9129.58 8183.12 7197.10 6233.75 5271.31 4357.76 3298.76 2233.90 1249.73 -1182.96 表16 横向水平地震作用下5轴框架各层柱轴力计算表CD、EF跨梁端剪力DE跨粱端剪力边柱轴力中柱轴力层次Vb/kNVb/kNN/kNN/kN10987654321-1注：表中柱轴力中的负号表示拉力，左震作用
24、和右震作用相反。2.6 风荷载作用下的位移验算及内力计算 风荷载简化为作用于框架梁上的水平节点力。计算过程类同水平地震作用下的情况。2.6.1 风荷载作用下的位移验算风荷载作用下的层间剪力及侧移计算结果见表17. 由表17知，层间最大侧移值1/3333=1/550(满足要求)。表17 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算表层次Fk/kNVi/kNDi/kN/m(C、F)Di/kN/m(D、E)Di/kN/mui/muT/mhi/m1023291439101344021/27806923291439101344021/12923823291439101344021/8640723291439101344021/6601623291439101344021/5477523291439101344021/4739423291439101344021/4241323291439101344021/3871223291439101344021/3576123291439101344021/3333-1