【《某大厦钢结构办公楼的结构设计案例》3500字】

某大厦钢结构办公楼的结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u27170某大厦钢结构办公楼的结构设计案例 1275131课题来源 2301272计算过程 2290802.1结构布置 2170732.1.1结构计算简图的确定 2106542.1.2结构平面布置 2112932.2荷载统计 3279002.2.2活荷载 4181002.2.3雪荷载 5174722.2.4风荷载 5195692.2.5梁柱自重 637262.2.6墙体自重 7247292.2.7水平地震作用 8266262.3框架抗侧移验算 13176882.3.1风荷载作用下的侧移验算 13204992.3.2水平地震作用下的侧移验算 141课题来源任务书2计算过程2.1结构布置2.1.1结构计算简图的确定基础埋深取建筑高度的1/15，初估基础厚度为0.8m，底层计算高度为，取为6.7m，故结构计算简图如下：图2-1结构计算简图2.1.2结构平面布置本设计采用钢框架结构体系，承重体系由纵横双向框架组成，结构布置简单对称，具体布置参见附录中的结构布置图。其中柱采用宽翼缘H型钢，梁采用窄翼缘H型钢，材质均为Q235B级钢。屋盖和楼面板均选用压型钢板现浇混凝土组合楼板，楼梯为整体现浇板式楼梯。2.2荷载统计2.2.1永久荷载1.楼面恒载：花岗石楼面自重1.16kN/m2120厚压型钢板组合楼板（肋高70mm，混凝土厚50mm）2.225kN/m2轻钢龙骨纸面石膏板吊顶0.14kN/m2合计：3.385kN/m22.屋面恒载：合成高分子卷材和涂膜防水屋面自重2.37kN/m2120厚压型钢板组合楼板2.225kN/m2轻钢龙骨纸面石膏板吊顶0.14kN/m2合计：4.735kN/m23.卫生间恒载：陶瓷地砖楼面自重2.26kN/m2120厚压型钢板组合楼板2.225kN/m2轻钢龙骨纸面石膏板吊顶0.14kN/m2合计：4.625kN/m24.墙体恒载：（1）外墙：30厚面砖外墙面（包括抹灰）0.5kN/m2200厚ALC板20厚石灰砂浆内侧面层合计：2.24kN/m2（2）内墙：150厚ALC板20厚石灰砂浆内外侧面层合计：1.73kN/m2（3）女儿墙：30厚面砖外墙面（包括抹灰）0.5kN/m2200厚ALC板20厚水泥砂浆内侧面层合计：2.30kN/m22.2.2活荷载参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），各活荷载标准值列于表2-1中。表2-1活荷载标准值位置活荷载（kN/m2）组合值系数φc频遇值系数φt准永久值系数φq办公室楼面2.00.70.50.4会议室2.00.70.60.5电梯机房7.00.90.90.8卫生间2.50.70.60.5走廊、门厅2.50.70.60.5楼梯3.50.70.50.3上人屋面2.00.70.50.4施工、检修1.50.70.50.02.2.3雪荷载基本雪压0.5kN/m2，本工程雪荷载较小，荷载组合时只考虑活荷载，不考虑雪荷载。2.2.4风荷载本工程所在地区主导风向为南北风，基本风压为0.35kN/m2，工程所在地为市郊区。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），风荷载标准值应按下式计算：式中：—风荷载标准值（kN/m2）—高度z处的风振系数，本建筑结构层高度为3，可取—风荷载体型系数，对于矩形建筑取—风压高度变化系数，查表采用线性内插取值—基本风压，0.35kN/m2计算结果见表2-2。表2-2各楼层风荷载标准值楼层HimHi/HkN/m2kN/m2kN/mΔHmkN14.50.1411.01.31.000.350.4553.2764.9516.21628.40.2641.01.31.000.350.4553.2763.912.776312.30.3871.01.31.0640.350.4843.4863.913.594416.20.5091.01.31.1660.350.5313.8203.914.897520.10.6321.01.31.2520.350.5704.1023.915.9966240.7551.01.31.3170.350.5994.3143.916.827727.90.8771.01.31.3840.350.6304.5343.917.683831.81.0001.01.31.4450.350.6574.7343.918.4622.2.5梁柱自重1.框架梁尺寸初步估计：本设计主、次梁均选用窄翼缘H型钢钢梁。纵向框架主梁跨度均为7.2m、4.2m，按高跨比1/20～1/10，初选。7.2m跨度的横向框架主梁同选。7.2m跨度的次梁及3.6m跨度的横向框架主梁，初选。卫生间隔墙梁跨度为4.2m，初选。2.框架柱尺寸初步估计：柱的尺寸初估采用假定柱子长细比的方法，先估算柱在竖向荷载作用下的轴力N，以1.2N作为设计轴力按轴心受压构件来确定框架柱的初始截面。再假定长细比，最后根据H型钢组合截面的近似回转半径确定截面的尺寸。假设柱的竖向荷载为1500kN，因此轴力设计值取，取长细比，查表得其稳定系数，而计算长度，故估计截面面积和回转半径为：，根据算出的数据查表，得框架柱初步估计截面为。各梁柱截面数据统计如表2-3所示。表2-3梁柱截面统计表构件截面尺寸mm截面面积A/cm2重量kg•m-1惯性矩I/cm4IxIy主梁GL1117.7592.4647391975次梁、走道GL271.4156.1190231446卫生间隔墙梁GL346.7836.76829507.2框架柱KZ1218.69171.76645522410因此，各层梁柱自重统计如表2-4所示。表2-4梁柱自重统计表楼层梁柱长度/m单位长度质量/kg•m-1自重Gi/kN数量n合计G/kN首层GL14.292.43.8016854.967.292.46.5240GL23.656.11.98157.256.13.9612GL33.636.71.294KZ16.7171.711.27402～8层GL14.292.43.8016666.507.292.46.5240GL23.656.11.98157.256.13.9612GL33.636.71.294KZ13.9171.76.5640屋面局部突出部分GL14.292.43.804125.397.292.46.527GL27.256.13.961KZ13.6171.76.06102.2.6墙体自重本设计中，窗采用铝合金窗，门采用防火门和卷帘门，为方便计算，统一作为墙体计算。墙体自重统计如表2-5所示。表2-5墙体自重统计表楼层构件单位面积质量kg•m-2面积m2自重Gi/kN合计kN首层内墙1.73637.201102.362892.56外墙2.24799.201790.212～8层内墙1.73669.601158.413021.19外墙2.24831.601862.78局部突出外墙2.24433.44970.91970.912.2.7水平地震作用本设计采用底部剪力法计算水平地震作用，同时采用顶点位移法近似计算其基本周期。因此首先应求出各层重力荷载代表值，再以此计算得基本周期，最后计算得水平地震作用。1.各层重力荷载代表值根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中的相关规定，按下列公式计算：式中：Gk—自重标准值，即恒载标准值；Qk—活荷载标准值；—活荷载的组合值系数，按表2-6采用。表2-6组合值系数活荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面积灰荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的楼面活荷载1.0按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库、档案库0.8其它民用建筑0.5详细计算过程略，各层重力荷载代表值计算结果见表2-7。表2-7各层重力荷载代表值楼层荷载荷载大小/kN组合值系数重力荷载代表值/kN首层楼面恒载3367.091.09806.58楼面活载2100.240.5梁自重404.011.0柱自重582.201.0墙体自重4403.161.02～8层楼面恒载3367.091.08104.91楼面活载2100.240.5梁自重404.011.0柱自重262.491.0墙体自重3021.191.0屋顶屋面恒载4418.501.07267.92屋面活载993.600.5梁自重404.011.0柱自重161.541.0女儿墙自重151.201.0墙体自重1635.881.0局部突出屋面恒载531.841.0811.97雪荷载56.160.5梁自重64.811.0柱自重30.291.0墙体自重156.961.02.结构基本自振周期的计算采用顶点位移法估算结构的基本自振周期。因此，需要先计算梁柱的线刚度i，再计算得框架抗侧刚度D，再通过D值估算框架侧向位移，从而代入公式计算得到结构的基本自振周期。计算线刚度时，梁的线刚度计算式为；柱的线刚度计算式为。而钢材的弹性模量，底层柱的结构高度，标准层的结构高度，局部突出部分的结构高度。框架梁柱线刚度见表2-8。表2-8框架梁柱线刚度构件跨（高）/m惯性矩I/cm4线刚度i/kN•m相对线刚度主梁GL17.26473918522.550.53走道GL23.61902310885.380.31首层KZ16.76645520432.430.582-8层KZ13.96645535101.871.00局部突出KZ13.66645538027.031.08然后再按照以下公式计算框架抗侧刚度D，计算结果见表2-9（注：为计算方便，梁柱线刚度以相对线刚度值参与计算）。式中：h—结构层高；ic—框架柱的线刚度；—框架柱侧向刚度降低系数，一般层，底层；K—梁柱线刚度之比，一般层，底层，其中为与该框架柱相连的框架梁的线刚度之和。表2-9框架抗侧刚度D楼层柱位置KD首层边柱0.530.580.910.48264311446中柱0.840.581.440.5630802-8层边柱1.061.000.530.21578127915中柱1.681.000.840.308176局部突出边柱1.061.080.490.20689613792在结构各层上作用一个与该层重力荷载代表值等大小的水平荷载，再根据框架抗侧刚度D值求出各层位移，再由各层位移用如下计算式进行计算得到结构的基本自振周期。式中：—周期折减系数，取0.7。计算见表2-10。表2-10结构基本自振周期计算层数GiVi相对位移水平位移局部突出811.97811.9768958.150.0117751928079.89334974.890.0241211.16122878104.9116184.80334974.890.04831619124289.71334974.890.0725121.08879158104.9132394.62334974.890.0967081.01627948104.9140499.53334974.890.1209030.91957138104.9148604.44334974.890.1450990.79866828104.9156709.35334974.890.1692940.65356919806.5866515.93137351.650.4842750.484275由此计算得结构基本自振周期：3.水平地震作用的计算：结构高度不超过40m，且质量和刚度沿高度分布均匀，框架结构变形以剪切型为主，因此采用底部剪力法计算水平地震作用。结构自振周期为，7度设防，Ⅱ类场地，第一组特征周期。钢结构阻尼比。按多遇地震、设计基本加速度0.15g考虑，则水平地震影响系数最大值。因为，所以应用下列公式：其中：所以由于，顶部附加地震作用系数：顶部附加地震作用系数结构总水平地震作用底部剪力标准值：顶部附加水平地震作用各层水平地震作用及剪力如表2-11所示。表2-11水平地震作用及地震剪力层数结构高度HiGi/kNGiHi/kNFi/kNVi/kN局部突出37.6811.9730530.160.023286.64286.648347267.92247109.150.185228.81515.45730.18104.91243957.800.183225.89741.34626.28104.91212348.650.159196.62937.97522.38104.91180739.500.136167.361105.32418.48104.91149130.350.112138.091243.41314.58104.91117521.200.088108.821352.23210.68104.9185912.050.06479.551431.7816.79806.5865704.110.04960.841492.62抗震验算：结构各层水平地震剪力应符合下列要求，，其中验算过程详见表2-12。表2-11水平地震作用及地震剪力层数Gi/kNVi/kN局部突出811.97811.9712.99286.6487267.928079.89129.28515.4578104.9116184.80258.96741.3468104.9124289.71388.64937.9758104.9132394.62518.311105.3248104.9140499.53647.991243.4138104.9148604.44777.671352.2328104.9156709.35907.351431.7819806.5866515.931064.251492.62由表可知，结构各层水平地震剪力标准值满足要求。2.3框架抗侧移验算取结构的一榀框架进行侧移验算，结构计算简图如图2-1所示。框架梁柱线刚度及框架抗侧刚度详见表2-8、表2-9。2.3.1风荷载作用下的侧移