某实习楼钢框架结构设计

某实习楼钢框架结构设计土木工程专业刘跃指导教师王珊教授摘要本设计是某实习楼结构设计，结构形式为多层钢框架结构。设计过程中采用能量法计算结构的自振周期；采用底部剪力法计算水平地震作用；采用D值法计算地震作用下的结构内力；采用分层法计算竖向荷载作用下的结构内力。内力计算过程中，横向取两榀标准框架进行手工计算，纵向框架采用PKPM软件计算，并验算横向框架计算结果。此外，还有梁柱在最不利内力组合下的截面验算，以及重要节点的设计验算和一些重要构件的设计验算。关键词钢框架结构，地震作用，内力计算，截面验算，PKPM1工程概况本工程为实习楼，地上四层，无地下室，总建筑面积约3000mm2，总高度20.1m，首层及四层层高4.2m，三四层层高3.9m。结构形式为多层钢框架结构，主梁最大跨度为15.6m，楼板为压型钢板非组合型楼板，外围护墙采用300厚加气混凝土墙体、内隔墙采用200厚加气混凝土墙体，北立面二至四层处为玻璃幕墙。2设计资料抗震设防：抗震设防烈度为8度建筑场地类别：建筑场地为Ⅱ场地框架抗震等级：二级气象条件：基本雪压0.4KN/m2地质条件：天然地基，以粉质粘土为持力层，地基埋深约2.2米。地基承载力特征值fak>140Kpa3结构方案根据所给资料，绘制建筑平面图，如图3.1所示厨图姻3.1炸愁首层蝴建筑平面图惹由建筑平面图贫及建筑使用功额能，确定梁柱乌平面布置图，即如图申3.2稀所示。透图晌3.事2界张首层气结构平面布置雷图鸽4挠丰构件截面估算农4.1缩从倒算荷载节虏盯恒荷载栏根据《建筑施兴工手册》确定尚屋面施工做法异和楼面施工做速法，再根据《浊荷载规范》确岭定屋面恒荷载衣和楼面恒荷载私。漆屋面恒荷载：株5.856滑KN/m昂2塌设；楼面恒荷载育：情4.850能KN/m仰2嚼京染活荷载凡屋面活荷载柿：祖2.0KN/岩m校2慨李；负屋面雪荷载波：扯0.4KN/葬m愚2亦活荷载女和皮雪荷载不同时培考虑，屑取宇两者较大值，塌即圆2.0KN/睡m币2职各层楼面活荷睡载男：倦2.0KN/碰m算2妙4.2氧截面形式选择记及初估算天梁柱均选择焊冰接拣H哥型截面，鸡本设计为纯框伸架结构，所以桑只需估算梁柱傍截面。非扛梁截面估算骗次梁沿纵向布近置，次梁夜间距为激2.6m密.懒，如回图周3.怀2过所示，喂梁由挠度确定暗。转次梁截面为摄：梢H糖300×18冷0×6×8质横向主梁截面光为替：班1烟至丸3染层女H500×2耗50×11×棵13枝；站4坚层密H500×2畏80岂×1罗3管×辈20精纵向主梁截面腰为匆：材H600×3壶00×13×喇20仁扯朴柱截面估算这底柱子由轴压比懂和长细比控制防隆句边柱截面为胀：薪HW400×竟400×11称×15樱中柱截面为俊：漏1陷、好2恨层顷HW攻45显0×普45绒0×搜25订×抹2溉5哀；灶3债、受4挖层盗HW衫45牧0×为45烦0×腰18公×盲18娃5途艳框架结构刚度冶计算教承结构刚度计算曾按掉横、纵两个方妇向是的平面框架分猫别庆计算，再分别膀进行横、纵向嫁刚度汇总。苦计算简图以梁淘、柱轴线表示班，轴线取各自短的形心线。阔5.1好梁线刚度域（诉i挑b锡）计算荣背感梁线刚对度镜i勒b脉＝乌E缴i灿b坐/l务中跨处框架梁金线刚度增大系裕数屿取繁2.仪0橡，边跨处框架贵梁线刚度增大幻系数隆取矮1.5丑5.燥2惹柱线刚度累（袖i子c亏）计算舒械柱线刚档度阁i汪c跌＝岭E蚊i浮c巴/h感与楼梯梁连接双处的框架柱刚暴度增大系数取扮1.25麦5.岸3石柱侧移刚蛛度婆D下值计算间柱子的侧移刚会度按D=忠α浇12i纳c贤/h疑2尺瞧横向框架柱侧摔移刚度喝（肿D糊）计算董求出每层所有稿柱侧移刚度之疫和，摸即答Σ锄D像膏纵向框架柱侧行移刚度废（乖D题）计算席求出每层所有碎柱侧移刚度之肚和，籍即束Σ押D奋6晚朴结构基本自振森周期及水平地学震作用计算幼6.齿1丈各楼层重力荷节载代表值计算粮各层重力荷载字代表巴值大G懂i妙算王鸡如借下步:钉G桃4召=5537.这1KN鸭G劣3踏=6024.骆2KN弟G腐2芝=5981.是7KN寄G梨1宽=5933.氧3KN饼森临包鲜红图促6向.1姿质点重力荷载救值愿6.2爱虫结构自振周期仙计算智冲能量法计算结青构自振周期志依据体系在振洗动过程中的能省量守恒定律，羽其最大动能和惨最大变形能相匪等，并将结构炼的基本振型近曾似当重力荷载闻代表值作用于样质点上时的结佩构弹性曲线。计算公式为很求得横向周塔期加T假1镇＝轧0.78堪s锈塘；纵向周期硬T弊1踢＝州1.00s碍剩顶点位移法计宣算结构自振周稳期界弹由结构重力作筛为水平荷载求险出顶点假想位嘴移计算基本周嚷期计算公式为婚求得横向周冒期肿T激1纹＝坐0.7非4s岩难；纵向周期调T旅1旗＝者0.95s陆渣对比分析顺顶点位移法适级用于质量和刚毁度分布比较均隆匀的体系，能辫量法根据能量障守恒定理，适飞用于以剪切形循为主的框架结住构，用能量法生算出的周期应扮该较为准确，连考虑到结构的舌安全性，取周循期小的进行分快析计算。晒6.3蚁参底部剪力法计泥算水平地震作激用椅建筑高度不超茧过幼40m棚，以剪切变形幅为主且质量和故刚度沿高度分氧布较均匀的结梨构，以及近似付于单质点体系邪的结构，可采拒用底部剪力法搏。鱼横向水平地震恰作用下：一层都底部总剪废力朱V略＝绞1967.4膨KN幻纵向水平地震耐作用下：一层罢底部总剪基力绵V航＝边1268.8孔KN反6.邀4三结构弹性变形筋验算打经验算，结构掩层间相对位移业均小于带1/300杨满足抗震要求冷。内6.5威桨水平地震作用氧下框架内力迷分析着横向取第举7丘、腿第愤8株轴线两榀框架奔分别计算。纵顺向取拘A棒、纪B药轴线框架分析溪。吐7记郑竖向荷载作用迫下的框架内力速分析辽竖向荷载作用渠下的框架内力追分析，采用分沾层计算法，将贞多层框架分解棚成顶层，中间繁层和底层三个狐单元。鲜7.1乏范恒荷载作用下哄横向框架内力胶分析此横向框架选取鲁第咬7鸡轴线和彩第归8晒轴线的两榀框屠架分别计算僵图雄7吼.1睬（碗a技）午匙第月7婶轴线框架吼荷载计算单哑元助耐诚扇图陈7矩.1铲（梢b许）先迈第房8削轴线框架蚕荷载计算单元谱直荷载值计算亮然寸根据屋面、楼汪面自重及构件酿自重，确定恒古荷载值。次梁槐处按集中力考家虑。晓图盛7馒.2厦(葵a)何恒荷载作用下糊第痛8地轴线急框架受荷简图耍脑图谁7兆.2毕(闸b)氏恒荷载作用下纸第财7亏轴线牧框架受荷简图齿似框架内力计算西根据分层计算婆法和力矩分配杨法计算框架弯脆矩，再由力法勾方程求出框架密的剪力与轴力蓬。次梁处按集许中力考虑。蛋7.2筹蝶活荷载作用下视横向框架内力威分析备喇荷载值计算筐赢框架内力计算顺7.3伏桥恒荷载作用下匙纵向框架内力脖分析俭成纵向取稀A煎、温B牌轴线框架分析御。扬布荷载值计算观酿框架内力计算俭嗽旗利怨用转PKP社M荒软件劝分析纵向框架涝内力运7.4骡合活荷载作用下令纵向框架内力下分析真慈纵向取嘴A丝、遗B服轴线框架分析砌。梅讽荷载值计算漫升框架内力计算升良利股用皱PKP缺M屈软件麻分析纵向框架抛内力赛8庸讨荷载组合和内掉力组合踢根据辅《惧建筑结构荷载转规范接》腥和《建筑抗震烦设计规范》，领荷载组合分别秋按荷载基本组宽合及地震作用请组合计算。由堤于本设计总建址筑高度较低，砍故不考虑风荷萍载影响。柳1倦井荷载基本组合肉：喉（值1碗）由可变荷载驴效应控制的组狱合葵：朴S=1.2S固GK性+1.4S垂QK妈（洗2磁）由永久荷载朽效应控制的组颈合流：写S=1.35甚S猎GK汁+1.4×0佣.7S权QK卡2凶取重力荷载和地怀震作用效应组环合：齿（每1绍）重力荷载对柜结构承载能力茎有利时首：牧S=1.0(烦S予GK女+0.5S此QK织)+1.3腐S蓄EK算（堂2廉）重力荷载对饲结构承载能力迟不利时顾：局S=1.2(倘S档GK胸+0.5S疮QK锻)+1.3跟S赏EK廊在组合各种荷蛙载的内力时，世地震作用分别冬考虑左震和右后震。米8.旗1荡横向框架内力春组合睡拦押分别组合搅第蜻7岩轴线和标第妇8出轴线两榀框架宴的内力。兔8.拉2断纵向框架内力栽组合地惜分别组西合枕A绑轴线柏和面B辅轴线框架的内煮力。戏9斜忠杆件截面验算菊选取手算的墓第漠7释轴线和辅第浑8皂轴线两榀框架姓的杆件验算参9.泪1身柱的截面验算懒9.艇1.1A彼、私C亚列柱截面验算粮雕肝由冬于灵A唱、遍C米列柱截面相同而，故只需选出开最不利内力的功组合。松龟凯最不共利内力的组合饿为矮：恳欠M航＝椒201.78勉K秋N件•毫m窗；穗N摔＝方791.75致KN该（些1疲）住强度验算：寸σ属＝组127.5N挂/mm颜2偷<咏f恼＝报215N/半mm域2岁庭齐妈满足瘦（阔2旗）平面内稳定桂验算：戒：忌85.82面N/mm醒2挡<奸f纹＝舅215N/m句m夜2配满足蹲（俯3课）平面外稳定驰验算：迅：奋90.52冠N/mm期2蛛<访f债＝筹215N/材mm塞2旧符葬满足还（飘4弄）局部稳定验良算：汉嫩截面的翼缘宽堆厚比和腹板高慧厚比满足要求联。丽骑B协列柱截面验算堤最不出利内力的组合诊为：戏M嘴＝洲366.04动K盗N灯•沟m功；保N造＝牙1952.5列2网KN睛验算届同弱A蹦、虫C鞭列柱锈，但址局部稳定验算堆时要按压弯践杆件趁考虑困和轴压杆件分携别考虑密9.警2震梁的截面验算粗最不患利内力的组合泊为：涨M何＝奏324.51彼K夹N副•鹿m急；病N烤＝蝴112.25摇KN骤匆项（妄1短）强度验算棵σ武=1碍59.53N庙/mm食2耐<f=215什N/mm若2演姻德败满足视τ脂=眉23.24刑N/mm利2冒<f=125涛N/mm园2幼棵耳满足淋（军2肚）折算应眨力鸡σ唱=164.2炕1N/mm触2胁<才β塘1织f旱=酬236.5别N/mm珍2桐岂踏满困足洁（趴3寺）整体稳定验饺算努根据《钢结构祖设计规范》第竟挎条雕.并，有压型钢板略密铺在梁的受休压翼缘上，并段与其牢固相连破，可不验算整般体稳定。柏（次4缴）局部稳定舱截面的翼缘宽洒厚比和腹板高告厚比满足要求历。执（魄5锯）刚度验算啄ν随T强＝墨1.8倍0虽cm亚<福[舅ν鸣T骗]棵＝舟3.9谱0裕cm花享满足还ν腥Q坏＝漆0.48呈cm尸<朽[脚ν匆Q垄]浩＝耗3.12嗓cm吵活满足苏10泊退节点设计验算宫10.赤1浴梁柱节点设计贩验算俗结盾梁翼缘采用全交焊透的坡口对站接焊缝连接，魂腹板采用双面目角焊缝连接。朴如图郑10.1找图豪10.遥1之（娘a屈）铁堤梁柱连接节毛点抄淘锣添图绕10.勿1桨（们b猴）保并梁柱连接节点半咽焊缝抗剪强度够验算登翻柱腹板处横向矩加劲肋计算帽炭节点域的屈服惧承载力验算志酷节点域的抗剪野强度验算丑奖钢框架构件连振接验算卸10.缎2俗次梁与主梁连峰接节点设计验蛙算朋持妻捉腹板采用螺栓完连接。如爱图冲10.2涨帝皱俊图亏10.2璃次梁与主梁连炭接节点晨裁确定螺栓数目处枝最外侧螺栓受店力验算东尾支承板的厚度厨验算童色主梁加劲肋的察焊脚验算帐10.3览柱柱拼接节点镰设计验算来贩柱翼缘处和腹驶板处均采用完灿全焊透的坡口贡对接焊缝。泛如霞图屋10.3矩图卸10.3那耀柱柱拼接节点阔芳柱拼接的极限坝承载力验算颂10.4归途柱脚设计爪味柱脚设计采用渐外包式刚接柱壳脚。如图涝10.4个图叮10.纱4退（搂a如）储辆外包式刚接柱勾脚所瓦抗剪栓钉计算遥剧外包钢筋混凝融土承载力验算上11泼楼梯设计洞11.懒1毕强度挠度验算隙包括踏板、斜她梁及焊缝的验距算捎12缺基础设计困丙初步估算好匆横向力计算和武配筋脉邮纵向力计算和枣配筋束谱基础梁、杯壁那配筋菜13PK逐P村M轻软件计算弯及校核乒秀游包括楼盖的施相工荷载验算，思楼盖配筋计算奴及框架内力校职核参考文献锦0坏1杨．《钢结构设姜计规范》芝（邮GBJ500仔17驰—谣200烦3坏），中国建筑盯工业出版社独，臭200谁3商年傅0竟2则．《建筑抗震牧设计规范》失（叉GBJ500裕1周1缠—恨200慈1浮），中国建筑猛工业出版社董，睡200厨1调年杜0趴3相．《建筑结构功荷载规范》宁（抛GBJ500届0友9外—误200词1万），中国建筑焰工业出版社恭，艰200耽1们年驴0狱4蜜．《地基基础愉设计规范》敢（胸GBJ500季0填7恩—号200援2号），中国建筑姑工业出版社思，艘200恳2税年拐05哑．《多层建筑般设计规程》留（杠GBJ200哲2棒），中国建筑惰工业出版社际，椅200涨1经年便0朗6松．建筑结构设搁计统一标准咱（勇GBJ6蒜8冠—肤8者4赔）蛇0哈7许．工业与民用卖建筑毕业设计酷手册．武汉工魄业大学出版社先，芳199贷9悦年腰0赠8膀．建筑结构设械计的概念、体喘系与估算．罗桨福午主编，清掌华大学出版社任0搜9篮．赵明粘华柿弃滥土力学与基础叫工霞程洪蜓绵武汉工业大学译出版柏社晶200困0鱼年桃1职0久．赵熙积元鞭驼忧建筑钢结构设玩计手册，冶金烤工业出版颂社缺199锅5圾年翠1徒1驾．王肇庸民咏手零建筑钢结构设丘计，上海，同爸济大学出版套社档200膜2瑞年住12图.老《钢结构设计起手册》编写资组概集，北京，中国额建筑工业出版元社嘉200拴4渣年呼Abstra仆ct际朵Thede叼signo匹fthis蓝proje确ctis锈thepr锋actica迎llibe详ralar煎tsbui朋lding练ofBei未jingT孝echnol让ogyan己d梨Busine坐ss松杯Univer铃sity抢locat势edin赏LiangX捏iangd因istric朱t.,头thes筑tructu株ralst会ylefo敬rthe则multi-应layere塑dstee优lport乌alfra贼mecon崖struct啊ion汤.The拥onest诚hatad页opted猪theme见thodo肢fener农gyto佩calcul子ateth挡eshak巧ingcy夹cleof设struc桂turei功nthe里design申proce厚ss;th修eeffe泳ctof蹲horizo虑ntale愧arthqu车akefu圣nction鸦byth带emeth波odof哈theba比seshe乔aring;茄thes星tructu总reint字ernal汪force捞under歇earthq日uakeo粉ffunc耕tiont外ocalc泻ulate建bythe收metho韵dofD倘value猛;the忍struct站urein史ternal绳force仍under旧thev笼ertica贸lload匙toca常lculat哭ebyt术hemet牙hodof逮divid显elaye陕rs.In楼thec伴omputa比tional税proce纺ssof侧intern