钢结构办公楼计算书

1、毕业设计（论文）计算书 （结构部分设计）题 目： 上饶市某办公楼 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 一、工程概况1.1、工程名称：昌北经济开发区某公司办公楼改建设计 1.2、建筑地点：南昌市昌北经济开发区 1.3、建筑规模1)建筑总面积： 5810 m22)建筑层数： 全楼六层，不上人屋面3)结构形式： 全钢框架结构4)层高 一层4.5m，顶层4.5m，其余楼层3.3m5)楼梯： 现浇混凝土楼梯6)屋面、楼面： 压型钢板上浇筑钢筋混凝土板 1.4、建筑功能六层，立面设计要体现现代化建筑风格，色彩简洁明快。部分办公室可考虑开厂式或大开间，2层以上每层设会议室1间，顶层另设大会议

2、室，厕所盥洗室应满足内部使用要求，门厅、走廊，楼梯等根据需要设计。1.5、建筑技术条件（一）气象条件 1)常年主导风向： 西北风 2)夏季主导风向： 西南风3)平均风速： 夏季3.1m/s,冬季4m/s 4)基本风压：Wo=0.45KN/m2 5)基本雪压：So=0.45KN/m2 6)最高气温：40.6 最低气温:-9.3 7)最冷月平均温度：4.5(12月) 8)最热月平均温度：29.7(79月) 9) 最大降雨量： 50.4mm/小时 月最大降雨量：184.3mm(46月)（二）工程地质条件 1) 天然地面以下4.5M厚为粉质粘土,地基承载力特征值为180KN/M2, 粉质粘土以下为1M

3、厚为中砂层,地基承载力特征值为15O KN/M2，中砂层以下为砾砂层,地基承载力特征值为240 KN/M2. 2) 地下水位：天然地面以下1.8m处 3)地震设防烈度:6度（三）施工条件 1）施工单位：南昌市某建筑公司 2）施工人员：各工种工人数均不受限制，但要求不分工种劳动力,不均衡系数K1.6 3）材料供应：各种材料均可保证供应 钢种Q235,16Mn钢（Q345）;焊条E43，E50;钢筋HPB235-HRB400水泥32.5-42.5级普通硅酸盐水泥；机制砖Mu75,Mu10 4）机械设备：除大吊装机械外，施工单位均能解决 5）施工用水、电：由建设单位保证供应，路边即有水源、电源 7）

4、施工道路：E级公路 8）施工工期：八个月1.6、结构设计依据房屋建筑学教材，建筑设计资料集1、2、3册，05ZJ中南建筑图集合订本，钢结构设计规范，其他有关设计规范及总图，建筑结构荷载规范GB50009-2001，建筑地基基础设计规范GB50007-2002，结构力学（上、下册），多层与高层建筑结构设计，现用建筑施工教材，建筑施工手册（上、中册），中国建筑工业出版社，建筑工程预算定额（省标），劳动定额手册。二、结构选型本工程为对称布置的纯钢框架办公楼，结构平面布置如下：框架6层，梁横向三跨，跨度为9m、2.4m、6m（除圆弧上有一柱，见布置图）；纵向10榀横向框架，柱距有6m、8m两种。图1为

5、结构平面布置图。 图1、结构平面布置图初定梁柱截面尺寸:主梁： 因有多种不同的跨度，为节省钢材初选HN6001701613、HN5001501212、HN4001501212、HN3501501212、HN3201401210次梁： 初选HN3201401210柱: (底层柱高) h=(11.5)b 因柱距不同，及建筑功能，初选为箱形5005002020、箱型4004002020、箱型3003001414、圆管40050截面特性：截面面积A(mm2)惯性矩Ix(mm4)单位重量KN/mix(cm)HN600170161313604.71.0611215.7HN350150121275120.5

6、859117.68HN32014012106400.30.4922121.38箱5005002020384002.995196.13箱400400202030400.52.3711155.35三、框架结构计算简图3.1、计算单元：KJ-3.2、计算简图假定框架与基础固定，且嵌固于基础顶面.框架梁与柱节点刚结.由于各层柱的截面尺寸不变，则梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二楼板底，基顶标高根据地质条件暂定-1.0m，二楼楼面板底标高为+4.500m，故底层柱高为5.50m，中间层柱高为层高，均为3.3m，顶层为4.5m。框架计算简图如下： 图2、计算简图3.3、构件相对线刚

7、度计算 其中在求梁截面惯性矩时考虑到楼板对梁惯性矩增强作用，取中跨=1.5，（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）：梁 =柱 =令=1，则 、第一层 B、C柱 = D、E柱 =第二至四层 B、C柱 = D、E柱 =框架梁住相对线刚度如下图所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据 图3、框架相对线刚度图四、各种荷载标准值计算4.1、恒载计算1、屋面框架永久荷载标准值3mm厚橡胶改性沥青防水涂层 100.03= 0.3 KN/m220mm（最薄处）厚1：8水泥珍珠岩找坡： 0.0215=0.30KN/m220厚水泥砂浆找平 0.0220=0.40KN/m2100mm厚现浇混凝土板 0.125=2

8、.5KN/m2压型钢板YX-75-200-600（） 0.16 KN/m2压型钢板波谷中的混凝土 250.50.075=0.94KN/m2 铝合金龙骨吊顶 0.2KN/m2小计： 4.53KN/m22、楼面框架永久荷载标准值 20mm厚大理石板 280.2 = 0.56kN/m220mm厚1：4干硬性水泥砂浆 0.0220=0.40KN/m2100厚现浇钢筋混凝土板 0.125=2.5KN/m2压型钢板YX-75-200-600（） 0.16 KN/m2压型钢板波谷中的混凝土 250.50.075=0.94KN/m2 铝合金龙骨吊顶 0.2KN/m2 小计： 4.76KN/m23、墙体永久荷载

9、标准值 全墙自重200厚加气混凝土砌块 5.57.5 KN/ m3 墙两面抹灰 小计： 综合取 7.5 KN/m 有窗墙自重200厚加气混凝土砌块加抹灰 7.50.262.8=25.2 KN钢窗自重 0.311.83=1.67 KN钢窗所占墙体重量 7.50.231.8=8.1 KN 小计： /6=3.2KN/m 女儿墙： 7.50.21.2=1.8 KN/m玻璃幕墙： 1.8KN/m4、梁柱自重 HN6001701613： 1.0611 KN/m3501501212： 0.5859KN/m箱5005002020： 2.995 KN/m箱4004002020 2.3711 KN/m4.2、恒载

10、传导计算4.2.1 梁间线荷载计算A、1、屋面框架BC梁上的线荷载 主梁自重： 1.0611 KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.54.532=8.494 KN/m 小计： 9.6KN/m2、屋面框架CD梁上的线荷载 主梁自重： 0.4992 KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.24.532=6.8 KN/m 小计： 7.3KN/m3、屋面框架DE梁上的线荷载 主梁自重： 0.5859 KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.54.532=8.494 KN/m 小计： 9.08KN/mB. 1、楼面框架BC梁上的线荷载 主梁自重： 1.0611 KN/m墙体自重

11、 4.2KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.54.762=8.925 KN/m 小计： 14.18KN/m2、楼面框架CD梁上的线荷载 主梁自重： 0.4992 KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.24.762=7.14 KN/m 小计： 7.64KN/m3、楼面框架DE梁上的线荷载 主梁自重： 1.0611 KN/m墙体自重 4.2KN/m三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.54.762=8.925 KN/m 小计： 13.7KN/m4.2.2、梁间集中荷载计算A、1、屋面框架BC梁上集中荷载 次梁自重引起： 0.49926=3 KN次梁承受楼板荷载引起： 634

12、.53（1-20.252+0.253）=72.6 KN 小计： 75.6KN2、屋面框架DE梁上的集中荷载 次梁自重引起： 0.49926=3 KN次梁承受楼板荷载引起： 634.53（1-20.252+0.253）=72.6 KN 小计： 75.6KNB. 1、楼面框架BC梁上的集中荷载 次梁自重引起： 0.49926=3 KN次梁承受楼板荷载引起： 634.76（1-20.252+0.253）=76.3 KN 小计： 79.3KN2、楼面框架DE梁上集中荷载次梁自重引起： 0.49926=3 KN次梁承受楼板荷载引起： 634.76（1-20.252+0.253）=76.3 KN 小计：

13、79.3KN4.2.3柱间荷载计算A、1、屋面框架B柱集中荷载1.2m女儿墙自重： 1.86=10.8KN边柱连系梁自重： 0.44926=3KN屋面板传来荷载： 61.54.53（1-20.252+0.253）=36KN 小计： 49.8 KN 偏心弯矩M 49.80.15=7.47KN.m2、屋面框架C柱集中荷载中柱连系梁自重： 0.44926=3KN屋面板传来荷载：61.54.53（1-20.252+0.253）+61.24.53（1-20.22+0.23）=66.26KN 小计： 69.26 KN 偏心弯矩M 69.260.15=10.4KN.m3、屋面框架D柱集中荷载中柱连系梁自重：

14、 0.44926=3KN屋面板传来荷载：61.54.53（1-20.252+0.253）+61.24.53（1-20.22+0.23）=66.26KN 小计： 69.26 KN 偏心弯矩M 69.260.1=6.92KN.m4、屋面框架E柱集中荷载1.2m女儿墙自重： 1.86=10.8KN边柱连系梁自重： 0.44926=3KN屋面板传来荷载： 61.54.53（1-20.252+0.253）=36KN 小计： 49.8 KN 偏心弯矩M 49.80.1=4.98KN.mB、1、楼面框架B柱集中荷载墙体自重： 3.26=19.2KN边柱连系梁自重： 0.44926=3KN楼面板传来荷载： 6

15、1.54.76（1-20.252+0.253）=37.8KN 小计： 60KN 偏心弯矩M 600.15=9KN.m2、屋面框架C柱集中荷载中柱连系梁自重： 0.44926=3KN墙体自重： 4.26=25.2KN屋面板传来荷载：61.54.76（1-20.252+0.253）+61.24.76（1-20.22+0.23）=69.65KN 小计： 97.85 KN 偏心弯矩M 97.850.15=14.68KN.m3、屋面框架D柱集中荷载中柱连系梁自重： 0.44926=3KN墙体自重： 4.26=25.2KN屋面板传来荷载：61.54.76（1-20.252+0.253）+61.24.76（

16、1-20.22+0.23）=69.65KN 小计： 97.85 KN 偏心弯矩M 97.850.1=9.78KN.m4、楼面框架E柱集中荷载墙体自重： 3.26=19.2KN边柱连系梁自重： 0.44926=3KN楼面板传来荷载： 61.54.76（1-20.252+0.253）=37.8KN 小计： 60KN 偏心弯矩M 600.1=6KN.m4.3、活荷载计算4.3.1、活载取值楼面均布活载标准值为2.5KN/m2，走廊为2.5 KN/m2,不上人屋面为0.5 KN/m2（基本雪压：So=0.45 KN/m2）4.3.2、框架梁间线荷载A、1、楼面框架BC梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载

17、： 0.8751.52.52=4.69 KN/m2、楼面框架CD梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.22.52=3.75 KN/m3、楼面框架DE梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载： 0.8751.52.52=4.69KN/mB. 1、屋面框架BC梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载： 0.24.69=0.94 KN/m2、楼面框架CD梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载： 0.23.75=0.75KN/m3、楼面框架DE梁上的线荷载三角形荷载等效均布荷载： 0.24.69=0.94 KN/m4.3.3、框架梁间集中荷载A、1、楼面框架BC梁上的集中荷载楼面板传来荷载： 632.5

18、（1-20.252+0.253）=40.08KN2、楼面框架DE梁上的集中荷载楼面板传来荷载： 632.5（1-20.252+0.253）=40.08KNB、1、屋面框架BC梁上的集中荷载屋面板传来荷载： 630.5（1-20.252+0.253）=8.02KN2、屋面框架DE梁上的集中荷载屋面板传来荷载： 630.5（1-20.252+0.253）=8.02KN4.3.4、框架柱间集中荷载A、1、楼面框架B柱集中荷载 楼面传来集中荷载 61.52.5（1-20.252+0.253）=20.04KN偏心弯矩M 20.040.15=3KN.m2、楼面框架C柱集中荷载 楼面传来集中荷载 61.52

19、.5（1-20.252+0.253）+61.22.5（1-20.22+0.23）=36.74KN偏心弯矩M 36.740.15=5.51KN.m3、楼面框架D柱集中荷载楼面传来集中荷载 61.52.5（1-20.252+0.253）+61.22.5（1-20.22+0.23）=36.74KN偏心弯矩M 36.740.1=3.67 KN.m4、楼面框架E柱集中荷载楼面传来集中荷载 61.52.5（1-20.252+0.253）=20.04KN偏心弯矩M 20.040.15=3KN.mB、1、屋面框架B柱集中荷载 屋面传来集中荷载 61.50.5（1-20.252+0.253）=4.01KN偏心弯

20、矩M 20.040.15=3KN.m2、屋面框架C柱集中荷载 屋面传来集中荷载 61.50.5（1-20.252+0.253）+61.20.5（1-20.22+0.23）=3.75KN偏心弯矩M 5.510.2=1.1KN.m3、屋面框架D柱集中荷载屋面传来集中荷载 61.50.5（1-20.252+0.253）+61.20.5（1-20.22+0.23）=3.75KN偏心弯矩M 3.670.2=0.73 KN.m4、屋面框架E柱集中荷载屋面传来集中荷载 61.50.5（1-20.252+0.253）=4.01KN偏心弯矩M 0.6KN.m4.4、恒载计算简图图4、恒载计算简图4.4、活载计算

21、简图图5、活载计算简图4.6、风荷载计算风压标准值计算公式为：，其中为风振系数，由于本建筑高度H=22.2m30.00m，可以取；对于矩形平面，风荷载体系数；风压高度系数可按C类地面粗糙度查规范；由设计资料可知。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表，表中z为框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。风荷载计算表层数Z(m)w0A(m2)PWk(KN)61.01.34.50.740.4520.710.751.01.37.80.740.4523.41141.01.311.10.740.4519.88.5731.01.314.40.740.4519.8. 8.

22、5721.01.317.70.8040.4519.88.5711.01.322.20.880.4524.910.78五、内力计算为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：1）恒载作用；2）活荷载满布；3）风荷载（从左向右吹，或从右向左吹）；对于恒载、活载情况，框架在竖向荷载作用下，采用迭代法计算。对于风荷载情况，框架在水平荷载作用下，采用D值法计算。在内力分析前，还应计算节点各杆的弯矩分配系数及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩。5.1风荷载作用下的内力计算：框架在风荷载作用下（以左向右吹）的内力用D值法进行计算。图6、风荷载计算简图（KN）D值法计算的步骤为：1、求各柱反弯点处的剪力值2、求各柱反

23、弯点高度y3、求各柱杆端弯矩及梁端弯矩层数层剪力（KN）BCDEDBCDE610.70.30.260.440.360.490.1920.090.93.094.282.261.075110.360.690.40.371.713.094.442.381.0948.57同上2.413.461.850.8538.57同上同上28.57同上同上110.870.410.370.610.420.670.210.270.161.163.443.901.951.49 表1、层剪力分配：计算各柱的D值，各层所有 D值之和及每根柱分配到的剪力：确定各柱反弯点高度系数yn：为总层数；j：为所在层；k：为梁柱线刚度比y

24、o：标准反弯点高度比（由n、j、k查表可得）1：上下梁刚度变化时的刚度比2=上层层高/所计算层层高3=下层层高/本层层高由1、2、3可查得y1 、y2、y3反弯点,并将计算结果列于表2：层数BCDE6n=6,j=6 k=0.3, 1=1yo=0.1 y1=0,y=0.1n=6,j=6 k=0.44, 1=1yo=0.24 y1=0,y=0.24n=6,j=6 k=0.49, 1=1yo=0.29 y1=0,y=0.29n=6,j=6 k=0.2, 1=1yo=0 y1=0,y=05n=6,j=5 k=0.24,1=1 2=1.36,3=1yo=0.22,y1=0 y2=0.05,y3=0y=

25、0.27n=6,j=5 k=0.36,1=1 2=1.36,3=1yo=0.28,y1=0 y2=0.05,y3=0y= 0.32n=6,j=5 k=0.4,1=1 2=1.36,3=1yo=0.35,y1=0 y2=0.05,y3=0y= 0.4n=6,j=5 k=0.17,1=1 2=1.36,3=1yo=0.17,y1=0 y2=0.05,y3=0y= 0.224n=6,j=4 k=0.24,1=1 2=1,3=1yo=0.32,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.32n=6,j=4 k=0.36,1=1 2=1,3=1yo=0.35,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.35n=6,

26、j=4 k=0.4,1=1 2=1,3=1yo=0.35,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.35n=6,j=4 k=0.17,1=1 2=1,3=1yo=0.26,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.263n=6,j=3 k=0.24,1=1 2=1,3=1yo=0.4,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.4n=6,j=3 k=0.36,1=1 2=1,3=1yo=0.43,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.43n=6,j=3 k=0.4,1=1 2=1,3=1yo=0.45,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.45n=6,j=3 k=0.17,1=1 2=1,3=1yo=0.4

27、,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.42n=6,j=2 k=0.24,1=1 2=1,3=1yo=0.57,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.57n=6,j=2 k=0.36,1=1 2=1,3=1yo=0.5,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.5n=6,j=2 k=0.4,1=1 2=1,3=1yo=0.5,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.5n=6,j=2 k=0.17,1=1 2=1,3=1yo=0.62,y1=0 y2=0,y3=0y= 0.621n=6,j=1 k=0.37,1=1 2=1,3=1.67yo=0.82,y1=0 y2=0,y3=-0.12y= 0.7n

28、=6,j=1 k=0.42,1=1 2=1,3=1.67yo=0.71,y1=0 y2=0,y3=-0.12y= 0.59n=6,j=1 k=0.67,1=1 2=1,3=1yo=0.7,y1=0 y2=0,y3=-0.12y= 0.58n=6,j=1 k=0.16,1=1 2=1,3=1yo=1.05,y1=0 y2=0,y3=-0.12y= 0.93表2、D值法计算反弯点：求各柱杆端弯矩及梁端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算i层第j个柱端弯矩 上端弯矩： Mtij=Vijh（1-y） 下端弯矩： Mbij=Vijhy由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩对于边跨梁端弯矩：Mbi

29、=Mtij+Mbi+1，j对于中跨，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此： Mlbi=（Mtij+Mbi+1，j） Mrbi=（Mtij+Mbi+1，j）再根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在该梁上的竖向荷载，求出梁跨中弯矩和剪力。经计算，其内力如图7、图8、图9所示：图7、风荷载作用下弯矩图 图8、风荷载作用下剪力图 图9、风荷载作用下轴力图5.2、恒载标准值作用下内力计算采用迭代法：、不平衡弯矩计算（见图10）、计算分配系数1）第一层节点：节点：节点：节点：2) 第二至四层节点：节点：节点：节点：3) 第五层节点：节点：节点：节点：) 第六层节点：节点：节点：节点：图10、恒载迭代法弯矩分配

30、图图11、恒载作用下弯矩图图12、恒载作用下剪力图图13、恒载作用下轴力图5.3、活载标准值作用下内力计算根据高钢规的规定，高层建筑可不考虑活荷载的不利布置，可以满布。活载满跨布置时的内力采用迭代法计算分配系数 （同恒载计算分配系数）1）第一层节点：节点：节点：节点：2) 第二至四层节点：节点：节点：节点：3) 第五层节点：节点：节点：节点：) 第六层节点：节点：节点：节点：图14、活载迭代法弯矩分配图图15、活载作用下弯矩图图16、活载作用下剪力图图17、活载作用下轴力图六、框架内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001）按最不利且可能的原则进行内

31、力组合。当考虑结构塑性内力重分布的有利影响时，应在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调幅。根据最不利而又可能的原则进行内力组合，进行承载力计算：1）恒载标准1.2+屋面活载1.42）恒载标准值1.2+0.9（活载标准值+风载标准值）1.43）恒载标准值1.2+活载标准值1.40.7+风载标准值1.40.6符号规定： 梁：弯矩下侧受拉为“+”反之为“-” 剪力以绕杆端顺时针为“+” 柱：弯矩M：以柱右侧受拉为“+”剪力方向与梁规定相同轴力N：以柱受压为“+”受拉为“-”本设计采用excel进行组合，将所计算的框架构件内力全部输入excel，再编制公式进行组合，详见excel组合表。七、截面验

32、算和节点连接设计7.1、BC、DE梁截面验算针对所选框架，通过内力组合表选取最不利内力组合进行截面验算：（1）钢梁HN6001701613 ，材料为Q345局部稳定性验算， ，可不验算局部稳定强度验算强度验算需要考虑的是正应力、剪应力、局部压应力、折算应力等几个方面，但是考虑到满足钢结构构造要求，只需要进行前两个方面的验算。通过excel内力组合表，选取最不利内力为 最大正应力最大剪应力折算应力：验算腹板与翼缘交界处点A刚度验算主梁钢结于柱上，然而柱受力产生变形，进而影响主梁挠度变化，故此处按简支梁简化计算主梁挠度。集中荷载作用： 均布荷载作用：w=，满足要求。整体稳定验算 次梁在主梁之间作为

33、主梁的侧向支撑，故不须进行整体稳定验算。（2）钢梁HN3501501212 ，材料为Q345局部稳定性验算， ，可不验算局部稳定强度验算强度验算需要考虑的是正应力、剪应力、局部压应力、折算应力等几个方面，但是考虑到满足钢结构构造要求，只需要进行前两个方面的验算。通过excel内力组合表，选取最不利内力为 最大正应力最大剪应力折算应力：验算腹板与翼缘交界处点A刚度验算主梁钢结于柱上，然而柱受力产生变形，进而影响主梁挠度变化，故此处按简支梁简化计算主梁挠度。集中荷载作用： 均布荷载作用：w=，满足要求。整体稳定验算 次梁在主梁之间作为主梁的侧向支撑，故不须进行整体稳定验算。7.2、钢柱验算针对所选框架，通过内力组合表选取最不利内力组合进行截面验算：（1）钢梁：箱型 5005002020强度验算（单向压弯） 刚度验算柱刚度由长细比控制；底层柱与基础刚接，则 查得弯矩作用平面内整体稳定因为宽厚比小于20，对x，y轴屈曲时均属c类截面（C类截面），故查表得则有： 。弯矩作用平面外整体稳定局部稳定验算(1) 受压翼缘，满足要求;(2） 腹板组合：腹板计算高度边缘的最大压应力为：腹板计算高度边缘的另一侧相应的压应力为： 应力梯度： 腹板计算高