钢结构毕业设计计算书.docx

钢结构毕业设计工程概括本建筑为昆明某公司办公楼，位于昆明市区。共六层，全部为办公用房，总建筑面积：7160.4，占地面积：3400，每层层高4.2m。室内外高差0.600m。结构形式为钢结构框架支撑体系，设计基准期为50年，雪荷载为0.30 ，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2。地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m以下，无冰冻深度，土质分布为沙砾分布均匀平坦，类场地。 建筑地层一览表 表9.1 序号岩土分类土层深度(m)厚度范围(m)地基土承载力(kpa)桩端阻力(kpa)桩周摩擦力(kpa)1杂填土0.00.50.52粉土0.51.51.0120103中砂1.52.51.0200254砾砂2.5-6.54.03002400305圆砾6.5-12.56.0500350060注：地下稳定水位距地表-9m，表中给定土层深度由自然地坪算起。设计依据本设计依据以下现行国家规范及规程设计总图制图标准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)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(gb50011-2001)高层民用建筑钢结构技术规程jgj 99-98第一部分:结构布置采用钢框架-支撑结构。纵向设置十字交叉柔性支撑两道，支撑杆件用双角钢截面，焊缝连接。框架梁、柱均采用焊接工字形截面。楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构；楼梯为钢楼梯；基础采用柱下独立基础，结构布置如下：1.1、横向结构布置底层计算高度为4.5m+1.5m=6.0m，其中1.5m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q235b；组合楼板混凝土强度等级c20，基础混凝土强度等级c25，钢筋为hrb335级及hpb235。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。1.2、竖向结构布置 第二部分:结构截面的选取2.1 柱截面初估 钢框架支撑结构按每平米58计算竖向荷载，此处取6，柱的长细比（60120）。轴压力设计值（3.3+3）8.461.372889.4kn；1.3荷载分项系数平均值。取长细比80 (按较小刚度y轴考虑)，计算长度系数=1（设有侧向支撑），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 =2663230730 mm2所需截面回转半径：iy6000/8075mm。 2.2钢梁截面初估纵向框架梁高9600/129600/15800mm640mm；横向框架梁高=6300/126300/15=525mm440mm；2.3压型钢板：yx70200600（v200），板厚1mm，有效截面惯性矩100.64cm4/m,有效截面抵抗矩27.37cm3/m，一个波距宽度内截面面积 =321.42，自重0.15。2.4 柱、梁选用见下表：图9.4 构件截面参数结构构件初选截面参数 表9.2项目截面尺寸构件截面特性(mm)(mm)t1(mm)t2(mm)a()()(mm)(mm)重量kn/mwxmm3框架柱4924651520257951155590000211.7114202.54698000纵向框架梁7003001324231541641010000289.268.3181.85532000横向框架梁600200111713171737490000236.641.5103.42458000横向次梁4002008138337227750000165.345.665.41139000第三部分：刚度计算（抗侧刚度）3.1梁线刚度计算钢材的弹性模量n/mm2框架梁线刚度 表9.3层跨度l(mm)截面惯性矩(mm4)边框架中框架=1.2(mm4)（knm）=1.5(mm4)（knm）166300737490000 884988000 2.8163000737490000 11062350007.5963.2柱线刚度计算柱的线刚度按式计算框架柱线刚度 表9.4层柱高h(m)a,d轴柱惯性矩()a,d轴柱子线刚度（knm）b,c柱轴惯性矩()b b,c轴柱子线刚度（knm）6 4.21.155595.671.155595.675 4.21.155595.671.155595.674 4.21.155595.671.155595.673 4.21.155595.671.155595.672 4.21.155595.671.155595.671 6.01.155593.971.155593.973.3柱侧移刚度计算一般层：= 首 层：= 柱的抗侧刚度层数柱编号icknmk a dknmdknm2-6a、d5.670.4940.1981260075260b、c5.671.8340.478261231a、d3.970.7050.445893369440b、c3.972.6190.67515829第四部分：荷载作用4.1、屋面均布荷载4.1.1恒载 保护层：涂料或颗粒 防水层：4mm厚高聚物沥青防水卷材 0.92 kn/m找平层：1:3水泥砂浆 保温层：100mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板 0.1 20=2 kn/m 找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩找坡2% 结构：压型钢板砼组合板（110mm厚） 0.1125=2.75kn/m1mm厚压型钢板 0.15 kn/mv型轻钢龙骨吊顶 0.12 kn/m合计： 5.92 kn/m4.1.2. 活载屋面不上人 0.5 kn/m雪荷载： 0.3 kn/m活载取0.5 kn/m4.2、楼面均布荷载4.2.1.恒载20mm厚大理石板铺实拍平 1.16 kn/m30mm厚1:4干硬性水泥砂浆压型钢板砼组合板（110mm厚） 0.1125=2.75kn/m1mm厚压型钢板 0.15 kn/mv型轻钢龙骨吊顶 0.12 kn/m合计： 4.18 kn/m4.2.2. 活载楼面 2.0 kn/m走廊、门厅 2.5 kn/m活载取 2.5 kn/m内墙做法200mm厚陶粒空心砖砌块 0.25=1 kn/m刷建筑胶素水泥一遍，配合比为建筑胶15mm厚1:1：6水泥石灰砂浆，两次 0.015202=0.6 kn/m5mm厚1:0.5:3水泥石灰砂浆 0.12=0.2 kn/m 合计： 1.8 kn/m 外墙做法：300mm厚陶粒空心砖砌块 0.35=1.5 kn/m刷建筑胶素水泥一遍，配合比为建筑胶15mm厚2:1：8水泥石灰砂浆，两次 0.015202=0.6 kn/m5mm厚1:2.5水泥石灰砂浆 0.12=0.2 kn/m 合计： 2.3kn/m 柱：单个4924651层： 202.59.8/10004.8=9.53 kn/m2-6层： 202.59.8/10004.2=8.33kn/m梁：纵向框架梁： 181.89.8/10009.6=17.11 kn/m横向框架梁： 103.4.89.8/10006.3=11.22 kn/m横向框架次梁： 65.49.8/10006.3=4.04 kn/m门：0.2 kn/m 窗： 0.3 kn/m4.3.重力荷载代表值柱：8.3340=333.2 kn/m 9.5340=381.2 kn/m梁：11.2218+17.1116+4.0416=379.4 kn/m外墙：（15.76+76.8）24.24.3=1785.2 kn/m内墙：（6.37.52+76.84）4.218=3036.8kn/m楼面：4.1876.515.6=5008 kn/m屋面：5.9476.515.6=7088.796 kn/m各层承重：1层恒载：5008+3036.8+1785.2+379.4+381.2=10590.6 kn/m2-5层恒载：5888+3036.8+333.2+379.4+1785.2=10542.6 kn/m6层恒载：7088.796+379.4+333.2/2+1785.2/2+3036./2=10073.6 kn/m总重：g1=10590.6+0.52.5376.8=10878.6 kn/mg2=g3=g4=g5=10542.6+0.52.5376.8=10830.6 kn/mg6=10073.6+0.52.5376.8=10361.6 kn/m重力荷载代表值如下图;4.4.地震作用：4.4.1. 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）610361.610361.675.260.010.224510830.621192.275.260.0210.214410830.632022.875.260.0320.193310830.642853.475.260.0420.161210830.65368475.260.0530.118110878.664562.669.730.0650.065=0.7254.4.2.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8度，设计基本加速度值为0.2g（第二组），则；类场地，阻尼比；=0.725s550.45=2.25。=0.1043（2）结构总水平地震作用:0.10430.8564562.65723.8kn=0.725s1.4=1.40.45=0.63s，需要考虑顶部附加水平地震作用。=0.08+0.07=0.080.725+0.07=0.128顶部附加地震作用732.6kn（3）各层水平地震作用标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)gihi=1062020.52kn/m2楼层地震剪力计算 表9.7层(m)(m)(kn)(knm)(kn)(kn)(kn)(kn)64.22710361.6299763.20.26349917321312.62044.654.222.810830.6246937.680.23311633207.644.218.610830.6203615.280.192958.3416634.214.410830.6155960.640.147733.7490024.210.210830.6110472.120.104519542016610878.665271.60.06130457244.4.3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，具体计算如下表所示：楼层地震剪力调整 表9.8层(kn)(kn)(kn)(kn)备注62044.610361.610361.6165.8满足53207.610830.621192.2339满足4416610830.632022.8512.4满足3490010830.642853.4685.7满足2542010830.653684858.9满足1572410878.664514.61032.2满足由以上计算可知各楼层地震剪力均满足要求。4.4.4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)64.22044.675.260.00204354.23207.675.260.00320544.2416675.260.00416334.2490075.260.00489624.2542075.260.00541616.0572469.60.0065244.4.5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：梁的腹板平均高度度：=472mm梁截面的平均惯性矩：=750147488柱的腹板平均高度度：=456mm柱截面的平均惯性矩：= 1242416352 节点域腹板平均厚度：=14mm=4564721479000=2.3805=1.3751，需要修正。=(17.51.375-1.81.3752-10.7)=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）64.20.0020431.1080.050.0023660.0303951/16061/30054.20.0032051.1080.050.0037110.0280291/128144.20.0041631.1080.050.0048210.0243181/110034.20.0048961.1080.050.0056700.0194971/99124.20.0054161.1080.050.0062720.0138271/92616.00.0065241.1080.050.0075540.0075541/949从上表计算可知层间位移角，满足要求。4.4.6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：= =401kn/m（边柱截面沿高度没有变化）参数；=0.006395 m顶点位移：=+=0.030395+0.006395=0.034345m，满足要求。从以上表计算可知，地震作用下侧移满足要求。4.4.7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=16.46mm，所以1.3倍的质心位移：1.3=1.3=1.30.019497+0.0048212.06/18.4=0.026 =0.034345，满足。地震作用下的层间剪力4.5、水平地震作用下框架内力计算（采用d值法）取轴横向框架计算。4.5.1.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a柱、d轴柱）的反弯点高度比 表9.11层(m)64.20.1950.050.0000.0000.0000.0554.20.1950.250.0000.0000.0000.2544.20.1950.350.0000.0000.0000.3534.20.1950.450.0000.0000.0000.4524.20.1950.650.0000.000-0.0500.616.00.2270.8450.0000.0000.0000.845中柱（中框架b柱、c轴柱）的反弯点高度比 表9.12层 (m)64.20.6020.300.0000.0000.0000.354.20.6020.400.0000.0000.0000.444.20.6020.4500.0000.0000.0000.45034.20.6020.450.0000.0000.0000.4524.20.6020.5000.0000.000-0.0500.516.00.8570.650.0000.0000.0000.64.5.2.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（a、d轴）柱端弯矩 表9.13层h(m)(kn/m)(kn/m)(kn)(kn)（）()64.21.277.532044.631.60.05-126.08-6.63654.21.277.533207.649.60.25-156.24-52.0844.21.277.53416654.40.35-175081-94.6734.21.277.53490065.70.45-174.87-14324.21.277.53542073.70.6-140.62-190.7616.01.569.6572481.70.845-40.97-300.48中柱（b、c轴）柱端弯矩 表9.14层h(m)(kn/m)(kn/m)(kn)(kn)（）()64.22.677.532044.668.60.3-65.48-43.6554.22.677.533207.61070.40-75.25-61.5744.22.677.5341661370.450-87.68-71.7434.22.677.5349001610.45-88.45-88.4524.22.677.5354201780.50-104.11-85.1816.01.869.657241470.65-85.28-155.034.5.3.框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算 根据节点平衡，由柱端弯矩求梁端弯矩。梁端按其线刚度分配。 = =横向框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力 表9.15层a轴柱ab跨a轴柱lb轴柱bc跨b轴柱()()()()()()v()()()()()()v66.3-6.636-1261.012665.14-30.3430.34-31.583-86.4-201.680.323136.54136.54-91.0274.7-68.5956.3-52.08-156.241.0162.87115-44.174.44-49.63-179-269.640.323114.97114.97-76.53148.57-148.5746.3-94.67-175.81.0227.89159.89-61.55136-64.43-258-83160.323159.8159.8-106.53205.79-205.7936.3-143-174.81.0269.53194.45-73.65209.65-75.623-304-3440.323194.45194.45-129.67256.43-256.4326.3-190.76-140.621.0283.6212.21-78.7288.35-78.903-353-3530.323212.2212.2-141.47291.02-291.0216.3-300.48-40.971.0231.74223.52-72.26360.61-56.913-339-3390.323223.52223.52-149.01317.06-317.06由于结构对称，故cd跨框架梁与ab跨相同；c、d轴框架柱内力分别与a、b轴框架柱内力相同。由于本结构的自振周期=1.397s1.5s，故柱轴力不予修正。45.4. 地震作用下框架内力图第五部分内力计算横向框架在竖向荷载作用下的内力分析采用弯矩二次分配法。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5.1、竖向荷载汇集及框架计算简图5.1.1.屋面：屋面g=5.94 kn/m，q=0.5 kn/m在三角形荷载作用下，pe=0.625 p， g=p*l0112=5.942.4=14.256 kn/m peg=58 g=8.91 kn/mq=q l0112=1.2 kn/m peq=58 q=0.75 kn/m 在梯形荷载作用下，1=l01l02=0.381peg=(1-212+13) g=10.9 kn/mpeq=(1-212+13) q=0.92 kn/m板传到横向次梁：pg1=10.92=21.8 kn/m pq1=0.922=1.94 kn/m横向次梁传到纵向梁：pg2=（21.8+0.64）6.3/2=70.686 kn/m pq2=1.846.3/2=5.796 kn/m走廊传到纵向梁：pg3=5.941.5=8.91 kn/m pq3=0.51.5=0.75 kn/m纵向梁传到横梁;中跨p=（8.91+1.78+8.9）9.6+ pg2=258.85 kn/m q=(0.75+0.75) 9.6+ pq2=20.196 kn/m 边跨：p=（8.91+1.789.6+ pg2=173.31 kn/m q=0.759.6+ pq2=20.196 kn/m 5.1.2.楼面： g=4.18 kn/m，q=2.5 kn/m在三角形荷载作用下，pe=0.625 p，g=p*l0112=4.182.4=10.032 kn/m peg=58 g=6.24 kn/mq=q l0112=6 kn/m peq=58 q=3.75 kn/m在梯形荷载作用下，1=l01l02=0.381peg=(1-212+13) g=7.67 kn/mpeq=(1-212+13) q=4.6 kn/m板传到横向次梁：pg1=7.672=15.34 kn/m pq1=4.62=9.2 kn/m横向次梁传到纵向梁：pg2=（15.34+0.64）6.3/2=50.34 kn/m pq2=9.26.3/2=28.98 kn/m走廊传到纵向梁：pg3=4.181.5=6.27 kn/m pq3=2.51.5=0.75 kn/m纵向梁传到横梁：中跨p=（6.27+1.78+6.27）9.6+ pg2=187.81 kn/m q=(3.75+3.75) 9.6+ pq2=100.98 kn/m 边跨：p=（6.27+1.78）9.6+ pg2=127.62 kn/m q=3.759.6+ pq2=64.98 kn/m 5.1.3、框架计算简图:5.2、竖向荷载作用下横向框架内力分析5.2.1、固端弯矩计算图5.3 横向框架梁计算简图如上图所示集中荷载作用下梁的固端弯矩为：，=。具体计算见下表。框架梁自重及墙体板的固端弯矩表5.1层边 跨（ab,cd）中 跨(bc,)l（m）q（kn）m（）l（m）q（kn）m（）66.311.63438.483.08.2946.2256.319.2 63.53.08.2945.2246.319.263.53.08.2946.2236.319.263.53.08.2946.2226.319.263.53.08.2946.2216.319.263.53.08.2946.22 恒载作用下框架梁自重的固端弯矩（m=p*l） 层边 跨（ab,cd）中 跨(bc)l（m）p（kn）m（）l（m）p（kn）m（）60.15173.31260.15258.8538.8350.15127.62 19.140.15187.8128.1740.15127.6219.140.15187.8128.1730.15127.6219.140.15187.8128.1720.15127.6219.140.15187.8128.1710.15127.6219.140.15187.8128.17 活载作用下框架梁的固端弯矩 (，= ) 层边 跨（ab,cd）中 跨(bc)l（m）p（kn）m（）l（m）p（kn）m（）60.15131.950.1520.13.01550.1564.98 9.7470.15100.9815.14740.1564.989.7470.15100.9815.14730.1564.989.7470.15100.9815.14720.1564.989.7470.15100.9815.14710.1564.989.7470.15100.9815.1475.2.2. 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，具体计算如下表。横向框架梁、柱的转动刚度及相对转动刚度 表9.34构件名称转动刚度s（）相对转动刚度框架梁边跨 0.185中跨 0.204 框架柱顶层边柱1.000 中柱1.00025层边柱1.000 中柱1.000 底层边柱0.702中柱0.702 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 表9.35位置节点编号 边节点80.1851.0001.1850.1560.84460.1851.0001.0002.1850.0850.45750.457550.1851.0001.0002.1850.0850.45750.457540.1851.0001.0002.1850.0850.45750.457530.1851.0001.0002.1850.0850.45750.457520.1851.0000.7021.8870.0980.5300.372中间节点160.1850.2041.0001.3890.1330.1470.720140.1850.2041.0001.0002.2890.0770.0850.4190.419130.1850.2041.0001.0002.2890.0770.0850.4190.419120.1850.2041.0001.0002.2890.0770.0850.4190.419110.1850.2041.0001.0002.2890.0770.0850.4190.419100.1850.2041.0000.7022.0910.0890.0980.4780.3355.2.3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0.0000.8440.1560.1330.0000.7290.147-64.4864.88-45.0554.4210.0622.592.545-1.625-3.25-17.82-3.60-0.78-0.140.505-0.061-16.950.07456.185-56.18563.327-16.95-48.5760.45750.45750.0850.0770.4190.4190.085-38.3438.34-34.3927.21-8.915.095.099.474.7258.19 0.0090.0170.110.110.022-3.75-3.75-0.70-1.250.0960.520.520.1128.559.5-29.65143.188-7.56-0.62-34.2580.45750.45750.0850.0770.4190.4190.085-38.3438.34-34.392.550.50516.3716.373.041.52 6.90-0.23-0.46-2.5-2.5-0.51-3.05-3.05-3.32-0.8350.0580.350.350.07115.8720.22-36.139.342-2.345-3.685-33.8090.45750.45750.0850.0770.4190.4190.085-38.3438.34-39.398.19-1.2513.7913.792.561.287.195-0.15-0.31-1.67-1.670.34-3.22-3.22-0.601.290.1 0.540.540.1118.7617.765-3