钢结构计算书范例.doc

_ 精品资料 摘要 本工程为三层钢框架超市设计，长 64.00m，宽 30.00m，层高为 4.5m，建筑高度为 14.4 ，建筑面积 5760.00m2，综合运用所学专业知识，进行了钢结构建筑设计和结构设计。m 主体采用钢框架结构，钢筋混凝土现浇楼板。首先确定结构方案并进行荷载统计、梁 柱截面选择及刚度验算，计算恒载、活载作用下的框架内力，然后计算风载、地震作用下的 框架内力，经内力组合后得出构件的最不利组合内力，最后进行梁、柱截面验算、节点设计、 楼板、楼板配筋计算，绘制施工图。计算竖向荷载效应时采用分层法，计算水平荷载效应时 采用 D 值法；在荷载组合时。考虑以可变荷载效应控制的组合和以永久荷载效应控制的组 合方式；在活荷载计算过程中，采用满布荷载法；框架节点设计采用栓焊混合的连接方式。 关键词： ：建筑设计；钢框架；内力分析；节点设计 _ 精品资料 ABSTRACT Based on the professional knowledge for learned，the building was designed. The works include two parts: architecture design and structure design. This project is commercial building of 3-floors，steel structure，which is located in Xi An. It is 64.00m long, 30.00m wide. The height of story are 4.5m and5m. The height of the whole building is 14.4m.The total area is 5760.00m2. Architecture design tries hard for simple and clear，which has the ages feels and assort with surroundings environment. Steel frame and reinforce concrete floor were used in the structure. Firstly，the size of the beam and column was determined by the type of the structure and the calculation of the loads. Secondly，the inner forces of the frame under the wind load and earthquake load，the dead load，and the living loads were analyzed separately. By the combination of the inner forces，the most dangerous forces can be got，and then the steel beam，steel column，the frame connections and reinforce concrete floor can be designed. After these，the drawing can be made. In the progress of inter force analysis，the vertical forces are calculated by the layer-wise method，and the horizontal forces are calculated by the D method. In the process of the live load calculation，full load is used. Mixed connection with welding and bolts was used in steel frame，and independent foundation under column was adopted. Key Words: architecture design; steel frame; internal force analysis; connection design _ 精品资料 目 录 前言.1 第章 建筑设计 .2 1.1 设计任务和设计要求.2 1.1.1 设计任务.2 1.1.2 设计要求.2 1.2 建筑物所处的自然条件.2 1.2.1 气象条件.2 1.2.2 地形、地质及地震烈度.2 1.2.3 水文.3 1.3 建筑物功能与特点.3 1.3.1 平面设计.3 1.3.2 立面设计.3 1.3.3 防火.3 第 2 章 结构设计.4 2.1 结构方案选型及布置.4 2.1.1 柱网布置.4 2.1.2 结构形式选择.4 2.1.3 楼板形式选择.4 2.2 荷载计算.4 2.2.1 恒荷载标准值.5 2.2.2 活荷载标准值.5 2.2.3 风压标准值.5 _ 精品资料 2.2.4 雪荷载标准值.6 2.2.5 地震作用.6 2.3 竖向荷载计算.6 2.3.1 屋面恒荷载.6 2.3.2 楼面恒荷载.6 2.3.3 屋面活荷载.7 2.3.4 楼面活荷载.7 2.4 风荷载计算.8 2.5 内力分析.9 2.5.1 截面初选.9 2.6 内力计算.12 2.6.1 竖向荷载标准值作用下.12 2.6.2 风荷载作用下的内力计算.18 2.7 水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算.20 2.7.1 墙自重.20 2.7.2 梁，柱重力荷载标准值汇总.21 2.7.3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 Gi.22 2.7.4 水平地震作用下框架内力合侧移的计算.22 2.7.5 水平地震作用下框架内力计算.25 2.8 内力组合.28 2.9 结构构件验算.33 2.9.1 框架柱的验算.33 2.9.2 框架梁的验算.37 _ 精品资料 2.10 框架连接设计.39 2.10.1 主梁与中柱 Z-1 的连接： .39 2.10.2 次梁与主梁的铰接连接.40 2.11 柱脚设计.42 2.11.1 中柱柱脚的设计.42 2.11.2 边柱柱脚的设计.44 2.12 楼板计算.47 总结.49 参 考 文 献.50 致 谢 词.52 _ 精品资料 前言前言 本次毕业设计是大学教育培养目标实现的重要步骤，是毕业前的综合学习阶段，是深 化、拓宽、综合教学成果的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。本次设计使 理论和实际很好的结合起来，提高了分析、解决工程实际问题的能力。培养了学生严谨、求 实、细致、认真和吃苦耐劳的工作作风。为以后更好的学习和工作奠定了坚实的基础。 在毕业设计期间，我重新复习了房屋建筑学、 钢结构、 结构力学、 建筑结构抗震设 计等课本知识，并查阅了抗震规范、 钢结构规范、 荷载规范等相关规范。在毕业设计 过程中，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行了建筑、结构的具体设计。现 在毕业设计任务已圆满完成。在此，对校领导、老师及在此期间关心我帮助我的所有同学 们表示衷心的感谢。 本设计包括建筑设计和结构设计两大部分，叙述内容包括设计原理、方法、规范、规章、 设计技术要求和计算表格。其中，建筑设计部分由平面设计、立面设计、功能分区、采光和 防火安全的要求等部分组成；结构部分由荷载计算、内力分析、内力组合、节点和柱脚设计 等部分组成。毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文 撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、 提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了天正建筑、AutoCAD、PKPM 等建 筑软件，这些都从不同方面达到了毕业设计的目的与要求，巩固了所学知识。 _ 精品资料 第章第章 建筑建筑设计设计 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， 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。 建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应 考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动 力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到安全，适用，经济，美观。 1.1 设计设计任任务务和和设计设计要求要求 1.1.1 设计设计任任务务 本设计的主要内容是建材超市的设计，作为一个购物的空间设计，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，既结合顾客购物需 求和员工工作流程，科学合理的划分功能区域，也要考虑顾客流线和送货流线相互干扰。 材料运用简洁，大方，耐磨，环保的现代材料，在照明采光上使用辅助照明，采用辅助通风 和空调系统。经过精心设计，建筑在满足功能需要的同时，又简洁，大方，美观。 1.1.2 设计设计要求要求 建筑法规、规范和一些相应的建筑标准是对该行业行为和经验的不断总结，具有指导 意义，尤其是一些强制性规范和标准，具有法定意义。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）符合所在地规划发展的要求并具有良好的视觉效果； _ 精品资料 （3）采用合理的技术措施； （4）提供在投资计划所允许的经济范畴内运作的可能性。 1.2 建筑物所建筑物所处处的自然条件的自然条件 1.2.1 气象条件气象条件 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。 1.2.2 地形、地地形、地质质及地震烈度及地震烈度 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，表示当地发生地震时，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，一般应尽量避 免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点是 7、8、9 度地震烈度的地区。本工程为 8 度， 在设计过程中应考虑抗震设防各方面的要求。 1.2.3 水文水文 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地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。本工程地下水位埋深为 8.49.6，对建筑物的影响很小，可不考虑水质对基m 础混凝土的侵蚀。 1.3 建筑物功能与特点建筑物功能与特点 设计内容：此建筑为建材市场，以顾客购物为主，此建筑总建筑面积为 5760.00m2。 1.3.1 平面平面设计设计 _ 精品资料 建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于 5，I 型平面布置，东西、南北方向分别 采用 8.0及 10.0柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。mm 1.3.2 立面立面设计设计 该建筑立面为了满足采光和美观需求，采用较大尺寸窗户和双层彩色压型钢板作为维 护结构。 1.3.3 防火防火 防火等级为二级，安全疏散距离满足建筑物内任意一点至外部出口或封闭楼梯间最大 距离小于 35m，满足设计要求。 _ 精品资料 第第 2 章章 结结构构设计设计 2.1 结结构方案构方案选选型及布置型及布置 2.1.1 柱网布置柱网布置 柱网尺寸首先应最大限度的满足建筑使用功能的要求，然后根据造价最省的原则，充 分考虑加工、安装条件等因素综合确定。由于钢结构承载能力高而质量轻，与钢筋混凝土 结构相比，钢结构应采用较大柱网尺寸，在节约造价的同时，提高房屋的利用率。综合以上 条件，横、纵柱网尺寸均取为 8.0及 10.00。mm 2.1.2 结结构形式构形式选择选择 建筑物的结构形式应满足传力可靠，受力合理的要求。多层钢结构建筑，可采用纯钢 结构形式，框架应双向刚接。如果结构刚度要求较高，纯框架难以满足要求，可采用支撑框 架形式。由于本工程位于 8 度抗震设防，但结构只有 3 层，高度只有 14.4（含女儿墙），结m 构形式比较规则，结构刚度要求不太高，纯框架形式很容易满足，经济性能优于框架支撑 体系，故采用框架结构形式 2.1.3 楼板形式楼板形式选择选择 楼板的方案选择首先要满足建筑设计的要求，其自重要小，而且应保证楼盖有足够的 刚度。常见形式有钢筋混凝土现浇楼板、预制楼板、压型钢板组合楼板。考虑本工程为超市 的整体性该设计采用现浇楼板。 2.2 荷荷载载计计算算 根据结构方案的特点，可取一榀典型框架作为计算单元。这里取 5 轴框架进行计算， 柱底标高取-1.45。图中结构层标高为板顶标高。建筑层高为 4.5，一层高度为mm 4.5+0.454.95。(基础埋深为 1)计算简图如图所示。mm _ 精品资料 图 2.2-1 结构计算简图 2.2.1 恒荷恒荷载标载标准准值值 (1)屋面 现浇 20 厚 C20 细石混凝土 0.02 250.5/kn m 50 厚聚苯乙烯泡沫塑料板 2 0.05 0.50/.025kN m SBS 防水卷材(二毡三油) 2 0.3/kN m 20 厚 1:3 水泥砂浆 2 0.02 200/.4kN m 20 厚 1:3 细石混凝土 2 0.02 200/.4kN m 80 厚现浇钢筋混凝土 2 0.08 25/2kN m 顶棚及吊挂荷载 2 0.3/kN m 合计 2 m (2)楼面 楼面地转 2 m 5 厚 1:1 水泥砂浆粘结层 2 0.005 200/.1kN m 15 厚 1:3 水泥砂浆打底 2 0.015 200.3/kN m 80 厚现浇钢筋混凝土 2 0.08 25/2kN m 顶棚及吊挂荷载 2 0.3/kN m 合计 2 m (3)内墙 喷内墙涂料 2 / 0.01kN m 5 厚 1:0.3:3 水泥石灰混合砂浆面层 2 0.005 200/.1kN m 15 厚 1:1:6 水泥石灰砂浆打底 2 0.015 200.3/kN m 200 厚加气混凝土砌块 2 0.2 5.51/.1kN m 15 厚 1:1:6 水泥石灰砂浆打底 2 0.015 200.3/kN m 5 厚 1:0.3:3 水泥石灰混合砂浆面层 2 0.005 200/.1kN m 喷内墙涂料 2 / 0.01kN m 合计 2 1.92/kN m 内墙自重为(偏于安全地取 5高) m1.92 59 6/. kN m _ 精品资料 (4)外墙 彩色钢板夹聚苯乙烯保温板 2 /0.15kN m 墙面单位面积的功力荷载为 2 m (外墙自重为(取 5) m0.25 5=1/.25kN m 女儿墙:高度为 0.9，自重为 m0.15 0.9=0.135/kN m 2.2.2 活荷活荷载标载标准准值值 楼面 2 3.5/kN m 消防楼梯 2 3.5/kN m 不上人屋面 2 0.5/kN m 2.2.3 风压标风压标准准值值 风压标准值(按 50 年一遇西安地区值) 2 /0.35kN m 地面粗糙度类别 C 类 风载体形系数 按荷载规范 2.2.4 雪荷雪荷载标载标准准值值 雪荷载标准值(按 50 年一遇西安地区值) 2 /0.25kN m 准永久分区 雪荷载不与活荷载同时组合，取其中的最不利组合。由于本工程雪荷载 较小荷载组合时直接取活荷载进行组合，而不考虑与雪荷载的组合。 2.2.5 地震作用地震作用 本工程抗震设防烈度为 8 度(0.20g)，设计地震分组为第一组，在计算中要考虑地震作 用。 2.3 竖竖向荷向荷载计载计算算 根据以上荷载情况和荷载布置图，荷载按下面原则取值：楼板的恒荷载和活荷载按照 单向板的导荷方式(转化为均布荷载)传给次梁，再由次梁传给主梁，内墙上的荷载以均布 荷载的形式传给主梁，主梁再把该荷载及其自重导在框架柱上；外墙的荷载以均布荷载的 形式传给墙梁，墙梁及其自重以集中力的形式导在节点上；荷载以集中力的形式导在节点 上。5 轴框架计算简图如图: _ 精品资料 图 2.3-1 5 轴框架计算简 2.3.1 屋面恒荷屋面恒荷载载 (1)集中荷载: 1、13 点集中力: 0.108 103.625 102.5/ 246.39KN 其余点集中力: 3.625 10 2.590.63KN 2.3.2 楼面恒荷楼面恒荷载载 (1).集中荷载: 1、13 点集中力: 4.95 102.92 10/ 286KN 其余点集中力: 2.92 10 2.573KN (2).均布荷载: 内墙荷载: 8.64/KN m 楼面恒荷载作用下的计算简图如图所示: 偏心距：e=边柱翼缘/2=0.6/2=0.3 力矩：0.3 46.39 13.92KNm 0.3 8625.8KNm _ 精品资料 图 2.3-2 楼面恒荷载作用下的计算简图 2.3.3 屋面活荷屋面活荷载载 1、13 点集中力: 0.5 10 2.5/ 26.25KN 其余点集中力: 0.5 10 2.512.5KN 2.3.4 楼面活荷楼面活荷载载 1、13 点集中力: 3.5 10 2.5/ 243.75KN 其余点集中力: 3.5 10 2.587.5KN 偏心距: e=0.3m 力矩: 0.3 6.25 1.875KNm 0.3 43.7513.125KNm 楼面活荷载作用下的计算简图如图所示: _ 精品资料 图 2.3-3 楼面活荷载作用下的计算简图 2.4 风风荷荷载计载计算算 风压标准值计算公式 0z zs 因结构高度所以，H=4.55.459.95 30mm0 . 1 z ：迎风面，背风面。所以风荷载体型系数。 s 0.8 s 0.5 s 30 . 1 s 查荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中力，如表所示。其中 Z 为框 z 架节点至室外地面的高度，A 为一榀框架各层节点的受风面积，结果如图表所示。 表 2.4-1 风荷载计算 层数 z s Z z 0 APW 11.01.313.950.740.3525.58.48 21.01.39.450.740.353612.12 31.01.34.950.740.3537.812.73 图 2.4-1 左风荷载作用下的计算简图 2.5 内力分析内力分析 框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程 的内力比较大，可相应的取强度高的钢材。主梁和柱子采用 Q345 钢材材料性能应能满足 低合金高强度结构钢(GB/T1591)的要求。焊接材料应于钢材相适用。手工焊采用 E50 系 列焊条，满足低合金钢焊条(GB/T5118)的要求，自动焊和半自动焊的焊丝应满足熔化焊 用钢丝(GB/T14957)的要求。 2.5.1 截面初截面初选选 _ 精品资料 2.5.1.1 主梁主梁 工字型梁的截面高而窄，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。故本工程的主次梁截面均 采用工字型截面，并优先采用窄翼缘 H 型钢(HN 系列)，其经济性好。本工程梁的跨度均为 810000，高跨比取 1/121/20，即为 500833mmmmmm 标准层 L-1 的内力计算如图所示： 图 2.5-1 标准层 L-1 的内力计算图 图 2.5-2 标准层 L-1 弯矩图 2 x x M 310/ nx fN mm W x 1.05 2 nx w1757cm 选用 HN 5002001016 2 nx w1827cm 顶层 L-2 的内力计算如图所示： _ 精品资料 图 2.5-3 顶层 L-2 的内力计算图 图 2.5-4 顶层 L-2 的弯矩图 2 x x M 310/ nx fN mm W x 1.05 2 nx w1078.6cm 选用 HN450200914 2 nx w=1421cm 标准层 L-1 选用 HN 5002001016 顶层 L-2 选用 HN450200914 2.5.1.2 框架柱 柱截面可以通过预先假定柱子的长细比来实现。设计时可以先估算柱在竖向荷载作用 下的轴力 N，以 1.2N 作为设计轴力按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面。计算得从 属单元如图所示: _ 精品资料 图 2.5-5 计算得从属单元 计算柱的从属单元 (1)中柱 Z-1 中柱 Z-1 的从属面积为 A=10*8=80M2 取 g=1.22.92+1.43.5=8.4kn/m n=2 G=1.23.624+1.40.5=5.04kn/m n=1 N=(8.42+5.04)80=1837.6KN 以 1.2N 作为设计轴力，按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面 1.2N=2248.32KN 可取，l0=0.655950=3867.5mm70 0 i=l /=55.25mm 截面 x、y 均为 b 类，查表 =0.832 N 9 A 0. f 2 2248.32*1000/(0.832*0.9*310)9685.69mmA 选用 HW4004082121 A=250.69cm2 对 x、y 均为 b 类截面 y x i =16.80cm i =9.74cm x=23.02 , x=0.960 y=39.74 , y=0.898 故 =0.898 22 =/99.87/ mmf=310/ mmNANN _ 精品资料 (2)边柱 Z-2 边柱 Z-2 的从属面积为 A=8*5=40m2 取 g=1.22.92+1.43.5=8.4kn/m2 n=2 G=1.23.625+1.40.5=5.04kn/m2 n=1 以 1.2N 作为设计轴力，按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面 1.2N=1102.56KN 可取 90 ， 00 l =0.65*5950=3