钢结构办公楼毕业设计

1、中南大学本科毕业设计目录目 录中文摘要英文摘要第1章 工程概况11. 设计题目12. 设计资料1第2章 结构方案设计及荷载统计21. 结构方案设计22. 荷载统计4第3章 水平地震作用下的内力计算111. 梁柱线刚度计算122. 框架柱D值计算133. 地震力计算154. 地震作用下层间位移计算165. 地震作用下框架的内力计算16第4章 风荷载作用下的内力计算281. 风荷载计算282. 风荷载作用下内力计算29第5章 竖向荷载作用下框架结构内力计算371. 框架计算简图37 2. 框架恒载计算383. 恒载作用下框架内力计算474. 框架活载计算575. 活载作用下框架内力计算62第6章

2、内力组合791. 组合说明792. 内力组合79第7章 截面设计801. 框架柱验算802. 框架梁验算843. 节点域设计864. 节点设计87第8章 独立基础设计951. 基础说明952. 荷载统计953. 基础设计95第9章 压型钢板组合楼板设计1021. 荷载及内力计算1022. 压型钢板验算103第10章 楼梯设计1061. 首层楼梯设计1062. 标准层楼梯设计108第11章 手算与电算PKPM比较1121. 结构基本周期比较1122. 层间位移比较1123. 底层柱轴力设计值比较114参考文献115附录1161. 英文翻译1162. 图纸总目录表134附表一：框架梁内力组合表附表

3、二：框架A柱弯矩和轴力内力组合表附表二：框架B柱弯矩和轴力内力组合表附表二：框架C柱弯矩和轴力内力组合表中南大学本科毕业设计摘要武汉某商业办公楼摘 要本工程为武汉市某商业办公楼工程，采用钢框架结构，主体为六层，本地区抗震设防烈度为6度，场地类别为II类场地。主导风向为西北，基本风压0.5，基本雪压0.35。楼屋盖采用压型钢板混合结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架第5轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,然后按底部剪力法计算水平地震荷载作用

4、下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用独立基础。 整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。 关键词： 钢框架结构、抗震设计、荷载计算

5、、内力计算Wuhan County commercial office buildingABSTRACTThis works for the Wuhan County commercial office building, a Steel framework structure for a six-storey main, in the region earthquake intensity of 7 degrees near Lan site classification as Class II venues. Led to the northwest direction, the basi

6、c Pressure 0.5, basic snow pressure. Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structures.The design and implement "practical, security, economic, aesthetic," the design principles. With the architectural design, design seriously considers the influence of the various factors

7、. According to the structural and architectural detail and the overall relationship.The design of the main structure of the program horizontal framework 5-axis seismic design. In determining the distribution framework, the first layer of representative value of the load, then at the bottom of shear

8、horizontal seismic load calculation under size, and then calculated the level of load under the Internal Forces (bending moment, shear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force se

9、veral combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the structure of the program indoor staircase designs. Completion of the platform boards, boards of the ladder, platform beam component and the reinforcement of internal forces calculation and construct

10、ion mapping. On the floor reinforcement calculation, This design uses an independent foundation. The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design

11、 of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Design reasonable and workable structure of the program is the construction site of the important basis for the construction. KEY WORDS: Steel

12、 Frame Structure、Seismic Design、Load Calculation、Internal force calculation 第1章 工程概况1. 设计题目：武汉市某商业办公楼2. 设计资料：(1)建筑部分：层数：主体六层： 层高：首层4.5m，二层六层3.6m； 各层功能：首层以管理、展览、服务接待为主，二层至顶层以办公为主，包括办公室和会议室等；(2)结构部分：结构形式：钢框架结构；楼盖板：全现浇楼板；基础：独立基础；墙体材料：外墙为240mm加气混凝土砌块，内墙为240mm加气混凝土砌块，卫生间隔墙为120mm加气混凝土砌块（容重为6.5）；(3)自然条件：主导

13、风向为西北，基本风压，地面粗糙类别为C类，基本雪压 建筑场地地势总体平坦开阔； 抗震设防烈度：6度，基本地震加速度值为0.05g；场地土属于中软场地，场地类别II类；场地地层结构自上而下分四层，杂填土约0.5m、粉质粘土约1.0m、粉土约0.7m、第四层为卵石，其中卵石的承载力特征值。(4)材料选用：钢材：所有构件均采用Q345；混凝土：组合楼板采用C20，其余均采用C25钢筋：楼梯梁采用HRB335，其余均采用HPB235(5)设备条件：电力供水、排水、供热均由城市系统引入137第2章 结构方案设计及荷载统计1.结构方案设计(1)设计依据： 建筑结构荷载规范 (GB50009-2001)混凝

14、土结构设计规范 (GB50010-2002)建筑地基基础设计规范 (GB50007-2001)建筑抗震设计规范 (GB50011-2001)钢结构设计规范 (GBJ20017-2003)(2)设计规模：总建筑面积：6048。结构共六层：首层层高 4.5m；其他均3.6m； 室内外高差：0.45 m。(3)结构方案：由建筑设计方案和设计任务书确定。绘出结构平面布置图。(4) 构件几何尺寸初选 （高度x宽度x腹板厚度x翼缘厚度）主梁：L/15L/25=9000/159000/25=360600 采用HM型钢考虑结构外围主梁与内侧主梁受力不同，故用取不同截面,见表2.1表2.1 主梁截面尺寸主梁位置

15、截面尺寸mm截面面积cm2理论重量kg/m外围390×300×10×16130.7107内侧588×300×12×20192.5151次梁：L/15L/25=9000/159000/25=360600 采用HN型钢450×200×9×14 A=97.41 cm2 q=76.5kg/m柱：采用HW型钢 考虑不同楼层柱的受力不同，故采用不同截面尺寸，见表2.2表2.2 柱截面尺寸层截面尺寸mm截面面积cm2理论重量kg/m首层428×407×20×35361.4284二、三层41

16、4×405×18×28296.2233四、五层394×398×11×18187.6147顶层300×300×10×15120.494.5中南大学本科毕业设计第二章 结构方案设计及荷载统计图2.1结构平面布置图2.荷载统计：（1）、恒载计算1.1屋面荷载屋面为300mm厚1.2mm厚压型钢板 0.17 kN/100mm厚C25钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 kN/20mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/2mm厚SBS改性沥青隔气层 0.025 kN/100mm厚

17、聚苯乙烯泡沫塑料保温板 0.1×0.5=0.05 kN/100mm厚水泥珍珠岩找坡层 0.1×4=0.4 kN/20mm厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/4mm厚SBS改性沥青隔气层 0.05 kN/V型轻钢龙骨吊顶 0.12 kN/顶棚上铺焦渣据末绝缘层 0.2 kN/ 合计 4.32 kN/1.2 墙自重1.2.1外墙自重（240mm厚） 10mm厚弹性外墙涂料 0.01×20=0.2 kN/ 3mm厚弹性底涂，柔性耐水腻子（不记） 10mm厚抗裂砂浆复合热镀锌电焊网 0.01×20=0.2kN/ 20mm厚挤塑聚苯板保

18、温层 0.02×0.3=0.006 kN/ 20mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/ 240mm厚加气混凝土砌体（6.5KN/m） 0.24×6.5=1.56 kN/ 10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光 0.01×17=0.17 kN/ 15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底 0.015×17=0.255 kN/ 20mm厚乳胶漆粉刷 0.02×17=0.34 kN/合计 3.131 kN/女儿墙荷载同外墙1.2.2内墙自重（240mm厚）240mm厚加气混凝土砌体（6.5kN/m） 0.24

19、5;6.5=1.56 kN/10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光（两面）2×0.01×17=0.34 kN/15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底（两面） 2×0.015×17=0.51kN/20mm厚乳胶漆粉刷（两面） 2×0.02×17=0.68 kN/合计 3.09 kN/1.2.3卫生间隔墙自重（120mm厚）10mm厚1:2.5水泥砂浆抹面 0.01×20=0.2 kN/10mm厚1:3防水水泥砂浆 0.01×20=0.2 kN/120mm厚加气混凝土砌块（6.5KN/m） 0.12×

20、6.5=0.78 kN/10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光 0.01×17=0.17kN/ 15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底 0.015×17=0.255 kN/20mm厚乳胶漆粉刷 0.02×17=0.34 kN/合计 1.945 kN/外墙和内墙恒载值取3.2 kN/，卫生间隔墙恒载值取2 kN/1.3楼面荷载楼面为100mm厚1.2mm厚压型钢板 0.17 kN/100mm厚C25钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 kN/30mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.03×20=0.6 kN/瓷砖地面 0.55 kN/V型请钢龙骨

21、吊顶 0.12 kN/顶棚上铺焦渣锯末绝缘层 0.2 kN/合计 4.14 kN/1.4台阶12mm厚1:2水泥石子磨石面层 0.012×15=0.18 kN/速水泥浆结合层一道18mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.36 kN/60mm厚C15混凝土，台阶高150，宽300/323，踏步数 1.44 kN/300厚3:7灰土垫层 0.3×17.5=5.25 kN/素土夯实 合计 7.23 kN/1.5楼梯 1.5.1首层楼梯 板式楼梯梯段板自重 25××0.12×1.85×2=67.21 kN地板自重 25×0.15×

22、;0.48×4=7.2 kN平台自重 25×3.8×1.8×0.1=17.1 kN平台梁自重 25×0.2×0.4×3.8=7.6 kN构造柱自重 3×25×0.20×0.20×4.5=13.5 kN踏步自重 25×1.85×14×0.28×2×0.15/2=13.59 kN合计 126.2 kN1.5.2楼梯（除首层） 板式楼梯梯段板自重 25××0.12×1.85×2=39.60kN地板自重

23、25×0.10×1.32×4=13.2 kN平台自重 25×3.8×1.8×0.1=17.1 kN平台梁自重 25×0.2×0.35×3.8=6.65 kN构造柱自重 3×25×0.20×0.20×3.6=10.68kN踏步自重 25×1.85×11×2×0.28×0.15/2=10.68 kN合计 98.15kN（2）、活载计算 2.2.1、屋面及楼面活荷载标准值上人楼面活荷载 2.0 kN/不上人屋面活荷载 0.

24、5 kN/楼梯、台阶、门厅处活荷载 3.5 N/走廊处活荷载 2.5 kN/2.2.2、屋面雪荷载标准值工程所在地基本雪压为,按50年一遇考虑建筑为平屋顶，则雪荷载标准值=1.0×0.5=0.5 荷载规范中规定，屋面雪荷载与活载不同时考虑，两者中取大值，由于屋面不上人活载为，故仅考虑活载而不考虑雪荷载。2.2.3、风荷载工程所在地基本风压为，按50年一遇考虑，地面粗糙度为C类。框架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。风荷载标准值计算公式为：=楼层位置的集中风荷载线荷载：因为结构高度小于30m，可取；对于矩形平面形状，；可以通过查表得到；H为上、下楼层层高的平均值。计算结果

25、如下表：表2.3风荷载作用下框架的各层集中风荷载计算（线性）楼层Z(m)()()H(m)(kN)14.951.00.741.30.350.344.051.3628.551.00.741.30.350.343.601.21312.151.00.741.30.350.343.601.21415.751.00.751.30.350.343.601.23519.351.00.831.30.350.383.601.36622.981.00.891.30.350.401.800.733. 竖向荷载统计（1） 顶层荷载屋面：4.32 ×56×18=4354.56kN女儿墙：3.2

26、5;0.9×（56+18）×2=426.24kN 外墙：3.2×3.6×（56+18）×2=1704.96kN 内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN 卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN 柱：94.5×9.8×3.6×24/1000=80.02kN 主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18

27、15;6+56）/1000=397.88kN 次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=178.43kN 恒载标准值统计：恒载=9500.81kN 活载标准值统计：活载=0.5×56×18=504kN 荷载代表值：恒载+0.5活载=9500.81+0.5×0.5×56×18=9752.81kN（2） 四、五标准层荷载楼面4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN外墙：3.2×3.6×（56+18）×2=170

28、4.96kN 内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN 卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN 柱：147×9.8×3.6×24/1000=124.47kN 主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN 次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=17

29、8.43kN 楼梯：98.15×2=196.3kN 恒载标准值统计：恒载=8935.16kN活载标准值统计：活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2）+2.5×3×56+3.5×4×6×2=2172kN荷载代表值：恒载+0.5活载=8935.16+0.5×2172=10021.16kN（3） 二、三标准层荷载楼面4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN外墙：3.2×3.6×（56+18）

30、5;2=1704.96kN 内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN 卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN 柱：233×9.8×3.6×24/1000=197.29kN 主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN 次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/

31、1000=178.43kN 楼梯：98.15×2=196.3kN 恒载标准值统计：恒载=9007.98kN活载标准值统计：活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2）+2.5×3×56+3.5×4×6×2=2172kN荷载代表值：恒载+0.5活载=9007.98+0.5×2172=10093.98kN（4） 首层荷载楼面：4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN外墙：3.2×4.5×（56+18）

32、×2=2131.2kN内墙：3.2×4.5×（56×2-16-4×2+9×4+6×8）=2476.8kN卫生间隔墙：2×4.5×（4.4+8）=111.6kN柱：284×9.8×4.5×24/1000=300.59kN 主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN 次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2

33、）/1000=178.43kN 台阶：7.23×(0.3+0.32+0.5)×2+8×2.6=192.50kN 楼梯：126.2×2=252.4kN 恒载标准值统计：恒载=10015.8kN活载标准值统计： 活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2-9×16）+2.5×3×56+3.5×4×6× 2+(0.3+0.32+0.5)×2+8×2.6+9×16=2481.19kN荷载代表值：恒载+0.5活载=100

34、15.8+0.5×2481.19=11256.40kN总荷载代表值=61239.49kN中南大学本科毕业设计第三章 水平地震作用下内力计算第3章 水平地震作用下的内力计算1.梁柱线刚度计算：1.1钢框架结构中，考虑现浇楼板与钢梁得共同作用，在计算梁线刚度时，对中框架梁,对边框架梁取边框架： I=3.89× L=9m E=2.06×N/中框架： I=11.8× L=9m E=2.06×N/ 中框架梁线刚度：=40513kN.m 边框架梁线刚度：=10685kN.m1.2柱的线刚度：一层柱线刚度：=11.9× =2.06×

35、15;11.9×/4.5=54476kN·m二、三层柱线刚度：=9.3× =2.06××9.3×/3.6=53217 kN·m四、五层柱线刚度 =5.54× =2.06××5.54×/3.6=31701 kN·m六层柱线刚度=2.05× =2.06××2.05×/3.6=11731 kN·m框架梁柱相对线刚度计算令顶层柱=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：框架梁的相对线刚度：=40513/11731=3.45 =10685/

36、11731=0.91框架柱的相对线刚度：=54476/11731=4.64 =53217/11731=4.54 =31701/11731=2.70 =1.0框架梁柱相对线刚度见图3.1图3.1 框架相对线刚度图2.边框架柱的D值计算由D= 表3.1 常用K值与楼层简图K一般层柱底层柱表3.2 边框架柱D值计算楼层柱位（kN.m）k层高h(m)D(kN/m)柱根数(kN/m)合计（kN/m）6边柱11731（1.0）1.820.910.3133.63396.719413586.8823937.09中柱3.641.820.4765175.107210350.215边柱31701（2.70）1.82

37、0.340.1453.64264.934417059.7331955.17中柱3.640.680.2537447.72214895.443边柱31701（2.70）1.820.340.1453.64264.934417059.7331955.17中柱3.640.680.2537447.72214895.443边柱53217（4.54）1.820.200.0913.64479.545417918.1834343.18中柱3.640.400.1678212.52164282边柱53217（4.54）1.820.200.0913.64479.545417918.1834343.18中柱3.640.4

38、00.1678212.52164281边柱54476（4.64）0.910.200.3184.510271.57441086.2865297.83中柱1.820.400.37512105.78224211.56注：计算采用相对线刚表3.3 中框架柱的D值计算楼层柱位（kN.m）k层高h(m)D(kN/m)柱根数(kN/m)合计（kN.m）6边柱11731（1.0）6.93.450.6333.66875.971282511.62133038.4中柱13.86.90.7758421.13650526.785边柱31701（2.70）6.91.280.3903.611454.7412137456.9

39、236329.4中柱13.82.560.56116478.75698872.514边柱31701（2.70）6.91.280.3903.611454.7412137456.9236329.4中柱13.82.560.56116478.75698872.513边柱53217（4.54）6.90.760.2753.613568.4812162821.7290488.8中柱13.81.520.43221277.8461276672边柱53217（4.54）6.90.760.2753.613568.4812162821.7290488.8中柱13.81.520.43221277.8461276671边柱

40、54476（4.64）3.450.740.4534.514609.4112175312.9285517.2中柱6.91.480.56918367.396110204.3注：计算采用相对线刚3.水平地震力计算（1）结构自振周期 结构高度为22.5m小于25m且为填充墙框架结构 =3.22s又=(0.080.12)N=0.08×60.12×6=0.48s0.72s取较小值0.48s（2）水平地震影响系数 按照6度设防，类场地II类，基本地震加速度值为0.05g。查表得：水平地震影响系数=0.04，=0.35s 本结构为多层框架结构，则=0.04，=0.35s=0.48<1

41、.4=1.4×0.35=0.49,无需在结构顶部附加集中水平地震作用（3）总水平地震作用 为结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值得85%=0.04×0.85×=0.04×0.85×61239.49=2082.14KN（4）各层水平地震力 （i=1,2,3，n） =11256.40×4.5+10093.98×8.1+10093.98×11.7+10021.16×15.3+10021.16×18.9+9752.81×22.5 =812676.50 kN.m =11256.40

42、15;4.5/812676.50×2082.14=129.78kN =10093.98×8.1/812676.50×2082.14=209.48kN =10093.98×11.7/812676.50×2082.14=302.58kN =10021.16×15.3/812676.50×2082.14=392.83kN =10021.16×18.9/812676.50×2082.14=485.25kN =9752.81×22.5/812676.50×2082.14=562.22kN表3.4

43、 D值汇总（）层 D值 数柱123456边柱65297.8334343.1834343.1831955.1731955.1723937.09中柱285517.2290488.8290488.8236329.4236329.4133038.4合计350815324832324823268284.6268284.6156975.54.地震作用下层位移计算，见表3.5表3.5 各层水平地震作用标准值、层间位移计算楼层(m)(kN)(kN)(kN)()(m)63.69752.81562.22562.22156975.50.003553.610021.16485.251047.47268284.60.0

44、03943.610021.16392.831440.3268284.60.005433.610093.98302.581742.883248230.005423.610093.98209.481952.363248230.006014.511256.40129.782082.143508150.0060楼层最大位移与层高之比：，满足要求。5.层间剪力计算由抗震规范，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：查得设计楼层剪力系数=0.008 均满足要求由抗震规范，验证重力二阶效应，见表3.6：表3.6 重力二阶效应计算楼层( kN)(m)()(m)(kN)()69752.810.003534.1

45、34843.6562.222023.992519773.970.003977.118483.61047.473770.892429795.130.0054160.89373.61440.35185.08339889.110.0054215.40123.61742.886274.368249983.090.0060299.89853.61952.367028.496161239.490.0060367.43694.52082.149369.63可知，故不需要考虑重力二阶效应。6.水平地震作用下框架柱剪力由于中框架梁与边框架梁尺寸不同，故均需要验算,见表3.7，表3.8表3.7 边框架轴计算 柱楼

46、层（kN）()()（kN）中柱12082.1435081512105.780.034571.8521952.363248238212.50.025349.3631742.883248238212.50.025344.0741440.3268284.67447.720.027839.9851047.47268284.67447.720.027829.086562.22156975.55175.110.033018.54边柱12082.1435081510271.570.029360.9621952.363248234479.550.013826.9231742.883248234479.550.

47、013824.0441440.3268284.64264.930.015922.9051047.47268284.64264.930.015916.656562.22156977.53396.720.021612.17表3.8中框架轴计算 柱楼层（kN）()()（kN）中柱12082.1435081518368.390.0524109.0221952.3632482321277.840.0655127.8931742.8832482321277.840.0655114.1741440.3268284.616478.750.061488.4751047.47268284.616478.750.0

48、61464.476562.22156975.58421.130.053630.34边柱12082.1435081514609.410.041686.7121952.3632482313568.480.041881.5531742.8832482313568.480.041872.8041440.3268284.611454.740.042761.5051047.47268284.611454.740.042744.726562.22156977.56875.970.043824.637.地震作用下框架的内力计算将楼层剪力按修正抗侧刚度分配给每根柱、将个柱的剪力乘以反弯点到柱端的距离得到朱端弯矩，将柱节点的弯矩按梁的线刚度分配给与节点相连的梁，梁的左右弯矩之和除一梁跨得到梁剪力；最后自顶层向下，逐个节点去脱离体，利用竖向力平衡条件，可求得柱轴力。（1）计算框架柱的反弯点位置y（地震荷载按照倒三角分布），见表3.9，表3.10表3.9 边框架柱楼层柱号KH(m)Y(m)1A、C0.20-0.8-4.51.00-0.05-4.275