吉林多层钢框架结构商场钢结构毕业设计计算书

1、钢结构设计计算书设计长春某公司办公楼，工程概况如下：本建筑为长春某商场，位于长春市区。共四层，全部为办公用房，总建筑面积： 6018.48，底层层高5m，其余层均为4.2m。室内外高差0.450m。满足防火要求设四个双跑楼梯、两部扶梯和两部货梯。墙体采用加气混凝土砌块，室内地面采用水泥混凝土地面。屋面为上人屋面。结构形式为钢框架结构体系。设计基准期50年，基本雪压0.35，基本风压：0.55。抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1。地质条件：拟建场地地形平坦，类场地。拟建基础底标高-2.500m，持力层地基承载力特征值：190KN/。第一部分 方案设计概述一、建筑方案概述1. 设计依据总图

2、制图标准GB/T 50103-2001建筑制图标准GB/T 50104-2001民用建筑设计通则JGJ 37-87（试行）办公建筑设计规范JGJ 67-89高层民用建筑设计防火规范GB 5004595(2001年修订版）建筑设计防火规范GBJ16-87(2001版)2设计说明（1）屋面（上人屋面）防水层：SBC120卷材防水；20mm厚1:3水泥沙浆找平层；水泥珍珠岩预制块找坡每立方米20公斤100厚阻炎苯板保温SBC120卷材隔气层1：3水泥砂浆找平层20厚现浇钢筋混凝土楼板（2）楼面： 水泥混凝土楼面（卫生间局部为地砖楼面）120mm厚混凝土板（卫生间局部100mm厚）； （3）门窗详见建

3、筑图门窗表。（4）墙体墙体采用用加气混凝土砌块，外墙墙体均为250厚，外墙面做法详见建筑设计说明；内墙200厚，粉刷石膏抹灰墙面（厕所局部贴面砖防水墙面）。二、结构方案概述1. 设计依据本设计依据以下现行国家规范及规程设计。建筑结构荷载规范(GB50009-2001) 钢结构设计规范（GBJ50017-2003）建筑抗震设计规范(GB50011-2010)2. 结构形式及布置采用钢框架结构，框架梁采用焊接工字形截面，框架柱采用焊接箱型截面。楼板采用现浇钢筋混凝土板；楼梯为现浇钢筋混凝土楼梯；基础采用柱下独立基础，结构布置如下： 结构布置图底层计算高度为5m+0.45m=5.45m，其中0.45

4、m为初估室内地坪至柱脚底板的距离。3. 材料选用所有构件及零件均采用Q345B；楼板混凝土强度等级C30，基础混凝土强度等级C30，钢筋为HRB335级及HPB300。4.主要参数及结构计算方法该建筑抗震设防类别为丙类，地震作用及抗震措施均按设防烈度考虑。具体计算方法如下：采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（D值法）计算水平地震作用下的框架内力；采用弯矩二次分配法，计算竖向荷载作用下框架内力。 结构竖向布置图第二部分 结构布置及截面初选一、计算简图及构件截面初选1. 计算单元 结构计算单元（5轴为框架计算所选榀）2. 结构构件截面初选（1）柱截面按中柱初估：钢框架结构使用功能为公

5、共商场，按每平米8计算竖向荷载，柱的长细比（60120）。轴压力设计值8×6×6×1.3×51872kN；1.3荷载分项系数平均值。取长细比60，计算长度系数=1，按b类截面查得稳定系数0.688，则所需要面积：A考虑弯矩及倾覆压力作用的影响取:（1.31.5）A（1.31.5）×20486.4 13835 mm2所需截面回转半径：iy6000/60100mm。初估箱型柱截面为600x600x20 （2）钢梁截面初估框架梁高6000/156000/20400mm300mm；柱、梁选用见下表： 构件截面参数结构构件初选截面参数 项目截面尺寸构件截

6、面特性重量（kN/m）(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)A()()(mm)(mm)框架柱（箱型）60060020560202618426045867002604586700237.0237.03.642纵向框架梁4002501237610976027018580031281300166.356.60.776横向框架梁4002501237610976027018580031281300166.356.60.776纵向次梁350200123268740816024770016013900147.046.40.582纵向次梁35020012326874081602477001601390014

7、7.046.40.582第三部分 荷载汇集一、屋面均布荷载1恒载 SBC120卷材防水 0.3520mm厚1：3水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40水泥珍珠岩预制块找坡 3.5×0.1=0.35 每立方米20公斤100厚阻炎苯板保温 0.2×0.1=0.021：3水泥砂浆找平层20厚 20×0.02=0.40 120mm厚现浇混凝土结构层（折算厚度） 25×0.10=3.00合 计 4.522. 活载：上人屋面 2.5 雪载 0.35重力荷载代表值计算时取雪荷载。竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑，取二者较大值考虑。二、楼面均

8、布荷载：1恒载： 混凝土抹面面层 0.120mm厚水泥砂浆找平层 20×0.02=0.40120mm厚现浇钢筋混凝土结构层 25×0.1=3.00合 计 3.50（卫生间为地砖楼面，板厚100mm，合计4.0 ） 2.活载： 楼面活荷载 3.5 走廊、楼梯的活荷载 3.5为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取3.5计算。三、构件自重（单个）1. 柱1层 3.642×5.5=20.03 kN2-4层 3.642×4.2=15.23 kN2. 梁框架梁 0.776×6.0=4.66kN次梁 0.582×6.0=3.49kN3.墙体

9、（1）外墙墙体采用用加气混凝土砌块，250厚，仿石涂料墙面 2.5合 计 2.5（2）内墙 墙体采用用加气混凝土砌块，200厚，粉刷石膏抹灰墙面 2.0合 计 2.04. 门窗 木门 0.2塑钢窗 0.3四、重力荷载代表值计算各楼层重力荷载代表值的具体计算过程略，计算结果如下：13249+298=13547kN12717+1221 =13938kN13250+1221=14471kN房屋总重力荷载代表值：55894kN图9.5 重力荷载分布图第四部分 水平地震作用下结构分析（） 横向框架地震作用分析一、地震作用计算1. 层间侧移刚度计算（1）梁线刚度计算钢材的弹性模量N/mm2框架梁线刚度 表

10、9.3层跨度L(mm)截面惯性矩(mm4)边框架中框架=1.2(mm4)（×kN·m）=1.5(mm4)（×kN·m）1460002701858003242229601.11324052787001.3915（2）柱线刚度计算柱的线刚度按式计算 框架柱线刚度 层柱高h(m)轴柱惯性矩(×)轴柱子线刚度（×kN·m）4 4.22604612.77493 4.22604612.77492 4.22604612.77491 5.5260469.7554（3）柱侧移刚度计算一般层：= 首 层：= 框架柱的值 表9.5层柱子类别(m)

11、(×104KN·m)(×104KN·m)(×104 KN/m)(×104 KN/m)24中框架中柱(32根)4.244.52812.77491.74280.59922.98384.014边柱(12根)4.28.34912.77490.34270.35970.3522边框架中柱(12根)4.213.358412.77490.52430.40570.6078边柱(4根)4.22.226412.77490.08730.28130.07011中框架中柱(32根)5.544.5289.75542.28220.64973.23514.3485边柱

12、(12根)5.58.3499.75540.44880.38740.3793边框架中柱(12根)5.513.35849.75540.68650.44160.6615边柱(4根)5.52.22649.75540.11430.29050.07242. 结构自振周期计算将各层重力荷载代表值集中在相应楼层处作为假想水平荷载计算整体框架的顶点位移。考虑非结构构件的影响取。结构自振周期 表9.6层数(kN)(kN)(×104 KN/m)（m）（m）413547135474.0140.08430.9761313938274854.0140.17110.8918213938414234.0140.25

13、790.7207114471558944.34850.46280.4628=1.4973.水平地震作用分析（1）采用底部剪力法计算水平地震作用设防烈度7度，设计基本加速度值为0.1g（第一组），则；类场地，阻尼比；=1.497s55×0.35=1.75。=0.02317（2）结构总水平地震作用:0.0237×0.85×558941126.0kN=1.497s1.4=1.4×0.35=0.49s，需要考虑顶部附加水平地震作用。=0.08+0.07=0.08×1.497 +0.07=0.189顶部附加地震作用213.94kN（3）各层水平地震作用标

14、准值及楼层地震剪力结构所在层楼板的计算高度。楼层地震剪力： (1ij7)楼层地震剪力计算 表9.7层(m)(m)(kN)(KN·m)(kN)(kN)(kN)(kN)44.218.113547245200.70.310803913.19213.94285.66831127.1334.213.913938193738.20.245572225.71251352.84224.29.713938135198.60.17137157.51161510.35415.55.51447179590.50.10088592.726011603.08（4）楼层地震剪力调整按抗震规范规定：各楼层地震剪力（

15、剪力系数）。 . （5）楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算如下表：地震剪力作用下横向框架侧移 表9.9层（m）(KN)(×104 KN/m) (m)44.2 1127.134.0140.02808034.21352.8424.0140.03370324.21510.3544.0140.03762715.51603.084.34850.036865（6）侧移修正1）考虑节点域剪切变形对侧移的修正由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下：由横向框架梁的截面参数可知：梁的腹板平均高度：=376m

16、m梁截面的平均惯性矩：=270185800柱的腹板平均高度度：=560mm柱截面的平均惯性矩：= 2604586700 节点域腹板平均厚度：=16mm=376×560×16×79000=2.6614×=1.3751，需要修正。=(17.5×1.375-1.8×1.3752-10.7)×=11.401修正系数：2）考虑节点柔性的侧移修正规范规定修正幅度一般应控制在5%以内，故取修正系数框架侧移及修正 表9.10层层高（m）44.20.0280801.1080.050.0038190.0189161/11001/30034.20

17、.0337031.1080.050.0042380.0150971/99124.20.0376271.1080.050.0045350.0108591/92615.50.0368651.1080.050.0063230.0063231/949从上表计算可知层间位移角，满足要求。（7）框架的顶点水平侧移框架的顶点水平侧移可分为两部分：由框架梁的弯曲变形产生的侧移和由柱子轴向变形产生的侧移，框架顶端侧移=+。可由值法求的：，的计算如下：将地震作用下折算成倒三角形水平分布荷载，顶端荷载为：= =72.39kN/m（边柱截面沿高度没有变化）参数；=0.006179 m顶点位移：=+=0.026937+

18、0.006179=0.0331 m，满足要求。从以上表计算可知，地震作用下侧移满足要求。（8）框架质心侧移验算规范规定框架顶端侧移不应超过质心侧移的1.3倍，计算如下。1）质心高度=m由于<<m，所以1.3倍的质心位移：1.3=1.3=1.3×0.004535+0.004238×(11.742-9.7)/4.2=0.02473 =0.0331，满足。二、水平地震作用下框架内力计算（采用D值法）取5轴横向框架AC轴计算。1.框架柱的反弯点高度计算反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。标准反弯点高度比。上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数。上层层高变化修正

19、系数。下层层高变化修正系数。根据框架总层数、该柱所在层数和梁柱线刚度比查表得。边柱（中框架）的反弯点高度比 层(m)44.20.34270.4420.0000.0000.0000.44234.20.34270.5000.0000.0000.0000.50024.20.34270.5580.0000.000-0.0500.50815.50.44880.7260.0000.0000.0000.726中柱（中框架）的反弯点高度比 层 (m)44.21.74280.4500.0000.0000.0000.45034.21.74280.5000.0000.0000.0000.50024.21.74280

20、.5000.0000.000-0.0500.45016.02.28220.6450.0000.0000.0000.6452.框架柱端弯矩计算（1）第层第k根柱所受的剪力： =（2）第层第k根柱下端弯矩：（3）第层第k根柱上端弯矩：具体计算过程见下表边柱柱端弯矩 层H(m)(kN/m)(kN/m)(kN)(kN)（）()44.20.66804.014 1127.1322.040.442-51.63-40.9234.20.66804.0141352.84224.450.500-51.35-51.3524.20.66804.0141510.35426.170.508-54.08-55.8115.50

21、.58514.34851603.0831.950.726-52.62-139.11 中柱柱端弯矩 层H(m)(kN/m)(kN/m)(kN)(kN)（）()44.20.66804.014 1127.1337.960.450-87.68-71.7434.20.66804.0141352.84242.120.500-88.45-88.4524.20.66804.0141510.35445.070.450-104.11-85.1815.50.58514.34851603.0840.050.645-85.28-155.033.框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算 根据节点平衡，由柱端弯矩求梁端弯矩。梁端

22、按其线刚度分配。 = =横向框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力 层A轴柱AB跨A轴柱B轴柱BC跨B轴柱()()()()()()()()()()()()46-40.92-51.631.020.3-20.1-7.068.10-71.74-87.680.520.1-20.1-6.85.2436-51.35-51.351.026.9-27.3-9.294.22-88.45-88.450.526.9-26.9-24.27-9.226-55.81-54.081.033.4-32.8-11.2124.78-85.18-104.110.533.1-33.1-29.18-11.216-139.11-52.621.0

23、35.034.3-11.4154.12-155.03-85.280.534.1-34.1-25.83-11.4由于结构连续多跨，计算取前两跨验算。由于本结构的自振周期=1.497s<1.5s，故柱轴力不予修正。4. 地震作用下框架内力图 地震作用下横向框架内力图（左M 右V）第五部分 风荷载计算分析一、风荷载计算1.自然条件基本风压0.55kN/m2（设计基准期50年），地面粗糙度为D类（按高层房屋密集的城市市区计）。2. 风荷载计算由荷载规范可知，作用在建筑物表面的风荷载标准值按下式计算：由于=1.497s0.25s，按荷载规范的要求应考虑结构发生顺风向风振的影响，此处仅考虑第一振型。

24、 0.32×0.55×1.49720.67 kNs2/m2，因此=2.395；房屋高宽比18.1/39.90.454，因此0.4；风荷载作用下各楼层处的水平力按下式计算：=式中：、第i层和第i+1层的层高。房屋的纵向宽度。具体计算如下所示：风振系数计算 层(m)418.12.3950.40.450.811.55313.92.3950.40.330.741.4429.72.3950.40.170.741.2315.52.3950.40.080.741.11风荷载计算 层(m)(kN/m2)(kN/m2)(kN)(kN)迎风面背风面418.11.550.810.8-0.50.5

25、50.90166.11256.32313.91.440.740.8-0.50.550.76151.66408.1129.71.230.740.8-0.50.550.65137.27546.3815.51.110.740.8-0.50.550.59193.91739.36二、风荷载作用下框架内力和侧移计算风荷载作用下框架内力和侧移计算与地震作用下框架内力和侧移计算方法相同，采用D值法。具体计算如下表。1. 侧移验算1）层间侧移计算风荷载作用框架侧移计算如表9.28所示。表中的、分别为考虑节点域剪切变形和节点柔性对侧移影响的修正系数，计算方法同前。风荷载作用框架侧移 表9.28层（m）(kN)(k

26、N/m)(m)(m)(m)44.2256.32401400.0063861.10790.050.004300.02371/9761/30034.2408.11401400.0101671.10790.050.005070.01941/82824.2546.38401400.0136121.10790.050.005730.01441/73415.5739.36434850.0170031.10790.050.008650.00861/694从上表计算可知。2）顶点侧移验算柱子轴向变形产生的侧移计算如下：将风荷载折算成倒三角形水平分布荷载，顶端荷载为：=82.69 kN/m（边柱截面沿高度没有变

27、化）参数=0.001089m顶点位移:=+=0.0306+0.001089=0.0317 m，满足要求。3）质心侧移验算由前述计算可知质心高度=11.742m。由于<<m，所以1.3倍的质心位移：1.3=1.3 =0.0310 =0.0317，满足。2. 风荷载作用下横向框架内力计算风荷载作用下横向框架内力计算方法与地震作用下的内力计算方法相同。边柱的弯矩、剪力 层(m)(kN/m)(kN/m)(kN)(kN)（）()44.20.66804.014256.3224.830.4428.6-3.334.20.66804.014408.1129.260.50014.61.324.20.6

28、6804.014546.3833.030.50812.86.115.50.58514.3485739.3643.700.7269.157.6中柱的弯矩、剪力 层(m)(kN/m)(kN/m)(kN)(kN)(）()4 4.21.15074.014256.3242.770.45016.72.73 4.21.15074.014408.1150.390.50019.77.12 4.21.15074.014546.3856.890.45020.715.81 5.50.73344.3485739.3654.770.64514.360.1框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力 层A轴柱AB跨A轴柱B轴柱BC跨B轴

29、柱()()()()()()()()()()()()46-3.38.618.6-8.1-2.82.82.716.70.58.3-8.3-2.80361.314.6111.3-11.1-3.86.67.119.70.511.3-11.3-3.80266.112.8114.1-14.0-4.611.315.820.70.513.8-13.8-4.601657.69.1115.5-15.1-5.116.3460.114.30.515.0-15.0-5.003. 风荷载作用下框架内力图 风荷载作用下横向框架内力(左M 中V 右N)第六部分 竖向荷载作用下框架结构内力横向框架在竖向荷载作用下的内力分析采用

30、弯矩二次分配法。弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，分配两次传递一次。一、竖向荷载汇集及框架计算简图1. 屋面1）屋面恒荷载计算（标准值）（1）框架梁自重边跨（中跨）梁：=0.776kN/m（2）次梁自重：=0.643 kN/m= 0.582×6.0x0.5=1.75kN=1.75×2=3.5 kN（3）屋面板荷载：屋面板边跨为6×3m，次梁传来的支座反力为框架梁的集中荷载。屋面次梁上恒荷载标准值为：=4.52×3=13.56=13.56×6×0.5=40.68kN=40.68×2=81

31、.36kN（4）横向框架梁所受的恒荷载 均布荷载：=0.776 kN/m由于横向框架梁所受的均布荷载（自重）很小，简化计算折算为集中荷载(下同) ：=0.776×6×0.5=2.245kN横向框架梁所受的集中荷载：=2.245+3.5+81.36=87.13kN2）屋面活荷载（上人屋面）：2.0=2.0×3=6=6×6×0.5=18kN=18×2=36 kN2. 楼面1）楼面恒荷载（标准值） （1）框架梁自重 边跨（中跨）梁：=0.776kN/m（2）次梁自重：=3.50kN（3）楼面板荷载：楼面板为6m×3m，属于单向板，

32、次梁传来的集中荷载为次梁支座反力。=3.5×3=10.5=10.5×6×0.5=32.5kN=32.5=63kN2）楼面活荷（标准值）：=3.5kN/m楼面活荷载标准值为：=3.5×3=10.5=10.5×6×0.5=32.5kN=21×2=63 kN3、框架计算简图: 竖向恒荷载作用下横向框架计算简图 竖向活荷载作用下横向框架计算简图二、竖向荷载作用下横向框架内力分析1、固端弯矩计算集中荷载作用下梁的固端弯矩为：。具体计算见下表。恒载作用下框架梁的固端弯矩 层边 跨中 跨l（m）a（m）P（kN）M（）l（m）a（m）P（

33、kN）M（）46387.13134.816387.13134.8136363113.196363113.1926363113.196363113.1916363113.196363113.19活载作用下框架梁的固端弯矩 层边 跨中 跨l（m）a（m）P（kN）M（）l（m）a（m）P（kN）M（）4633667.76633667.6536363113.196363113.1926363113.196363113.1916363113.196363113.192. 内力分配系数计算：1）转动刚度S及相对转动刚度计算由于所选的计算单元，框架结构对称、荷载也对称，其内力对称，故仅计算半榀框架，具体计

34、算如下表。横向框架梁、柱的转动刚度及相对转动刚度 构件名称转动刚度S（）相对转动刚度框架梁边跨 0.384 中跨 0.192 框架柱顶层边柱0.933 中柱0.933 23层边柱1.000 中柱1.000 底层边柱0.700 中柱0.700 2）分配系数计算：各杆件的弯矩分配系数见下表。横向框架梁、柱的弯矩分配系数 位置节点编号 边节点80.3840.9331.3180.2920.0000.70870.3840.9331.0002.3180.1660.4030.43160.3841.0001.0002.3840.1610.4190.41950.3841.0001.0002.3840.1610.

35、4190.41940.3841.0001.0002.3840.1610.4190.41930.3841.0001.0002.3840.1610.4190.41920.3841.0000.7002.0840.1840.4800.336中间节点160.3840.1920.9331.5100.2550.1270.618150.3840.1920.9331.0002.5100.1530.0770.3720.398140.3840.1921.0001.0002.5760.1490.0750.3880.388130.3840.1921.0001.0002.5760.1490.0750.3880.38812

36、0.3840.1921.0001.0002.5760.1490.0750.3880.388110.3840.1921.0001.0002.5760.1490.0750.3880.388100.3840.1921.0000.7002.2760.1690.0840.4390.3083）恒载作用下的弯矩二次分配上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁0.4190.4190.1610.1490.3880.3880.075-113.19113.19-134.8121.101.6338.6338.6314.847.4219.690.941.884.884.880.94-8.65-8.65-3.322.25-0.34-

37、0.88-0.88-0.1751.0749.66-100.74122.155.636.26-134.040.4190.4190.1610.1490.3880.3880.075-113.19113.19-134.8119.312.4439.3739.3715.137.5619.610.871.734.514.510.87-8.59-8.59-3.302.30-0.34-0.89-0.89-0.1750.1050.40-100.49122.146.065.92-134.120.4190.4190.1610.1490.3880.3880.075-113.19113.19-134.8119.692.2

38、539.2239.2215.077.5322.450.881.764.594.590.88-9.79-9.79-3.762.35-0.35-0.91-0.91-0.1849.1251.88-101.00122.145.946.03-134.110.4800.3360.1840.1690.4390.3080.084-113.19113.19-134.8119.612.3044.9031.4317.258.630.901.814.703.290.90-0.43-0.30-0.1764.0831.13-95.20123.627.003.29-133.9115.711.654）活载作用下的弯矩二次分配上柱下柱左梁右梁上柱下柱左梁0.4190.4190.1610.1490.3880.3880.075-67.7667.76-67.6511.36-0.6923.6523.659.094.5411.73-0.30-0.59-1.54-1.54-0.30-4.80-4.80-1.84-0.750.110.290.290.0630.2230.59