1、二 結構設計2.1 結構選型和布置結構選型 根據圖書館使用要求，為使建筑平面布置靈活，獲得較大使用空間，本結構設計采用鋼筋混凝土框架結構體系。結構布置 根據建筑功能要求建筑物可用的占地平面地形，橫向尺寸較短，縱向尺寸較長，故采用橫向框架承重方案，具體布置詳見圖1，施工方案采用梁、板、柱整體現澆方案。樓蓋方案采用整體式肋形梁板結構，電梯井采用鋼筋混凝土筒體。樓梯采用整體現澆板式樓梯，基礎采用柱下獨立基礎。初估截面尺寸1) 根據本項目房屋的結構類型，抗震設防烈度和房屋的高度查表得本建筑的抗震等級為二級，樓蓋、屋蓋均采用現澆鋼筋混凝土結構，樓板厚度取為100mm各層梁柱板混凝土等級均為C30，縱向受

2、力鋼筋采用HRB400級鋼筋，其余鋼筋采用HPB235級鋼筋。 根據平面布置確定的結構平面布置圖可知，邊柱及中柱的承載范圍分別為8.0 m4 m和8.0m8.0 m 。估算結構構件尺寸時，樓面荷載近似取為10 kN/計算。2) 梁截面尺寸估算依據。框架結構的主梁截面高度及寬度可由下式確定：且200mm,其中橫梁跨度： ，縱梁 。由此估算的梁截面尺寸如下：橫向主框架梁：縱向框架梁：次梁：3) 柱截面尺寸估算依據。柱的軸壓比應小于軸壓比限值的要求：C30混凝土：=14.3 ,=1.43 ,求得：上式中的1.2為荷載分項系數，11表示底層柱承受其上十一層的荷載。N按底層中柱的負荷載面積考慮。取柱截面

3、為正方形，則柱截面邊長為941.按實際情況，并綜合考慮其他因素，本設計柱截面尺寸為950mm950mm。縱向受拉鋼筋抗震錨固長度，梁內鋼筋伸至柱內長度，故柱子截面滿足此抗震構造要求。2.2 框架計算簡圖 計算簡圖說明 本設計基礎選用柱下獨立基礎，基礎頂面標高為-4.800（地下室地坪以下為0.600 ）。框架計算單元人圖1 所示，取軸上的一榀框架計算，假定框架柱嵌固于基礎頂面，框架梁與柱剛接。由于各層柱截面尺寸不變，故梁跨度等于柱截面形心軸線之間的距離。地下室柱高從基礎頂面算至底層樓面，地下室高為4.2，故地下室柱計算高度為4.8，其余各層柱計算高度為層高，即層高為4.0。 框架梁柱截面特征

4、由構件的幾何尺寸、截面尺寸和材料強度，利用結構力學有關截面慣性矩及線剛度的概念計算梁柱截面的特性，如表1及表2所示。 框架梁柱線剛度計算 1. 柱子計算地下室柱子：110層柱： 2. 梁計算軸梁為中框架梁，=2,各層梁截面均相同。 3. 相對線剛度計算 令一至十層柱子線剛度為1.0，則其余各桿件的相對線剛度為：地下室柱子：中框梁：邊框梁：根據以上計算結果，框架梁柱的相對線剛度如圖2所示，是計算各節點桿端彎矩分配系數的依據。考慮整體現澆板結構中，板對梁的有利作用，對中框架取=2，對邊框架取=1.5，為矩形截面框架梁的慣性矩。 表1 梁截面的特性計算表中框架梁層數混凝土強度梁編號截面寬b/mm截面

5、高h/mm梁跨L/mm砼彈性模量截面慣性矩線剛度相對線剛度-110C30CD跨3007008000300000.13C30DE跨3007008000300000.13C30EF跨3007008000300000.13邊框架梁層數混凝土強度梁編號截面寬b/mm截面高h/mm梁跨L/mm砼彈性模量截面慣性矩線剛度相對線剛度-110C30CD跨3007008000300000.10C30DE跨3007008000300000.10C30EF跨3007008000300000.10 表 2 柱截面的特性計算表層數混凝土強度柱軸號截面寬b/mm截面高h/mm柱高L/mm砼彈性模量截面慣性矩線剛度相對線剛

6、度-1C30CDEF9509504800300000.83110C30CDEF9509504000300001.00 注： 括號內為邊框架相對線剛度，括號外為中框架相對線剛度圖2 框架梁柱相對線剛度2.3 荷載計算 荷載計算是結構計算中非常重要的基礎數據計算。不能漏算荷載，也不能多計算荷載。要使荷載計算準確無誤，關鍵應把握荷載的正確傳力路徑和荷載的正確取值。荷載的傳遞路徑直接與結構布置相關，有什么樣的結構布置就有什么樣的荷載傳遞方式；荷載的正確取值又分恒載和活載的取值。此外還應特別注意的是若考慮功能分隔可以靈活布置的隔墻或考慮二次裝修荷載，設計之初隔墻或裝修位置不確定時，可以將非固定的隔墻的自

7、重取每延米墻重（）的1/3作為樓面活荷載的附加值（）計入，附加值不小于1.0。恒載標準值計算.上人屋面恒載：隔熱層：保護層：40厚C20細石混凝土防水層：SBS（3+3）改性瀝青防水卷材.找平層：1：3水泥砂漿20厚找坡層：最薄處厚C20細石混凝土結構層：100厚現澆鋼筋混凝土板板底抹灰：10合計：.樓面恒載：瓷磚地面（包括水泥粗沙打底）：現澆鋼筋混凝土板：100厚V型輕鋼龍骨吊頂： 合計： 3. 梁自重主梁：次梁：主梁自重： 次兩自重： 4. 基礎梁梁自重： 5. 柱自重KZ1：KZ1柱自重： 抹灰層：10厚混合砂漿： 合計： 23.21 6. 墻自重（1）外縱墻自重（加氣混凝土砌塊）12層

8、：縱墻：鋁合金窗： 外墻面貼瓷磚：內墻面20厚抹灰：合計： 4.29310層：縱墻：鋁合金窗： 外墻面貼瓷磚：內墻面20厚抹灰：合計： 3.59 （2） 內縱墻自重及內橫墻自重（只考慮位置固定的縱橫墻體）縱（橫）墻： 抹灰20厚（兩側）： 合計： 7.12 （3） 女兒墻自重墻重及壓頂重： 外貼瓷磚： 水泥粉刷內面： 合計： 2.74活載標準值計算 1. 屋面及樓面活載查得上人屋面為 2.0；閱覽室2.5，書庫5.0 2. 屋面雪荷載標準值屋面雪荷載與活載不同時考慮，兩者取較大值。 3. 風荷載（見表3） 表3 橫向風荷載計算層次/m/H女兒墻頂41.651.31.151.452 0.350.

9、760 6.078 1.21040.451.0001.31.141.4560.350.7556.0421.24.019.334936.450.9021.31.081.4160.350.6965.5674.04.022.266832.450.8021.31.031.3750.350.6445.1554.04.020.621728.450.7031.30.981.3470.350.6014.8054.04.019.220624.450.6041.30.911.2620.350.5234.1804.04.016.721520.450.5061.30.851.2350.350.4783.8214.04

10、.015.284416.450.4071.30.771.1880.350.4163.3304.04.013.319312.450.3081.30.741.1250.350.3793.0304.04.012.12128.450.2091.30.741.0620.350.3582.8614.04.011.44214.450.1101.30.741.0180.350.3432.7424.04.010.968-10.450.0151.30.741.0140.350.3412.7314.00.456.0772.4 豎向荷載作用下框架受載總圖 當結構布置圖確定后，而在的傳遞路徑就已經確定。本設計的結構布置

11、圖中可知，屋蓋和樓蓋布置的梁格將板劃分為單項板體系（）。由此可知板面均布荷載傳給縱向次梁及縱向框架梁，縱向次梁及縱向框架梁的荷載以集中力的方式傳給橫向承重的框架主梁，為計算方便將框架主梁的自重簡化為集中荷載（詳見圖4）。受荷總圖中荷載位置的大小及作用位置的正確是結構受力分析的基礎。2.4.1 頂層梁柱 1. 恒載計算（1）梁恒載計算1）板傳給次梁（縱向）中間次梁 邊框架梁 C、F軸 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）次梁自重 板次梁主梁傳遞 小計 3）橫框架梁自重 折合為集中荷載 合計： （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊框架梁傳遞邊框架梁自重 合計： 2）中柱：縱向中框架梁傳遞 縱向中框

12、架梁自重 合計： 2. 活載計算（1）梁的計算1）板傳給次梁中間次梁 邊框架梁 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）中間次梁傳遞 （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊柱邊框架梁傳遞 2）中柱： 頂層荷載位置如圖3所示 圖3 頂層荷載位置圖2.4.2 標準層梁柱（410層）1. 恒載計算（1）梁恒載計算1）板傳給次梁（縱向）中間次梁 邊框架梁 墻 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）次梁自重 中間框架梁傳遞 小計 3）橫框架梁自重 折合為集中荷載 合計： （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊框架梁傳遞 邊框架梁自重 柱自重 小計： 2）中柱：（D、E軸）中框架梁傳遞 中框架梁自重 柱自重 小計：

13、 2. 活載計算（1）梁的計算1）板傳給次梁中間次梁 邊框架梁 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）中間次梁傳遞 （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊柱邊框架梁傳遞 2）中柱： 2.4.3 三層梁柱計算1. 恒載計算（1）梁恒載計算（同標準層）（2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊框架梁傳遞 邊框架梁自重 柱自重 小計： 2）中柱：（D、E軸）（同標準層）2. 活載計算（1）梁的計算1）板傳給次梁中間次梁 邊框架梁 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）中間次梁傳遞 （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊柱邊框架梁傳遞 2）中柱： 12層梁柱計算1. 恒載計算（1）梁恒載計算1）板傳給次梁（縱向）中間

14、次梁 邊框架梁 墻 中框架梁 2）次梁傳給橫框架梁（主梁）次梁自重 中間框架梁傳遞 小計 3）橫框架梁自重 EF跨 折合為集中荷載 合計： CD、DE跨 折合為集中荷載 合計： （2） 柱子1）邊柱（C、F軸）邊框架梁傳遞 邊框架梁自重 柱自重 小計： 2）中柱：（D、E軸）中框架梁傳遞 中框架梁自重 柱自重 小計： 2. 活載計算（同標準層）2.4.5 地下室荷載計算1）柱自重 2） 墻自重（300厚鋼筋混凝土） 抹灰（水泥砂漿） 3) 基礎梁自重 基礎頂面恒載邊柱中柱 4）以上荷載在計算基礎時用。綜上所述各樓層荷載計算結果，繪出結構豎向受力總圖如圖4所示2.5水平地震作用計算及內力、位移分

15、析水平地震作用在房屋的縱向和橫向，在此以橫向水平地震作用計算，采用底部剪力法計算水平地震作用，采用假想頂點位移法確定自震周期。 重力荷載標準值計算 1. 各層梁、柱、板自重計算，分別見表4、表5、表6。表4 柱力荷載標準值層數柱編號截面寬/mm截面高/mm凈高/mgk/(kN/ m)數量Gki/kNGi/kN-1KZ19509504.723.21323490.783561.28TZ3005004.73.75470.501KZ19509503.923.21322896.612955.11TZ3005003.93.75458.502-3KZ19509503.923.21322896.612984.

16、36TZ3005003.93.75687.754-10KZ19509503.923.21242172.462230.96TZ3005003.93.75458.50機房KZ19509503.923.218538.47560.22TZ3005003.93.75221.75注：表中KZ1為框架柱，TZ為樓梯間梁。表5 板重力荷載標準值層數板面積/m2gk/(kN/ m)Gki/kNGi/kN-1-1樓面936.223.33089.5263254.183樓梯41.583.96164.6572-3樓面953.613.33146.9133380.433樓梯58.973.96233.524-10樓面752.

17、623.32483.6462648.303樓梯41.583.96164.657屋面1007.55.8525895.895895.89機房78.353.3258.56258.56注：表中樓梯部分板的gk 按樓面的1.2倍考慮。注：圖中各值的單位為kN,圖中數值均為標準值，括號為活載，括號外為恒載 圖4 框架豎向受載總圖表6 梁重力荷載標準值層數梁編號截面寬/mm截面高/mm凈跨長/mgk/(kN/m)數量Gki/kNGi/kN-1-3KL13007007.054.50361142.13109.50KL23007008.054.508289.8KL33007003.854.508138.6L130

18、06007.703.7527779.63L23006008.703.7512391.53006005.703.75364.13L33006004.503.7518303.754-10KL13007007.054.5030951.752476.80KL23007008.054.508289.8L13006007.703.7527779.63L23006008.703.7512391.53006005.703.75364.13機房KL13007007.054.504126.9297.23KL23007008.054.50272.45L23006008.703.75397.88注：表中KL表示框架梁

19、，L表示次梁或其他小梁。2. 各層墻（外墻）自重標準值計算（1） 女兒墻重 總長L=（42m+24m）2=132m 總重Gk1=2.74kN/m132m=361.68kN（2）標準層墻重 L0=132m-0.95m16=116.8m12層 Gk1=4.29kN/m124.2m=532.82kN3層 Gk1=3.59kN/m(51.6+24)2-27m=445.88kN410層 Gk1=3.59kN/m92.8m=419.31kN地下室 Gk1=（30.75+1.632）kN/m124.2m=4021.84kN3. 各層(各質點)自重標準值計算（1）地下：（2）首層：（3）二層：（4）三層：（5

20、）標準層： （6）頂層： （7）機房： 2.5.2 重力荷載代表值計算重力荷載代表值G取結構和構件自重標準值和可變荷載組合值之和，各可變荷載組合值系數取為雪荷載：0.5，屋面活載：0.0，按等效均布荷載計算的樓面活載：0.5。1. 地下室（墻+梁+板+柱）G-1=1189.21kN+0.5(936.22+41.58)m22.5kN/m2=13155.21kN(注：上式=恒載+0.5（樓板平面面積+樓梯面積）活載標準值)2. 首層：G1=9866.24kN+0.5(936.22+41.58)m22.5kN/m2=11038.49kN3. 二層：G2=9963.24kN+0.5(953.61+58

21、.97)m22.5kN/m2=11229.37kN4. 三層：G3=9530.19kN+0.5(953.61+58.97)m25.0kN/m2+0.5182.49m20.35kN/m2=112093.58kN5. 49層：Gi=7775.37kN+0.5(752.62+41.58)m22.5kN/m2=8768.12kN6. 頂層： G10=10692.214kN+0.5825.01m20.35kN/m2=10836.59kN7. 機房：G11=1716.01kN+0.578.35m20.35kN/m2=1729.72kN集中于各樓層標高處的重力荷載代表值Gi計算圖如圖5所示。2.5.3 等效

22、重力荷載代表值計算本設計為設防烈度為7度，設計分組為一組，場地類別為II類場地，一次查得：水平地震影響系數最大值=0.08，特征周期Tg=0.35s，取阻尼比=0.05。Gi=13155.21kN+11038.49kN+11229.37kN+12093.58kN+8768.12kN6+10836.59kN+1729.72kN =112691.68kN結構等效重力荷載代表值： Geq=0.85Gi=95787.93kN2.5.4 橫向框架側移剛度計算地震作用是根據各受力構件的抗側剛度來分配的，同時，若用頂點位移法求得結構的自振周期時也要用到結構的抗側剛度，為此，要先計算各樓層柱的抗側剛度。1.

23、中（邊）框架柱抗側剛度計算見表7、表8、表9。表7 中框架柱側移剛度D值邊柱層次/(105kN.m)h/mDi/(105kN/m)根數1-30.130.0615.0914.00.232913124-100.130.0615.0914.00.2329138-10.1570.3054.2424.80.67385912中柱1-30.260.1155.0914.00.439099124-100.260.1155.0914.00.4390998-10.3130.3524.2424.80.7777012Di/(105kN/m)1-38.0641444-105.376096-117.41871表8邊框架柱側

24、移剛度D值邊柱層次/(105kN.m)h/mDi/(105kN/m)根數1-100.100.0485.0914.00.1832764-10.120.2934.2424.80.6473474中柱1-100.200.0915.0914.00.3474614-10.2410.3314.2424.80.7313034Di/(105kN/m)1-102.122947-15.5146 表9 橫向框架層間側移剛度層次-11-34-10Di/(105kN/m)22.9333110187097.499043 橫向框架側移剛度計算1把G11折算到主體結構的頂層（圖5） Ge=G11（1+2結構頂點的假想側移計算

25、先由式（2.2.1）計算樓層剪力，再由式（2.2.2）計算層間相對位移，最后由式（2.2.3）計算結構的頂點位移。 （2.2.1）（2.2.2）（2.2.3）計算過程見表10，其中第10層的Gi為G10和Ge的和。 G10=10836.59kN+1904.05kN =12740.64kN表10結構頂點假想側移表層次Gi/ kNVGi/ kNDi/（kN/m）ui/muT/m1012740.6412740.647499040.0169900.67462598768.1221508.767499040.0286820.65763688768.1230276.887499040.0403740.62

26、895478768.1239045.007499040.0520670.58857968768.1247813.127499040.0637590.53651358768.1256581.247499040.0754510.47275448768.1265349.367499040.0871440.397302312093.5877442.9410187100.0760210.310159211229.3788672.3110187100.0870440.234138111038.4999710.8010187100.0978790.147094-113155.21112866.0122933

27、310.0492150.046600由計算基本周期，取=0.7，由表10可知=0.67。所以，2.5.6 水平地震作用及樓層地震剪力計算1. 水平地震作用及樓層地震剪力計算由房屋的抗震設防烈度、場地類別及設計地震分組而確定的地震作用計算參數如下：=0.08； Tg=0.35s； =0.05由此計算的相應結構基本自震周期的水平地震影響系數為：結構等效總重力荷載為：又因為：T1=0.971.4Tg=1.40.35s=0.49s故應考慮頂部附加地震作用，頂部附加地震作用系數為：=0.08T1+0.07=0.1476FEk=3065.21kN , FEk(1-)=2612.78kN2. 各質點水平地震

28、作用的標準值計算結果見表11以及圖6。表11 各質點橫向水平地震作用及樓層地震剪力計算表層次Hi/mGi/kNGiHi/(kN.m)Fi/kNVi/kN1147.801729.7282680.6160.03180.1480.141044.8010836.59485479.2320.180922.981003.12940.808768.12357739.2960.133346.741349.86836.808768.12322666.8160.120312.741662.60732.808768.12287594.3360.107278.751941.34628.808768.12252521.

29、8560.094244.752186.10524.808768.12217449.3760.081210.762396.86420.808768.12182376.8960.068176.772573.63316.8012093.58203172.1440.075196.922770.55212.8011229.37143735.9360.053139.312909.8618.8011038.4997138.7120.03694.153004.01-14.8013155.2163145.0080.02361.203065.21112691.72695700.2241.0003065.21注：1

30、. F10=(470.55+452.43)kN=922.98kN， 2. 考慮局部突出屋頂部分的鞭梢效應，11層的樓層剪力V11=380.14kN=240.42 kN。3. 鞭梢效應增大的部分不往下傳，故表中計算各樓層剪力時采用原值。圖6 橫向水平地震作用及樓層地震剪力2.5.7 水平地震作用下的位移計算水平地震作用下框架結構的層間位移ui和頂點位移ui分別由式（2.2.4）和（2.2.5）計算得出結果 （） （）詳細計算見表12，表中還計算了各層的層間彈性位移角： 。由表12知最大層間彈性角發生在第四層，其值是1/839=1/550(滿足要求)。其中為鋼筋混凝土框架彈性層間位移角限值。表12

31、 橫向水平地震作用下的位移驗算層次Vi/kNDi/（kN/m）ui/muT/mhi/m101003.127499040.0013380.0287224.01/299091349.867499040.0018000.0273854.01/222281662.607499040.0022170.0255854.01/180471941.347499040.0025890.0233684.01/154562186.107499040.0029150.0207794.01/137252396.867499040.0031960.0178644.01/125143573.637499040.004765

32、0.0146674.01/83932770.5510187100.0027200.0099024.01/147122909.8610187100.0028560.0071824.01/140013004.0110187100.0029490.0043264.01/1356-13065.2122933310.0013370.0013774.81/35912.5.8 水平地震作用下的框架內力計算對第軸線橫向框架內力進行計算。框架在水平節點荷載作用下，采用D值法分析內力。1. 計算依據由求得框架第i層的層間建立Vi后，i層j柱分配的剪力Vij及該柱上下端的彎矩和分別按下列各式計算：柱端剪力： 下端彎

33、矩： 上端彎矩：（其中y=y0+y1+y2+y3,y0 ,y1,y2,y3均按表查得）。2. 計算結果（見表13，表14及表15，表16）所繪M、N圖見圖7、圖8。表13 橫向水平地震作用下5軸框架各層柱端彎矩及剪力計算表邊柱C、F柱層數hi/mVi/kNDi/（kN/m）Di/（kN/m）Vi（C、F）/kNyMb/kN.mMu/kN.m104.01003.127499042329131.1560.13-0.295-36.76161.3994.01349.867499042329141.9250.13-0.06-10.06177.7684.01662.607499042329151.6380

34、.130.07515.49191.0674.01941.347499042329160.2950.130.1638.59202.5964.02186.107499042329167.8970.130.24566.54205.0554.02396.867499042329174.4430.130.2883.38214.4044.03573.6374990423291110.9920.130.365162.05281.9234.02770.5510187102329163.3440.130.415105.15148.2224.02909.8610187102329166.5290.130.5351

35、42.37123.7414.03004.0110187102329168.6810.130.705193.6881.04-14.83065.2122933316738690.0660.1571.087469.93-37.61表14 橫向水平地震作用下5軸框架各層柱端彎矩及剪力計算表中柱D、E柱層數hi/mVi/kNDi/（kN/m）Di/（kN/m）Vi（C、F）/kNyMb/kN.mMu/kN.m104.01003.127499044391058.7370.260.049.40225.5594.01349.867499044391079.0400.260.2166.39249.7784.01

36、662.607499044391097.3520.260.2389.56299.8474.01941.3474990443910113.6740.260.33150.05304.6564.02186.1074990443910128.0050.260.38194.57317.4554.02396.8674990443910140.3460.260.38213.33348.0644.03573.6374990443910209.2510.260.4334.80502.2034.02770.55101871043910119.4200.260.45214.96262.7324.02909.8610

37、1871043910125.4250.260.5250.85250.8514.03004.01101871043910129.4830.260.52269.33248.61-14.83065.21229333177770103.9450.3130.8064402.3496.59表15 橫向水平地震作用下5軸框架各層梁端彎矩及剪力計算表CD跨或EF跨DE跨層數柱端待分配彎矩之和（kN/m）Ml/kN.mMr/kN.mVb/kNil/(il+ir)ir/(il+ir)Ml/kN.mMr/kN.mVb/kN10225.24161.39112.6234.250.500.50112.62112.62 2

38、8.169259.16141.00129.5833.820.500.50129.58129.58 32.408366.24181.00183.1245.510.500.50183.12183.12 45.787394.21218.08197.1051.900.500.50197.10197.10 49.286467.50243.64233.7559.670.500.50233.75233.75 58.445542.63280.94271.3169.030.500.50271.31271.31 67.834715.53365.30357.7690.380.500.50357.76357.76 8

39、9.443597.53310.27298.7676.130.500.50298.76298.76 74.692465.81228.89232.9057.720.500.50232.90233.90 58.231499.46223.42249.7359.140.500.50249.73249.73 62.43-1365.92156.07182.9642.380.500.50182.96182.96 45.74表16 橫向水平地震作用下5軸框架各層柱軸力計算表CD、EF跨梁端剪力DE跨粱端剪力邊柱軸力中柱軸力層次Vb/kNVb/kNN/kNN/kN1034.2528.1634.25-6.09933.8232.4068.07-7.5