高层建筑结构设计计算书3

高层建筑结构设计计算书

目录

一、 结构方案评价 ................................... 1 二、 风荷载计算 ..................................... 1 三、 竖向荷载内力计算 ............................... 2 四、 水平荷载作用下内力计算 ......................... 9 1. 水平地震荷载作用下 ............................. 9 2. 水平风载作用下的内力计算 ...................... 11 五、 三四层内力算至柱边缘处 ........................ 15 六、 竖向荷载作用下弯矩调幅后梁控制截面内力值。（调幅系数取0.8） .......................................... 15 七、 三四层内力组合如下表 .......................... 15 八、 截面配筋计算 .................................. 19 1. 梁跨中截面配筋计算 ........................... 19 2. 计算柱弯矩设计值 ............................. 21

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一、 结构方案评价

1. 该建筑为常见的一般建筑物，即属于A级框架结构体系，查表2-2得：

抗震设防烈度为7度时，最大适用高度为50m，该设计方案建筑高度为（36.4-1）m=35.4m﹤50m，故满足要求。

2. 查表2-6得：最大高宽比为4，该设计方案高宽比为

H/B=

35.4m2.74，故满足要求。 13m6.0，该设计方案长宽比为

3. 查表2-10得长宽比限值为

满足要求。

36m2.776.0故13m4. 该方案设计的建筑物立面规则，均匀，从上到下外形不变，沿高度布置

连续均匀；建筑平面形状为矩形，规则，简单，对称；长宽比不大，有利于抗震。综上所述：该结构方案合理。

二、 风荷载计算

取4号轴线处一榀横向框架为计算单元

H=35.4m﹥30m，且高宽比H/B=35.4/13=2.7﹥1.5 所以要考虑风振系数 βz=1+

Zz 基本振型Z高度处振型系数z 基本风压值

Hzω0=0.35kN/m2

H235.423框架结构基本周期：T1=0.25+0.53×10 ×0.250.531030.53s

3B13-3

2222010.350.530.098kN.s/m

城市郊区属于B类粗糙度地区，查表3-3得，脉动增大系数ξ=1.228 H/B=35.4/36=0.983 查表3-4得脉动影响系数ν=0.4585 平面为矩形所以风载体型系数μs=0.8+0.5=1.3 μz由表3-1查得 ωki=βzi μsμz ω0 楼层 1 2 3 4 5 6 7

Z/m μs μ3.0 6.6 10.2 13.8 17.4 21.0 24.6 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 zi βzi z ω0 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 ωki 0.4767 0.5028 0.5314 0.6033 0.6686 0.7284 0.7824 hi 3.3 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 Ai 19.8 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 Fi 9.44 10.86 11.48 13.03 14.44 15.73 16.90 1.0000 1.0000 1.0056 1.1064 1.1928 1.2670 1.3282 1.0477 1.1050 1.1613 1.1984 1.2320 1.2636 1.2946 0.0847 0.1864 0.2881 0.3898 0.4915 0.5932 0.6949 商丘师范学院土木工程学院高层建筑课程设计

8 9 10 28.2 1.3 31.8 1.3 35.4 1.3 1.3894 1.3228 0.7966 0.35 0.8362 3.6 1.4452 1.3500 0.8983 0.35 0.8877 3.6 1.4956 1.3765 1.0000 0.35 0.9367 1.8 21.6 18.06 21.6 19.17 10.8 10.12 三、 竖向荷载内力计算

梁柱线刚度计算

因为在设计时：当梁两边都有楼板时，I=2.0Ir 当梁一边有楼板时， I=1.5Ir 注：Ir为按矩形截面计算的惯性矩。 所以梁的线刚度计算如下表： 梁位置 Ec L 6500 6500 b×h 400mm×600mm 400mm×600mm Ir 7.2×109 5.4×109 I 14.4×109 10.8×109 ib ﹙×1010﹚ 6.98 5.24 中间梁 3.15×104 边 梁 注：ib=

3.15×104 EI l柱的线刚度计算如下表： 层数 2-10 1 注：ic=

EI hEc 3.15×104 3.15×104 h 3600 4000 b×h 650mm×650mm 650mm×650mm I 14.88×109 14.88×109 ic ﹙×1010﹚ 13.02 11.72 因为竖向荷载为对称荷载，取4号轴线的一榀框架为计算单元，结构对称,所以中柱的剪力和弯矩为零。

由每个杆件均为固端，所以转动刚度S=4i 分配系数μi=

SSi

传递系数C=0.5

在竖向恒载作用下

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在竖向恒载作用下梁柱内力计算结果如下

1其中梁端剪力由公式：Vbliι=ql2+MbliMbri

212rrlqlMM Vbil bib2柱剪力：Vihi=McitMcib

i梁轴力为上下两柱剪力的代数和，

柱上端的轴力=其上所有柱自重+其上所有墙自重+其上所有梁端剪力 柱下端的轴力=该柱上端的轴力+本层柱的自重

柱的自重=0.65×0.65×25×3.6=38.03kN 外墙自重=6kN/m×6m=36kN

2

内墙自重=1.5kN/m×6m×(3.6-0.6)m=27kN 层数 截面 M N V 上端 边柱 柱 4 中柱 下端 梁 左端 跨中 右端 上端 边柱 柱 3 中柱 下端 梁 左端 跨中 右端 下端 上端 下端 上端 43.72 43.72 0 0 -87.44 51.29 110.98 43.72 43.41 0 0 -87.44 51.29 110.98 -1041.68 -1079.71 -1691.18 -1729.21 0 - 0 -1024.71 -1242.74 -1948.71 -1986.74 0.09 - 0.09 -24.29 -24.29 0 0 89.00 - -96.25 -24.20 -24.20 0 0 89.00 - -96.25 注：弯矩、剪力以顺时针为正，逆时针为负。轴力以压负，拉为正。

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计算3,4层柱的轴力时用到的其他各层梁的剪力见下表

层数 10 9 3-8 Vbil/kN r/kN Vbi63.35 89.15 89.00 73.15 96.10 96.25

在竖向活载作用下梁柱内力统计如下表

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1其中梁端剪力由公式：Vbl·ι=ql2+MblMbr

212rrlqlMM Vblbb 2柱剪力：Vihi=McitMcib

梁轴力为上下两柱剪力的代数和，

柱轴力=其上所有梁端剪力 层数 截面 M N V 上端 边柱 柱 4 中柱 下端 梁 左端 跨中 右端 上端 边柱 柱 3 中柱 下端 梁 左端 跨中 右端 下端 上端 下端 上端 18.42 18.42 0 0 -36.84 37.48 46.73 18.42 18.29 0 0 -36.91 37.48 46.73 -261.09 -261.09 -569.82 -569.82 0 - 0 -298.57 -298.57 -650.86 -650.86 0.03 - 0.03 -10.23 -10.23 0 0 37.48 - -40.52 -10.20 -10.20 0 0 37.48 - -40.52 注：弯矩、剪力以顺时针为正，逆时针为负。轴力以压负，拉为正。

计算3,4层柱的轴力时用到的其他各层的梁的剪力见下表

商丘师范学院土木工程学院高层建筑课程设计 层数 10 9 3-8

Vbil/kN r/kN Vbi36.04 37.65 37.48 41.96 40.35 40.52 商丘师范学院土木工程学院高层建筑课程设计

四、 水平荷载作用下内力计算 1. 水平地震荷载作用下

由D值法其计算过程如下表 层数 柱类型 纵向边柱 3 4 5 中间柱 横向边柱 角 柱 根数 K=10 5 2 4 i1i2i3i412iK α= D=α2c ΣD/×104 2ic2Kh0.536 1.072 0.402 0.805 0.211 0.349 0.167 0.287 2.544 4.207 61.447 2.013 3.46 取4号轴线一榀框架为计算单元，每根柱子所分剪力计算如下表 层数 层剪力Vpi/kN 边柱D值 中柱D值 ΣD/×104 每根边柱剪力 每根中柱剪力 5 K=0.536 K=1.072 4714 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 VDVpiDVDVpiD61.447 2.5444.2074714 4714 61.44761.447195.17322.754 K=0.536 K=1.072 5134 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 VDVpiDVDVpiD61.447 2.5444.207  61.44761.447212.56351.503 K=0.536 K=1.072 5454 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 VDVpiDVDVpiD61.447 2.5444.207  61.44761.447225.80373.14

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查表得柱子的反弯点如下表 层数 边柱 n=10 j=5 K=0.536 y0=0.45 α=0.211 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.45 n=10 j=4 K=0.536 y0=0.50 α=0.211 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.50 n=10 j=3 K=0.536 y0=0.50 α=0.211 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.50 中柱 n=10 j=5 K=1.072 y0=0.50 α=0.349 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.50 n=10 j=4 K=1.072 y0=0.50 α=0.349 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.50 n=10 j=3 K=1.072 y0=0.50 α=0.349 y1=y2=y3=0 y=y0+y1+y2+y3=0.50 5 4 3 注：由于上下层梁的线刚度及上下层高均相同，所以y1 y2 y3均为零 柱端弯矩由公式：Mci上Vi(1y)hi Mci下Viyhi 计算 梁端弯矩：边跨 MbiMij上+Mi+1j下

中间跨 Mbi(Mijl上Mi1j下ibl)lr ibib由平衡条件计算梁端剪力及跨中弯矩

柱的轴力=梁端剪力的代数和 所以中柱轴力为零。 所以在水平地震荷载作用下梁柱内力计算见下表 层数 截面 M N V 上端 边柱 4 柱 中柱 下端 下端 上端 382.61 382.61 632.70 632.70 888.19 888.19 0 0 212.56 212.56 351.50 351.50

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左端 梁 右端 上端 边柱 柱 3 中柱 下端 左端 梁 右端

652.42 - 221.76 672.14 789.05 0 - 373.41 221.76 下端 上端 406.44 672.14 1109.27 0 225.80 373.41 606.83 406.44 - 1109.27 200.86 225.80 698.79 - 200.86 2. 水平风载作用下的内力计算

由D值法其计算过程如下表 层数 柱类型 根数 K=i1i2i3i4 2ic12ic 2hα=K 2KD=αΣD/×104 3 4 5 边柱 2 0.536 0.211 2.544 9.295 中柱 1 1.072 0.349 4.207

取4号轴线一榀框架为计算单元，每根柱子所分剪力计算如下表 层数 层剪力Vpi/kN 边柱D值 中柱D值 ΣD/×104 每根边柱剪力 DVpiD每根中柱剪力 DVpiD5 K=0.536 K=1.072 94.42 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 VV9.295 2.544 9.29525.844.207 9.29542.74

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4 K=0.536 K=1.072 107.45 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 VDVpiDVDVpiD9.295 2.5444.207  9.2959.29529.4148.633 K=0.536 K=1.072 118.93 α=0.211 α=0.349 D=2.544 D=4.207 V9.295 DVpiDVDVpiD2.5444.207  9.2959.29532.5553.83 反弯点的算法同水平地震作用下反弯点算法

柱端弯矩由公式：Mci上Vi(1y)hi Mci下Viyhi 计算 梁端弯矩：边跨 MbiMij上+Mi+1j下

中间跨 Mbi(Mijl上Mi1j下ibl)lr ibib由平衡条件计算梁端剪力及跨中弯矩

柱的轴力=梁端剪力的代数和 所以中柱轴力为零。 所以在水平风荷载作用下梁柱内力计算见下表 层数 截面 边柱 柱 4 梁 边柱 柱 3 梁 中柱 中柱 上端 下端 上端 下端 左端 右端 上端 下端 上端 下端 左端 右端 M 52.94 52.94 87.53 87.53 94.80 82.23 58.59 58.59 96.89 96.89 111.53 92.21 N 105.85 105.85 0 0 - - 137.22 137.22 0 0 - - V 29.41 29.41 48.63 48.63 27.24 27.24 32.55 32.55 53.83 53.83 31.34 31.34

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五、 三四层内力算至柱边缘处

由公式： M边=M－V·b/2 V边=V－q·b/2 q=12kN/m g=28.5kN/m b=0.65m 计算过程见下表 截面 A3 B3l 恒载内力 柱轴线处 M V 柱边缘处 M V 活载内力 柱轴线处 M V 柱边缘处 M V 风载内力 柱轴线处 M V 柱边缘处 M V 水平地震柱轴线处 M 内力 V 柱边缘处 M V 87.44 89.00 58.52 79.74 36.84 37.48 24.66 33.58 111.53 31.34 101.34 31.34 789.05 221.76 716.98 221.76 110.98 96.25 79.70 86.99 46.73 40.52 33.56 36.62 92.21 31.34 82.02 31.34 652.42 221.76 580.35 221.76 A4 87.44 89.00 58.52 79.74 36.84 37.48 24.66 33.58 94.80 27.24 85.95 27.24 698.79 200.86 633.51 200.86 B4l 110.98 96.25 79.70 86.99 46.73 40.52 33.56 36.62 82.23 27.24 73.38 27.24 606.83 200.86 541.55 200.86 六、 竖向荷载作用下弯矩调幅后梁控制截面内力值。（调幅系数取

0.8） 层数 恒载内力 柱边缘处 M V 3 A -46.82 79.74 4 ABl 66.64 — Bl -63.76 86.99 注:表中弯矩梁下端受拉为正,上端受拉为负 截面 活载内力 柱边缘处 M -19.73 28.04 -26.85 V 33.58 — 36.62 七、 三四层内力组合如下表

层号 ３ 边柱 Mb 591.89 Mt 591.44 梁 N MA M中 3112.48 -1000.10 185.62 MB -847.08 V 414.65

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八、 截面配筋计算

该建筑属于丙类，设防烈度7度（0.15g），Ⅱ类场地，查表4-4,4-5得：抗震等级为二级。

1. 梁跨中截面配筋计算

因梁板现浇，故跨中按T形截面计算， hf·=100mm，αs=αs·=40mm， hb0=560mm hf`/h0=100/560=0.18﹥0.1,所以bf·不受此限制，b+Sn=400+（6000-400）=6000； l0/3=6500/3=2167mm,故取bf·=2167mm

由组合结果得梁跨中最不利弯矩Mmax=185.62KN·m 由h0=h－40mm=560mm

α1fcbf`hf`(h-hf`/2)=1.0×16.7×2167×100×﹙560-100/2﹚=1845.63kN·m﹥185.62kN·m,故属于第一类T形截面。

REM0.75185.62106则αs= 0.0123 '221cbfhb01.016.7560ξ=1-12s=0.0124 ∴As=采用级筋 ρ

min

1cbhb01.016.74005600.124698.04mm2

fy360=max﹛0.2％,0.45ft/fy=0.45×1.57/360=0.196％﹜=0.2％

0.002bh=0.002×400×600=480mm2 ﹤A s,故满足要求 取下部配筋416，﹙ As=804mm2 ﹚，跨中上部为构造筋 A支座负弯矩配筋

跨中底部钢筋直通至A端， 则在抵抗A端负弯矩时， As·=804mm2

MAsfy(hb0a)=804×360×﹙560－40﹚=150.51×106N·mm REMM(0.75106αs= 0.286

1cbhb201.016.74005602ξ=1-12s=0.346 As1=

1cbhb01.016.74005600.3463595.32mm2

fy3602

AstAs1As=3595.32+804=4399.32mm2， 取上部配筋为228+432（As=4449mm）

A端截面x/hb0=0.346﹤0.518 Ast/Asb=4449/804=5.53﹥0.3 均满足要求。 A端正弯矩承载力

REM0.75106αs= 0.337

1cbhb201.016.74005402ξ=1-12s=0.429

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As=

1cbhb01.016.74005600.4294457.78mm2

fy360配628+416(As=4499mm2)

As1AsA跨中=3653.78mm2 B端截面配筋

AsbAs=804mm2

MAsfy(hb0a)=804×360×﹙560－40﹚=150.51×106N·mm REMM(0.75106αs= 0.231 221cbhb01.016.7400560ξ=1-12s=0.267 As1=

1cbhb01.016.74005600.2672774.43

fy3602

AstAs1As=2774.43+804=3578.43mm2 取上部配筋628（As=3695mm）

Ast/Asb=3695／804=4.60＞0.3 x/hb0=0.267＜0.518 均满足要求 B端正弯矩承载力

REM0.75106αs= 0.242 221cbhb01.016.7400560ξ=1-12s=0.282 As=

1cbhb01.016.74005600.2822087mm2 fy360配416+228（As=2036mm2）

梁箍筋计算及剪压比验算

梁端箍筋加密区剪力设计值由强剪弱弯要求计算，取左端（A端）正弯矩及右端（B端）负弯矩组合， 由梁端弯矩设计值计算箍筋加密区剪力设计值

q1.228.5KN/m34.2KN/m q'1.41K2N/m16.K8N m/W=gVGb1'1q34.216.842.6KN/m 2211Wln42.65.85124.61KN 22'rVvblbbln+VGb=1.2×(875.39+847.08)/(6.5-0.65)+124.61=477.94kN

按剪力设计值为477.94KN计算抗剪箍筋

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AsvREVb0.42ftbbh00.85477.941030.421.57400560=1.346 s1.25fyvhb01.25270560Asv157116.64mm 1.3461.346加密区长度：max﹛1.5hb,500﹜=900mm

箍筋最大间距s=min﹛hb/4,8d, 100﹜=100mm 由构造要求加密区箍筋取10@100mm 非加密区由组合剪力值计算箍筋

配双肢箍10 Asv=157mm2， S=

Asv0.851030.421.57400560=1.083 s1.25270560配双肢箍10 Asv=157mm2，S= 由箍筋的最小配筋率要求

Asv157145mm 1.0831.083svAsvf1.570.28t0.280.163% bsfyv270SAsv1.57240.80mm svb0.163%400非加密区箍筋取10@145mm

REVb0.85477.94103梁端截面剪压比验算：=0.109＜0.2 满足要求 cfcbbhb01.016.7400560边柱轴压比验算及抗弯配筋计算

Nmax103n0.441＜0.8满足要求

fcbchc16.76506502. 计算柱弯矩设计值

由梁端弯矩设计值计算柱端弯矩设计值（按强柱弱梁及局部加强要求调整柱端弯矩设计值）

MccMb1.21000.101200.12KNm

591.89616.19KNm

591.89560.91560.91583.39KNm 4层柱底：Mcb1200.12591.89560.91有地震作用组合时，二级框架，柱的轴力取最不利内力组合值作为设计值

3层柱顶：Mct1200.12M616.19106e0197.97mm 3N10柱的长细比

l01.25H1.253.66.92＞5 hc0.650.65商丘师范学院土木工程学院高层建筑课程设计

应考虑偏心距增大系数

0.5fcA0.516.765065011.13＞1.0 取δ1=1.0 3N10l由于0＜15 则取δ2=1.0

hea=max﹛20mm,hc/30﹜=max﹛20mm,650/30=21.67mm﹜=21.67mm ei=e0+ea=197.97+21.67=219.64mm, h0=h－as=650mm－40mm=610mm

1l1(0)2121(6.92)21.01.01.095 e219.6414001400ih610h01εei =1.095×219.64=240.5mm＞0.3h0=0.3×610=183mm

且Nb=1fcbcbhc01.016.76500.5186103429.96KN＞N=3112.48kN 故属于大偏心受压

e =εei+h/2-a=240.5+650/2-40=525.5mm

REN0.85103对称配筋 x=243.72mm

1fcbc1.016.7650AsAs'RENe1fcbcx(hc0x/2)fy(hc0a')0.853112.481031.016.7650 360(61040)481.74mmAminminbh0.002650650845mm2＞As ∴按最小配筋面积配筋 配218+220 （As=1137mm2）配筋率为0.269％，满足单侧配筋率不小于0.2％的要求

有构造要求柱截面纵向钢筋最小总配筋率ρmin总=0.8％ 可得柱最小总配筋面积为 0.8％×650×650=3380mm2

全截面配筋为418+820 （As=3530mm2）， 取为四个侧面配筋相同,边柱在计算方向的抗弯配筋为AsAs'=218+220

边柱箍筋计算及剪压比验算

按强剪弱弯要求，由柱端弯矩设计值计算柱剪力设计值

Vcvc(McbMct)/Hn1.2(583.93616.19)(3.60.6)480.05KN 用480.05KN进行抗剪配筋计算 γRE=0.85 ，λ=

M591.892.95 Vchc0328.706100.3fcA0.316.76506502116.73KN＜N=3112.48KN,所以N取为3112.48KN

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ASV1Sfyvh01.05Vfbh0.056NREctcc011.050.85480.081031.576506100.056103

2706102.9510.75Asv314418.67mm2 0.750.75采用复合箍筋，最小配筋特征值λv=0.08 混凝土强度为C35 计算体积配筋率

取复合箍筋4肢10，则Asv=314mm2

S=

由表6—5查得：vvfc0.0816.70.495＜0.6％ ∴取ρv=0.6％ fyv270Saklk78.58610171.58mm vl1l20.6610610根据表6—6构造要求 Smax=min﹛8d, 100mm﹜故取加密区箍筋为4肢10，间距100mm， 非加密区箍筋为4肢10， 间距为150mm 长柱的柱端箍筋加密区长度取

max﹛Hc0/6, hc, 500mm﹜=max﹛3000/6, 650, 500﹜=650mm 柱的剪压比验算

REVc0.85103=0.062＜0.2， 满足要求 1fcbchc01.016.73. 边柱柱节点核芯区箍筋计算

由梁端组合弯矩设计值计算核芯区剪力设计值

hb0a'1.21200.1210356040Vj(1)(1)2289.46KN 'hb0aHchb560403600600核芯区取εj=1.5,取核芯区混凝土等级与梁相同为C35

因N=3112.48KN＜0.51fcbchc0.51.016.76506503527.88KN

jbMbbjbc ； hjhc

用2289.46KN进行抗震受剪承载力验算 Asvjbjfyvha'V1.1fbh0.05Nb0jREjjtjjjSbc0.852289.461031.11.51.576506500.051.51031 618.12KNAsvj1031034.40 sfyvhb0a'2705604031471.36mm 4.40核芯区箍筋与柱端加密区相同，取4肢10， 则S=

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取核芯区箍筋4肢10@60

0.85103核芯区剪压比验算，0.184＜0.30，满足要求。

jfcbjhj1.016.7REVj