内蒙古达拉特旗某钢框架教学楼楼建筑结构设计毕业设计计算书

1、内蒙古达拉特旗某钢框架教学楼楼建筑结 构设计毕业设计计算书内蒙古达拉特旗奥钢框架教学楼楼建筑结构设计毕业 设计计算书 引 言 本设计为内蒙古达拉特旗奥钢框架教 学楼楼建筑结构设计。此建筑为四层教学楼楼，结构体系为钢框架体系。钢框架体系是指沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承 重和抵抗侧力的主要构件所构成的结构体系，且一般可分为 无支撑框架和有支撑框架两种形式，本结构为无支撑框架体 系，仅由钢柱和钢梁组成，抗震设防烈度 8度，设计基本加 速度0.3g,框架的纵、横梁与柱的连接采用刚性连接。框架结构体系的优点是能够提供较大的内部使用空间， 建筑平面布置灵活，能适应多种类型的使用功能， 结构简单, 构

2、件易于标准化和定型化，施工速度快，对层数不错的高层 结构而言，该体系是一种比较经济合理、运用广泛的结构体 系，而且常用于层数不超过30层的高层建筑。钢结构是主要的建筑结构类型之一，是现代建筑工程中较 普通的结构形式之一。钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，其匀质、高强、施工 速度快、抗震性好和回收率高等优越性，在荷载相同的条件 下，钢构件的质量轻。从被破坏方面看，钢结构是在事先有较大变形预兆，属于 延性破坏结构，能够预先发现危险，从而避免。但钢结构也有一定的缺陷，比如钢结构容易被腐蚀，所 以要在钢结构框架做一定的防腐措施，例如在钢柱和钢梁上 涂防腐涂料可提高钢结构的抗腐蚀能力。钢结构最大的特点是耐

3、热但不耐火，如果发生火灾则钢结 构承载力急剧下降从而引起事故，所以在学校这种人群密集 型建筑一定要考虑防火要求。毕业设计是大学四年来对所学土木工程知识的一次系 统、全面的考察和总结，是大学重要的总结性教育。通过做毕业设计，使我对钢结构的学习和研究更为的深 入，深化了我对土木工程专业知识的认知和理解。在做毕设的过程中通过查阅各种文献资料、规范案例，不 仅拓展了我的知识面，也培养了我独立思考、查阅资料的能 力。关键词：钢结构 框架 刚性 结构 Abstract The design of Inner Mongolia Dalate flag on a steel frame building st

4、ructural design of teaching building. This building is four teaching buildings, structure system for steel frame system. Steel frame system refers to the housing along vertical and horizontal adopt frame as a bearing and resist the lateral force is the main component of structure, and can generally

5、be divided into no supporting frame and a supporting frame two forms, the structure is no supporting frame system, only by the steel column and steel girders, seismic fortification intensity8 degrees,0.3g design basic acceleration, the longitudinal frame, beam and column connection with rigid connec

6、tion. Frame structure system has the advantage of being able to provide more interior space, building layout is flexible, can adapt to various types of functions, simple structure, easy standardization and formalization of component, fast construction speed, good in layers structure is concerned, th

7、is system is a more economical and reasonable, the use of a wide range of structural system, and commonly used in the number of not more than 30story high-rise building. Steel structure of the main types of building structures, is the modern construction than the ordinary form of the structure. Stee

8、l structure and a reinforced concrete structure, its uniformity, high strength, high construction speed, good shock resistance and high recovery rate of superiority, the load under the same conditions, the quality of the light steel member. From the destroyed aspect, steel structure is in advance to

9、 have a larger deformation premonition, which belongs to the ductile fracture structure, can anticipate danger, thereby avoiding. But steel structure has some shortcomings, such as the steel structureis easily corroded, so the steel structure frame and do some anticorrosion measures, for example on

10、the steel column and steel beam coated with anticorrosive coating can improve the corrosion resistance of steel structure. Steel structure is characterized by the largest heat but not fire, in case of fire, steel structure bearing capacity decreased dramatically due to accidents, so the school the c

11、rowded building must consider the requirement of fire. Graduation design is a university for four years to study civil engineering knowledge system, a comprehensive inspection and summary, university education is important summary. By graduating from design to do, make me on the steel structure of t

12、he study and research of more in-depth, deepened my for civil engineering specialty knowledge and understanding. In the complete set of process through access to a variety of literature data, code case, not only to expand my knowledge, but also cultivate our independent thinking, the ability to acce

13、ss the information. Key words: steel structure, frame, rigid, structure第一章 结构设计方案概述要求：达拉特旗奥钢框架教学楼建筑结构设计，已知工程概况如 下：本建筑为达拉特旗奥钢框架教学楼，位于九内蒙古达拉特 旗。共四层，全部为教学用房，总建筑面积：5000,底层层高 4.85m,其余层均为 4.2m o 满足防火要求设两个双跑楼梯。墙体采用陶粒空心砌块，室内地面采用大理石地面。屋面为不上人屋面，采用改性沥青防水，苯板保温。结构形式为钢框架支撑体系。设计基准期50年，雪荷载0.40o抗震设防烈度为 8度，设计基本加速度为0.

14、3,地震分组为1组。地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m以下，冰冻深度-1.60m, 土质分布具体情况见表1.1, II类场地。建筑地层一览表表1.1序号岩土分类 土层深度（m）厚度范围（m）地基土承载力（kPa）桩端阻力（kPa）桩周摩 擦力（kPa） 1 杂填土 0.20.5 0.52 粉土 0.53.0 2.5160 10 3 粉砂 3.04.0 1.0 150 25 4 砾砂 4.0-7.0 4.0 220 2400 30 5 粉名田砂 7.0-11.2 4.2 180 3500 60 注： 地下稳定水位距地表-9m,表中给定土层深度由自然地坪算 起。1.1.1 依

15、据 毕业设计任务书总图制图标准GB/T50103-2010建筑制图标准 GB/T 50104-2001民用建筑 设计通则JGJ 37-87（试行）办公建筑设计规范JGJ 67-89高层民用建筑设计防火规范 GB 50045-95（2001年修订 版）建筑设计防火规范 GBJ16-87（2001版）1.2设计说明 1.2.1屋面（不上人屋面） 4mm防水层：APP改性沥青防水卷材；25mm厚1:8水泥膨胀珍珠岩找坡层（2%） 20mm厚1:3水泥砂浆（砂浆中掺聚丙烯）找平层 35mm厚挤塑聚丙乙烯泡沫板保温层隔离层聚酯纤维布一层10mm厚卵石保护层结构层压型钢板钢筋混凝土结构V型轻钢龙骨吊顶 1

16、.2.2楼面：20mm大理石面层；20mmi :3干硬性水泥沙浆找平层；110mm厚压型钢板混凝土组合结构层； 轻钢龙骨吊顶。1.2.3 门窗 本工程采用实木门和塑钢玻璃窗。1.2.4 墙体外墙做法为：300mm厚陶粒空心砌块；60mm厚轻质GRC保温板；12mm 厚1:3水泥砂浆找平层 8mm厚1:2水泥砂浆面层 25mm厚贴瓷砖墙面（包括水泥砂浆打底）。 内墙做法为：200mm厚陶粒空心砌块；18mm厚水泥砂浆找平；2mm厚麻刀石灰面层。女儿墙做法为：300mm厚陶粒空心砌块；6mm厚1:3水泥砂浆找平层；9mm厚1:1:6水泥石膏砂浆；7mm厚水泥砂浆抹平 卫生间采用轻型隔墙。1.3 结

17、构形式及布置 采用钢结构框架体系结构。框架梁、柱均采用热轧 H型钢。楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合楼盖体系，其中压型钢 板只作为永久性模版使用，承受施工荷载和混凝土的重量； 楼梯为现浇混凝土板式楼梯；基础采用柱下独立混凝土基 础，结构布置如图 1.2.1和图1.2.2。底层计算高度为 4.2m+0.450m+0.2=4.85m ,其中0.2m为 初估室外地坪至柱脚底板的距离。1.4 材料选用 所有构件及零件均采用 Q235B ;组合楼板 混凝土强度等级 C30,基础混凝土强度等级 C30,钢筋为 HRB335 级及 HRB400 级。1.5 主要参数及结构计算方法该建筑抗震设防类别为丙类，地震

18、作用及抗震措施均按设防烈度考虑。具体计算方法如下：采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（ D 值法）计算水平地震作用下的框架内力；采用弯矩二次分配 法，计算竖向荷载作用下框架内力。图1.2.1图1.2.2第二章 结构布置及截面初选采用钢框架结构。链接方式采用焊缝，螺栓连接。框架梁、柱均采用焊接工字形截面。楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构；楼梯板和平台板 采用钢筋混凝土楼板；基础采用柱下独立基础。2.1计算单元确定 计算单元如图 2.1.1如图2.1.1 2.2梁 截面 框架主梁高= 7800/127800/15 = 650mm520mm ; 次梁高=5400/15 5400/20

19、= 360mm 270mm； 2.3 结构构 件截面初选2.3.1柱截面按中柱初估：初步取500mm< 500mm. 2.3.2压型钢板：YX70 200 600 (V200 ),板厚 1mm ,有效截面惯性矩= 100.64cm4/m,有效截面抵抗矩= 27.37cm3/m , 一个波距宽度 内截面面积 =321.42,自重0.135。如图2.1.2压型钢板详图 柱、梁选用见下表：图2.1.3构件截面参数 结构构件初选截面参数表2.1项目截面尺寸 构件截面特性重量(mm) (mm) (mm) (mm)(mm) A () () (mm) (mm) M (kN/m)框架柱 502 470

20、25 452 20 32955 1502830000 432950000 213.5 114.6 2.54 框架梁 606 201 20 566 12 14977 866560000 21760000 240.5 42.6 1.152 横向次梁 350 1750 13 324 7 6291 129800000 9838000 143.6 39.5 0.484第三章 框架梁柱刚度计算3.1层间侧移刚度、算 3.1.1梁线刚度计算 钢材的弹性模量 N/mm2框架梁线刚度表3.1.1梁编号 截面尺寸（mrW mm）跨度（mm） AB（CD） 惯性矩=（mm4）（边框架）BC惯性矩=（mm4）（中框架

21、）（xkN m）（边框架）（xkN m）（中框架）LAB（CD） 200X 600 7800 1039872000 1299840000 2.75 3.43 LBC 200X600 3300 1039872000 1299840000 6.49 8.11 3.1.2 柱线刚度计算 柱的 线刚度按式计算 框架柱线刚度 表3.2层 柱高h（m）轴柱惯 性矩（沙 轴柱子线刚度 （XkN-m） 4 4.2 1.50283 7.37 3 4.2 1.50283 7.37 2 4.2 1.50283 7.37 1 4.85 1.50283 6.38 3.1.3 柱侧 移刚度计算一般层：=首层：=抗侧刚度d

22、=12kc/（h阶 框架柱的值 表3.3层 柱子类别 （m）抗侧刚度 Kc （ X04KN - m）修正系数 修正系数 （M04 KN/m） （M04 KN/m） 2 4 中框架 中柱（28 根）4.2 7.37 1.5658 0.4391 0.2015 99.026 边柱（28 根）4.2 7.37 0.4654 0.1888 0.9466 边框架 中柱（4 根）4.2 7.37 1.2537 0.3853 1.0317 边柱（4 根）4.2 7.37 0.3731 0.1572 0.7881 1 中框架 中 柱（28 根）4.85 6.38 1.8100 0.6063 1.9731 106

23、.46 边柱（28 根） 4.85 6.38 0.54 0.4094 11.3223 边框架 中柱（4 根）4.85 6.38 1.45 0.5652 1.8393 边柱（4 根）4.85 6.38 1.02 0.5033 1.6379 注：与楼梯相邻处的框架梁应按边框架梁计算，此处简化计算按 中框架考虑。第四章 荷载计算4.1屋面均布荷载（不上人屋面）4.1.1恒 载4mmAPP改性沥青防水卷材 0.05 25mm厚1:8水泥膨胀 珍珠岩找坡层 （2%） 15X0.025=0.375 20mm厚1:3水泥砂浆（砂浆中掺聚丙烯）找平层20X0.02=0.4 35mm厚挤塑聚丙乙烯泡沫板保温层1

24、8.5 >0.035=0.648隔离层聚酯纤维布一层0.1 10mm厚卵石保护层 18X0.01=0.18结构层压型钢板 钢筋混凝土结构0.135+2.75=2.855 V 型轻钢龙骨吊顶 0.12kN/m2 合 计 4.828 4.2.2 活载：不上人屋面 0.5雪载0.4重力荷载代表值计算时取雪荷 载。竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑， 取二者较大值考虑。4.2楼面均布荷载：1.1 .1恒载：20 mm大理石面层 28X0.02=0.56 20mm厚水泥砂浆找平层 20X0.02=0.40 110mm 厚现浇钢筋混凝土 结构层 25X0.11=2.75 1mm厚压型钢

25、板0.135轻钢龙骨吊顶 0.25合计4.095 4.2.2活载：楼面活荷载 2.5走廊、楼梯的活荷载 2.5 4.3构件自重 4.3.1 柱 258.7 9.8=2.54kN/m4.3.2 梁 框架梁117.6 9.8=1.152kN/m 横向次梁 49.4 软8=0.48kN/m 4.3.3 墙 体 （1）外墙300 mm厚陶粒空心砌块0.3 >5=1.5; 轻质GRC 保温板 0.14kN/m2 12mm 厚 1:3水泥砂浆找平层8mm厚1:2水泥砂浆面层 20X0.02=0.4;贴瓷砖墙面 0.5;合计2.54 (2)内墙 200 mm厚陶粒空心砌块 0.2 )5=1 ; 18m

26、m厚石灰砂浆打底 17X0.018 >2=0.612 ; 2mm厚麻刀石灰面层 16X0.002 2=0.064合 计1.676 (3) 女儿墙做法与外墙相 同，高900mm. 4.4重力荷载代表值计算 各楼层重力荷载代 表值的具体计算过程略，计算结果如下：10065.91kN 12285.38kN 12407.77N 房屋总重力荷载代表 值：=10065.91+12285.38 2+12407.77 =47044.44 kN 图 4.4.1重力荷载分布图 4.5地震作用计算4.5.1结构自振周期计算 将各层重力荷载代表值集中在相应楼层处作为假想水平荷 载计算整体框架的顶点位移。考虑非结

27、构构件的影响取。结构自振周期 表4.1层数(kN) (kN) ( 104 KN/m) (m)(m) 4 10065.91 10065.91 99.026 0.010 0.112 3 12285.38 22351.29 99.026 0.023 0.102 2 12285.38 34636.67 99.026 0.035 0.079 1 12407.77 47044.44 106.46 0.044 0.044 考虑非 结构构件影响取=0.9 4.5.2水平地震作用分析 (1)采用底部 剪力法计算水平地震作用 设防烈度8度，设计基本加速度 值为0.3g (第一组)，则；n类场地，阻尼比；0.1sv

28、=0.51s v= 2.25s。=0.187( 2 ) 结构总水平地震作用：=0.187 0.85 *7044.44 =7477.7kN =0.51s>1.4=1.4 0.35=0.49s, 不需要考虑顶部附加水平地震作用。=0.08+0.07=0.08 01+0.07=0.11 顶部 附加地 震作用 X7458.26=820kN (3)各层水平地震作用标准值及楼层地震 剪力一一结构所在层楼板的计算高度。楼层地震剪力：(1ij6)楼层地震剪力计算 表4.2层(m) (m) (kN) (KN m) (kN) (kN) (kN) (kN) 4 4.2 17.45 10065.91 17565

29、0.13 0.35 6637.85 820.41 2323.25 3134.66 3 4.2 13.25 12285.38 162781.29 0.32 2124.11 5267.77 2 4.2 9.05 12285.38 111182.69 0.22 1460.35 6728.17 1 4.85 4.85 12407.77 60177.861 0.11 730.16 7458.28 (4)楼层地震剪力调整 按 抗震规范规定：各楼层地震剪力，剪力系数，具体计算如下表所示：楼层地震剪力调整表4.3层(kN) (kN) (kN) (kN)备注43134.66 10065.91 10065.91

30、161.05 满足 3 5267.77 12285.38 22351.29 357.62 满足 2 6728.17 12285.38 34636.67 554.19 满足 1 7458.28 12407.77 47044.44 752.7 满足 由以上计算 可知各楼层地震剪力均满足要求。(5)楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算 如下表：地震剪力作用下横向框架侧移表4.4层(m) (KN) ( 104KN/m) (m) 4 4.2 3143.66 99.026 0.003318 3 4.2 5276.77 99.026 0.005320

31、 2 4.2 6728.17 99.026 0.006794 1 4.85 7458.28 106.46 0.007006 (6)侧移修正 1)考虑节点域剪切变形对 侧移的修正由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下：由横向框架梁的截面参数可知：梁的腹板平均高度度：=606-2 >20=566mm梁截面的平均惯性矩：=866560000柱的腹板平均高度度：=502-2 >25=452mm柱截面的平均惯性矩： =11502830000节点域腹板平均厚度：=20mm =452X566X20X79000=4.04 X=0.94(7)框架的顶点水平侧移

32、框架的顶点水平侧移可分为两部分：由框架梁的弯曲变形产生的侧移和由柱子轴向变形产生的 侧移，框架顶端侧移=+。可由值法求的：,的计算如下：将地震作用下折算成倒三角形水平分布荷载，顶端荷载为：=272.63kN/m (边柱截面沿高度没有变化)参数；=0.0052m顶点位移： =+= (0.0033+0.0053+0.0068+0.007) +0.0052=0.02761m , 满足要求。从以上表计算可知，地震作用下侧移满足要求。(8)框架质心侧移验算规范规定框架顶端侧移不应超过质心侧移的1.3倍，计算如下。1 ) 质心高度 =m 由于 1.3=1.3 =1.3 超.006497+0.0053 (W

33、.84-9.05)/13.5=0.00975m V0m, 满足。图4.1地震作用下的层间剪力第五章内力计算5.1水平地震作用下框架内力计算(采用D值法) 取轴横向框架计算。5.1.1框架柱的反弯点高度计算一反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。一标准反弯点高度比。一上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比的修正系数。一上层层高变化修正系数。一下层层高变化修正系数。根据框架总层数、该柱所在层数和梁柱线刚度比查表得。边柱(中框架 A柱、D轴柱)的反弯点高度比 表5.1层 (m) 4 4.2 0.4654 0.283 0.000 0.000 0.000 0.283 3 4.2 0.4654 0.4327

34、 0.000 0.000 0.000 0.4327 2 4.2 0.4654 0.4654 0.000 0.000 0.000 0.5 1 4.85 0.54 0.77 0.000 0.000 0.000 0.77 中柱 (中框架B柱、C轴柱)的反弯点高度比 表5.2层(m) 4 4.2 1.5658 0.428 0.000 0.000 0.000 0.428 3 4.2 1.5658 0.45 0.000 0.000 0.000 0.45 2 4.2 1.5658 0.500 0.000 0.000 0.000 0.500 1 4.85 1.81 0.61 0.000 0.000 0.000

35、 0.61 5.1.2 框架柱端弯矩计算 (1)第层第k根柱所受的剪力： =(2)第层第k根柱下端弯矩：(3)第层第k根柱上端弯矩：具体计算过程见下表边柱(A、D轴)柱端弯矩 表5.3层H(m) (kN/m) (kN/m) (kN) (kN) ()() 4 4.2 0.9466 99.0263143.6630.050.283 -90.49 -35.717 3 4.20.946699.0265267.7750.360.4327 -119.99 -91.52 2 4.20.946699.0266728.1760.010.5 -126.21 -126.21 1 4.851.3323106.46745

36、8.28 93.34 0.77 -104.12 -348.57 中柱(B、C 轴)柱端弯 矩表 5.4 层 H(m) (kN/m) (kN/m) (kN) (kN) ()() 4 4.22.2015 99.026 3134.66 69.69 0.428 -167.42 -125.27 3 4.2 2.2015 99.026 5267.77 117.11 0.45 -270.52 -221.34 2 4.2 2.2015 99.026 6728.17 149.58 0.500 -314.12 -314.12 1 4.85 1.9317 106.46 7458.28 138.1 0.61 -261.22 -385.82 5.1.3 框架梁 端弯矩、剪力及框架柱轴力计算根据节点平衡，由柱端弯矩求梁端弯矩。梁端按其线刚度分配。=柱剪力计算:横向框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力 表5.5层A轴 柱AB跨 A轴柱 B轴柱 BC跨B轴柱（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）4 7.8 -35.71 -90.49 1.0 90.49 48.867 -17.87 17.87-125.27 -167.42 0.292 1