鋼結構課程設計北工大

北京工業(yè)本科鋼結構課程設計北京工業(yè)大學本科鋼結構課程設計計算書題目：北京市某高層鋼結構公寓樓設計作者：指導教師：lxc提交時間：2013年6月北京工業(yè)大學課程設計（論文）任務書 題目 北京市某高層鋼結構公寓樓設計 專業(yè) 土木工程 學號 主要內容、基本要求、主要參考資料等：一、設計概況：本工程為北京市郊區(qū)某高層鋼結構公寓建筑，建筑面積學生自行確定，共5層，不設地下室，為純鋼框架結構，層高3米；室內外高差0.6米。根據(jù)工程地質勘查報告勘察、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，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第一組。設計使用年限50年。荷載遵照建筑結構荷載規(guī)范 GB50009-2012執(zhí)行：基本風壓：W0=0.45kN/m2，基本雪壓S0=0.4kN/m2。二、設計資料1. 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準 (GB 50068-2001)2. 建筑抗震設防分類標準 (GB 50223-2008)3. 建筑結構荷載規(guī)范 (GB 50009-2012)4. 建筑抗震設計規(guī)范 (GB 50011-2010)5. 鋼結構設計規(guī)范 (GB 50017-2003) 6. 建筑結構制圖標準 (GB/T 50105-2010) 7. 鋼結構高強度螺栓連接的設計，施工及驗收規(guī)程 (JGJ 82-91) 8. 建筑鋼結構焊接技術規(guī)程 (JGJ 81-2002) 9. 鋼結構工程施工質量驗收規(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. 建筑設計防火規(guī)范 (GB500162006) 12. 鋼結構防火涂料應用技術規(guī)程(CECS24-90) 13. 碳素結構鋼 (GB/T 700-2006) 14. 低合金高強度結構鋼(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. 高層建筑結構用鋼板(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. 鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副(GB/T 3633-1995) 26. 鋼結構制作安裝施工規(guī)范(YB9254-95)27. 鋼及鋼產(chǎn)品交貨一般技術要求(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. 建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準(GB50300-2001) 32. 鋼的化學分析用試樣、取樣及成品化學成分允許偏差 (GB222-84) 33. 鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備(GB/T2975-82) 34. 鋼的力學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量分級(GB3323-87) 36. 建筑構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果分級(GB11545-1996) 38. 鋼骨混凝土結構設計規(guī)程(YB9082-2006) 39. 鋼結構設計制圖深度和表示方法(03G102) 40. 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點構造詳圖(04SG519)41. 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點連接 (03SG519-1)42. 采用最新ETABS分析軟件或PKPM結構設計軟件或盈建科等三、基本要求1. 認真貫徹“適用、安全、經(jīng)濟、美觀”的設計原則；2. 掌握結構設計的內容、方法和步驟；3. 掌握與本設計有關的設計規(guī)范和規(guī)定，并能在設計中正確運用；4. 根據(jù)建筑要求，合理選擇結構方案，包括基礎方案與布置；上部主要承重結構方案與布置；樓面結構方案與布置；主要抗震構造規(guī)定與布置措施等；5. 熟練掌握結構的計算方法和構造要求；6. 認真編寫計算書，認真繪制施工圖。四、設計要求和成果結構計算書一份；結構施工圖約9張，分別為（1） 首層柱子結構平面布置圖（2） 標準層柱子結構平面布置圖（3） 首層梁結構平面布置圖（4） 標準層梁結構平面布置圖（5） 首層樓板結構平面布置圖（6） 標準層樓板結構平面布置圖（7） 屋面梁結構平面布置圖（8） 屋面樓板結構平面布置圖（9） 節(jié)點詳圖五、設計過程根據(jù)建筑設計（建筑設計由學生自己確定）確定結構體系和結構布置；根據(jù)經(jīng)驗初估構件尺寸；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；手算風荷載；電算內力和組合；結果輸出，模態(tài)、應力比、層間位移、構件及節(jié)點設計。在完成電算后，滿足規(guī)范要求的基礎上，進行手算。包括：選取鋼結構的至少某一梁、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計。進行梁柱連接節(jié)點的手算設計。完成期限：課程設計1至1.5周指導教師簽章： 目 錄1.1 概述61.2設計依據(jù)61.2.1設計采用的規(guī)范、標準61.2.2設計采用的軟件71.3.結構方案81.4材料111.4.1 鋼材111.4.2 焊條121.4.3 高強螺栓121.5.設計荷載121.6.風荷載計算132.結構內力計算（電算）182.1 結構建模182.2 恒荷載和活荷載計算及輸入202.3 風荷載計算及輸入222.4 地震作用輸入242.5 荷載組合262.6 模態(tài)分析282.7 結構位移292.8 應力比322.9 剪重比413.結構構件設計（手算）433.1 柱子計算443.2 梁計算493.3強柱弱梁設計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)點設計（手算）571.1 概述 本工程為北京市郊區(qū)某高層鋼結構公寓建筑，建筑面積學生自行確定，共5層，不設地下室，為純鋼框架結構，層高3米；室內外高差0.6米。根據(jù)工程地質勘查報告勘察、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，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第一組。4、設計使用年限50年。荷載遵照建筑結構荷載規(guī)范 GB50009-2001執(zhí)行：基本風壓：W0=0.45kN/m2，基本雪壓S0=0.4kN/m2。1.2設計依據(jù)1.2.1設計采用的規(guī)范、標準1) 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準 (GB 50068-2001)2) 建筑抗震設防分類標準 (GB 50223-2008)3) 建筑結構荷載規(guī)范 (GB 50009-2012)4) 建筑抗震設計規(guī)范 (GB 50011-2010)5) 鋼結構設計規(guī)范 (GB 50017-2003) 6) 建筑結構制圖標準 (GB/T 50105-2010) 7) 鋼結構高強度螺栓連接的設計，施工及驗收規(guī)程 (JGJ 82-91) 8) 建筑鋼結構焊接技術規(guī)程 (JGJ 81-2002) 9) 鋼結構工程施工質量驗收規(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) 建筑設計防火規(guī)范 (GB500162006) 12) 鋼結構防火涂料應用技術規(guī)程(CECS24-90) 13) 碳素結構鋼 (GB/T 700-2006) 14) 低合金高強度結構鋼(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) 高層建筑結構用鋼板(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) 鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接副(GB/T 3633-1995) 26) 鋼結構制作安裝施工規(guī)范(YB9254-95)27) 鋼及鋼產(chǎn)品交貨一般技術要求(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) 建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準(GB50300-2001) 32) 鋼的化學分析用試樣、取樣及成品化學成分允許偏差 (GB222-84) 33) 鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備(GB/T2975-82) 34) 鋼的力學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量分級(GB3323-87) 36) 建筑構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果分級(GB11545-1996) 38) 鋼骨混凝土結構設計規(guī)程(YB9082-2006) 39) 鋼結構設計制圖深度和表示方法(03G102) 40) 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點構造詳圖(04SG519)41) 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點連接 (03SG519-1)1.2.2設計采用的軟件 本工程采用最新ETABS分析軟件或PKPM結構設計軟件或盈建科等1.3.結構方案建筑平面布置圖 結構方案的選擇是一個復雜的過程，既要考慮結構受力體系的經(jīng)濟合理性，又要結合建筑、設備、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，剛度中心與質量中心重合（接近），不規(guī)則的建筑應按照規(guī)定采取措施；特別不規(guī)則的建筑應進行專門研究和論證，采取特別的加強措施；嚴重不規(guī)則的建筑不應采用。首先根據(jù)建筑的平面，根據(jù)結構總高度以及建筑功能要求確定采用何種鋼結構體系，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的主梁間設置一道次梁，樓板跨度為2100mm。超過50米的鋼結構應設置地下室。 其基礎埋置深度，當采用天然地基時不宜小于房屋總高度的1/15；當采用樁基礎時，樁承臺埋深不宜小于房屋總高度的1/20。對于設置地下室的鋼結構，框架支撐結構體系中豎向連續(xù)布置的支撐或剪力墻應延伸至基礎，框架柱應至少延伸至地下一層。 最終確定結構方案如圖3.3-2所示。圖3.3-2 結構平面布置圖 根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范表8.1.1規(guī)定，本項目結構總高度15.6米，設防烈度8度，滿足，可以采用純框架結構。根據(jù)建筑抗震設計規(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） 風荷載基本風壓（重現(xiàn)期50年） 0.45 kN/m2體型系數(shù)：墻體：迎風面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 內墻：輕鋼龍骨隔墻0.5 kN/m2 外墻：玻璃幕墻1.0 kN/m21.6.風荷載計算根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2012）規(guī)范，風荷載的計算公式為： （8.1.1-1）體型系數(shù)風壓高度變化系數(shù)風振系數(shù)基本風壓風荷載標準值 體型系數(shù)根據(jù)建筑平面形狀由建筑結構荷載規(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，迎風面體型系數(shù)0.8（壓風指向建筑物內側），背風面-0.5（吸風指向建筑外側面），側風面-0.7（吸風指向建筑外側面）。 風壓高度變化系數(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。本工程結構頂端高度為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的各種高聳結構，應考慮風壓脈動對結構產(chǎn)生順風向風振的影響。 本工程10層鋼結構建筑，但寬高比小于1.5，不考慮脈動風對結構順風向風振的影響。故 迎風面頂層基本風壓：背風面頂層基本風壓：kN/m2 由此，確定了該結構頂點風荷載標準值為0.884kN/m2，地面風荷載為0，風荷載按照倒三角形分布，可將風荷載簡化為集中荷載分布于樓層處，由風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荷載大小。結構頂層風荷載為：同理各層風荷載見表3.6.1表3.6.1 各層風荷載標準值樓層號距離地面高度風荷載 kN515.650.51 412.647.22 39.644.23 26.644.23 13.644.23 2.結構內力計算（電算）2.1 結構建模首先定義材料，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)上述結構方案，在etabs軟件中建立柱子、梁和壓型鋼板樓板。初步建立的結構構件尺寸如表5.1-1所示，結構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。結構模型建立完成后，進行荷載輸入。 圖5.1-1材料定義表5.1-1 結構構件規(guī)格構件編號構件規(guī)格尺寸材質鋼柱B300x300x10Q345B梁1H250x250x10X13Q235B梁2H200x200x8X12Q235B壓型鋼板YXB75-200-600鍍鋅鋼板Q235 圖5.1-2結構平面及剖面布置圖 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構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、風荷載、內墻荷載、外墻荷載等。樓面和屋面恒載包括結構樓板自重和建筑面層做法，由于在計算模型中已建立結構樓板模型，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)設計者的習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、風荷載、內墻折合樓面荷載、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)，只有結構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，樓面輕質內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 風荷載計算及輸入在etabs軟件中，風荷載的輸入可以采用按照上述方法手算的結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荷載工況，如圖5.3-1所示自動側向荷載欄內選擇Chinese 2010，然后再如圖5.3-2所示修改側向荷載?？梢圆捎脙煞N方法自動輸入風荷載，一種是風力作用面來自隔板范圍，一種是風力作用面來自面對象。當選擇風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剛度無窮大，按照此假定計算樓層內的梁應力很小，這與梁實際受力不符，所以此法一般不采用。當選擇風力作用面來自面對象，需要在建筑物與風作用的外表面建立虛面（即截面屬性為none的面），并在虛面上指定風荷載體型系數(shù)。同時，按照圖5.3-2所示，輸入基本風壓、地面粗糙度、振型系數(shù)來源、結構自振周期、結構阻尼比。對于高層建筑，風荷載往往為控制荷載，另外由于軟件內因和操作失誤等原因，軟件自動計算的風荷載有時與規(guī)范方法計算結果不一致，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層迎風虛面上的風荷載為：按照規(guī)范方法計算30層背風虛面上的風荷載為：而軟件自動計算5層迎風虛面上的風荷載為：81.96；30層背風虛面上的風荷載為：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荷載，地面風荷載大于零，而手算認為地面風荷載為零。軟件計算的風荷載頂部小于規(guī)范手算，底部大于規(guī)范手算。掌握軟件計算的方法對設計者評價軟件的計算結果非常重要，在使用任何一種軟件計算前都應該與手算結果進行對比，以了解軟件的計算過程和方法，為評判軟件的計算結果做好準備。本工程中迎風面手算風荷載總值為1438kN，軟件計算風荷載總值為1656kN，二者相差15%；背風面手算風荷載總值為900kN，軟件計算風荷載總值為1035kN，二者相差15%。圖5.3-1 風荷載工況定義圖5.3-2風荷載定義 圖5.3-3指定風荷載體型系數(shù)圖5.3-4風荷載比較分析（a）迎風面風荷載 （b）背風面風荷載（a）x方向風荷載 （b）y方向風荷載圖5.3-5風荷載輸入顯示在etabs軟件中，風荷載輸入的符號與虛面的局部坐標軸方向密切相關，輸入完成后需如圖5.3-5所示，要通過顯示面的風荷載以檢驗所輸入風荷載體型系數(shù)正負號的正確性。2.4 地震作用輸入地震作用是結構上的具有質量的物體在地震波作用下產(chǎn)生加速度，從而引起對結構的力的作用。所以輸入地震作用時，首先要確定參與地震的質量，恒載和結構自重在結構的整個服役期是相對很穩(wěn)定的質量，在地震時一般都存在于結構中，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量源。 圖5.4-1地震作用質量源 圖5.4-2反應譜函數(shù)根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）定義反應譜，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構，結構計算建模只建柱子、梁、板，沒有建輕質隔墻，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)建筑抗震設計規(guī)范一般情況下，應至少在建筑結構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由該方向抗側力構件承擔。 有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響；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、無斜交抗側力構件，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反應譜工況地震分析采用振型分解反應譜法，結構基本周期較長時，結構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振型設置2.5 荷載組合建筑承受的荷載包括恒荷載（保留結構自重、建筑自重、輕質墻體等）、樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪荷載、地震作用，規(guī)范給定的這些荷載為標準值，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)設計者的經(jīng)驗對任意組合進行調整，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 4) D+L+1.4后風 5) D+L+1.4左風 6) D+L+1.4右風 7) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6前風 8) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6后風 9) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6左風 10) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6右風 11) D+1.4L+1.4*0.6前風 12) D+1.4L+1.4*0.6后風 13) D+1.4L+1.4*0.6左風 14) D+1.4L+1.4*0.6右風 15) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4前風 16) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4后風 17) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4左風 18) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4右風 19) D+1.4*0.7L+1.4前風 20) D+1.4*0.7L+1.4后風 21) D+1.4*0.7L+1.4左風 22) D+1.4*0.7L+1.4右風 23) D+1.4前風 24) D+1.4后風 25) D+1.4左風 26) D+1.4右風 27) 1.2D+1.4前風 28) 1.2D+1.4后風 29) 1.2D+1.4左風 30) 1.2 D+1.4右風 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 36) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后風 37) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左風 38) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右風 39) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前風 40) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后風 41) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左風 42) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右風 43) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前風 44) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后風 45) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左風 46) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右風 47) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前風 48) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后風 49) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左風 50) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右風 在完成結構建模、荷載輸入、地震作用輸入、荷載組合設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，首先應該定性地判斷分析結果的正確性。首先查看振型，檢查結構自振周期是否在合理的范圍內（0.10.15n），如果相差很遠，往往是模型的建立有問題，如節(jié)點沒有連接、結構有大的弱懸挑、樓板沒有和梁連接、多余的懸空構件、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，往往是構件的尺度不太合理，截面太大或者太?。灰话愕谝?、二振型為平動振型，第三振型為伴有扭轉的振型，規(guī)范要求扭轉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、二振型就有扭轉說明結構方案不合理或者構件尺度不合理即扭轉剛度弱，可以調整結構方案或者調整梁柱截面尺寸以增大結構扭轉剛度。如果振型合理，可以定性的認為分析結構正確，需要逐步驗算結構層層間位移、減重比、構件應力比、構件長細比等參數(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，結構第一、二階模態(tài)為水平震動，周期T1=0.123s，T2=0.123s；第五階為帶有扭轉的振動模態(tài)，周期T5=0.071s；扭轉與平動周期比為0.710.90，滿足規(guī)范要求。2.7 結構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構設計規(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準組合產(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起拱，梁實際撓度扣除預起拱值后滿足本表；二活荷載的標準值的撓度，如主梁撓度小于跨度的1/500，此項要求必須滿足，不能夠通過預起拱措施解決，如果不滿足只能加大梁的截面或者采用預應力技術等。 然后檢查風荷載作用下結構的側移限值，其應滿足鋼結構設計規(guī)范附錄A的要求，結構頂位移小于結構總高度的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，該結構側向位移為剪切型變形，符合框架結構變形特點，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風荷載標準值下樓層最大位移（a）X向最大樓層位移角 （b）Y向最大樓層位移角圖5.7-2風荷載標準值下最大樓層位移角建筑結構抗震設計規(guī)范第5.5.1條規(guī)定，多高層鋼結構多遇地震下樓層最大的彈性層間位移角應小于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 應力比一層樓蓋梁應力比二層樓蓋梁應力比三層樓蓋梁應力比四層樓蓋梁應力比五層樓蓋梁應力比2.9 剪重比按抗震規(guī)范（5.2.5）調整各樓層地震內力 表5.9 結構剪重比由表5.9可見，結構各個樓層剪重比大于0.026，滿足規(guī)范要求。3.結構構件設計（手算）EtabsV9.7.4軟件可以按照鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）和建筑結構抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）進行梁、柱構件的設計設計，校核構件的整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定、強度。進行構件設計前需要按照圖6進行設置。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。多高層鋼結構柱子上端與樓蓋處梁相連、下端與樓蓋處梁或者基礎相連，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件的約束，柱子計算長度系數(shù)非常復雜，鋼結構設計規(guī)范給出了簡單的計算方法，但是該方法非常保守，一些設計院并不采用此方法，有興趣的讀者可以參閱相關科技文獻，本書只按照規(guī)范方法進行設計。首先做如下假設：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移剛度，按照各柱的側移剛度分配給該層各柱。 5）框架無側移失穩(wěn)時，橫梁兩端的轉角大小相等、方向相反；框架側移失穩(wěn)時橫梁兩端的轉角大小相等、方向相同。 當采用一階彈性分析時，在上述假定的基礎上，按照鋼結構設計規(guī)范附錄D有側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。或者按照下式計算柱子計算長度系數(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