鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計北工大

北京工業(yè)本科鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計北京工業(yè)大學(xué)本科鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計計算書題目：北京市某高層鋼結(jié)構(gòu)公寓樓設(shè)計作者：指導(dǎo)教師：lxc提交時間：2013年6月北京工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目 北京市某高層鋼結(jié)構(gòu)公寓樓設(shè)計 專業(yè) 土木工程 學(xué)號 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一、設(shè)計概況：本工程為北京市郊區(qū)某高層鋼結(jié)構(gòu)公寓建筑，建筑面積學(xué)生自行確定，共5層，不設(shè)地下室，為純鋼框架結(jié)構(gòu)，層高3米；室內(nèi)外高差0.6米。根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告勘察、測試所取得的地層資料及周圍已有工程資料，擬建場地為類場地，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組。設(shè)計使用年限50年。荷載遵照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2012執(zhí)行：基本風(fēng)壓：W0=0.45kN/m2，基本雪壓S0=0.4kN/m2。二、設(shè)計資料1. 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) (GB 50068-2001)2. 建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn) (GB 50223-2008)3. 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB 50009-2012)4. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 (GB 50011-2010)5. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (GB 50017-2003) 6. 建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 50105-2010) 7. 鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計，施工及驗收規(guī)程 (JGJ 82-91) 8. 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 (JGJ 81-2002) 9. 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 (GB 50205-2001)10. 涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級 (GB8923-88) 11. 建筑設(shè)計防火規(guī)范 (GB500162006) 12. 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(CECS24-90) 13. 碳素結(jié)構(gòu)鋼 (GB/T 700-2006) 14. 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-2008) 15. 厚度方向性能鋼板(GB/T 5313-2010) 16. 熱軋H型鋼和剖分T型鋼(GB/T 11263-1998)17. 高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板(YB 4104-2000)18. 焊條分類及型號編制方法(GB980-1976) 19. 碳鋼焊條(GB5117-85) 20. 低合金鋼焊條(GB5118-85)21. 氣體保護焊用焊絲(GB/T14958-94)22. 低合金鋼埋弧焊劑(GB12470-1990) 23. 緊固件機械性能、螺栓、螺釘和螺柱(GB3098-2010) 24. 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25. 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓連接副(GB/T 3633-1995) 26. 鋼結(jié)構(gòu)制作安裝施工規(guī)范(YB9254-95)27. 鋼及鋼產(chǎn)品交貨一般技術(shù)要求(GB/T17505-1998)28. 焊縫符號表示法(GB324-2008) 29. 氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本型式與尺寸(GB985-88) 30. 埋弧焊焊縫坡口的基本型式與尺寸 (GB986-88) 31. 建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50300-2001) 32. 鋼的化學(xué)分析用試樣、取樣及成品化學(xué)成分允許偏差 (GB222-84) 33. 鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備(GB/T2975-82) 34. 鋼的力學(xué)及工藝性能試樣取樣規(guī)定(GB2975-82) 35. 鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級(GB3323-87) 36. 建筑構(gòu)件防火噴涂材料性能實驗方法(GB9978 7-2001) 37. 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(GB11545-1996) 38. 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程(YB9082-2006) 39. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計制圖深度和表示方法(03G102) 40. 多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖(04SG519)41. 多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接 (03SG519-1)42. 采用最新ETABS分析軟件或PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件或盈建科等三、基本要求1. 認(rèn)真貫徹“適用、安全、經(jīng)濟、美觀”的設(shè)計原則；2. 掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟；3. 掌握與本設(shè)計有關(guān)的設(shè)計規(guī)范和規(guī)定，并能在設(shè)計中正確運用；4. 根據(jù)建筑要求，合理選擇結(jié)構(gòu)方案，包括基礎(chǔ)方案與布置；上部主要承重結(jié)構(gòu)方案與布置；樓面結(jié)構(gòu)方案與布置；主要抗震構(gòu)造規(guī)定與布置措施等；5. 熟練掌握結(jié)構(gòu)的計算方法和構(gòu)造要求；6. 認(rèn)真編寫計算書，認(rèn)真繪制施工圖。四、設(shè)計要求和成果結(jié)構(gòu)計算書一份；結(jié)構(gòu)施工圖約9張，分別為（1） 首層柱子結(jié)構(gòu)平面布置圖（2） 標(biāo)準(zhǔn)層柱子結(jié)構(gòu)平面布置圖（3） 首層梁結(jié)構(gòu)平面布置圖（4） 標(biāo)準(zhǔn)層梁結(jié)構(gòu)平面布置圖（5） 首層樓板結(jié)構(gòu)平面布置圖（6） 標(biāo)準(zhǔn)層樓板結(jié)構(gòu)平面布置圖（7） 屋面梁結(jié)構(gòu)平面布置圖（8） 屋面樓板結(jié)構(gòu)平面布置圖（9） 節(jié)點詳圖五、設(shè)計過程根據(jù)建筑設(shè)計（建筑設(shè)計由學(xué)生自己確定）確定結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置；根據(jù)經(jīng)驗初估構(gòu)件尺寸；首先進行etabs或者pkpm軟件的電算計算，確定計算單元計算模型及計算簡圖；手算風(fēng)荷載；電算內(nèi)力和組合；結(jié)果輸出，模態(tài)、應(yīng)力比、層間位移、構(gòu)件及節(jié)點設(shè)計。在完成電算后，滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，進行手算。包括：選取鋼結(jié)構(gòu)的至少某一梁、柱進行強度、穩(wěn)定等的手算，并提供手算計算書。進行強柱弱梁、節(jié)點域、壓型鋼板混凝土樓板的手算設(shè)計。進行梁柱連接節(jié)點的手算設(shè)計。完成期限：課程設(shè)計1至1.5周指導(dǎo)教師簽章： 目 錄1.1 概述61.2設(shè)計依據(jù)61.2.1設(shè)計采用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)61.2.2設(shè)計采用的軟件71.3.結(jié)構(gòu)方案81.4材料111.4.1 鋼材111.4.2 焊條121.4.3 高強螺栓121.5.設(shè)計荷載121.6.風(fēng)荷載計算132.結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算（電算）182.1 結(jié)構(gòu)建模182.2 恒荷載和活荷載計算及輸入202.3 風(fēng)荷載計算及輸入222.4 地震作用輸入242.5 荷載組合262.6 模態(tài)分析282.7 結(jié)構(gòu)位移292.8 應(yīng)力比322.9 剪重比413.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計（手算）433.1 柱子計算443.2 梁計算493.3強柱弱梁設(shè)計503.4梁柱節(jié)點板域的抗剪承載力計算523.5 壓型鋼板樓蓋計算554.梁柱節(jié)點設(shè)計（手算）571.1 概述 本工程為北京市郊區(qū)某高層鋼結(jié)構(gòu)公寓建筑，建筑面積學(xué)生自行確定，共5層，不設(shè)地下室，為純鋼框架結(jié)構(gòu)，層高3米；室內(nèi)外高差0.6米。根據(jù)工程地質(zhì)勘查報告勘察、測試所取得的地層資料及周圍已有工程資料，擬建場地為類場地，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組。4、設(shè)計使用年限50年。荷載遵照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2001執(zhí)行：基本風(fēng)壓：W0=0.45kN/m2，基本雪壓S0=0.4kN/m2。1.2設(shè)計依據(jù)1.2.1設(shè)計采用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)1) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) (GB 50068-2001)2) 建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn) (GB 50223-2008)3) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB 50009-2012)4) 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 (GB 50011-2010)5) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 (GB 50017-2003) 6) 建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 50105-2010) 7) 鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計，施工及驗收規(guī)程 (JGJ 82-91) 8) 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 (JGJ 81-2002) 9) 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 (GB 50205-2001)10) 涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級 (GB8923-88) 11) 建筑設(shè)計防火規(guī)范 (GB500162006) 12) 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(CECS24-90) 13) 碳素結(jié)構(gòu)鋼 (GB/T 700-2006) 14) 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-2008) 15) 厚度方向性能鋼板(GB/T 5313-2010) 16) 熱軋H型鋼和剖分T型鋼(GB/T 11263-1998)17) 高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板(YB 4104-2000)18) 焊條分類及型號編制方法(GB980-1976) 19) 碳鋼焊條(GB5117-85) 20) 低合金鋼焊條(GB5118-85)21) 氣體保護焊用焊絲(GB/T14958-94)22) 低合金鋼埋弧焊劑(GB12470-1990) 23) 緊固件機械性能、螺栓、螺釘和螺柱(GB3098-2010) 24) 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25) 鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓連接副(GB/T 3633-1995) 26) 鋼結(jié)構(gòu)制作安裝施工規(guī)范(YB9254-95)27) 鋼及鋼產(chǎn)品交貨一般技術(shù)要求(GB/T17505-1998)28) 焊縫符號表示法(GB324-2008) 29) 氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本型式與尺寸(GB985-88) 30) 埋弧焊焊縫坡口的基本型式與尺寸 (GB986-88) 31) 建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50300-2001) 32) 鋼的化學(xué)分析用試樣、取樣及成品化學(xué)成分允許偏差 (GB222-84) 33) 鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備(GB/T2975-82) 34) 鋼的力學(xué)及工藝性能試樣取樣規(guī)定(GB2975-82) 35) 鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級(GB3323-87) 36) 建筑構(gòu)件防火噴涂材料性能實驗方法(GB9978 7-2001) 37) 鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(GB11545-1996) 38) 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程(YB9082-2006) 39) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計制圖深度和表示方法(03G102) 40) 多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖(04SG519)41) 多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接 (03SG519-1)1.2.2設(shè)計采用的軟件 本工程采用最新ETABS分析軟件或PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件或盈建科等1.3.結(jié)構(gòu)方案建筑平面布置圖 結(jié)構(gòu)方案的選擇是一個復(fù)雜的過程，既要考慮結(jié)構(gòu)受力體系的經(jīng)濟合理性，又要結(jié)合建筑、設(shè)備、電器等專業(yè)的需要。建筑平面宜簡單、規(guī)則、有良好的整體性，剛度中心與質(zhì)量中心重合（接近），不規(guī)則的建筑應(yīng)按照規(guī)定采取措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進行專門研究和論證，采取特別的加強措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。首先根據(jù)建筑的平面，根據(jù)結(jié)構(gòu)總高度以及建筑功能要求確定采用何種鋼結(jié)構(gòu)體系，本項目建筑功能為公寓開間較小，根據(jù)建筑的平面布局，使柱子盡量在墻體的內(nèi)部或者縱橫墻相交處，減小柱子外露對建筑外觀的影響，確定主要柱網(wǎng)為4200mmx4200mm，局部抽柱，柱子間距為8400mm。梁高初定300mm，柱子外截面為300，調(diào)整柱子壁厚。樓板采用壓型鋼板樓板，為了節(jié)省臨時支撐并減小樓板厚度，在間距4200mm的主梁間設(shè)置一道次梁，樓板跨度為2100mm。超過50米的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置地下室。 其基礎(chǔ)埋置深度，當(dāng)采用天然地基時不宜小于房屋總高度的1/15；當(dāng)采用樁基礎(chǔ)時，樁承臺埋深不宜小于房屋總高度的1/20。對于設(shè)置地下室的鋼結(jié)構(gòu)，框架支撐結(jié)構(gòu)體系中豎向連續(xù)布置的支撐或剪力墻應(yīng)延伸至基礎(chǔ)，框架柱應(yīng)至少延伸至地下一層。 最終確定結(jié)構(gòu)方案如圖3.3-2所示。圖3.3-2 結(jié)構(gòu)平面布置圖 根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范表8.1.1規(guī)定，本項目結(jié)構(gòu)總高度15.6米，設(shè)防烈度8度，滿足，可以采用純框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范8.1.2條的規(guī)定，本項目最大高寬比15.6/25.2=0.620.50。1.5.設(shè)計荷載1） 樓面恒載 （1）125厚壓型鋼板 （程序自動考慮）（2）吊頂恒載 0.5 kN/m2（3）面層做法 2.0 kN/m2（4）內(nèi)墻折合樓面均布荷載 0.15 kN/m2荷載合計 2.65kN/m22） 樓面活荷載公寓 2.0 kN/m2衛(wèi)生間 2.5 kN/m2廚房 2.5 kN/m23） 鋼樓梯間恒載 （1）鋼樓梯（上鋪50mm混凝土板） 2.0kN/m2 （2）吊頂恒載 0.5 kN/m2（3）面層做法 1.5 kN/m2荷載合計 4.0kN/m24） 樓梯間活荷載 3.5kN/m2 5） 屋面恒載（1）125厚壓型鋼板 （程序自動考慮）（2）吊頂恒載 0.5 kN/m2（3）面層做法 3.0 kN/m2荷載合計 3.5kN/m26） 屋面活載（上人屋面） 2.0 kN/m2 7） 風(fēng)荷載基本風(fēng)壓（重現(xiàn)期50年） 0.45 kN/m2體型系數(shù)：墻體：迎風(fēng)面0.8 kN/m2 背封面-0.5 kN/m28） 雪荷載基本雪壓 （重現(xiàn)期50年） 0.40 kN/m2 9） 墻體荷載 內(nèi)墻：輕鋼龍骨隔墻0.5 kN/m2 外墻：玻璃幕墻1.0 kN/m21.6.風(fēng)荷載計算根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）規(guī)范，風(fēng)荷載的計算公式為： （8.1.1-1）體型系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)振系數(shù)基本風(fēng)壓風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 體型系數(shù)根據(jù)建筑平面形狀由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范表7.3.1確定。本項目建筑平面為規(guī)則的矩形，查表8.3.1項次5，迎風(fēng)面體型系數(shù)0.8（壓風(fēng)指向建筑物內(nèi)側(cè)），背風(fēng)面-0.5（吸風(fēng)指向建筑外側(cè)面），側(cè)風(fēng)面-0.7（吸風(fēng)指向建筑外側(cè)面）。 風(fēng)壓高度變化系數(shù)根據(jù)建筑物計算點離地面高度和地面粗糙度類別，按照規(guī)范表8.2.1確定。本工程結(jié)構(gòu)頂端高度為3.0x30+0.6=90.6米，建筑位于北京市郊區(qū)房屋較稀疏，由規(guī)范8.2.1條地面粗糙度為B類。 由表8.2.1高度90米和100米處的B類地面粗糙度的風(fēng)壓高度變化系數(shù)分別為1.93和2.00。則15.6米高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)通過線性插值為：對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25s的各種高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。 本工程10層鋼結(jié)構(gòu)建筑，但寬高比小于1.5，不考慮脈動風(fēng)對結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)振的影響。故 迎風(fēng)面頂層基本風(fēng)壓：背風(fēng)面頂層基本風(fēng)壓：kN/m2 由此，確定了該結(jié)構(gòu)頂點風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.884kN/m2，地面風(fēng)荷載為0，風(fēng)荷載按照倒三角形分布，可將風(fēng)荷載簡化為集中荷載分布于樓層處，由風(fēng)荷載的分布形式和大小可以計算得到分布于每個樓層處的風(fēng)荷載大小。結(jié)構(gòu)頂層風(fēng)荷載為：同理各層風(fēng)荷載見表3.6.1表3.6.1 各層風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值樓層號距離地面高度風(fēng)荷載 kN515.650.51 412.647.22 39.644.23 26.644.23 13.644.23 2.結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算（電算）2.1 結(jié)構(gòu)建模首先定義材料，混凝土樓板采用C30，鋼梁采用Q235B，鋼柱采用Q345B。材料定義如圖5.1-1所示。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)方案，在etabs軟件中建立柱子、梁和壓型鋼板樓板。初步建立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸如表5.1-1所示，結(jié)構(gòu)平面及剖面布置如圖5.1-2所示。梁柱截面截面定義如圖5.1-3所示，壓型鋼板定義如圖5.1-4所示，壓型鋼板肋頂混凝土厚度最小50mm為規(guī)范最低限值。結(jié)構(gòu)模型建立完成后，進行荷載輸入。 圖5.1-1材料定義表5.1-1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)格構(gòu)件編號構(gòu)件規(guī)格尺寸材質(zhì)鋼柱B300x300x10Q345B梁1H250x250x10X13Q235B梁2H200x200x8X12Q235B壓型鋼板YXB75-200-600鍍鋅鋼板Q235 圖5.1-2結(jié)構(gòu)平面及剖面布置圖 圖5.1-4壓型鋼板樓板定義2.2 恒荷載和活荷載計算及輸入建筑結(jié)構(gòu)荷載包括樓面恒荷載、樓面活荷載、屋面恒荷載、屋面活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、內(nèi)墻荷載、外墻荷載等。樓面和屋面恒載包括結(jié)構(gòu)樓板自重和建筑面層做法，由于在計算模型中已建立結(jié)構(gòu)樓板模型，所以只需輸入建筑面層做法引起的恒荷載；活荷載根據(jù)房間的使用功能輸入。首先定義靜荷載工況名稱，定義靜荷載工況包括荷載名稱，根據(jù)設(shè)計者的習(xí)慣可以定義任意荷載名稱；對每一種荷載名稱要指定正確的荷載類型，包括恒載、活荷載、風(fēng)荷載、內(nèi)墻折合樓面荷載、雪荷載等常用荷載類型，只有指定了正確的荷載類型，程序才能夠自動正確確定荷載的分項系數(shù)和荷載組合。自重系數(shù)，只有結(jié)構(gòu)模型的自重荷載自重系數(shù)為1，其余均為0。靜載工況定義如圖5.2-1所示。樓面恒荷載為2.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2，屋面恒荷載為3.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2，樓面輕質(zhì)內(nèi)墻折合樓面恒荷載為0.15kN/m2。圖5.2-1 靜載工況定義圖5.2-2 樓面恒荷載和活荷載圖5.2-3 內(nèi)墻折合樓面恒荷載圖5.2-4 屋面恒荷載和活荷載北京地區(qū)基本雪壓為0.4kN/m2，小于上人屋面活荷載2.00kN/m2，所以屋面荷載不必考慮雪荷載。2.3 風(fēng)荷載計算及輸入在etabs軟件中，風(fēng)荷載的輸入可以采用按照上述方法手算的結(jié)果直接輸入到樓層上，也可以通過計算機自動計算。采用計算機自動計算需要在定義風(fēng)荷載工況，如圖5.3-1所示自動側(cè)向荷載欄內(nèi)選擇Chinese 2010，然后再如圖5.3-2所示修改側(cè)向荷載?？梢圆捎脙煞N方法自動輸入風(fēng)荷載，一種是風(fēng)力作用面來自隔板范圍，一種是風(fēng)力作用面來自面對象。當(dāng)選擇風(fēng)力作用面來自隔板范圍時，必須在樓層處建立剛性隔板，而一旦建立剛性隔板即假定樓板平面內(nèi)剛度無窮大，按照此假定計算樓層內(nèi)的梁應(yīng)力很小，這與梁實際受力不符，所以此法一般不采用。當(dāng)選擇風(fēng)力作用面來自面對象，需要在建筑物與風(fēng)作用的外表面建立虛面（即截面屬性為none的面），并在虛面上指定風(fēng)荷載體型系數(shù)。同時，按照圖5.3-2所示，輸入基本風(fēng)壓、地面粗糙度、振型系數(shù)來源、結(jié)構(gòu)自振周期、結(jié)構(gòu)阻尼比。對于高層建筑，風(fēng)荷載往往為控制荷載，另外由于軟件內(nèi)因和操作失誤等原因，軟件自動計算的風(fēng)荷載有時與規(guī)范方法計算結(jié)果不一致，建議采用軟件計算時也需要按照規(guī)范方法手動計算風(fēng)荷載，并與軟件計算進行對比分析。按照規(guī)范方法計算5層迎風(fēng)虛面上的風(fēng)荷載為：按照規(guī)范方法計算30層背風(fēng)虛面上的風(fēng)荷載為：而軟件自動計算5層迎風(fēng)虛面上的風(fēng)荷載為：81.96；30層背風(fēng)虛面上的風(fēng)荷載為：51.22，軟件計算明顯小于規(guī)范算法。如圖5.3-4所示，其它各層均不相同。軟件計算風(fēng)荷載分布形式為倒梯形分布，手算為倒三角形分布。這是因為軟件按照規(guī)范分別計算每層的風(fēng)荷載，地面風(fēng)荷載大于零，而手算認(rèn)為地面風(fēng)荷載為零。軟件計算的風(fēng)荷載頂部小于規(guī)范手算，底部大于規(guī)范手算。掌握軟件計算的方法對設(shè)計者評價軟件的計算結(jié)果非常重要，在使用任何一種軟件計算前都應(yīng)該與手算結(jié)果進行對比，以了解軟件的計算過程和方法，為評判軟件的計算結(jié)果做好準(zhǔn)備。本工程中迎風(fēng)面手算風(fēng)荷載總值為1438kN，軟件計算風(fēng)荷載總值為1656kN，二者相差15%；背風(fēng)面手算風(fēng)荷載總值為900kN，軟件計算風(fēng)荷載總值為1035kN，二者相差15%。圖5.3-1 風(fēng)荷載工況定義圖5.3-2風(fēng)荷載定義 圖5.3-3指定風(fēng)荷載體型系數(shù)圖5.3-4風(fēng)荷載比較分析（a）迎風(fēng)面風(fēng)荷載 （b）背風(fēng)面風(fēng)荷載（a）x方向風(fēng)荷載 （b）y方向風(fēng)荷載圖5.3-5風(fēng)荷載輸入顯示在etabs軟件中，風(fēng)荷載輸入的符號與虛面的局部坐標(biāo)軸方向密切相關(guān)，輸入完成后需如圖5.3-5所示，要通過顯示面的風(fēng)荷載以檢驗所輸入風(fēng)荷載體型系數(shù)正負(fù)號的正確性。2.4 地震作用輸入地震作用是結(jié)構(gòu)上的具有質(zhì)量的物體在地震波作用下產(chǎn)生加速度，從而引起對結(jié)構(gòu)的力的作用。所以輸入地震作用時，首先要確定參與地震的質(zhì)量，恒載和結(jié)構(gòu)自重在結(jié)構(gòu)的整個服役期是相對很穩(wěn)定的質(zhì)量，在地震時一般都存在于結(jié)構(gòu)中，要100%考慮；而活荷載在地震時滿載的概率不高，根據(jù)規(guī)范規(guī)定只考慮50%，根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范第5.1.3條確定荷載的組合系數(shù)，如圖5.4-1所示定義地震作用的質(zhì)量源。 圖5.4-1地震作用質(zhì)量源 圖5.4-2反應(yīng)譜函數(shù)根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）定義反應(yīng)譜，由規(guī)范表5.1.4-1，水平地震影響系數(shù)最大值為0.16，由表5.1.4-2特征周期為0.35s，由規(guī)范8.2.2條，建筑高度大于50m且小于200時，阻尼比取0.03。由于本工程為純框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計算建模只建柱子、梁、板，沒有建輕質(zhì)隔墻，但是隔墻有一定的剛度，必須考慮其對體系的自振周期的影響，根據(jù)隔墻的多少根據(jù)經(jīng)驗取自振周折減系數(shù)為0.8。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范一般情況下，應(yīng)至少在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別計算水平地震作用，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。 有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15時，應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；本工程平面規(guī)則、豎向規(guī)則、無樓板開大洞等樓板不連續(xù)性、無斜交抗側(cè)力構(gòu)件，可以只考慮單方向的水平地震作用，但是為安全考慮，考慮雙方向的地震輸入，X、Y方向分別按照1:0.85和0.85:1輸入地震反應(yīng)譜，不考慮斜角度輸入。振型組合采用CQC，方向組合采用SRSS，符合建筑抗震規(guī)范規(guī)定。 （a）X、Y方向1:0.85 （b）X、Y方向0.85:1圖5.4-3反應(yīng)譜工況地震分析采用振型分解反應(yīng)譜法，結(jié)構(gòu)基本周期較長時，結(jié)構(gòu)的高階振型地震作用影響將不能忽略。振型個數(shù)不超過層數(shù)的3倍，一般取樓層數(shù)至樓層數(shù)的3倍之間，對于計算機分析多取一些振型不會增加多少計算時間，但是能夠提高計算精度，振型數(shù)目盡量多取。提取振型的方法可以采用特征值向量或者Ritz向量，Ritz向量法可以節(jié)約計算時間，但是需要制定引起震動的荷載。一般當(dāng)計算振型數(shù)較多，如達到幾百甚至幾萬時，可以考慮采用Ritz法。本工程采用特征值向量法，計算30個振型，質(zhì)量參與系數(shù)達到90%以上可以滿足規(guī)范要求。圖5.4-3振型設(shè)置2.5 荷載組合建筑承受的荷載包括恒荷載（保留結(jié)構(gòu)自重、建筑自重、輕質(zhì)墻體等）、樓面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用，規(guī)范給定的這些荷載為標(biāo)準(zhǔn)值，其具有不確定性，為了考慮荷載隨機分布的不利影響，對其乘以大于1的分項系數(shù)；在這些荷載同時作用時，其不會同時取得最大值，所以在同時考慮這些荷載時對其要乘以組合系數(shù)。以下是etabs軟件考慮的荷載組合。在分析前我們可以根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗對任意組合進行調(diào)整，或者添加刪減組合。1) 1.2 D+1.4L2) 1.35D+1.4*0.7L3) D+L+1.4前風(fēng) 4) D+L+1.4后風(fēng) 5) D+L+1.4左風(fēng) 6) D+L+1.4右風(fēng) 7) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6前風(fēng) 8) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6后風(fēng) 9) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6左風(fēng) 10) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6右風(fēng) 11) D+1.4L+1.4*0.6前風(fēng) 12) D+1.4L+1.4*0.6后風(fēng) 13) D+1.4L+1.4*0.6左風(fēng) 14) D+1.4L+1.4*0.6右風(fēng) 15) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4前風(fēng) 16) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4后風(fēng) 17) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4左風(fēng) 18) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4右風(fēng) 19) D+1.4*0.7L+1.4前風(fēng) 20) D+1.4*0.7L+1.4后風(fēng) 21) D+1.4*0.7L+1.4左風(fēng) 22) D+1.4*0.7L+1.4右風(fēng) 23) D+1.4前風(fēng) 24) D+1.4后風(fēng) 25) D+1.4左風(fēng) 26) D+1.4右風(fēng) 27) 1.2D+1.4前風(fēng) 28) 1.2D+1.4后風(fēng) 29) 1.2D+1.4左風(fēng) 30) 1.2 D+1.4右風(fēng) 31) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY32) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX33) （ D+0.5L）+1.3SPECXY34) （ D+0.5L）+1.3SPECYX35) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前風(fēng) 36) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后風(fēng) 37) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左風(fēng) 38) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右風(fēng) 39) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前風(fēng) 40) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后風(fēng) 41) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左風(fēng) 42) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右風(fēng) 43) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前風(fēng) 44) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后風(fēng) 45) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左風(fēng) 46) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右風(fēng) 47) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前風(fēng) 48) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后風(fēng) 49) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左風(fēng) 50) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右風(fēng) 在完成結(jié)構(gòu)建模、荷載輸入、地震作用輸入、荷載組合設(shè)置后就可以進行計算分析。計算分析的速度很快，本工程的分析只需2分鐘即可完成。分析完成后，首先應(yīng)該定性地判斷分析結(jié)果的正確性。首先查看振型，檢查結(jié)構(gòu)自振周期是否在合理的范圍內(nèi)（0.10.15n），如果相差很遠(yuǎn)，往往是模型的建立有問題，如節(jié)點沒有連接、結(jié)構(gòu)有大的弱懸挑、樓板沒有和梁連接、多余的懸空構(gòu)件、缺少或者有多余約束等。etabs可以采用動畫的形式顯示振型圖，查看振型有沒有局部的震動、振型是否常規(guī)；如果自振周期與合理范圍相差不多，往往是構(gòu)件的尺度不太合理，截面太大或者太??；一般第一、二振型為平動振型，第三振型為伴有扭轉(zhuǎn)的振型，規(guī)范要求扭轉(zhuǎn)振型與第一平動振型的周期比小于0.9。如果周期比大于0.9或者第一、二振型就有扭轉(zhuǎn)說明結(jié)構(gòu)方案不合理或者構(gòu)件尺度不合理即扭轉(zhuǎn)剛度弱，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)方案或者調(diào)整梁柱截面尺寸以增大結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度。如果振型合理，可以定性的認(rèn)為分析結(jié)構(gòu)正確，需要逐步驗算結(jié)構(gòu)層層間位移、減重比、構(gòu)件應(yīng)力比、構(gòu)件長細(xì)比等參數(shù)是否符合規(guī)范。2.6 模態(tài)分析模態(tài)分析采用特征向量分析方法，計算了30階模態(tài)，模態(tài)質(zhì)量參與系數(shù)達到90%以上，滿足規(guī)范要求。模態(tài)如圖5.6所示。表5.6自振頻率(未考慮樓梯）CaseModePeriodsecUXUYUZSum UXSum UYSum UZRXRYRZSum RXSum RYSum RZModal10.12300.8005000.800500.2257000.225700Modal20.1230.7974000.79740.8005000.22461.94E-050.22570.22461.94E-05Modal30.0760.0798000.87730.8005000.424800.22570.64941.944E-05Modal40.07500.08200.87730.882600.4384000.66410.64941.944E-05Modal50.0711.028E-05000.87730.8826001.258E-050.85730.66410.64940.8573Modal60.0670.0206000.89790.8826000.04241.435E-050.66410.69180.8573Modal70.06700.020900.89790.903500.0427000.70680.69180.8573Modal80.0640.0022000.90010.9035000.00085.563E-060.70680.69260.8573Modal90.060.0124000.91250.9035000.05041.849E-060.70680.74290.8573Modal100.0600.012900.91250.916400.0525000.75930.74290.8573Modal110.05704.916E-0500.91250.916504.355E-05000.75930.74290.8573Modal120.05607.096E-0600.91250.916504.331E-05000.75940.74290.8573Modal130.0540.0052000.91770.9165000.014900.75940.75780.8573Modal140.05300.005200.91770.921700.0149000.77430.75780.8573Modal150.05300.000200.91770.921900.0006000.77490.75780.8573Modal160.0506.274E-0700.91770.921900000.77490.75780.8573Modal170.0470.0012000.91880.9219000.00591.552E-060.77490.76370.8573Modal180.04603.566E-0600.91880.921904.921E-06000.77490.76370.8573Modal190.0430.0005000.91930.9219000.000600.77490.76430.8573Modal200.0410.0115000.93080.9219000.00287.308E-060.77490.7670.8573Modal210.0410.0241000.9550.9219000.00052.334E-050.77490.76750.8573Modal220.0400.013500.9550.935400.0007000.77560.76750.8573Modal230.0400.021500.9550.956900.0014000.77710.76750.8573Modal240.042.277E-05000.9550.9569005.025E-070.03550.77710.76750.8929Modal250.03902.799E-0500.9550.956900.0001000.77720.76750.8929Modal260.0384.414E-05000.9550.9569000.000200.77720.76770.8929Modal270.0371.204E-06000.9550.95690000.00720.77720.76770.9Modal280.0370000.9550.956904.245E-06000.77720.76770.9Modal290.03600.000200.9550.957100.0001000.77730.76770.9Modal300.0360000.9550.95710000.0030.77730.76770.9031 (a) 第一階模態(tài)(T1=0.123s) (b) 第二階模態(tài)(T2=0.123s) (c)第三階模態(tài)(T3=0.076s) (d) 第五階模態(tài)(T5=0.071s)圖5.6自振模態(tài)由圖5.6可見，結(jié)構(gòu)第一、二階模態(tài)為水平震動，周期T1=0.123s，T2=0.123s；第五階為帶有扭轉(zhuǎn)的振動模態(tài)，周期T5=0.071s；扭轉(zhuǎn)與平動周期比為0.710.90，滿足規(guī)范要求。2.7 結(jié)構(gòu)位移首先檢查恒荷載和活荷載作用下梁的容許撓度是否符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄A的要求。撓度要求包括兩項，一恒荷載和活荷載標(biāo)準(zhǔn)組合產(chǎn)生的撓度，如主梁撓度小于跨度的1/400，此項如果不滿足可以對梁預(yù)起拱，梁實際撓度扣除預(yù)起拱值后滿足本表；二活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值的撓度，如主梁撓度小于跨度的1/500，此項要求必須滿足，不能夠通過預(yù)起拱措施解決，如果不滿足只能加大梁的截面或者采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)等。 然后檢查風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移限值，其應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄A的要求，結(jié)構(gòu)頂位移小于結(jié)構(gòu)總高度的1/500，層間位移小于層高的1/400。如圖5.7-1樓層最大位移圖可見，該結(jié)構(gòu)側(cè)向位移為剪切型變形，符合框架結(jié)構(gòu)變形特點，定點最大位移X向、Y向分別為0.056毫米、0.060毫米，0.056/15600=1/2800001/500，0.06/15600=1/2600001/500，均符合規(guī)范要求。 （a）X向樓層最大位移 （b）Y向樓層最大位移圖5.7-1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下樓層最大位移（a）X向最大樓層位移角 （b）Y向最大樓層位移角圖5.7-2風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下最大樓層位移角建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范第5.5.1條規(guī)定，多高層鋼結(jié)構(gòu)多遇地震下樓層最大的彈性層間位移角應(yīng)小于1/250，由圖5.7-3所示，在X向多遇地震作用下X向最大樓層位移角在11層處為1/100001/250，滿足規(guī)范要求。（a）X向最大樓層位移角 圖5.7-3多遇地震下最大樓層位移角2.8 應(yīng)力比一層樓蓋梁應(yīng)力比二層樓蓋梁應(yīng)力比三層樓蓋梁應(yīng)力比四層樓蓋梁應(yīng)力比五層樓蓋梁應(yīng)力比2.9 剪重比按抗震規(guī)范（5.2.5）調(diào)整各樓層地震內(nèi)力 表5.9 結(jié)構(gòu)剪重比由表5.9可見，結(jié)構(gòu)各個樓層剪重比大于0.026，滿足規(guī)范要求。3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計（手算）EtabsV9.7.4軟件可以按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）和建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）進行梁、柱構(gòu)件的設(shè)計設(shè)計，校核構(gòu)件的整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、強度。進行構(gòu)件設(shè)計前需要按照圖6進行設(shè)置。圖6多遇地震下最大樓層位移角3.1 柱子計算首先確定柱子計算長度。多高層鋼結(jié)構(gòu)柱子上端與樓蓋處梁相連、下端與樓蓋處梁或者基礎(chǔ)相連，上下端點一般各具有六個自由度，但是每個自由度都受到周圍構(gòu)件的約束，柱子計算長度系數(shù)非常復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給出了簡單的計算方法，但是該方法非常保守，一些設(shè)計院并不采用此方法，有興趣的讀者可以參閱相關(guān)科技文獻，本書只按照規(guī)范方法進行設(shè)計。首先做如下假設(shè)：1）忽略節(jié)點域尺寸和節(jié)點域剪切變形的影響，梁柱長度按框架梁柱曲線間的距離取值。 2）忽略梁和柱剪切變形的影響 3）框架柱失穩(wěn)時，相交于梁柱節(jié)點上的橫梁對柱提供的約束彎矩，按照柱的線剛度比分配給與該節(jié)點相連的各柱。 4）支撐、剪力墻等提供的框架層間側(cè)移剛度，按照各柱的側(cè)移剛度分配給該層各柱。 5）框架無側(cè)移失穩(wěn)時，橫梁兩端的轉(zhuǎn)角大小相等、方向相反；框架側(cè)移失穩(wěn)時橫梁兩端的轉(zhuǎn)角大小相等、方向相同。 當(dāng)采用一階彈性分析時，在上述假定的基礎(chǔ)上，按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄D有側(cè)移框架計算柱子計算長度系數(shù)。表中K1、K2分別為相交于柱上端、柱下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值?；蛘甙凑障率接嬎阒佑嬎汩L度系數(shù)。我們根據(jù)規(guī)范算法計算3軸線上，如圖6.1-1所示A1、A2、A3、B1、B2、B3六個柱子計算長度并與etabs程序計算結(jié)果進行對比分析。圖6.1-1 3軸線鋼柱子柱子A1為邊柱，底層柱，下端與基礎(chǔ)剛性連接，上端和一層樓蓋梁連接。鋼梁：H250X250X10X13，柱子截面為300X10。則柱子A1計算長度系數(shù)計算如下：鋼梁截面慣性矩為，鋼柱子截面慣性矩為，柱子下端與基礎(chǔ)相連按照剛接計算，柱子上節(jié)點與二層柱子和一層樓蓋梁相接，樓蓋梁上密鋪壓型鋼板樓板并與樓板有栓釘可靠連接，梁與壓型鋼