某高层钢结构公寓楼设计钢结构课程设计

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1、北京工业大学本科钢结构课程设计计算书题目：北京市某高层钢结构公寓楼设计作者：指导教师：lxc提交时间：2013年6月北京工业大学课程设计（论文）任务书 题目 北京市某高层钢结构公寓楼设计 专业 土木工程 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、设计概况：本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑，建筑面积学生自行确定，共5层，不设地下室，为纯钢框架结构，层高3米；室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料，拟建场地为类场地，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。设计使用年限50年。荷载遵照建筑结构荷载规范 GB5

2、0009-2012执行：基本风压：W0=0.45kN/m2，基本雪压S0=0.4kN/m2。二、设计资料1. 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2. 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3. 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4. 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5. 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6. 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7. 钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程 (JGJ 82-91) 8. 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ 81-2002) 9. 钢结构工程施工

3、质量验收规范 (GB 50205-2001)10. 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11. 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12. 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13. 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14. 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15. 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16. 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17. 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)18. 焊条分类及型号编制方法(GB980-1976) 19. 碳钢焊条(GB5117-8

4、5) 20. 低合金钢焊条(GB5118-85)21. 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22. 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23. 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24. 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25. 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26. 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27. 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28. 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29. 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30. 埋弧

5、焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31. 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32. 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33. 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34. 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35. 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36. 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37. 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级(GB11545-1996) 38. 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-2006

6、) 39. 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40. 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41. 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)42. 采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等三、基本要求1. 认真贯彻“适用、安全、经济、美观”的设计原则；2. 掌握结构设计的内容、方法和步骤；3. 掌握与本设计有关的设计规范和规定，并能在设计中正确运用；4. 根据建筑要求，合理选择结构方案，包括基础方案与布置；上部主要承重结构方案与布置；楼面结构方案与布置；主要抗震构造规定与布置措施等；5. 熟练掌握结构的计算方法和构造要求；6. 认真编写

7、计算书，认真绘制施工图。四、设计要求和成果结构计算书一份；结构施工图约9张，分别为（1） 首层柱子结构平面布置图（2） 标准层柱子结构平面布置图（3） 首层梁结构平面布置图（4） 标准层梁结构平面布置图（5） 首层楼板结构平面布置图（6） 标准层楼板结构平面布置图（7） 屋面梁结构平面布置图（8） 屋面楼板结构平面布置图（9） 节点详图五、设计过程根据建筑设计（建筑设计由学生自己确定）确定结构体系和结构布置；根据经验初估构件尺寸；首先进行etabs或者pkpm软件的电算计算，确定计算单元计算模型及计算简图；手算风荷载；电算内力和组合；结果输出，模态、应力比、层间位移、构件及节点设计。在完成电算

8、后，满足规范要求的基础上，进行手算。包括：选取钢结构的至少某一梁、柱进行强度、稳定等的手算，并提供手算计算书。进行强柱弱梁、节点域、压型钢板混凝土楼板的手算设计。进行梁柱连接节点的手算设计。完成期限：课程设计1至1.5周指导教师签章： 目 录1.1 概述61.2设计依据6设计采用的规范、标准6设计采用的软件71.3.结构方案81.4材料111.4.1 钢材111.4.2 焊条121.4.3 高强螺栓121.5.设计荷载121.6.风荷载计算132.结构内力计算（电算）182.1 结构建模182.2 恒荷载和活荷载计算及输入202.3 风荷载计算及输入222.4 地震作用输入242.5 荷载组合

9、262.6 模态分析282.7 结构位移292.8 应力比322.9 剪重比413.结构构件设计（手算）433.1 柱子计算443.2 梁计算493.3强柱弱梁设计503.4梁柱节点板域的抗剪承载力计算523.5 压型钢板楼盖计算554.梁柱节点设计（手算）571.1 概述 本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑，建筑面积学生自行确定，共5层，不设地下室，为纯钢框架结构，层高3米；室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料，拟建场地为类场地，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。4、设计使用年限50年。荷载遵照建筑

10、结构荷载规范 GB50009-2001执行：基本风压：W0=0.45kN/m2，基本雪压S0=0.4kN/m2。1.2设计依据1.2.1设计采用的规范、标准1) 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2) 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3) 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4) 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5) 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6) 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7) 钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程 (JGJ 82-91) 8) 建筑钢结构焊接技术规

11、程 (JGJ 81-2002) 9) 钢结构工程施工质量验收规范 (GB 50205-2001)10) 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11) 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12) 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13) 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14) 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15) 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16) 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17) 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)18) 焊条分类及型号编制方法(GB9

12、80-1976) 19) 碳钢焊条(GB5117-85) 20) 低合金钢焊条(GB5118-85)21) 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22) 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23) 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24) 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25) 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26) 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27) 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28) 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29) 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡

13、口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30) 埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31) 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32) 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33) 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34) 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35) 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36) 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37) 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级(GB11545-1996) 3

14、8) 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-2006) 39) 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40) 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41) 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)1.2.2设计采用的软件 本工程采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等1.3.结构方案建筑平面布置图 结构方案的选择是一个复杂的过程，既要考虑结构受力体系的经济合理性，又要结合建筑、设备、电器等专业的需要。建筑平面宜简单、规则、有良好的整体性，刚度中心与质量中心重合（接近），不规则的建筑应按照规定采取措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采

15、取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。首先根据建筑的平面，根据结构总高度以及建筑功能要求确定采用何种钢结构体系，本项目建筑功能为公寓开间较小，根据建筑的平面布局，使柱子尽量在墙体的内部或者纵横墙相交处，减小柱子外露对建筑外观的影响，确定主要柱网为4200mmx4200mm，局部抽柱，柱子间距为8400mm。梁高初定300mm，柱子外截面为300，调整柱子壁厚。楼板采用压型钢板楼板，为了节省临时支撑并减小楼板厚度，在间距4200mm的主梁间设置一道次梁，楼板跨度为2100mm。超过50米的钢结构应设置地下室。 其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的1/15；当采用桩基础时，桩

16、承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。对于设置地下室的钢结构，框架支撑结构体系中竖向连续布置的支撑或剪力墙应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层。 最终确定结构方案如图3.3-2所示。图3.3-2 结构平面布置图 根据建筑抗震设计规范表8.1.1规定，本项目结构总高度15.6米，设防烈度8度，满足，可以采用纯框架结构。根据建筑抗震设计规范8.1.2条的规定，本项目最大高宽比15.6/25.2=0.620.50。1.5.设计荷载1） 楼面恒载 （1）125厚压型钢板 （程序自动考虑）（2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 2.0 kN/m2（4）内墙折合楼面均布荷载 0.15 kN/

17、m2荷载合计 2.65kN/m22） 楼面活荷载公寓 2.0 kN/m2卫生间 2.5 kN/m2厨房 2.5 kN/m23） 钢楼梯间恒载 （1）钢楼梯（上铺50mm混凝土板） 2.0kN/m2 （2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 1.5 kN/m2荷载合计 4.0kN/m24） 楼梯间活荷载 3.5kN/m2 5） 屋面恒载（1）125厚压型钢板 （程序自动考虑）（2）吊顶恒载 0.5 kN/m2（3）面层做法 3.0 kN/m2荷载合计 3.5kN/m26） 屋面活载（上人屋面） 2.0 kN/m2 7） 风荷载基本风压（重现期50年） 0.45 kN/m2体型系数：墙体：

18、迎风面0.8 kN/m2 背封面-0.5 kN/m28） 雪荷载基本雪压 （重现期50年） 0.40 kN/m2 9） 墙体荷载 内墙：轻钢龙骨隔墙0.5 kN/m2 外墙：玻璃幕墙1.0 kN/m21.6.风荷载计算根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）规范，风荷载的计算公式为： （8.1.1-1）体型系数风压高度变化系数风振系数基本风压风荷载标准值 体型系数根据建筑平面形状由建筑结构荷载规范表7.3.1确定。本项目建筑平面为规则的矩形，查表8.3.1项次5，迎风面体型系数0.8（压风指向建筑物内侧），背风面-0.5（吸风指向建筑外侧面），侧风面-0.7（吸风指向建筑外侧面）。 风

19、压高度变化系数根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别，按照规范表8.2.1确定。本工程结构顶端高度为3.0x30+0.6=90.6米，建筑位于北京市郊区房屋较稀疏，由规范8.2.1条地面粗糙度为B类。 由表8.2.1高度90米和100米处的B类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为1.93和2.00。则15.6米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 本工程10层钢结构建筑，但宽高比小于1.5，不考虑脉动风对结构顺风向风振的影响。故 迎风面顶层基本风压：背风

20、面顶层基本风压：kN/m2 由此，确定了该结构顶点风荷载标准值为0.884kN/m2，地面风荷载为0，风荷载按照倒三角形分布，可将风荷载简化为集中荷载分布于楼层处，由风荷载的分布形式和大小可以计算得到分布于每个楼层处的风荷载大小。结构顶层风荷载为：表3.6.1 各层风荷载标准值楼层号距离地面高度风荷载 kN515.650.51 412.647.22 39.644.23 26.644.23 13.644.23 2.结构内力计算（电算）2.1 结构建模首先定义材料，混凝土楼板采用C30，钢梁采用Q235B，钢柱采用Q345B。材料定义如图5.1-1所示。根据上述结构方案，在etabs软件中建立柱子

21、、梁和压型钢板楼板。初步建立的结构构件尺寸如表5.1-1所示，结构平面及剖面布置如图5.1-2所示。梁柱截面截面定义如图5.1-3所示，压型钢板定义如图5.1-4所示，压型钢板肋顶混凝土厚度最小50mm为规范最低限值。结构模型建立完成后，进行荷载输入。 图5.1-1材料定义表5.1-1 结构构件规格构件编号构件规格尺寸材质钢柱B300x300x10Q345B梁1H250x250x10X13Q235B梁2H200x200x8X12Q235B压型钢板YXB75-200-600镀锌钢板Q235 图5.1-2结构平面及剖面布置图 图5.1-4压型钢板楼板定义2.2 恒荷载和活荷载计算及输入建筑结构荷载

22、包括楼面恒荷载、楼面活荷载、屋面恒荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载、内墙荷载、外墙荷载等。楼面和屋面恒载包括结构楼板自重和建筑面层做法，由于在计算模型中已建立结构楼板模型，所以只需输入建筑面层做法引起的恒荷载；活荷载根据房间的使用功能输入。首先定义静荷载工况名称，定义静荷载工况包括荷载名称，根据设计者的习惯可以定义任意荷载名称；对每一种荷载名称要指定正确的荷载类型，包括恒载、活荷载、风荷载、内墙折合楼面荷载、雪荷载等常用荷载类型，只有指定了正确的荷载类型，程序才能够自动正确确定荷载的分项系数和荷载组合。自重系数，只有结构模型的自重荷载自重系数为1，其余均为0。静载工况定义如图5.2-1所示。楼

23、面恒荷载为2.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2，屋面恒荷载为3.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2，楼面轻质内墙折合楼面恒荷载为0.15kN/m2。图5.2-1 静载工况定义图5.2-2 楼面恒荷载和活荷载图5.2-3 内墙折合楼面恒荷载图5.2-4 屋面恒荷载和活荷载北京地区基本雪压为0.4kN/m2，小于上人屋面活荷载2.00kN/m2，所以屋面荷载不必考虑雪荷载。2.3 风荷载计算及输入在etabs软件中，风荷载的输入可以采用按照上述方法手算的结果直接输入到楼层上，也可以通过计算机自动计算。采用计算机自动计算需要在定义风荷载工况，如图5.3-1所示自动侧向荷载栏内选择Chine

24、se 2010，然后再如图5.3-2所示修改侧向荷载。可以采用两种方法自动输入风荷载，一种是风力作用面来自隔板范围，一种是风力作用面来自面对象。当选择风力作用面来自隔板范围时，必须在楼层处建立刚性隔板，而一旦建立刚性隔板即假定楼板平面内刚度无穷大，按照此假定计算楼层内的梁应力很小，这与梁实际受力不符，所以此法一般不采用。当选择风力作用面来自面对象，需要在建筑物与风作用的外表面建立虚面（即截面属性为none的面），并在虚面上指定风荷载体型系数。同时，按照图5.3-2所示，输入基本风压、地面粗糙度、振型系数来源、结构自振周期、结构阻尼比。对于高层建筑，风荷载往往为控制荷载，另外由于软件内因和操作失

25、误等原因，软件自动计算的风荷载有时与规范方法计算结果不一致，建议采用软件计算时也需要按照规范方法手动计算风荷载，并与软件计算进行对比分析。按照规范方法计算5层迎风虚面上的风荷载为：按照规范方法计算30层背风虚面上的风荷载为：而软件自动计算5层迎风虚面上的风荷载为：81.96；30层背风虚面上的风荷载为：51.22，软件计算明显小于规范算法。如图5.3-4所示，其它各层均不相同。软件计算风荷载分布形式为倒梯形分布，手算为倒三角形分布。这是因为软件按照规范分别计算每层的风荷载，地面风荷载大于零，而手算认为地面风荷载为零。软件计算的风荷载顶部小于规范手算，底部大于规范手算。掌握软件计算的方法对设计者

26、评价软件的计算结果非常重要，在使用任何一种软件计算前都应该与手算结果进行对比，以了解软件的计算过程和方法，为评判软件的计算结果做好准备。本工程中迎风面手算风荷载总值为1438kN，软件计算风荷载总值为1656kN，二者相差15%；背风面手算风荷载总值为900kN，软件计算风荷载总值为1035kN，二者相差15%。图5.3-1 风荷载工况定义图5.3-2风荷载定义 图5.3-3指定风荷载体型系数图5.3-4风荷载比较分析（a）迎风面风荷载 （b）背风面风荷载（a）x方向风荷载 （b）y方向风荷载图5.3-5风荷载输入显示在etabs软件中，风荷载输入的符号与虚面的局部坐标轴方向密切相关，输入完成

27、后需如图5.3-5所示，要通过显示面的风荷载以检验所输入风荷载体型系数正负号的正确性。2.4 地震作用输入地震作用是结构上的具有质量的物体在地震波作用下产生加速度，从而引起对结构的力的作用。所以输入地震作用时，首先要确定参与地震的质量，恒载和结构自重在结构的整个服役期是相对很稳定的质量，在地震时一般都存在于结构中，要100%考虑；而活荷载在地震时满载的概率不高，根据规范规定只考虑50%，根据建筑抗震设计规范第5.1.3条确定荷载的组合系数，如图5.4-1所示定义地震作用的质量源。 图5.4-1地震作用质量源 图5.4-2反应谱函数根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）定义反应谱，由规

28、范表5.1.4-1，水平地震影响系数最大值为0.16，由表5.1.4-2特征周期为0.35s，由规范8.2.2条，建筑高度大于50m且小于200时，阻尼比取0.03。由于本工程为纯框架结构，结构计算建模只建柱子、梁、板，没有建轻质隔墙，但是隔墙有一定的刚度，必须考虑其对体系的自振周期的影响，根据隔墙的多少根据经验取自振周折减系数为0.8。根据建筑抗震设计规范一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双

29、向水平地震作用下的扭转影响；本工程平面规则、竖向规则、无楼板开大洞等楼板不连续性、无斜交抗侧力构件，可以只考虑单方向的水平地震作用，但是为安全考虑，考虑双方向的地震输入，X、Y方向分别按照1:0.85和0.85:1输入地震反应谱，不考虑斜角度输入。振型组合采用CQC，方向组合采用SRSS，符合建筑抗震规范规定。 （a）X、Y方向1:0.85 （b）X、Y方向0.85:1图5.4-3反应谱工况地震分析采用振型分解反应谱法，结构基本周期较长时，结构的高阶振型地震作用影响将不能忽略。振型个数不超过层数的3倍，一般取楼层数至楼层数的3倍之间，对于计算机分析多取一些振型不会增加多少计算时间，但是能够提高

30、计算精度，振型数目尽量多取。提取振型的方法可以采用特征值向量或者Ritz向量，Ritz向量法可以节约计算时间，但是需要制定引起震动的荷载。一般当计算振型数较多，如达到几百甚至几万时，可以考虑采用Ritz法。本工程采用特征值向量法，计算30个振型，质量参与系数达到90%以上可以满足规范要求。图5.4-3振型设置2.5 荷载组合建筑承受的荷载包括恒荷载（保留结构自重、建筑自重、轻质墙体等）、楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用，规范给定的这些荷载为标准值，其具有不确定性，为了考虑荷载随机分布的不利影响，对其乘以大于1的分项系数；在这些荷载同时作用时，其不会同时取得最大值，所以在同时考虑

31、这些荷载时对其要乘以组合系数。以下是etabs软件考虑的荷载组合。在分析前我们可以根据设计者的经验对任意组合进行调整，或者添加删减组合。1) 1.2 D+1.4L2) 1.35D+1.4*0.7L3) D+L+1.4前风 4) D+L+1.4后风 5) D+L+1.4左风 6) D+L+1.4右风 7) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6前风 8) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6后风 9) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6左风 10) 1.2 D+1.4L+1.4*0.6右风 11) D+1.4L+1.4*0.6前风 12) D+1.4L+1.4*0.6后风 13) D+1.4L+

32、1.4*0.6左风 14) D+1.4L+1.4*0.6右风 15) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4前风 16) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4后风 17) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4左风 18) 1.2 D+1.4*0.7L+1.4右风 19) D+1.4*0.7L+1.4前风 20) D+1.4*0.7L+1.4后风 21) D+1.4*0.7L+1.4左风 22) D+1.4*0.7L+1.4右风 23) D+1.4前风 24) D+1.4后风 25) D+1.4左风 26) D+1.4右风 27) 1.2D+1.4前风 28) 1.2D+1.4后风 29) 1.2

33、D+1.4左风 30) 1.2 D+1.4右风 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前风 36) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后风 37) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左风 38) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右风 39) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4

34、*0.2前风 40) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2后风 41) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左风 42) 1.2（ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右风 43) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2前风 44) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2后风 45) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左风 46) （ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2右风 47) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2前风 48) （ D+0.5L

35、）+1.3SPECYX+1.4*0.2后风 49) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2左风 50) （ D+0.5L）+1.3SPECYX+1.4*0.2右风 在完成结构建模、荷载输入、地震作用输入、荷载组合设置后就可以进行计算分析。计算分析的速度很快，本工程的分析只需2分钟即可完成。分析完成后，首先应该定性地判断分析结果的正确性。首先查看振型，检查结构自振周期是否在合理的范围内（0.10.15n），如果相差很远，往往是模型的建立有问题，如节点没有连接、结构有大的弱悬挑、楼板没有和梁连接、多余的悬空构件、缺少或者有多余约束等。etabs可以采用动画的形式显示振型图，查看振型

36、有没有局部的震动、振型是否常规；如果自振周期与合理范围相差不多，往往是构件的尺度不太合理，截面太大或者太小；一般第一、二振型为平动振型，第三振型为伴有扭转的振型，规范要求扭转振型与第一平动振型的周期比小于0.9。如果周期比大于0.9或者第一、二振型就有扭转说明结构方案不合理或者构件尺度不合理即扭转刚度弱，可以调整结构方案或者调整梁柱截面尺寸以增大结构扭转刚度。如果振型合理，可以定性的认为分析结构正确，需要逐步验算结构层层间位移、减重比、构件应力比、构件长细比等参数是否符合规范。2.6 模态分析模态分析采用特征向量分析方法，计算了30阶模态，模态质量参与系数达到90%以上，满足规范要求。模态如图

37、5.6所示。表5.6自振频率(未考虑楼梯）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-05Modal40.07500.08200.87730.882600.4384000.66

38、410.64941.944E-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-060.70680.69260.8573Modal90.060.0124000.9125

39、0.9035000.05041.849E-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-05000.75940.74290.8573Modal130.0540.0052000.91770.9165000.014900.75940.75780.8573Modal140.053

40、00.005200.91770.921700.0149000.77430.75780.8573Modal150.05300.000200.91770.921900.0006000.77490.75780.8573Modal160.0506.274E-0700.91770.921900000.77490.75780.8573Modal170.0470.0012000.91880.9219000.00591.552E-060.77490.76370.8573Modal180.04603.566E-0600.91880.921904.921E-06000.77490.76370.8573Modal1

41、90.0430.0005000.91930.9219000.000600.77490.76430.8573Modal200.0410.0115000.93080.9219000.00287.308E-060.77490.7670.8573Modal210.0410.0241000.9550.9219000.00052.334E-050.77490.76750.8573Modal220.0400.013500.9550.935400.0007000.77560.76750.8573Modal230.0400.021500.9550.956900.0014000.77710.76750.8573M

42、odal240.042.277E-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-06000.77720.76770.9

43、Modal290.03600.000200.9550.957100.0001000.77730.76770.9Modal300.0360000.9550.95710000.0030.77730.76770.9031 (a) 第一阶模态(T1=0.123s) (b) 第二阶模态(T2=0.123s) (c)第三阶模态(T3=0.076s) (d) 第五阶模态(T5=0.071s)图5.6自振模态由图5.6可见，结构第一、二阶模态为水平震动，周期T1=0.123s，T2=0.123s；第五阶为带有扭转的振动模态，周期T5=0.071s；扭转与平动周期比为0.710.90，满足规范要求。2.7 结构

44、位移首先检查恒荷载和活荷载作用下梁的容许挠度是否符合钢结构设计规范附录A的要求。挠度要求包括两项，一恒荷载和活荷载标准组合产生的挠度，如主梁挠度小于跨度的1/400，此项如果不满足可以对梁预起拱，梁实际挠度扣除预起拱值后满足本表；二活荷载的标准值的挠度，如主梁挠度小于跨度的1/500，此项要求必须满足，不能够通过预起拱措施解决，如果不满足只能加大梁的截面或者采用预应力技术等。 然后检查风荷载作用下结构的侧移限值，其应满足钢结构设计规范附录A的要求，结构顶位移小于结构总高度的1/500，层间位移小于层高的1/400。如图5.7-1楼层最大位移图可见，该结构侧向位移为剪切型变形，符合框架结构变形特

45、点，定点最大位移X向、Y向分别为0.056毫米、0.060毫米，0.056/15600=1/2800001/500，0.06/15600=1/2600001/500，均符合规范要求。 （a）X向楼层最大位移 （b）Y向楼层最大位移图5.7-1风荷载标准值下楼层最大位移（a）X向最大楼层位移角 （b）Y向最大楼层位移角图5.7-2风荷载标准值下最大楼层位移角建筑结构抗震设计规范第5.5.1条规定，多高层钢结构多遇地震下楼层最大的弹性层间位移角应小于1/250，由图5.7-3所示，在X向多遇地震作用下X向最大楼层位移角在11层处为1/100001/250，满足规范要求。（a）X向最大楼层位移角 图

46、5.7-3多遇地震下最大楼层位移角2.8 应力比一层楼盖梁应力比二层楼盖梁应力比三层楼盖梁应力比四层楼盖梁应力比五层楼盖梁应力比2.9 剪重比按抗震规范（）调整各楼层地震内力 表5.9 结构剪重比由表5.9可见，结构各个楼层剪重比大于0.026，满足规范要求。3.结构构件设计（手算）EtabsV9.7.4软件可以按照钢结构设计规范（GB50017-2003）和建筑结构抗震设计规范（GB50011-2010）进行梁、柱构件的设计设计，校核构件的整体稳定、局部稳定、强度。进行构件设计前需要按照图6进行设置。图6多遇地震下最大楼层位移角3.1 柱子计算首先确定柱子计算长度。多高层钢结构柱子上端与楼盖

47、处梁相连、下端与楼盖处梁或者基础相连，上下端点一般各具有六个自由度，但是每个自由度都受到周围构件的约束，柱子计算长度系数非常复杂，钢结构设计规范给出了简单的计算方法，但是该方法非常保守，一些设计院并不采用此方法，有兴趣的读者可以参阅相关科技文献，本书只按照规范方法进行设计。首先做如下假设：1）忽略节点域尺寸和节点域剪切变形的影响，梁柱长度按框架梁柱曲线间的距离取值。 2）忽略梁和柱剪切变形的影响 3）框架柱失稳时，相交于梁柱节点上的横梁对柱提供的约束弯矩，按照柱的线刚度比分配给与该节点相连的各柱。 4）支撑、剪力墙等提供的框架层间侧移刚度，按照各柱的侧移刚度分配给该层各柱。 5）框架无侧移失稳

48、时，横梁两端的转角大小相等、方向相反；框架侧移失稳时横梁两端的转角大小相等、方向相同。 当采用一阶弹性分析时，在上述假定的基础上，按照钢结构设计规范附录D有侧移框架计算柱子计算长度系数。表中K1、K2分别为相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。或者按照下式计算柱子计算长度系数。我们根据规范算法计算3轴线上，如图6.1-1所示A1、A2、A3、B1、B2、B3六个柱子计算长度并与etabs程序计算结果进行对比分析。图6.1-1 3轴线钢柱子柱子A1为边柱，底层柱，下端与基础刚性连接，上端和一层楼盖梁连接。钢梁：H250X250X10X13，柱子截面为300X10。则柱子A1计

49、算长度系数计算如下：钢梁截面惯性矩为，钢柱子截面惯性矩为，柱子下端与基础相连按照刚接计算，柱子上节点与二层柱子和一层楼盖梁相接，楼盖梁上密铺压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。柱子A2为边柱，中层柱，下端与一层楼盖梁和一层柱子相连，上端与二层楼盖梁和三层柱子相连。钢梁：H250X250X10X13，柱子截面为300X10。则柱子A2计算长度系数计算如下：钢梁截面惯性矩为，钢柱子截面惯性矩为，下端与一层楼盖梁和一层柱子相连，楼盖梁上密铺压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混

50、凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。柱子上端与二层楼盖梁和三层柱子相连，楼盖梁上密铺压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。本例梁为中梁放大系数2.0。柱子B1为中柱，底层柱，下端与基础刚性连接，上端和一层楼盖梁连接。钢梁：H250X250X10X13，柱子截面为300X10。则柱子B1计算长度系数计算如下：钢梁截面惯性矩为，钢柱子截面惯性矩为，柱子下端与基础相连按照刚接计算，柱子上节点与二层柱子和一层楼盖梁相接，楼盖梁上密铺

51、压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。柱子B2为中柱，中层柱，下端与一层楼盖梁和一层柱子相连，上端与二层楼盖梁和三层柱子相连。钢梁：H250X250X10X13，柱子截面为300X10。则柱子B2计算长度系数计算如下：钢梁截面惯性矩为，钢柱子截面惯性矩为，下端与一层楼盖梁和一层柱子相连，楼盖梁上密铺压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。柱子上端与二层楼盖梁和三层柱子相连，楼盖梁

52、上密铺压型钢板楼板并与楼板有栓钉可靠连接，梁与压型钢板混凝凝土楼板共同作用，应考虑梁刚度增大效应，边梁放大到1.5倍，中梁放大到2.0倍，柱子刚度不放大。表6.1-1柱子计算长度比较柱子编号柱子轴线长度(mm)规范方法手算Etabs软件计算结果柱子有效长度系数计算长度系数计算长度柱子有效长度系数计算长度系数计算长度A130001.01.34340290.9171.4974118 A230001.01.72351690.9172.1395884 B130001.01.21436420.9171.3243642 B230001.01.40942270.9171.6544550 表6.1-1对采用规

53、范附表手算所得柱子计算长度与etabs程序计算结果进行了对比分析，由表可见，规范手算所得柱子计算长度小于etabs程序，由此可见etabs程序所得结果偏于安全，但也相对保守。设计者应该清楚，应用etabs软件，在此留有安全储备。分析原因是软件算法的问题，在etabs软件中楼板为压型钢板楼板单元，其是带有膜属性的面对象，并且单向传力，其对楼盖梁刚度的影响程序在计算柱子计算长度系数时并未考虑。当然对框架也可以采用二阶弹性分析，并在每层柱顶附加假想的水平力，此时柱子计算长度系数为1.0。采用一阶弹性分析A1、A2、B1、B2四个柱子等效应力比分别为0.838、0.780、0.821、0.774，采用二阶弹性分析A1、A2、B1、B2四个柱子等效应力比分别为0.815、0.695、0.829、0.727，由此可见，采用二阶分析材料较能够充分利用，一阶分析偏于保守。有了柱子的计算长度，可以对柱子进行整体稳定和强度校核计算。计算分析有许多种荷载组合，柱子设计时需要分别对每一种荷载进行整体稳定和强度计算，取应力比最大值作为控制组合。以37号组合即1.2（ D+0.5L）+1.3SPECXY+1.4*0.2左风为例计算柱子的整体稳定和强度。由于该组合含有地震作用，需要对构件承载力设计值除以建筑抗震设计规