毕业设计--综合楼设计.docVIP

河北工程大学土木工程学院毕业设计说明书 2012年毕业设计说明书河北工程大学西校区理学院综合楼设计方案四（b）专 业 土木工程学 生 徐阿新 指导教师 李清扬 河北工程大学土木工程学院2012年6月8日摘 要本工程为河北工程大学西校区理学院综合楼工程，主体为地上五层，无地下室，抗震设防烈度为7度，场地类别为iii类，抗震设防类别为丙类，采用钢框架-支撑体系，楼屋盖采用压型钢板-钢筋混凝土组合板。本设计主要进行了结构方案中第2轴横向框架的抗震设计、纵向框架支撑的抗震设计。设计的大致步骤：确定柱网布置，梁柱截面初选，荷载汇集及重力荷载代表值的计算,利用顶点位移法求出自振周期，按底部剪力法计算水平地震作用，求出风荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。然后采用弯矩二次分配法计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下结构内力。最后进行内力组合，选取最不利的内力进行框架梁、框架柱、节点以及基础的设计。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计，完成了平台板、梯段板、平台梁等构件的内力计算。本设计充分体现了钢结构的如下几个特点：强度高，重量轻，工期短。在设计过程中我们严格按照结构设计专项规范的要求，参考相关资料和最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑，做到了节约资源，保护环境，技术先进，安全适用，经济合理。 关键词： 组合楼板、钢框架-支撑体系、地震作用、抗震性能、内力组合abstract this engineering is about the faculty building in the west campus of hebei university of engineering school,five layers and no basement. the seismic fortification intensity in this area is 7 degrees, site categories for class iii and aseismatic fortify categories for c class.in this project ,the steel frame - support system is used，corrugated steel sheet - reinforced concrete composite board are used as floor and roof .this structure design is mainly about the horizontal framework and vertical framework -supports aseismic design of the second axis . after the column meshes and section are determined, i calculate the load collection and the representative gravity loads. and then to calcaulate the vibration cycle, the vertices displacement method is used. the bottom shear method is used to calculate the size of the horizontal seismic excitation, and then structural internal force (moment, shear force and axial force)with horizontal loads ,should be worked out .besides , the wind load should be considered to calculate the transverse frameworks internal force in this structure . then i have used the moment quadratic assignment method for the calculation of structural internal force with the action of the vertical load (constant load and live load). finally internal force combination can be worked. we should choose the most unfavorable internal force to design the frame beams and columns, corrugated steel sheet and node and basement. in addition , i also design the indoor stair according to the structure scheme design asking , completing the flat bedplate and ladder section board, platform beam of internal force calculation . this design fully embodies the steel structure of the few following characteristics: high intensity, light weight, short construction period. in the design process we strictly according to the structure design special specification and reference relevant information and the latest national standards for design . comprehensive scientific consideration have been used in each link and do save our resources, protect the environment, its technology is more advanced, safety , applicable and reasonable.keywords: composite floor slab, steel framework - support system, geological process,earthquake resistant capability, internal force combination目录0 绪论11 工程概况12 设计条件22.1 场地情况:22.2 建筑轴线尺寸及层高22.3 材料情况23 设计计算内容33.1 建筑设计33.1.1 总平面图，建筑设计总说明及各部分做法33.1.2 各平面图，立面图，剖面图33.1.3 建筑构造节点详图，墙身剖面图33.1.4 建筑设计说明书33.2 结构设计33.2.1 各层结构布置及剖面详图33.2.2 框架梁柱配筋图33.2.3 楼板配筋图33.2.4 结构设计说明与计算书34毕业设计成果反映的内容44.1 设计说明书部分44.1.1 毕业设计任务与评语44.1.2 毕业设计说明书目录44.1.3 中文摘要44.1.4 英文摘要44.1.5 建筑设计说明书44.1.6 主要技术经济指标44.1.7 参考文献44.2 设计图纸部分45 结构布置及计算简图45.1 计算单元 本设计的结构计算单元和竖向布置如下图所示：45.2 结构构件截面初选55.2.1 柱截面初选55.2.2 钢梁截面初选65.2.3 压型钢板66 重力荷载计算96.1 屋面均布荷载96.1.1 恒载96.1.2 活载106.2 楼面均布荷载106.2.1 恒载106.2.2 活载106.3 构件自重（单个）116.4 重力荷载代表值计算127 横向框架侧移刚度计算138 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算158.1 横向自振周期计算15结构自振周期t的取值见下表。将各层重力荷载代表值集中在相应158.2 水平地震作用分析158.3 水平作用下框架内力计算198.3.1 框架柱的反弯点高度计算198.3.2 框架柱柱端弯矩计算208.3.3 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算218.3.4 地震作用下框架内力图198.4 侧移刚度计算208.4.1 中心支撑杆件的选取208.5 框架结构的纵向侧移刚度228.6 结构的自震周期（纵向）238.7 纵向水平地震作用分析238.7.1 采用底部剪力法计算水平地震作用238.7.2 楼层地震剪力调整248.8 楼层地震剪力作用下结构纵向侧移258.9 支撑内力计算269 竖向荷载作用下框架内力分析下框架内力分析279.1 竖向荷载汇集及框架计算2792 竖向荷载作用下横向框架内力分析2910 风荷载计算分析3910.1 风荷载计算3910.2 风荷载作用下框架内力和侧移计算4111 横向框架的内力组合4511.1 荷载组合4511.2 内力组合4511.2.1 横向框架梁的内力组合4511.2.2 框架柱的内力组合4612 框架结构构件的设计5212.1 组合板设计5212.2 横向框架梁设计5612.3 框架柱设计571. 计算长度系数计算：5712.4 支撑设计6112.5 墙梁设计6113 节点设计6313.1 梁柱的节点域验算6313.2.框架节点设计6413.2.1.梁的拼接节点6413.2.2 梁柱节点6613.2.3 主次梁节点6813.2.4 框架柱拼接节点7013.2.5 柱脚设计7314 基础设计7414.1 基础梁传至基础顶面的荷载7514.2 确定基础底边尺寸7514.3 基底应力验算7514.4 基础抗冲切验算7614.5 基底配筋7615 楼梯设计7915.1 梯梁设计7915.2 踏步设计8015.3 平台板设计8115.4 平台梁设计8215.4.1 荷载及内力计算8215.4.2 截面验算8215.5 梯柱设计8316 雨篷设计8416.1 雨篷板设计8416.2 雨篷梁设计8517 经济技术指标分析8617.1 结构方案分析8617.2 建筑方案分析88鸣 谢89参考文献900 绪论根据设计材料提供的建筑场地的地质条件及所在地区的抗震烈度，确定出拟建建筑物的抗震等级为三级，建筑物的设计过程包括建筑设计和结构设计两部分，我们主要以结构设计为主。建筑设计部分：考虑各种因素对建筑物的影响，采用了能够满足多方面使用要求，又比较经济，合理，美观，适用的方案。在设计过程中，满足了规范对教室的窗地比，隔音，安全出口，消防，节能等要求。结构设计部分：分别从结构体系的选择，结构总体布置，屋盖的结构方案，基础方案的选择及结构计算等多方面进行了论述。结构计算大致分为以下几个步骤：构件布置：按建筑方案中的平，立，剖面设计，确定各构件的截面及布置，绘出结构计算简图并初选梁，柱截面。荷载统计：在选截面的基础上，按从上到下的顺序进行，在荷载的取值按各房间的使用功能及位置查找荷载规范，完成恒载及活载的统计，并求出重力荷载代表值。框架水平地震作用下侧移验算：先算出各构件的侧移刚度，在根据顶点位移法计算结构的自振周期，按底部剪力法求水平地震剪力并考虑了顶点附加水平地震作用。横向框架内力分析：分析了横向框架在水平地震剪力和竖向荷载作用下的内力，用弯矩二次分配法计算梁端，柱端弯矩，剪力。内力组合；对风荷载及地震作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利内力组合，作为对框架梁，柱进行截面设计，和配筋计算的依据。基础设计：采用钢筋混凝土柱下条形基础进行设计设计成果：平面图两张，立面，及剖面各一张，楼梯剖面图，楼梯配筋图，楼梯详图各一张，楼、屋盖的结构布置，配筋图各一张，墙身大样图一张，建筑总说明及结构总说明等。计算机应用：使用了auto cad，pkpm软件及excl表格制作和word进行了排版设计。在设计过程中我们严格按照现行建筑设计规范和现行结构设计规范进行设计，并取一榀框架进行内力计算，绘制建筑施工图和结构施工图，在设计的过程中我们还参考了有关的教材和图集，房建、混凝土结构、钢结构、抗震等，但是由于我们的水平有限和经验的缺乏，以及材料的不足，还有许多不合理之处，希望各位老师提出批评指正。1 工程概况1.1河北工程大学根据发展需要，决定在学校西侧征地建设理学院，总建筑面积四万余平方米。 1.2北综合楼为理学院的集实验教学科研于一体的综合性建筑，建筑面积为。地上五层，施工图设计以规划局批准的总图为准，总建筑面积上下浮动范围不超过1。1.3北综合楼的功能分为物理实验室，化学实验室，办公室，会议室。1.4楼梯卫生间的设置以相关国标规范为准。2 设计条件2.1 场地情况:该建筑位于学院西侧电力小区与开元小区之间，交通便利，地形平坦，详见总图。地势情况简介如下。耕 土：厚度0.3-1.5m粉 土：层厚3.3-4.6m,fak=110kpa,es=8.0mpa粉 土：层厚0.6-2.7m粉质粘土：层厚8.3-10.4m基本风压：0.35kn/，地面粗糙度为c类。基本雪压：0.30kn/ 标准冻深：0.50m地下水位：地下水的稳定水位为自然地面以下4.0-4.5m地震设防列度：7度，设计基本地震加速度0.15g，建筑的场地土类别为类。2.2 建筑轴线尺寸及层高层高：首层4.2m，其它各层3.3m平面：走廊1.0m，室内外高差1.5m装饰要求：（1） 内外墙采用mu10加气混凝土砌块,m10水泥砂浆。（2） 走廊 会议室 教室 计算机房顶用吸音板吊顶并满足声光要求。（3） 楼梯采用花岗石，扶手用不锈钢。 （4） 卫生间地面采用防水做法，楼、地面、墙面用瓷砖 2.3 材料情况：2 混凝土：c15-c35。钢 筋： 采用hpb235和 hrb335。砌 体： 填充墙采用加气混凝土、砂浆采用m5、m10。基本材料结合当地实际情况预制构件、配件采用本地生产的标准件。3 设计计算内容全部毕业设计内容包括建筑设计部分和结构设计部分，以结构设计部分为重点，具体要求如下：3.1 建筑设计 3.1.1 总平面图，建筑设计总说明及各部分做法3.1.2 各平面图，立面图，剖面图3.1.3 建筑构造节点详图，墙身剖面图3.1.4 建筑设计说明书内容包括： 设计任务简介，建筑方案设计。 平，立，剖面设计的说明，柱网尺寸的确定。 装修等材料及各部分做法说明。 主要建筑节点的构造。 门窗明细表。技术经济分析。引用的规范，图集。3.2 结构设计3.2.1 各层结构布置及剖面详图3.2.2 框架梁柱配筋图3.2.3 楼板配筋图3.2.4 结构设计说明与计算书内容包括： 结构方案的确定 框架内力计算分析及抗震设计计算 框架梁柱的配筋计算 引用的规范，图集。4毕业设计成果反映的内容4.1 设计说明书部分4.1.1 毕业设计任务与评语4.1.2 毕业设计说明书目录4.1.3 中文摘要4.1.4 英文摘要4.1.5 建筑设计说明书4.1.6 主要技术经济指标4.1.7 参考文献4.2 设计图纸部分 设计图纸包括建筑施工图和结构施工图。根据各小组的分工以及以上要求绘画至少6张a1图5 结构布置及计算简图5.1 计算单元 本设计的结构计算单元和竖向布置如下图所示： 图5-1结构竖向布置图5.2 结构构件截面初选5.2.1 柱截面初选钢框架支撑结构每平米58kn计算竖向荷载，此处取7kn。柱的长细比轴压力设计值n=(3.3+3.3)671.37kn= 2522.52kn(1.3为荷载分项系数平均值）。取长细比=80（按最小刚度y轴考虑）。计算长度系数（设有侧向支撑）按b类截面查得稳定系数则所需要面积 。 考虑弯矩及倾覆压力作用的的影响取（1.31.5）a=(1.31.5)1617.3=21029.224264.5.所需截面回转半径为600080=75.0。5.2.2 钢梁截面初选 纵向框架梁高：两边跨： =400300mm中间跨： =400300mm横向框架梁高： 两边跨： =400300mm中间跨： =200150mm5.2.3 压型钢板压型钢板采用yx-75-230690.板厚1.0mm，有效截面惯性矩=， 有效截面抵抗矩 自重。柱： ,需要截面积为：试选截面尺寸:hm500*300*11*18 a=164.4cm2 理论重量：129kg/m 梁： 主梁跨度7.8 m，次梁跨度6.0m平台板为预制钢筋砼板，平台永久荷载（包括铺板重量）为.荷载分项系数为1.2，可变荷载为.钢材q235-b跨中最大矩： 截面适用,其截面特性为： , 腹板厚度 自重为 0.6756 考虑自重后最大弯矩为最大剪力为：抗弯强度验算剪应力验算支座处局部压应力验算支座反应力118.4kn 假定支承长度 a=15cm 由型钢表局部压应力为：主梁次梁传来的集中荷载由表（2-2，p16）查的由附表2.6查的h型钢为hm600*300*12*17供给截面特性为经试算柱、梁截面尺寸见下表：项目截面尺寸构件截面特性重量框架柱5004502245612261841242413342221.811.32.042横向框架梁5002601447281105620010410321.36.090.862纵向框架梁4502401442281009636957322719.15.650.787横（纵）向次梁400240103808784021914230516.75.420.612表5-1梁柱截面尺寸6 重力荷载计算(以轴为计算单元) 6.1 屋面均布荷载 6.1.1 恒载 app改性沥青防水 0.3520mm厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.4100mm厚水泥珍珠盐保温层 3.50.1=0.35焦渣找破（最薄处30，最后150） 100.14=1.40100厚现浇混凝土结构层（折算厚度） 250.10=2.501.2mm厚压型钢板 0.15 轻钢龙骨吊顶 0.12合计 5.276.1.2 活载 不上人屋面 0.5雪载 0.3重力荷载代表值计算时屋面可变荷载取雪荷载，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。6.2 楼面均布荷载6.2.1 恒载 单位大理石面层 0.6520厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4100mm现浇钢筋混凝土结构层 250.1=2.51mm厚压型钢板 0.15轻钢龙骨吊顶 0.12合计： 3.736.2.2 活载 楼面活荷载 2.0走廊，楼梯的活荷载 2.5为了简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取2.56.3 构件自重（单个）1.柱 1层： 2-5层： 2.梁 横向框架梁： 纵向框架梁： 横向次梁： 纵向次梁： 3.墙体外墙：250厚加气混凝土砌块 5.50.25=1.375 内墙：200厚加气混凝土砌块 5.50.20=1.14.门窗 木门： 0.2 塑钢窗： 0.35. 梁柱防火及装饰涂料 0.5 图6-1结构计算简图 图6-2重力荷载分布图 6.4 重力荷载代表值计算作用于屋面梁及各层楼面梁处的重力荷载代表值为： 屋面梁： 楼面梁： 其中结构和构件自重取楼面上下1/2层高范围内的结构和构件自重（屋面梁处取顶层的一半计算）。 房屋总重力荷载代表值： 9762.7145+9310.4998+9310.4998+9310.4998+10770.3433=48464.5572 kn7 横向框架侧移刚度计算（1） 梁线刚度计算 钢材得弹性模量。表7-1框架梁线刚度层跨度l/mm截面惯性矩边框架中框架1-560005000983256001179902.0604751474882.5755（2） 柱线刚度计算 柱得线刚度按式计算表7-2框架柱线刚度层a，d轴柱惯性矩a，d轴柱子线刚度b，c轴柱惯性矩b，c轴柱子线刚度53.31.24247.5571.24247.55743.31.24247.5571.24247.55733.31.24247.5571.24247.55723.31.24247.5571.24247.55716.01.24244.26561.24244.2656（3）柱侧移刚度计算 计算见图如下： 图7-1柱侧移刚度计算简图一般层： 底 层： 表7-3框架柱的d值层柱 子类 别2、3、4、5中框架中柱(24)3.316.17267.75571.04260.34272.8537127.7828边柱(24)3.35.157.75570.33200.14241.2170边框架中柱(4)3.312.36247.75570.79700.28532.4382边柱(4)3.34.12087.75570.26570.11731.01261中框架中柱(24)6.08.08634.26561.89570.61490.874346.8016边柱(24)6.02.57554.26560.60380.42390.6027边框架中柱(4)6.06.181224.26561.44910.56510.8034边柱(4)6.02.06044.26560.48300.39590.5629注：与楼梯相邻处得框架梁应按边框架计算，此处略简8 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算8.1 横向自振周期计算结构自振周期t的取值见下表。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0.9.表8-1结构自振周期t层数gi5 10770.343310770.3433127.78280.0084290499820080.8431127.78280.0157150499829391.3429127.78280.0230010499838701.8427127.78280.0302870.1338419762.714548464.557246.80160.1035530.1035538.2 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，设计基本加速度植为0.15g（第一组），则，建筑物的场地类别为类，抗震设防类别为丙类，抗震等级四级，结构安全等级二级，。(2) 结构总水平地震作用： 故需要考虑顶部附加水平地震作用。 顶部附加地震作用 （3）各层水平地震作用标准值及楼层剪力：第个i质点的计算高度 楼层地震剪力： 表8-2楼层地震剪力计算层/m/m/kn/kn53.619.210770.24206790.530.33501966.82130.00826.46826.4643.615.99310.50148036.950.2398-591.601418.0633.612.69310.50117312.300.1900-468.741886.823.69.39310.5086587.650.1403-346.132232.9316.06.09762.7158576.260.0949-234.122467.05(4) 楼层地震剪力调整 按抗震规范规定：各楼层地震剪力，剪力系数，具体计算结果见下表：表8-3楼层地震剪力调整层备注5826.4610770.2410770.3433172.3254满足41418.069310.5020080.8431321.293531886.89310.5029391.3429470.261522232.939310.5038701.8427619.229512467.059762.7148464.5572775.4329 由以上计算结果可知各楼层剪力均满足要求。（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，计算见下表：表8-4地震剪力作用下横向框架侧移层53.3826.46127.78280.0006543.31418.06127.78280.0011133.31886.8127.78280.00147723.32232.93127.78280.00174716.02467.0546.80160.005271（6）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： 柱截面的平均惯性矩： 柱的腹板平均高度： 节点域腹板平均厚度： 柱截面的平均惯性矩： ，需要修正 修正系数 表8-5框架侧移及修正层53.30.000651.10790.00070.011243.30.001111.10790.00120.010533.30.0014771.10790.00160.009323.30.0017471.10790.00190.007716.00.0052711.10790.00580.00580.00097从表计算可知层间位移角，满足要求，层间剪力分布如图所示： 图8-1 楼层地震剪力分布图8.3 水平作用下框架内力计算（采用d值法）取轴框架计算8.3.1 框架柱的反弯点高度计算计算结果见下表:表8-6边柱（边框架a、d轴柱）的反弯点高度比53.30.33200.220.0000.0000.0000.2243.30.33200.350.0000.0000.0000.3533.30.33200.450.0000.0000.0000.4523.30.33200.550.0000.000-0.1000.4516.00.60380.830.000-0.050.0000.78表8-7中柱（框架b、c轴柱）边的反弯点高度比53.31.04260.350.0000.0000.0000.3543.31.04260.450.0000.0000.0000.4533.31.04260.500.0000.0000.0000.5023.31.04260.500.0000.000-0.050.4516.01.89570.610.0000.0000.0000.61 8.3.2 框架柱柱端弯矩计算a) 第i层第根柱所受的剪力： b) 第i层第k根柱下端弯矩： c) 第i层第k根柱上端弯矩： 具体计算过程见下表：表8-8边柱（a、d轴）柱端弯矩层53.31.2176127.7828826.467.870.22-5.71-20.2643.31.2176127.78281418.0613.470.35-15.56-28.8933.31.2176127.78281886.817.920.45-26.62-32.5223.31.2176127.78282232.9321.210.45-31.50-38.4916.00.602746.80162467.0531.770.78-148.68-40.62表8-9中柱（b、c轴）柱端弯矩层53.32.8537127.7828826.4618.460.35-21.32-39.6043.32.8537127.78281418.0631.670.45-47.03-57.4833.32.8537127.78281886.842.080.50-69.42-69.4223.32.8537127.78282232.9349.790.45-73.94-90.3716.02.8537127.78282467.0555.020.61-201.36-128.758.3.3 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算根据节点平衡，由柱端弯矩求两端弯矩。两端按其线刚度分配。 - 21 -表8-10横向框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力层la轴柱ab跨a轴b轴柱bc跨b轴柱56-18.8-34.871.034.8727.85-8.04-8.043-25.2-43.850.36516.016.0-11.853.8146-36.2-54.221.072.9956.56-11.29-19.333-52.26-63.870.36532.532.5-24.116.6236-53.9-65.871.0102.0282.14-23.61-42.943-77.09-77.090.36547.247.2-35.028.0126-63.5-77.641.0131.54112.4-31.27-74.213-81.79-99.970.36564.664.6-47.8544.616-158.5-93.11.0156.62119.4-35.4-109.613-184.79-106.220.36568.6268.62-50.8360.03由于本结构的自振周期故柱轴力不予修正。- 90 -图8-2地震作用下横向框架内力图8.3.4 地震作用下框架内力图 横向内力图如图8-2所示 8.4 侧移刚度计算 支撑布置在a轴和d轴框架各一道。每道支撑的竖向布置如下图。 图8-3支撑竖向布置图8.4.1 中心支撑杆件的选取本设计中心支撑杆件采用h型钢截面，按拉杆设计。设防烈度7度时，要求支撑杆件的长细比中心支撑杆件的计算长度：按拉杆设计时，支撑平面内取端节点中心到支撑交叉点的距离，支撑平面外取。表8-11中心支撑杆件截面参数层规格重量面积回转半径支撑杆件长度550.564.288.614.99 684779.5368.61450.564.288.614.99684779.5368.61350.564.288.614.99684779.5368.61250.564.288.614.99684779.5368.61150.564.288.614.99848598.5585.02中心支撑（x型）的等效侧移刚度-支撑杆件的弹性模量和界面面积-支撑的水平倾角 -框架柱轴线距离 图8-4支撑尺寸图表8-12中心支撑（x型）的等效侧移刚度层564.282.066.00.87614.836118.688464.282.066.00.87614.836118.688364.282.066.00.87614.836118.688264.282.066.00.87614.836118.688164.282.066.00.7077.80362.4218注：纵向框架的水平地震作用下结构分析计算略。8.5 框架结构的纵向侧移刚度本设计纵向框架梁与柱按刚结考虑，框架纵向侧移刚度计算方法同前，具体计算见表13、表14。表8-13 框架结构的纵向侧移刚度层柱子类别h/mkb/(104knm)kc/(104knm)kadkj,ij/(104knm)dkj/104knm25中框架中柱（20根）3.37.612.091.82 0.481.11 65.76边柱（4根）3.33.812.090.91 0.31 0.71 边框架中柱（20根）3.36.092.091.460.420.97边柱（4根）3.33.052.090.73 0.27 0.62 1中框架中柱（