新城项目高层计算书例子.doc

北京马驹桥亦庄新城项目10#高层住宅楼

第1节 工程概况与设计条件
1.1建筑工程概况与结构选型
本设计的题目是北京马驹桥亦庄新城项目10#高层住宅结构设计，该工程位于北京市马驹桥县，该结构的设计使用年限为50年，安全等级为二级。上部结构采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。基础形式为筏板基础，上部结构用PKPM系列中的PMCAD建模,并用SATWE计算，基础采用JCCAD有限元计算，楼梯采用探索者结构软件进行计算。在设计过程中遵循国家有关规范，为加强延性，遵照了“强剪弱弯、强墙弱梁”的原则。
本工程地下两层，层高均为3.6米，地上为21层的住宅，一层平面标高为±0.000 m，其余标准层高均为2.85m；首层室内外高差为0.3m，建筑物的总高度为65.840m，建筑沿纵向的宽度为53.040m，沿建筑的横向宽度为24.240m。
根据建筑的使用功能，房屋的高度与层数、场地条件，结构材料以及施工技术等因素，综合考虑抗侧力结构采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系。考虑到剪力墙内收不宜过大，应逐步内收，故基础顶到±0.000 m的地下室外墙厚为300mm,内墙厚度为250mm，地上一、二、三层剪力墙厚度均为250mm，其他所有楼层的墙体厚度均为200mm，门洞高度取2.10m，其具体宽度详见建施图门窗表，窗台的高度为见建施图，窗洞高度具体详见门窗表，剪力墙的平面布置具体详见平面图，除图中注名外，墙体定位均为轴线居中楼盖结构采用现浇钢筋混凝土板，楼板厚度分别为120mm、150mm和180mm三种，基础现浇钢筋混凝土筏型基础。
建筑填充墙均为200mm 加气混凝土砌块和100mm的陶粒混凝土条形板墙，楼面、屋面具体做法详见建筑设计说明。
1.2设计依据
本工程建筑依据下列现行国家标准或行业标准进行结构设计：
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008版）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002，J186-2002）
《房建筑结构制图标准》 GB/T 50105-2001
《屋建筑制图统一标准 》 GB/T 50001-200
《建筑结构可靠度设计统一标准 》 GB 50068-2001
《建筑工程抗震设防分类标准 》 GB 50223-2008
《钢筋焊接及验收规程 》 JGJ 18-2003
《钢筋机械连接通用技术规程》 JGJ 107-2003
《地下工程防水技术规范》 GB 50108-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB 50204-2002
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB 50202-2002
《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图 》03G101-1（修正版）
1.3设计的基本条件
（1）建筑结构的设计使用年限，安全等级以及建筑的抗震设防类别
本工程为普通高层民用住宅楼，属于一般的建筑物，根据《结构可靠度设计统一标准》第1.0.5条，结构的设计使用年限为50年；
按照《结构可靠度设计统一标准》第1.0.8条和7.0.3条，建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数为=1.0。
根据《建筑抗震设防分类标准》第3.0.2条和第10.0.2条，建筑抗震设防类别为丙类。
建筑室内外地面至檐口的高度为59.700m，宽度24.240m，高宽比为2.5<6，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.2.2条和第4.2.3条，本工程属于A级高度钢筋混凝土高层建筑。
（2）风荷载
①基本风压
按照《高层混凝土结构技术规程》第3.2.2条条文说明的要求，基本风压应取《建筑结构荷载规范》附录D.4《全国各城市的雪压和风压值》中100年一遇的风压，基本风压=0.5KN/。
②地面粗糙度
本工程房屋位于有城市郊区，地面粗糙度类别为C类。
（3）抗震设防的有关参数
根据场地岩土工程勘察报告的相关说明，知该处场地类别为Ⅱ类，地。基基础设计等级为乙级，按照《建筑抗震设计规范》附录A—《我国主要城镇抗震设防烈度，设计基本地震加速度和设计地震分组》的规定，北京市地区抗震设防烈度为8度，设计基本加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。
本工程建筑主要屋面的高度为59.700m，根据《高层混凝土结构技术规程》地4.8.2条的规定，剪力墙的抗震等级为二级。
1.4混凝土结构的环境类别
按照《混凝土结构设计规范》第3.4.1条的规定，本工程混凝土结构可根据其所处的环境条件的不同，划分为一类和二a类两种环境类别，参见表1-1-1
混凝土结构的环境类别 表1-1-1
环 境 类 别
一 类
二 a 类
条 件
室内楼板、梁、剪力墙
室内潮湿环境、非严寒和非寒冷地区的露天环境，与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境

第2节 主要结构材料
2.1钢筋
本工程结构构件的纵向受力钢筋选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋和剪力墙分布钢筋选用HRB335级热轧钢筋，拉筋HPB235级热轧钢筋应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB13013的要求，HRB335和HRB400级热轧钢筋应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499的要求，且钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比不小于1.25，屈服强度实测值与强度标准值比应大于1.3，钢筋的强度设计值与弹性模量按照《混凝土结构设计规范》第4.2.3条和第4.2.4条的规定采用，参见表1-2-1。
钢筋强度设计值与弹性模量 表1-2-1
钢筋种类
符 号
（N/）
（N/）
）
HPB235

210
210
2.1
HPB335

300
300
2.0
HRB400

360
360
2.0
2.2混凝土
在本工程中，结构各楼层采用混凝土等级的情况见表12-2。混凝土强度设计值与弹性模量按照《混凝土结构技术规程》第4.1.4条和第4.1.5条的规定采用，参见表1-2-3
结构各层采用混凝土强度等级情况 表1-2-2
部 位
剪 力 墙
梁 板 楼梯
基础顶~5.700标高层
C35
C35
5.700标高层以上
C30
C30
备注
基础
C35 垫层为C15
构造柱、现浇过梁
C20
混凝土设计值与弹性模量 表1-2-3
混凝土强度等级
（N/）
（N/）

C30
14.3
1.43
3.00
C35
16.7
1.57
3.15
C25
11.9
1.27
2.8
2.3结构混凝土耐久性的基本要求
按照《混凝土结构设计规范》第3.4.2条的规定，结构混凝土应符合表1-2-4的要求。
结构混凝土耐久性的基本要求 表1-2-4
环 境 类 别
一 类
二 a 类
最大水灰比
0.65
0.55
最小水泥用量
225
275
最大氯离子含量（%）
1.0
0.2
最大碱含量
不限制
3.0
当混凝土中加入活性掺和料或能提高耐久性的外加剂时，可适当降低最低水泥用量，当使用非碱活骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。
第3节 结构计算模型
3.1基本假定
目前，在进行高层建筑结构（特别是剪力墙结构）设计时，大都采用三维空间有限元软件进行计算。无论是在竖向荷载作用下，还是在风荷载或多遇地震作用下，均假定结构及构件处于理想弹性状态，故此可以采用线弹性方法计算高层混凝土结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态时的变形和内力。
由于高层建筑结构的计算模型非常复杂，为了减少结构的自由度，在进行计算分析时，常引入“楼板在平面内的刚度为无限大，在平面外刚度为零”的假定，使得每一层楼层中任何构件在楼层平面的平移和转动均可以用该层参考点的平移和转动表示，从而大大减少了结构的自由度和计算量。当楼板的平面形状比较狭长或有较大的凹入及开动造成楼板平面内刚度有较大削落时，在水平力作用下楼板的变形不能忽视，此时，应对采用刚性楼板假定的计算结果加以修正，或者直接采用能够模拟楼板平面内刚度的板壳单元进行分析。
3.2计算软件与主要参数
本工程采用有中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》2010年3月12号版本，进行结构的整体力学计算。剪力墙的合理简化与力学模拟一直是高层建筑结构计算中的难点，它直接决定了结构力学分析模型的合理性与计算结构的精度，SATWE软件才用空间杆单元模拟梁、柱及支撑，用字壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。这中墙元既有平面内刚度，也有平面外刚度。另外，程序对剪力墙的洞口尺寸以及空间位置也没有限制，可以较好地模拟实体剪力墙和开洞剪力墙。
结构弹性分析时采用的主要参数如下：
总信息 ..............................................
结构材料信息: 钢砼结构
混凝土容重 (kN/m3): Gc = 26.00
钢材容重 (kN/m3): Gs = 78.00
水平力的夹角(Rad): ARF = 0.00
地下室层数: MBASE= 2
竖向荷载计算信息: 按模拟施工3加荷计算
风荷载计算信息: 计算X,Y两个方向的风荷载
地震力计算信息: 计算X,Y两个方向的地震力
特殊荷载计算信息: 不计算
结构类别: 剪力墙结构
裙房层数: MANNEX= 0
转换层所在层号： MCHANGE= 0
墙元细分最大控制长度(m) DMAX= 1.00
墙元网格: 侧向出口结点
是否对全楼强制采用刚性楼板假定 否
采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法
结构所在地区 全国

风荷载信息 ..........................................
修正后的基本风压 (kN/m2): WO = 0.50
地面粗糙程度: C 类
结构基本周期（秒）: T1 = 1.26
体形变化分段数: MPART= 1
各段最高层号: NSTi = 25
各段体形系数: USi = 1.4

地震信息 ............
振型组合方法(CQC耦联;SRSS非耦联) CQC
计算振型数: NMODE= 15
地震烈度: NAF = 8.00
场地类别: KD = 2
设计地震分组: 一组
特征周期 TG = 0.35
多遇地震影响系数最大值 Rmax1 = 0.18
罕遇地震影响系数最大值 Rmax2 = 0.99
框架的抗震等级: NF = 2
剪力墙的抗震等级: NW = 2
活荷质量折减系数: RMC = 0.50
周期折减系数: TC = 1
结构的阻尼比 (%): DAMP = 5.00
是否考虑偶然偏心: 是
是否考虑双向地震扭转效应: 否
斜交抗侧力构件方向的附加地震数 = 0

活荷载信息 ..........................................
考虑活荷不利布置的层数 从第 1 到25层
柱、墙活荷载是否折减 折算
传到基础的活荷载是否折减 折算
------------柱，墙，基础活荷载折减系数-------------
计算截面以上的层数---------------折减系数
1 1.00
2---3 0.85
4---5 0.70
6---8 0.65
9---20 0.60
> 20 0.55

调整信息 ........................................
中梁刚度增大系数： BK = 2.00
梁端弯矩调幅系数： BT = 0.85
梁设计弯矩增大系数： BM = 1.00
连梁刚度折减系数： BLZ = 0.50
梁扭矩折减系数： TB = 0.40
全楼地震力放大系数： RSF = 1.00
0.2Qo 调整起始层号： KQ1 = 1
0.2Qo 调整终止层号： KQ2 = 0
顶塔楼内力放大起算层号： NTL = 0
顶塔楼内力放大： RTL = 1.00
九度结构及一级框架梁柱超配筋系数 CPCOEF91 = 1.15
是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力IAUTO525 = 1
是否调整与框支柱相连的梁内力 IREGU_KZZB = 0
剪力墙加强区起算层号 LEV_JLQJQ = 3
强制指定的薄弱层个数 NWEAK = 0

配筋信息 ........................................
梁主筋强度 (N/mm2): IB = 360
柱主筋强度 (N/mm2): IC = 360
墙主筋强度 (N/mm2): IW = 360
梁箍筋强度 (N/mm2): JB = 300
柱箍筋强度 (N/mm2): JC = 300
墙分布筋强度 (N/mm2): JWH = 360
梁箍筋最大间距 (mm): SB = 100.00
柱箍筋最大间距 (mm): SC = 100.00
墙水平分布筋最大间距 (mm): SWH = 200.00
墙竖向筋分布最小配筋率 (%): RWV = 0.25
柱最小配筋率 (%): RCV = 0.25
结构底部单独指定墙竖向分布筋配筋率的层数: NSW = 0
结构底部NSW层的墙竖向分布配筋率: RWV1 = 0.60

设计信息 ......................
结构重要性系数: RWO = 1.00
柱计算长度计算原则: 无侧移
梁柱重叠部分简化: 作为刚域
是否考虑 P-Delt 效应： 否
柱配筋计算原则: 按单偏压计算

钢构件截面净毛面积比: RN = 0.85
梁保护层厚度 (mm): BCB = 25.00
柱保护层厚度 (mm): ACA = 30.00
是否按砼规范(7.3.11-3)计算砼柱计算长度系数: 是

荷载组合信息 ........................................
恒载分项系数: CDEAD= 1.20
活载分项系数: CLIVE= 1.40
风荷载分项系数: CWIND= 1.40
水平地震力分项系数: CEA_H= 1.30
竖向地震力分项系数: CEA_V= 0.50
特殊荷载分项系数: CSPY = 0.00
活荷载的组合系数: CD_L = 0.70
风荷载的组合系数: CD_W = 0.60
活荷载的重力荷载代表值系数: CEA_L = 0.50

地下信息 ..........................................
土的水平抗力系数的比例系数(MN/m4): MI = 5.00
回填土容重 (kN/m3): Gsol = 18.00
回填土侧压力系数: Rsol = 0.50
外墙分布筋保护厚度 (mm): WCW = 35.00
室外地平标高 (m): Hout = -0.40
地下水位标高 (m): Hwat = -20.00
室外地面附加荷载 (kN/m2): Qgrd = 0.00
第4节 竖向荷载
4.1楼面及屋面活荷载标准值
屋面及楼面均布活荷载的标准值及其组合值系数，准永久值系数见表1-4-1
屋面及楼面均布活荷载 表1-4-1
房 间 部 位
活荷载标准值
组合值系数
准永久值系数
屋面
不上人屋面
0.5
0.7
0
楼面
住宅
2.0
0.7
0.4
厨房
2.0
0.7
0.5
卫生间
2.0
0.7
0.4
走廊、门厅
2.0
0.7
0.4
消防疏散楼梯
2.5
0.7
0.3

阳台
2.5
0.7
0.5
电梯机房
7.0
0.9
0.8
4.2屋面及楼面永久荷载标准值

荷载统计(kN/m2)
内容
项次
厚度
荷载值（kN/m2）
客厅
恒载p
1、现浇板厚度（mm)
120
25*0.12=
3.00
2、地板砖
10

0.50
3、20厚1:2水泥砂浆找平层
20
20*0.02=
0.40
4、10厚素水泥浆结合层
10
20*0.01=
0.20
5、20厚板底粉刷
20
20*0.02=
0.40
合计：
5.17
卧室
恒载p
1、现浇板厚度（mm)
120
25*0.12=
3.00
2、实木地板/地板砖
15
7*0.015=
0.11
3、20厚1:2水泥砂浆找平层
20
20*0.02=
0.40
4、10厚素水泥浆结合层
10

20*0.01=
0.20
5、20厚板底粉刷
20
20*0.02=
0.40
合计：
4.11
厨房、卫生间
恒载p
1、现浇板厚度（mm)
120
25*0.12=
3.00
2、8厚地砖铺实

0.24
3、20厚1:3水泥砂浆1％找坡
20
20*(2.6*0.01/2
+0.02)=
0.66
4、聚合物水泥砂浆防水层

0.40
5、15厚1：3水泥砂浆找平
15
20*0.015=
0.30
6、20厚板底粉刷
20
20*0.02=
0.40
合计：
4.50
阳台
恒载p
同厨房、卫生间
4.50
活载g

2.50
屋面
恒载p
1、现浇板厚度（mm)
120
25*0.12=
3.00
2、1:8煤渣砼找坡1%,最薄处30
70
20*0.07=
1.40
3、20厚1∶3水泥砂浆找平
20
20*0.02=
0.40
4、高分子卷材防水层

0.10
5、25厚挤塑泡沫保温板
25

0.20
6、干铺无纺聚脂纤维布一层

0.05
7、40厚C20细石砼整浇层
40
22*0.04=
0.88
8、防滑地砖
30
20*0.03=
0.60
合计：
6.63
地下室顶板
恒载p
1、现浇板厚度（mm）
150
25*0.15=
3.75
2、30厚1：2.5水泥砂浆找平
30
20*0.03=
0.60
3、板底粉刷和吊顶

1.50
合计：
5.85
填充墙：（KN/㎡）（计算用）
墙体类型
墙厚
双 面 粉
备注
混凝土空心砌块外墙
190
3.5
需扣门洞荷载
混凝土空心砌块内墙
190
3.3
需扣门洞荷载
空心砖内墙
120
3.3
需扣门洞荷载

第5节 风荷载作用下的位移和内力
5.1风荷载标准值
在主体结构计算时，风荷载作用面积应取垂直于风向的建筑物最大投影面积，风荷载标准值按下列公式计算：
（5-1）
式中 ——风荷载标准值（）；
——高度z处的风震系数；
——风荷载体型系数；
——风压高度变化系数；
——基本风压（）
5.1.1风荷载体型系数
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力或吸力与来流风速度压的比值，它反映了建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的特征分布规律，主要与建筑物外形和尺寸有关，考虑到本工程的建筑外形不是很规整，风荷载体型系数取1.4。
5.1.2风压高度变化系数
本工程地面粗糙度为C类，结构各楼层高度变化系数如下表：
结构各层的风压高度变化系数 表1-5-1
楼 层 号
层 高 （m）
高 度 （m）

25
3.22
64.92
1.40
24
2.00
61.70
1.37
23
2.70
59.70
1.35
22
2.85
57.00
1.32
21
2.85
54.15
1.29
20
2.85
51.30
1.26
19
2.85
48.45
1.23
18
2.85
45.60
1.20
17
2.85
42.75
1.16
16
2.85
39.90
1.13
15
2.85
37.05
109
14
2.85
34.20
1.05
13
2.85
31.35
1.02
12
2.85
28.50
0.98
11
2.85
25.65
0.93
10
2.85
22.80
0.88
9
2.85
19.95
0.84
8
2.85
17.1
0.78
7
2.85
14.25
0.74
6
2.85
11.4
0.74
5
2.85
8.55
0.74
4
2.85
5.70
0.74
3
2.85
2.85
0.74
2
3.6
0
0.74
1
3.6
-3.6
0.74
5.1.3风震系数
《荷载》规范7.4.1规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的
房屋和基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。
高层建筑结构在离室外地面高度z处的风震系数可按下列公式计算：
（5-2）
式中 ——脉动增大系数；
——脉动影响系数；
——震型系数
5.1.3.1脉动增大系数
脉动增大系数可根据地面粗糙度类别，基本风压以及结构的基本自振周期T，按照《高层混凝土结构技术规程》表3.2.6确定，结构的基本自振周期，对于比较规则的结构，可采用近似公式计算。本工程结构的基本自振周期可用公式：
（5-3）
式中 n—为结构层数
T1=0.05n=0.05×25=1.25s
=0.50×1.252=0.781，查《荷载》规范表7.4.3得
脉动增大系数=1.42.
5.1.3.2脉动影响系数
振型系数可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响，本工程可近似取振型计算点距室外地面高度z与房屋高度H的比值。
根据公式计算得到的各层楼层风振系数见表1-5-2，其中为脉动影响系数查高规3.2. 6-2查表得=0.49
结构各楼层的风振系数表 表1-5-2
楼层号
高度（m）

25
64.92
1.40
1.00
1.50
24
61.70
1.37
0.95
1.48
23
59.70
1.35
0.92
1.47
22
57.00
1.32
0.88
1.46
21
54.15
1.29
0.83
1.45
20
51.30
1.26
0.79
1.44
19
48.45
1.23
0.75
1.42
18
45.60
1.20
0.70
1.41
17
42.75
1.16
0.66
140
16
39.90
1.13
0.62
1.38
15
37.05
1.09
0.57
1.36
14
34.20
1.05
0.53
1.35
13
31.35
1.02
0.48
1.33
12
28.50
0.98
0.44
1.31
11
25.65
0.93
0.40
1.30
10
22.80
0.88
0.35
1.28
9
19.95
0.84
0.31
1.26
8
17.1
0.78
0.26
1.23
7
14.25
0.74
0.22
1.21
6
11.4
0.74
0.18
1.17
5
8.55
0.74
0.13
1.12
4
5.70
0.74
0.09
1.08
3
2.85
0.74
0.04
1.04
2
0
0.74
0
0
1
-3.6
0.74
0
0

5.2结构的风荷载及相应的内力
根据基本风压、风荷载体型系数以及楼层标高处的风压高度变化系数和风振系数，根据公式可求出各楼层标高处的风荷载标准值，见表1-5-3。

各楼层风荷载标准值 表1-5-3
楼层号

25

0.50

1.4
1.40
1.50
1.47
24
1.37
1.48
1.42
23
1.35
1.47
1.39
22
1.32
1.46
1.35
21
1.29
1.45
1.31
20
1.26
1.44
1.27
19
1.23
1.42
1.22
18
1.20
1.41
1.18
17
1.16
1.40
1.14
16
1.13
1.38
1.09
15
1.09
1.36
1.04
14
1.05
1.35
0.99
13
1.02
1.33
0.95

12
0.98
1.31
0.90
11
0.93
1.30
0.85
10
0.88
1.28
0.79
9
0.84
1.26
0.74
8
0.78
1.23
0.67
7
0.74
1.21
0.63
6
0.74
1.17
0.61
5
0.74
1.12
0.58
4

0.74
1.08
0.56
3
0.74
1.04
0.54
2
0.74
0
0
1
0.74
0
0

在进行结构整体计算时，可以将风荷载作为集中力作用于结构的楼层标高处。结构各楼层处由风荷载标准值引起的水平集中力，层剪力和倾覆力矩可由下列公式计算：

式中 、、 分别为第i层结构由风荷载标准值引起的水平集中力、层剪力和倾覆力矩；
——第i层结构的风荷载标准值；
、——分别为结构迎风面的宽度和高度；
、——分别为第 i层结构至室外地面的高度。
公式的含义如上图所示，结构各楼层在风荷载标准值作用下的水平集中力、层剪力和倾覆力矩参见表1-5-4。
X方向风荷载作用下各楼层的荷载、剪力和倾覆力矩 表1-5-4
楼层号
（KN）
（KN）
（KN·m）
25
29.98
29.98
96.5
24
42.37
72.4
241.2
23
56.01
128.4
587.8
22
69.2
197.6
1150.9
21
87.33
284.9
1962.8
20
84.55
369.4
3015.7
19
81.76
451.2
4301.7
18
78.95
530.2
5812.6
17
76.10
606.3
7540.4
16
73.22
679.5
9476.5
15
70.28
749.8
11613.7
14
67.29
8