钢结构毕业设计(优秀毕业设计）

摘要 本毕业设计的建筑是徐州 开元四季物业管理综合楼 ， 位于 江苏省徐州 市，总建筑面积约为 5000 m 2 ，总高度为 28.95m ， 共 6 层， 各 层高 4.5 m 。 在此次毕业设计中，设计内容包括建筑设计、结构设计和专题三部分。 建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的 合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。 结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段 ,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程 ,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 结构计算的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用性要求。 专题部分的内容是钢框架 中心支撑结构体系设计要点研究。结合本次毕业设计和相关的参考资料，总结出有关中心支撑结构的作用。 另外仔细研读了一篇 与本专业相关的英文文献，并将其译成中文。 关键词 : 建筑设计 结构设计 钢框架 -中心支撑 ABSTRACT The graduation design is the building of xuzhou kaiyuan seasons complex property management, which locates in the downtown area of XuZhou City in Jiangsu Province, has a total construction area of about 5000 square meters. The buiding is composed of six-story, 27.95m high, each story is 4.5 m. At the graduation design, the design includes three parts architecture design, structure design and project. Architecture design plays a leading and advance role, focus on solving a variety of uses within the building function and the reasonable arrangement of the use space, architecture and environment, and the coordination of various external conditions, the internal and external artistic effect, each detail of the construction methods etc. Create scientific and artistic accords with the production and living environment. Civil engineering structure design is an important stage of graduation design, is a comprehensive study before graduation stage, is to deepen, broaden, the importance of integrated teaching and learning process, and is important for college major knowledge comprehensive summary. The purpose of the structure calculation is to ensure that the designed structure and structural components and work in the construction process to meet desired safety and use requirements. The projects section is the design guideline of steel frame - center support structure system. Combined with this reference design and related graduate, summed up the role of the central support structure. In addition, an English article on civil engineering has been researched and translated. Keyword: architectural design； structure design； steel frame - center support 目 录 第一部分 开元四季小区物业管理综合楼建筑设计 第 1 章 建筑设计 . 1 1.1 节设计任务和设计要求 . 1 1.1.1 设计任务 . 1 1.1.2 设计要求 . 1 1.2 节建筑物所处的 自然条件 . 1 1.2.1 气象条件 . 1 1.2.2 地形、地质及地震烈度 . 1 1.2.3 水文 . 2 1.2.4 地质 . 2 1.2.5 其它资料 . 2 1.2.6 建筑设计依据 . 2 1.3 节建筑物功能与特点 . 2 1.4 节建筑空间组合及房间的确定 . 3 1.5 节建筑的平立面设计 . 4 1.5.1 平面设计 . 4 1.5.2 立面设计 . 4 1.5.3 考虑材料质感和色彩配置 . 4 1.6 节建筑物的防火与疏散 . 4 1.7 节建筑主要构造做法要求 . 4 1.7.1 楼面做法 . 4 1.7.2 屋面做法 . 4 1.7.3 地面做法 . 5 1.7.4 内墙面做法 . 5 1.7.5 外墙面做法 . 5 1.7.6 卫生间做法 . 5 1.7.7 踢脚做法 . 5 1.7.8 墙基防潮 . 5 1.7.9 台阶做法 . 5 1.7.10 散水：宽度 900mm ，坡度 4%的面层 . 5 1.7.11 排水雨水管：直径 110mm PVC 落水管 . 5 1.7.12 门窗：木门、钢窗 . 5 1.7.13 基础 . 5 1.8 节防水设计 . 6 1.8.1 屋面防水 . 6 1.8.2 卫生间楼面防水 . 6 第 二 部分 开元四季小区物业管理综合楼 结构 设计 第 1 章 结构形式的选取 . 7 1.1 节结构设计资料 . 7 1.2 节结构方案选取 . 7 1.2.1 竖向承重体系选取 . 7 1.2.2 水平向承重体系选取 . 8 1.2.3 基础形式选取 . 9 1.2.4 其他结构形式选取 . 9 第 2 章 结构设计计算 .10 2.1 节框架结构设计 .10 2.1.1 结构布置和计算简图 .10 2.1.2 构件尺寸及线刚度 .12 2.2 节荷载计算 .12 2.2.1 计算单元 .12 2.2.2 恒载计算 .13 2.2.3 竖向荷载作用计算 .15 2.2.4 地震作用计算 .16 2.2.5 横向梁线刚度 .18 2.2.6 柱的线刚度计算 .18 2.2.7 横向框架柱侧移刚度 D 值计算 .19 2.2.8 底部剪力法计算水平地震作用 .20 2.3 节 内力计算 .25 2.3.1 恒载作用下内力计算 .25 2.3.2 水平地震作用下内力计算 .34 2.4 节 内力计算 (PKPM 辅助计算 ) .42 2.4.1 建模及相关信息输入 .42 2.4.2 恒荷载作用下内力输出 .45 2.4.3 左震作用计算简图 .48 2.4.4 手算荷载、内力与机算荷载、内力比较分析 .49 第三章 构 件 设 计 .50 3.1 节 结构构件验算 .50 3.1.1 框架柱的验算 .50 3.1.1.1 框架底层柱 Z-1 .50 3.1.2 框架梁验算 .53 3.2 节 框架连接设计 .54 3.2.1 主梁与柱的连接： .54 3.2.2 主梁与次梁的铰接连接： .56 3.3 节 柱脚设计 .58 3.3.1 中柱柱脚的设计 .58 3.4 节 基础设计 .60 3.4.1 地梁设计 .60 3.4.1.1 确定 DL-1 的尺寸及配筋 .60 3.4.2 设计基础 .61 3.5 节 压型钢板组合楼板的设计 .65 3.5.1 压型钢板组合楼板验算 .66 3.6 节 楼梯设计 .70 3.6.1 楼梯板设计 .71 3.6.2 平台板设计 .72 3.6.3 平台梁设计 .73 第 二 部分 钢框架 -中心支撑结构体系设计要点研究 1、前言 .73 1.1 钢框架的发展 .73 1.2 纯钢框架体系阶段 .73 1.3 支撑钢框架体系阶段 2,4 .73 1.3.1 中心支撑框架结构 .73 1.3.2 偏心支撑框架结构 .74 1.3.3 消能支撑框架结构 .74 2、国内外应用情况 . 75 2.1 国内钢框架应用情况 .75 2.2 国外钢框架应用情况 .75 3、国内外研究现状 .75 3.1 理论研究方面 .75 3.1.1 钢支撑的研究现状 .75 3.1.2 中心支撑钢框架的研究现状 1.77 3.2 实验结论 2 .78 3.3 设计方法 .78 3.3.1 基于承载力的抗震设计 .78 3.3.2 基于位移的抗震设计 .79 3.3.3 基于能量的抗震设计 .79 3.3.4 基于能力的抗震设计 .79 3.3.5 基于损伤的抗震设计 .79 3.3.6 基于功能的抗震设计 .80 3.3.7 Pushover 方法的计算分析模型 .81 3.3.8 Pushover 方法的实施步骤 3 .82 4、目前设计方法存在的问题 .84 4.1 框架 -中心支撑体系研究 .84 4.2 延性中心支撑框架体系研究 .85 5、中心支撑改进 .85 6、钢框架与钢框架中心支撑的比较 .86 参考文献： .89 附录表 1.91 致谢 . 错误 !未定义书签。 第一部分 开元四季小区物业管理综合楼建筑设计 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 1页 第 1 章 建筑设计 建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。 1.1 节 设计任务和设计要求 1.1.1 设计任务 本设计的主要内容是物业管理综合楼的设计， 作为一个办公 及生活休闲的 空间设计，要在 平面规划中自始至终遵循 实用、功能需求和人性化管理充分结合的原则。在设计中，考虑 科学合理的划分职能区域，也 要 考虑 到 能满足办公的需要 。 1.1.2 设计要求 此次设计依据 建筑法规、规范和一些相应的建筑标准 为依据进行设计。 建筑设计除了应满足相关的建筑标准、规范等要求之外，原则上还应符合以下要求： （ 1） 满足建筑功能要求； （ 2） 结构总体布置原则 （ 3） 符合所在地规划发展的要求并具有良好的视觉效果； （ 4） 采用合理的技术措施； （ 5） 提供在投资计划所允许的经济范畴内运作的可行性。 1.2 节 建筑物所处的 自然条件 1.2.1 气 象条件 建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。 基本雪压 0.35 2/kN m 基本风压值 0.35 2/kN m 1.2.2 地形、地质 及地震烈度 基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。 地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在 6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不做抗震计算， 9 度以上地区，地震破坏力很大，一般应中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 2页 尺量避免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点时 7、 8、 9 度地震烈度的地区。本工程为 7度设防，在设计过程中考虑抗震设防各方面的要求。 1.2.3 水文 水文条件是指地下水位的高低及地下水的性质，直接影响到建筑物基础及地下室。一般应根据地下水位的高低及底下水 位性质确定是否在该地区建筑房屋或采用相应的防水和防腐措施。本工程地下水位为浅地下水位，对建筑物的影响很小，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。 1.2.4 地质 场地属废黄河冲积平原高漫滩地貌，场地较为平坦。根据土体的成固时代，物理力学指标等差异，共划为两个工程地质层： 层：素填土 黄灰色灰色，很湿，以粉土、粉质粘土为主夹植物根系，局部夹较多碎石、碎砖，层厚 0.5 米左右，该层非均质，低强度。 层：粘土 黄色、坚硬、厚度大于 4米，该层中低压缩性，中高强度，地基承载力特征值为 190kpa 。 1.2.5 其它资料 建筑类别 丙类 设计使用年限 50 年 结构安全等级 二级 结构重要性系数 1.0 环境类别 地面以上类 1.2.6 建筑设计依据 办公建筑设计规范 JGJ67-2006 民用建筑设计通则 GB50352-2005 建筑设计防火规范 GB50016-2006 国家标准通用图集（建筑、结构） 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001 建筑结构荷载规范 GB50009-2001 1.3 节 建筑物功能与特点 该拟建的建筑位于徐州。 设计内容：本 设计为六层的开元四季小区物业管理综合楼，此建筑总建筑面积约为 5000 2m 。 （ 1） 满足建筑功能要求。首先考虑到了底层超市及上层综合楼办公活动的需要，办公室设置应分配合理，采光通风良好，同时还要合理安排管理室、职工活动室和厕所等行政管理和辅助用房，并满足结构施工和安全疏散的要求。 （ 2）采用合理的技术措施 。正确选用建筑材料，根据空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋坚固耐久、建造方便。本综合楼采用横向承重体系 ,选用 NALC 加气中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 3页 混凝土墙板，施工较为 方便。 （ 3）考虑建筑美观以及总体规划的要求。 （ 4）依据人体尺度和人体活动所需的空间尺度，来确定踏步、窗台、栏杆的高度，门洞、走廊、楼梯的宽度和高度，以及各类房间的高度和面积大小 （ 5）徐州地区气候较为适宜，忽略温度、湿度、日照、风雪、风向、风速等气候的影响。 （ 6）考虑地形、地质条件和地震烈度。本建筑场地较为平整，地质条件较为简单，所以采用全框架结构及独立基础。该建筑属丙类建筑，抗震二级，采取 7度抗震设防，在建筑平面及体型上基本没有凹凸。 1.4 节建筑空间组合及房间的确定 （ 1）本建筑在确定空间组合方 式时主要考虑了建筑功能、比例尺度等因素，建筑物各部分组合体的主从关系分明，有较为端正、庄严但又不失灵活多变的感觉。各组成部分体量较为恰当，完整均衡、比例恰当；主次分明、交接明确。 （ 2）在平面设计时，考虑了使超市、办公用房、活动室、医疗室、辅助用房功能分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰，并且使办公用房获得良好的朝向和通风条件。本综合楼采用了分层布置的串联曲线式平面组合方式，即将功能关系紧密的房间布置于同一层内，并形成若干单体房间按一定方向相连接的空间组合，具有良好的使用性和明显的方向性。厕所设在楼道的 尽端，避开了人流密集的部位，也避免了气味串入室内。 （ 3）房间的面积、形状和尺寸满足室内使用活动和设备合理布置的要求。 （ 4）门窗尺寸的确定根据建筑图集，并满足采光和通风的要求。 门的位置的确定考虑到了室内交通路线简捷和安全疏散、充分利用使用面积、室内穿堂风通畅的要求。对于普通办公室，为满足走道疏散宽度的要求，采取了向内开启的方式； 窗台的高度取 1800mm ，窗高 1800mm ，使得光线在房间里的照射深度较大，避免了在房间的天棚出现暗角；整个建筑采用了同一种窗的形式，既满足了建筑美观的要求也最大限度满足了采光和通风的要求。 （ 5）楼梯间的确定 该工程中只采用一种楼梯形式，即三跑楼梯。 楼梯踏步尺寸的确定 考虑了人们行走的舒适性，取踏面宽 300mm ，踢面高150mm ，楼梯坡度小于 30 。 梯段和平台的尺寸 梯段宽取决于同时通过的人流的股数及有否经常通过一些设备的需要，再结合本建筑的一些布置特点，取楼梯间宽 4500mm 。 楼梯扶手的确定 楼梯的扶手应坚固适用，且出于安全因素扶手均自其前缘向前伸出 300mm 。 （ 6）厕所各尺寸的确定 厕所内设有洗手池。 卫生洁具数量的要求按照办公建筑设计规范 JGJ67-2006 为：男厕每 40 人设大便器一具；每 30 人 设小便器一具；女厕每 20 人设大便器一具；洗手盆每 40 人设一具。实中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 4页 际设计中男厕设有大便器四个，小便器四个，女厕设有大便器四个。洗手池及各卫生洁具的尺寸均按建筑设计图集的要求确定。 1.5 节建筑的 平 立面设计 1.5.1 平面设计 建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于 5，矩形平面布置，东西方向采用纵向7.2 m 、 4.5 m 、 6.3 m 、 9.0 m 、 6.3 m 、 4.5 m 、 7.2 m 柱距，横向三跨 6 m 的柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。 1.5.2立面设计 该建筑立 面为了满足采光和美观要求，采用统一的钢窗和木框架们，同时紧密结合房屋内部空间组合的 平剖关系。 在建筑设计图集中查找相应部位的 尺度，如踏步高取 150mm ，窗台高 900mm ，楼梯栏杆高 900mm ，以满足人们生活习惯和安全的需要。在建筑物的突出部分也尽量使比例协调，满足人们的视觉习惯以及结构上的要求。 1.5.3考虑材料质感和色彩配置 在里面轮廓的比例关系、门窗排列、构件组合以及墙面划分基本确定的基础上，较为合理地对材料质感和色彩进行了选择和配置，以使建筑立面进一步取得丰富和生动的效果。 1.6 节 建筑物的防火与疏散 贯彻“预防为主，防消结合”的方针，采取防火措施，防止和减少火灾危害。本建筑采用一级耐火设计，其构件的燃烧性能和耐火极限不应低于建筑防火设计的规定。 本工程中分散设置了两个安全楼梯，底层外加一个紧急疏散通道，满足安全疏散的要求。 1.7 节 建筑主要构造做法要求 1.7.1楼面做法 （ 1） 0.8mm 厚压型钢板 （ 2） 100mm 厚 C25 混凝土板 （ 3） 20mm 厚 1： 3水泥砂浆找平层 （ 4） 3mm 厚 T910 地砖 （ 5）吊顶及吊挂 1.7.2屋面做法 （ 1） 0.8mm 厚压型钢板 （ 2） 100mm 厚 C25 混凝土板 （ 3） 40mm 厚 C20 防水细石混凝土 （ 4） 20mm 厚 1： 2水泥砂浆找平层 （ 5） 100mm 膨胀珍珠岩保温层 （ 6） 30mm 厚水泥砂浆找平层 （ 7） 4mm 厚改性沥青防水层 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 5页 （ 8）吊顶及吊挂 1.7.3 地面做法 （ 1） 20mm 厚 1:2 水泥沙浆压实抹光 （ 2） 60mm 厚 C15 混泥土随捣随抹 （ 3） 100mm 厚碎石或碎砖夯实 （ 4）素土夯实 1.7.4内墙面做法 100mm NALC 加气混凝土墙板 1.7.5外墙面做法 150mm NALC 加气混凝土墙板 1.7.6卫生间做法 （ 1） 8mm 厚防滑地砖，素水泥浆擦缝 （ 2） 20mm 厚水泥砂浆保护层 （ 3） 1.5mm 厚涂膜防水 （ 4） 20mm 厚 1 3 水泥砂浆找平层 （ 5）素水泥浆结合层一道 （ 6） 压型混凝土楼板 1.7.7踢脚做法 （ 1） 10 厚 1： 2水泥白石子（或掺有色石子）磨光打蜡 （ 2） 12 厚 1 3水泥砂浆打底 （ 3）刷界面处理剂一 道 1.7.8墙基防潮 20 厚 1 2 水泥砂浆掺 5%避水浆，位置一般在 -0.06m 标高处 1.7.9台阶做法 （ 1） 20mm 厚 1： 2.5 水泥砂浆抹面 （ 2）素水泥浆一遍 （ 3） 70mm 厚 C15 混凝土（厚度不包括踏步三角形部分）台阶面向外坡 1% （ 4） 160mm 厚碎石或碎砖石，灌 1： 5水泥砂浆 （ 5）素土夯实 1.7.10 散水：宽度 900mm ，坡度 4%的面层 （ 1） 40 厚 C20 细石混凝土，撒 1： 2水泥黄沙压实抹光 （ 2） 120 厚碎石或碎砖灌 M 2.5 混合砂浆 （ 3）素土夯实，向外坡 4% 1.7.11 排水雨水管：直径 110mm PVC 落水管 1.7.12 门窗：木门、钢窗 1.7.13 基础 采用柱下独立基础，基础采用 C30 混凝土，有垫层，垫层厚度 100mm ，垫层混凝土标号为 C15。基础具体尺寸与做法详见基础设计。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 6页 1.8 节 防水设计 1.8.1屋面防水 该建筑属一般的民用建筑，防水等级为 III 级，采用单道设防，防水层耐用年限可达10 年。采用三毡四油的沥青防水卷材，四周均贴至泛水高度（ 450 高），所有出屋面竖井及遇阴阳角转弯处应附加一层，并做纤维布加强层（ 300 宽），出屋面管道或泛水以下外墙穿墙处，安装后用细石混凝土封严，管根四周加嵌油膏，与防水层闭合。防水应包裹立管高 300mm 。 1.8.2卫生间楼面防水 卫生间楼面上做 20 厚 1 3 水泥砂浆找平，上涂 CR65 防水宝涂膜，墙角四周及竖管外壁涂至建筑标高高出 200 处，上浇 40 厚 C20 细石混凝土搓毛，并向地漏方向作 1%的泛水。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 7页 第 1 章 结构形式的选取 1.1 节 结构设计资料 (1) 工程名称：徐州开元四季物业管理综合楼 工程规模：六层 结构类型：钢框架结构 工程环境：本工程位于徐州市区 抗震设防烈度： 7 度，第二组别，设计地震基本加速度值为 0.1g 建筑类别：丙类 场 地土：类 设计使用年限： 50 年 结构安全等级：二级 结构重要性系数： 1.0 环境类别：地面以上类 基础：二 a类 (2)结构 设计依据 建筑结构荷载规范 GB50009-2001 钢结构设计规范 GB 50017-2003 高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-98 钢 -混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 YB9238-92 建筑抗震设计规范 GB50011-2001 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 1.2 节 结构方案选取 1.2.1 竖向承重体系选取 选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。 常见的竖向承重体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架 -剪力墙结构体系及筒体结构体系等。 砖混结构体系：主要由墙体承受竖向荷载，楼板层承受水平荷载，同时设 置构造柱加强墙体的稳定性，设置圈梁增强建筑物的空间刚度及整体性。其自重大，且不利于抗震，加上浪费粘土资源，因此目前限制使用。 框架结构体系：由梁柱连接而成，其具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 8页 柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。 剪力墙结构体系：由剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力的结构，剪力墙是利用建筑外墙和内隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙， 承受竖向荷载在墙体内产生的向下的压力及侧向力在墙体内产生的水平剪力和弯矩，因此剪力墙具有较大的承受侧向力的能力。但墙体太多，混凝土和钢筋的用量增多，材料强度得不到充分利用，既增加了结构自重，又限制了建筑上的灵活多变。 框架 -剪力墙结构体系：其既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。一般 10 40 层的高层建筑可采用该结构。 筒体结构体系：主要有核心筒和框筒结构组成的空间受力结构。筒体结构抗侧刚度大，整体性 好；建筑布置灵活，能提供很大的可以自由分隔的使用空间，特别适用于 30 层以上或 100m 米以上的超高层建筑。 多层民用建筑设计多采用钢筋砼结构和砖混结构，很少采用钢结构，钢结构在民用房屋的应用主要还集中在高层建筑上，近年钢结构在民用建筑上的应用越来越多，随着钢结构在实际工程的应用经验和设计理论研究的深入，及钢结构厂家不断推出新的钢结构产品，钢结构在多层民用建筑上的应用日渐增长，相对钢筋砼具有较高的经济价值。轧制 H 型钢的大量生产，楼承板的多样化，防腐涂料及防火 涂料的成熟也为多层民用房屋钢结构的应用创造了广阔的空间，多层钢结构有如下特点： （ 1） 质量易控制：钢结构构件工厂加工，节点螺栓连接，生产自动化程度高，精度有保证，干作业，质量易于控制。 (2) 施工工期短：钢结构工厂化生产，现场安装，工序简单，工作面大，施工速度快。 (3) 充分利用建筑空间：钢结构相对钢筋砼结构梁柱截面小，可以降低层高，增大有效使用面积，结构布置灵活，容易获得大空间，能够悬挑较大跨度。 本综合楼的建筑高度约为 27m ，共计六层，层高度均为 4.5m ，在楼层高度及建筑物高度均比较小的情况下，其结构的抗侧刚度及抗震性都较容易满足。根据本楼的功能使用性，要求建筑平面布置比较灵活，可以形成较大的使用空间。经各方案比较筛选，我选用钢框架结构作为该综合楼的竖向承重体系。 1.2.2 水平向承重体系选取 常见的横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。 现浇楼盖结构：可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝 土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。其余结构特点不详加说明。 叠合楼盖：在预制钢筋混凝土薄板上，再现浇一层钢筋混凝土并使之共同工作的楼盖结构。其优点是整体性好，刚度大，施工方便，节省模板。 预制板楼盖：可分为预制预应力大楼板和预制预应力多孔板，其施工方便，工业化程中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 9页 度高，但刚度较小，整体性较差，抗震性弱，在抗震区使用较少。 组合楼盖：由底部的压型钢板和上部的混凝土现浇层所组成。其 优点是自重轻、楼板厚度小、节省模板、施工方便、施工周期较短。 经各方案比较筛选，我选用组合楼盖结构中的肋梁楼盖作为该综合楼的水平向承重体系。 1.2.3 基础形式选取 框架结构柱下基础常见形式有钢筋混凝土独立基础，条形基础，十字形基础，筏板基础等。因该地区工程地质条件较好，地基承载力较高，能满足一般建筑物的要求。加上建筑物柱网布置均匀，平面布置比较对称，故采用独立基础。 1.2.4 其他结构形式选取 (1)楼梯型式选取 楼梯是多层房屋中的重要组成部分。楼梯的平面布置、踏步尺寸、栏杆形式等由建筑设计确定。楼梯常 见型式：板式楼梯、梁式楼梯。 本设计选取现浇板式楼梯。板式楼梯具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧等优点。 (2)雨篷 雨蓬是建筑物入口处位于上部用以遮挡雨水、保护外门免受雨水侵害的水平构件 ,采用预制钢结构雨篷并固定在梁上。由于雨蓬板的厚度较薄。采用无组织排水方式，在底板周边设滴水。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 10 页 第 2 章 结构设计计算 2.1 节框架结构设计 2.1.1结构布置和计算简图 (1)柱网布置 根据综合楼的功能要求需要大跨度的拄网，采用横向四柱三跨，每跨均 6m 。水平采用柱间距 9m 、 7.2m 、 6.3m 、 4.5m 不等。 图 2.1 标 准层 柱网及次梁布置图 (2)承重框架的布置 按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等。本设计为横向框架承重。 (3)选取计算单元 一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。为方便起见，常常忽略结构纵向和横向框架的空间联系，忽略个构件的扭转作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。由于通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架 进行分析即可。一榀横向框架计算简图如下图 2.2 所示： 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 11 页 图 2.2 框架结构计算简图及梁柱的相对线刚度 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 12 页 梁轴线取至板顶 ， 各层高 4.5m 。底层柱高度从基础顶面取至一层板顶。基础顶面到室外地面的距离为 550 mm ，室内外高差为 450 mm ，则底层柱高 =4.5m +0.45m +0.55m =5.5m ,二到五层柱高为 4.5m 。 2.1.2构件尺寸及线刚度 本设计 构件截面 的 初步估算 ， 主要是梁柱的断面形状与尺寸的假定 。 （ 1）主梁 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接 H型钢截面等。 由于工字形梁的截面高而窄，在主轴平面内截面模量较大，楼板可以视为刚性铺板，没有整体稳定性问题，截面只需满足强度、刚度和局部稳定的要求。故本设计的主次梁截面 均采用工字形截，并优先选用热轧 H 型钢。 框架主梁的端部约束与梁柱的线刚度之比和柱远端的条件有关，介于铰支和固定之间，另外，框架梁为组合梁，刚度和强度还与混凝土楼板有关，因此，框架梁的截面无法像简支梁那样直接根据刚度和经济性的要求选定高度，需要根据工程经验确定。由于没有工程经验，参照部分工程实例：对于一般的民用建筑，如果采用热轧 H型钢，初始梁高可以根据荷载条件取跨度的 1/20 1/12； 主梁在与柱的连接部位柱腹板应设加劲肋以满足传力要求，且加劲肋间距应大于 150mm ，否则难以施工。因此，同一梁柱节点处梁的截面高度若不一致，其差别最好在 150mm 以上。基于施工方便，本设计梁柱截面高度取为一致。本设计纵向主梁最大跨度 l=6000mm ，则主梁的高度可在 300mm 500mm 间选取，梁高初步选定为： 500mm。 梁的翼缘宽度可以取梁高的 1/6 1/2 取，即 80mm 250mm 间。 选用热轧型 H 型钢，查型钢表（ GB/T11263）初步选定主梁的截面尺寸为： HN 500 200 10 16。对于轧制 H 型钢，其翼缘和腹板一般都比较厚，能够保证板件在构件达到承载力前不发生局部屈曲，能够满足宽（高）厚比要求。 （ 2）次梁 框架结构的楼层平面次梁的布置 ,可以 调整其荷载传递方向以满足不同的要求。 其截面根据 1/20 1/12 跨度确定 ,并可适当减小截面，初步确定次梁为： HN350 175 7 11。 2.2 节荷载计算 2.2.1计算单元 取 -横向框架进行计算，计算单元宽度为 18m。次梁承受板传来的荷载，并通过自身受弯将荷载传递到主梁上，主梁作为次梁的不动支点，承受次梁传来的荷载，并将荷载传递给主梁的支撑 柱。双向板上的荷载，以等 角分线为界，分别传至两相邻支座。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 13 页 图 2.3 横向框架结构计算单元 2.2.2恒载计算 (1)楼面恒载 0.8mm 厚压型钢板 20.12 kN m 100mm 厚 C25 混凝土板 322 5 0 . 1 0 . 0 7 5 / 2 ) 3 . 4 4k N m m k N m （ 20mm 厚 1： 3 水泥砂浆找平层 322 0 0 . 0 2 0 . 4k N m m k N m 3mm 厚 T910 地砖 1 9 . 8 0 . 0 0 3 0 . 0 6k N m m k N m 吊顶及吊挂 20.3kN m 合计： 24.32 kN m (2)屋面恒载 0.8mm 厚压型钢板 20.12 kN m 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 14 页 100mm 厚 C25 混凝土板 322 5 0 . 1 0 . 0 7 5 / 2 ) 3 . 4 4k N m m k N m （ 40mm 厚 C20 防水细石混凝土 2 5 0 . 0 4 1 . 0k N m m k N m 20mm 厚 1： 2 水泥砂浆找平层 322 0 0 . 0 2 0 . 4k N m m k N m 100mm 膨胀珍珠岩保温层 2 . 5 0 . 1 0 . 0 2 5k N m m k N m 30mm 厚水泥砂浆找平层 322 0 0 . 0 3 0 . 6k N m m k N m 4mm 厚改性沥青防水层 20.05 kN m 吊顶及吊挂 20.30 kN m 合计： 26.16 kN m (3) 梁自重 主梁： HN 500 200 10 16 q = 89.6Kg/m = 0.896 /kN m 次 梁 ： HN350 175 7 11 q = 50Kg/m = 0.5 /kN m (4) 墙自重 外纵墙自重 150mm NALC 加 气混凝土墙板 0.15m 6.5 3/kN mm = 0.975 2/kN m 外墙自重（偏安全考虑取 4500mm 高） 0.975 2/kN m 4.5m = 4.39KN/m 内墙自重 100mm NALC 加气混凝土墙板 0.10m 6.5 3/kN mm = 0.65 2/kN m 内 墙自重（偏安全考虑取 4500mm 高） 0.65 2/kN m 4.5m = 2.925 /kN m (6) 门、窗自重 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 15 页 钢窗 20.4 kN m 木门 20.1kN m （ 7）取一榀框架计算的边窗自重 1.8 1.8 0.4 + 6.9/2 1.8 0.4 = 3.78 kN 窗面积 /墙面积（不除窗） = 0.73 内墙门自重 0.1（ 3.6 2.1/ + 0.9 2） = 0.6kN (8)女儿墙自重 200 高 混 凝土 空心 小 砌 11.8 KN/ 3m 0.2m 0.20m=0.472 kN 内墙面 20 厚抹灰 31 7 0 . 0 2 0 . 5 0 . 1 7k N m m m k N m 合计： 0.642 /kN m 2.2.3竖向荷载作用计算 (1)恒荷载作用 楼面传给次梁及次梁自重： 1F=7F=1.5 7.65 4.32 + 7.65 4.39 0.73 + 0.5 7.65 + 3.87 = 81.20kN 2F=4F=6F= 3 7.65 4.32 + 0.5 7.65 =102.97kN 3F=5F= 3 7.65 4.32 + 0.5 7.65 + 7.65 2.925 (3.38-0.1) (1.8 2.1 + 0.9 2) = 95.80kN 主梁上墙与主梁自重 q = 0.896 /kN m + 2.925 /kN m = 3.82 /kN m 屋面传给次梁及梁的自重 1F=7F=1.5 7.65 6.16 + 0.5 7.65 = 74.51kN 2F=4F=6F=3 7.65 6.16 + 0.5 7.65 = 145.20kN 3F=5F=3 7.65 6.16 + 0.5 7.65 = 145.20kN （ 2） 柱截面的初选 柱截面 一般凭经验确定，也可以通过预先假定 长细比 的方法来实现 。通常 50150,若选用长细比预估， 简单选择值在 100 附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同 ,中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 16 页 可选择钢管或 H 型钢截面等 。 事实上对于钢结构而言，柱采用长细比预估的方法并不准确，由于未考虑水平荷载产生的轴力，其值往往偏小，梁的估算也不准，我在预选柱截面时是参考相关设计实例，确定柱截面。 326 x 1 0 2 . 9 7 x 2 9 5 . 8 0 3 . 8 2 x 6 x 1 0 1 9 4 7 9 . 60 . 8 0 . 8 1 2 5NA m mf （ ）选 取柱型号 HW400 400 13 21 A = 219.5 2cm 2.2.4地震作用计算 (1)结构自振周期 1T 计算： 对于质量和刚度沿高度变化比较均匀的框架结构 ,采用顶点位移法计算基本周期 1T 可按下试计算： 1 1 .7 TTTu 式中： T 周期调整系数取值 0.60.7 Tu 把集中在各楼面处的重力荷载 iG 视为假象水平荷载验算得到得结构顶点位移 对于框架结构， T 按下试计算： nGi iKiVG G i iiu V D T 1n Kkuu 式 中： GiV 框架在假想水平荷载 iG 作用下得 i 层层间剪力 iG 为集中在 i 层楼面处的重力荷载代表值 u GiV 作用下得层间位移 iD i 层柱的 D值之总和 重力荷载代表值计算 本建筑高度为 27m,平立面均规则，依据建筑抗震设计规范 5.1.2 条规定， 高度不超过 40m 、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法 可采用底部剪力法计算水平地震作用下的荷载效应。 重力荷载代表值是指结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。 集中于各质点的重力荷载代表值iG，为计算单 元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。顶层重力荷载代表值包括：屋面板自重、纵横梁自重、半中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 17 页 层柱自重、半层墙体自重。 其它层重力荷载代表值包括：楼面板自重、纵横梁自重、楼面上下各半层柱、墙体自重以及上下半层楼梯板和平台梁自重。 1)顶层重力荷载代表值6G屋面板恒载 1g6.16 7.65 18=848.23kN 纵向框架梁自重 2g0.5 7.65 = 3.825kN 横向框架梁自重 3g0.896 18 = 16.128kN 柱自重 (加防火板 ) 4g1.72 4.5+0.5 4.5 = 9.99kN 墙自重 5g4.39 7.65 2 + 2.925 (7.65 2+6.9+7.2)-9.1 2-(3.38-0.1) (1.8 2.1+0.9 2) = 120.44kN 6G= 1g+ 72g+ 3g+ 4g/2 4 + 5g/2 = 959.59kN 2)中间层及底层重力荷载代表值1 2 3 4 5G G G G G 楼面横载 1g4 . 3 2 7 . 6 5 1 8 = 5 9 4 . 8 6 4 kN 纵向框架梁自重 2g0.5 7.65 = 3.825kN 横向框架梁自重 3g0.896 18 = 16.128kN 柱自重 (加防火板 ) 4g1.72 4.5+0.5 4.5 = 9.99kN 墙自重 5g4.39 7.65 2 + 2.925 (7.65 2+6.9+7.2)-9.1 2-(3.38-0.1) (1.8 2.1+0.9 2) = 120.44kN 1 2 3 4 5G G G G G =1g+ 72g+ 3g+ 44g+ 5g= 789.168kN 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 18 页 图 2.4 一榀框架重力荷载代表值 (kN ) 2.2.5横向梁线刚度 在框架结构中，通常现浇层的楼板，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效 刚度，减少框架侧移，但是本工程不考虑压型钢板组合楼板和钢梁的组合作用，故在计算梁截面惯性矩时，不进行惯性矩放大。梁柱线刚度计算如 下表 所示： 表 2-1 梁线刚度bi的计算表 类型 层次 cE( 2/N mm) 21 ttbh (mm ) 0I (mm 4 ) l (mm) lIEc /0 ( .Nmm ) 主梁 1 6 2.06 105 500 200 10 16 4.78 108 6000 1.64 109 2.2.6 柱的线刚度计算 柱的线刚度计算结果见 表 2-2 表 2-2 柱线刚度ci的计算表 层 次 /cE ( 2/N mm ) 21 ttbh (mm) 0I (mm4 ) ()ch mm cc hIE /0 ( .Nmm ) 1 2.06 105 400 400 13 21 6.69 108 5500 2 . 7 6 109 3 5 2.06 105 400 400 13 21 6.69 108 4500 3 . 0 6 109 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 19 页 2.2.7横向框架柱侧移刚度 D 值计算 表 2-3 横向中框架柱侧移刚度 D 值计算 层号 柱号 c biik kk25.0； kk2ciDi /( /kN m ) 底层 A 1.08 0.51 2.76 1010 9320 B 1.08 0.51 2.76 1010 9320 C 1.08 0.51 2.76 1010 9320 D 1.08 0.51 2.76 1010 9320 2-6 层 A 1.08 0.35 3.06 1010 6358 B 1.08 0.35 3.06 1010 6358 C 1.08 0.35 3.06 1010 6358 D 1.08 0.35 3.06 1010 6358 表 2-4 边框架柱刚度 D 值计算 层号 柱号 c biik kk25.0； kk2ciDi /( /kN m ) 底层 A 0.54 0.21 2.76 1010 6014 B 0.54 0.21 2.76 1010 6014 C 0.54 0.21 2.76 1010 6014 D 0.54 0.51 2.76 1010 6014 2-6 层 A 0.54 0.21 3.06 1010 3855 B 0.54 0.21 3.06 1010 3855 C 0.54 0.21 3.06 1010 3855 D 0.54 0.21 3.06 1010 3855 底层 1D =边aD+中bD+中cD+边cD= 6014 +9302 + 9302 + 6014 = 30632 m/kN 二到六层 2D =边aD+中bD+中cD+边cD= 3855 + 6358 + 6358 + 3855 = 20426 m/kN 建筑抗震设计规范 GB50011-2001 表 3.4.2-2 规定某层刚度小于相邻上层刚度的70%，或小于向上相邻三层刚度平均值的 80%，即为侧向刚度不规则。易见，这些规定主要是防止上刚下柔建筑。本工程刚度相关计算如下： 1D / 2D =1.5，其余层刚度均大于上层，可不用验算 1D /（ 2D + 3D + 4D ） /3=1.5，其余层亦不用验算 所以本工程侧向刚度规则 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 20 页 表 2-5 框架的侧移验算 层 次 iG( )kN ()GiV kN ()iD kN m ()ium ()Tum 6 959.59 959.59 20426 0.05 0.77 5 789.17 1748.76 20426 0.09 0.72 4 789.17 2537.93 20426 0.12 0.63 3 789.17 3327.10 20426 0.15 0.51 2 789.17 4116.27 20426 0.20 0.36 1 789.17 4905.44 30632 0.16 0.16 则结构基本自振周期 : 1T s0.177.07.07.1 0.25s 2.2.8 底部剪力法计算水平地震作用 抗震第 5.1.2 条规定底部剪力法适用于 高度不超过 40m 、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构 本工程为框架结构，建筑高度 23.3m,以剪切变形为主 关于质量和刚度沿高度分布比较均匀的理解可以参考朱炳寅先生的建筑结构设计规范说明第 5.1.2 条 规则与均匀不同，上下有规律变化为均匀但不一定规则，一般情况下阴根据工程 经验确定，当无可靠工程经验时可按下列原则确定： 质量沿高度分布比较均匀为 任一楼层的质量不小于相邻楼层质量的 70%（顶层除外）或不大于相邻楼层的 30%。 任一楼层的质量不小于相邻三个楼层质量的 80%（顶层除外）或不大于相邻三个楼层的 20%。 本结构可以认作是 质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构 。 故本设计采用底部剪力法计算水平地震作用。 本工程楼板上只有楼梯部分有开洞，开洞面积远小于 30%，且无较大的楼层错层，属于楼板连续。 侧向刚度已在前文求解框架刚度时验算过，属于侧向刚度规则 所有框架柱都是从顶层直伸到基础 ，柱子未变截面，故而无竖向抗侧力构件不连续和楼层抗剪承载力突变的情况 综上，可以认为本结构为平立面规则结构，因而，也不需要按抗震第 3.4.3 条规定进行 水平地震作用 计算的 内力调整 。 采用底部剪力法计算水平地震作用时，将各楼层荷载分层集中于楼面或屋面形成质点，即各楼层可仅可按一个自由度计算。作用于结构底部的水平地震剪力，即结构的总水平地震作用标准值为： qeEk GF 1质点 i 的水平地震作用标准值为： 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 21 页 )1(1nEKnjjjiii FHGHGF （ i =1, 2,， n ） 式中： EKF 结构总水平地震作用标准值； 1 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数，多层钢结构，宜取地震影响系数最大值，查抗震表 5.1.4-1确定； eqG 由于钢结构的基本自振周期大于 0.8s，依据高钢规 4.3.4-3 条规定，结构等效 总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点应取总重力荷载代表值的 80%； iF 质点 i 的水平地震作用标准值； iG、jG 分别为集中质量 i 、 j 的重力荷载代表值，计算见前文重力荷载代表值； iH、jH 分别为质点 i 、 j 的计算高度； 计算各值如下： NGG ieq k5.33 9 2 47.178959.595980.080.0 ）（ 本设计位于徐州地区，抗震设防烈度为 7 度， 设计基本地震加速度值为 0.10g，属于第一组。查抗震表 5.1.4-1 水平地震影响系数最大值 08.0max ，按第一组情况下的类建筑场地，由抗震表 5.1.4-2 查得特征周期值gT=0.35s，（gg TTT 51 ）则由抗震第 5.1.5 条和图 5.1.5 可知： 地震影响系数 1 为： 1 = )(1TTg r 2 max 式中： 结构阻尼比， 抗震 8.2.2 规定： 钢结构 在多遇地震下的阻尼比，对不超过 12 层的钢结构