钢结构计算书范例

...wd......wd......wd...摘要本工程为三层钢框架超市设计，长64.00m，宽30.00m，层高为4.5m，建筑高度为14.4，建筑面积5760.00m2，综合运用所学专业知识，进展了钢构造建筑设计和构造设计。主体采用钢框架构造，钢筋混凝土现浇楼板。首先确定构造方案并进展荷载统计、梁柱截面选择及刚度验算，计算恒载、活载作用下的框架内力，然后计算风载、地震作用下的框架内力，经内力组合后得出构件的最不利组合内力，最后进展梁、柱截面验算、节点设计、楼板、楼板配筋计算，绘制施工图。计算竖向荷载效应时采用分层法，计算水平荷载效应时采用D值法；在荷载组合时。考虑以可变荷载效应控制的组合和以永久荷载效应控制的组合方式；在活荷载计算过程中，采用满布荷载法；框架节点设计采用栓焊混合的连接方式。关键词：建筑设计；钢框架；内力分析；节点设计ABSTRACTBasedontheprofessionalknowledgeforlearned，thebuildingwasdesigned.Theworksincludetwoparts:architecturedesignandstructuredesign.Thisprojectiscommercialbuildingof3-floors，steelstructure，whichislocatedinXiAn.Itis64.00mlong,30.00mwide.Theheightofstoryare4.5mand5m.Theheightofthewholebuildingis14.4m.Thetotalareais5760.00m2.Architecturedesigntrieshardforsimpleandclear，whichhastheagesfeelsandassortwithsurroundingsenvironment.Steelframeandreinforceconcretefloorwereusedinthestructure.Firstly，thesizeofthebeamandcolumnwasdeterminedbythetypeofthestructureandthecalculationoftheloads.Secondly，theinnerforcesoftheframeunderthewindloadandearthquakeload，thedeadload，andthelivingloadswereanalyzedseparately.Bythecombinationoftheinnerforces，themostdangerousforcescanbegot，andthenthesteelbeam，steelcolumn，theframeconnectionsandreinforceconcretefloorcanbedesigned.Afterthese，thedrawingcanbemade.Intheprogressofinterforceanalysis，theverticalforcesarecalculatedbythelayer-wisemethod，andthehorizontalforcesarecalculatedbytheDmethod.Intheprocessoftheliveloadcalculation，fullloadisused.Mixedconnectionwithweldingandboltswasusedinsteelframe，andindependentfoundationundercolumnwasadopted.KeyWords:architecturedesign;steelframe;internalforceanalysis;connectiondesign目录前言1第１章建筑设计21.1设计任务和设计要求21.1.1设计任务21.1.2设计要求21.2建筑物所处的自然条件21.2.1气象条件21.2.2地形、地质及地震烈度21.2.3水文31.3建筑物功能与特点31.3.1平面设计31.3.2立面设计31.3.3防火3第2章构造设计42.1构造方案选型及布置42.1.1柱网布置42.1.2构造形式选择42.1.3楼板形式选择42.2荷载计算42.2.1恒荷载标准值52.2.2活荷载标准值52.2.3风压标准值52.2.4雪荷载标准值62.2.5地震作用62.3竖向荷载计算62.3.1屋面恒荷载62.3.2楼面恒荷载62.3.3屋面活荷载72.3.4楼面活荷载72.4风荷载计算82.5内力分析92.5.1截面初选92.6内力计算122.6.1竖向荷载标准值作用下122.6.2风荷载作用下的内力计算182.7水平地震作用下构造各层的总重力荷载代表值计算202.7.1墙自重202.7.2梁，柱重力荷载标准值汇总212.7.3集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi222.7.4水平地震作用下框架内力合侧移的计算222.7.5水平地震作用下框架内力计算252.8内力组合282.9构造构件验算332.9.1框架柱的验算332.9.2框架梁的验算372.10框架连接设计392.10.1主梁与中柱Z-1的连接：392.10.2次梁与主梁的铰接连接402.11柱脚设计422.11.1中柱柱脚的设计422.11.2边柱柱脚的设计442.12楼板计算47总结49参考文献50致谢词52前言本次毕业设计是大学教育培养目标实现的重要步骤，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教学成果的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。本次设计使理论和实际很好的结合起来，提高了分析、解决工程实际问题的能力。培养了学生严谨、求实、细致、认真和吃苦耐劳的工作作风。为以后更好的学习和工作奠定了坚实的根基。在毕业设计期间，我重新复习了?房屋建筑学?、?钢构造?、?构造力学?、?建筑构造抗震设计?等课本知识，并查阅了?抗震标准?、?钢构造标准?、?荷载标准?等相关标准。在毕业设计过程中，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进展了建筑、构造的具体设计。现在毕业设计任务已圆满完成。在此，对校领导、教师及在此期间关心我帮助我的所有同学们表示衷心的感谢。本设计包括建筑设计和构造设计两大局部，表达内容包括设计原理、方法、标准、规章、设计技术要求和计算表格。其中，建筑设计局部由平面设计、立面设计、功能分区、采光和防火安全的要求等局部组成；构造局部由荷载计算、内力分析、内力组合、节点和柱脚设计等局部组成。毕业设计的三个月里，在指导教师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新标准、规程、手册等相关内容的理解。稳固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了天正建筑、AutoCAD、PKPM等建筑软件，这些都从不同方面到达了毕业设计的目的与要求，稳固了所学知识。第１章建筑设计建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，除考虑上述各种要求以外，还应考虑建筑与构造，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到安全，适用，经济，美观。1.1设计任务和设计要求1.1.1设计任务本设计的主要内容是建材超市的设计，作为一个购物的空间设计，要在平面规划中自始至终遵循实用、功能需求和人性化管理充分结合的原那么。在设计中，既结合顾客购物需求和员工工作流程，科学合理的划分功能区域，也要考虑顾客流线和送货流线相互干扰。材料运用简洁，大方，耐磨，环保的现代材料，在照明采光上使用辅助照明，采用辅助通风和空调系统。经过精心设计，建筑在满足功能需要的同时，又简洁，大方，美观。1.1.2设计要求建筑法规、标准和一些相应的建筑标准是对该行业行为和经历的不断总结，具有指导意义，尤其是一些强制性标准和标准，具有法定意义。建筑设计除了应满足相关的建筑标准、标准等要求之外，原那么上还应符合以下要求：〔1〕满足建筑功能要求；〔2〕符合所在地规划开展的要求并具有良好的视觉效果；〔3〕采用合理的技术措施；〔4〕提供在投资方案所允许的经济范畴内运作的可能性。1.2建筑物所处的自然条件1.2.1气象条件建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。1.2.2地形、地质及地震烈度基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织构造选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。地震烈度，表示当地发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不做抗震计算，9度以上地区，地震破坏力很大，一般应尽量防止在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点是7、8、9度地震烈度的地区。本工程为8度，在设计过程中应考虑抗震设防各方面的要求。1.2.3水文水文条件是指地下水位的上下及地下水的性质，直接影响到建筑物根基及地下室。一般应根据地下水位的上下及地下水位性质确定是否在该地区建筑房屋或采用相应的防水和防腐措施。本工程地下水位埋深为8.4～9.6，对建筑物的影响很小，可不考虑水质对根基混凝土的侵蚀。1.3建筑物功能与特点设计内容：此建筑为建材市场，以顾客购物为主，此建筑总建筑面积为5760.00m2。1.3.1平面设计建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于5，I型平面布置，东西、南北方向分别采用8.0及10.0柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。1.3.2立面设计该建筑立面为了满足采光和美观需求，采用较大尺寸窗户和双层彩色压型钢板作为维护构造。1.3.3防火防火等级为二级，安全疏散距离满足建筑物内任意一点至外部出口或封闭楼梯间最大距离小于35m，满足设计要求。第2章构造设计2.1构造方案选型及布置2.1.1柱网布置柱网尺寸首先应最大限度的满足建筑使用功能的要求，然后根据造价最省的原那么，充分考虑加工、安装条件等因素综合确定。由于钢构造承载能力高而质量轻，与钢筋混凝土构造相比，钢构造应采用较大柱网尺寸，在节约造价的同时，提高房屋的利用率。综合以上条件，横、纵柱网尺寸均取为8.0及10.00。2.1.2构造形式选择建筑物的构造形式应满足传力可靠，受力合理的要求。多层钢构造建筑，可采用纯钢构造形式，框架应双向刚接。如果构造刚度要求较高，纯框架难以满足要求，可采用支撑框架形式。由于本工程位于8度抗震设防，但构造只有3层，高度只有14.4〔含女儿墙〕，构造形式比较规那么，构造刚度要求不太高，纯框架形式很容易满足，经济性能优于框架支撑体系，故采用框架构造形式2.1.3楼板形式选择楼板的方案选择首先要满足建筑设计的要求，其自重要小，而且应保证楼盖有足够的刚度。常见形式有钢筋混凝土现浇楼板、预制楼板、压型钢板组合楼板。考虑本工程为超市的整体性该设计采用现浇楼板。2.2荷载计算根据构造方案的特点，可取一榀典型框架作为计算单元。这里取5轴框架进展计算，柱底标高取-1.45。图中构造层标高为板顶标高。建筑层高为4.5，一层高度为4.5+0.45＝4.95。(根基埋深为1)计算简图如以下列图。图2.2-1构造计算简图2.2.1恒荷载标准值(1)屋面现浇20厚C20细石混凝土50厚聚苯乙烯泡沫塑料板SBS防水卷材(二毡三油)20厚1:3水泥砂浆20厚1:3细石混凝土80厚现浇钢筋混凝土顶棚及吊挂荷载合计(2)楼面楼面地转5厚1:1水泥砂浆粘结层15厚1:3水泥砂浆打底80厚现浇钢筋混凝土顶棚及吊挂荷载合计(3)内墙喷内墙涂料5厚1:0.3:3水泥石灰混合砂浆面层15厚1:1:6水泥石灰砂浆打底200厚加气混凝土砌块15厚1:1:6水泥石灰砂浆打底5厚1:0.3:3水泥石灰混合砂浆面层喷内墙涂料合计内墙自重为(偏于安全地取5高)(4)外墙彩色钢板夹聚苯乙烯保温板墙面单位面积的功力荷载为(外墙自重为(取5)女儿墙:高度为0.9，自重为2.2.2活荷载标准值楼面消防楼梯不上人屋面2.2.3风压标准值风压标准值(按50年一遇西安地区值)地面粗糙度类别C类风载体形系数按荷载标准2.2.4雪荷载标准值雪荷载标准值(按50年一遇西安地区值)准永久分区Ⅱ雪荷载不与活荷载同时组合，取其中的最不利组合。由于本工程雪荷载较小荷载组合时直接取活荷载进展组合，而不考虑与雪荷载的组合。2.2.5地震作用本工程抗震设防烈度为8度(0.20g)，设计地震分组为第一组，在计算中要考虑地震作用。2.3竖向荷载计算根据以上荷载情况和荷载布置图，荷载按下面原那么取值：楼板的恒荷载和活荷载按照单向板的导荷方式(转化为均布荷载)传给次梁，再由次梁传给主梁，内墙上的荷载以均布荷载的形式传给主梁，主梁再把该荷载及其自重导在框架柱上；外墙的荷载以均布荷载的形式传给墙梁，墙梁及其自重以集中力的形式导在节点上；荷载以集中力的形式导在节点上。5轴框架计算简图如图:图2.3-15轴框架计算简2.3.1屋面恒荷载(1)集中荷载:1、13点集中力:其余点集中力:2.3.2楼面恒荷载(1).集中荷载:1、13点集中力:其余点集中力:(2).均布荷载:内墙荷载:楼面恒荷载作用下的计算简图如以下列图:偏心距：e=边柱翼缘/2=0.6/2=0.3力矩：图2.3-2楼面恒荷载作用下的计算简图2.3.3屋面活荷载1、13点集中力:其余点集中力:2.3.4楼面活荷载1、13点集中力:其余点集中力:偏心距:力矩:楼面活荷载作用下的计算简图如以下列图:图2.3-3楼面活荷载作用下的计算简图2.4风荷载计算风压标准值计算公式因构造高度所以，：迎风面，背风面。所以风荷载体型系数。查荷载标准，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中力，如表所示。其中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，结果如图表所示。表2.4-1风荷载计算层数ZAPW11.01.313.950.740.3525.58.4821.01.39.450.740.353612.1231.01.34.950.740.3537.812.73图2.4-1左风荷载作用下的计算简图2.5内力分析框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程的内力比较大，可相应的取强度高的钢材。主梁和柱子采用Q345钢材材料性能应能满足?低合金高强度构造钢?(GB/T1591)的要求。焊接材料应于钢材相适用。手工焊采用E50系列焊条，满足?低合金钢焊条?(GB/T5118)的要求，自动焊和半自动焊的焊丝应满足?熔化焊用钢丝?(GB/T14957)的要求。2.5.1截面初选主梁工字型梁的截面高而窄，在主轴平面内截面模量较大，楼板可以视为刚性铺板，没有整体稳定性问题，截面只需满足强度，刚度和局部稳定的要求。故本工程的主次梁截面均采用工字型截面，并优先采用窄翼缘H型钢(HN系列)，其经济性好。本工程梁的跨度均为810000，高跨比取1/12～1/20，即为500～833标准层L-1的内力计算如以下列图：图2.5-1标准层L-1的内力计算图图2.5-2标准层L-1弯矩图选用HN500×200×10×16顶层L-2的内力计算如以下列图：图2.5-3顶层L-2的内力计算图图2.5-4顶层L-2的弯矩图选用HN450×200×9×14标准层L-1选用HN500×200×10×16顶层L-2选用HN450×200×9×框架柱柱截面可以通过预先假定柱子的长细比来实现。设计时可以先估算柱在竖向荷载作用下的轴力N，以1.2N作为设计轴力按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面。计算得附属单元如以下列图:图2.5-5计算得附属单元计算柱的附属单元(1)中柱Z-1中柱Z-1的附属面积为A=10*8=80M2取g=1.2×2.92+1.4×3.5=8.4kn/mn=2G=1.2×3.624+1.4×0.5=5.04kn/mn=1N=(8.4×2+5.04)×80=1837.6KN以1.2N作为设计轴力，按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面1.2N=2248.32KN可取，l0=0.65×5950=3867.5mm截面x、y均为b类，查表选用HW400×408×21×21A=250.69cm2对x、y均为b类截面,,故(2)边柱Z-2边柱Z-2的附属面积为A=8*5=40m2取g=1.2×2.92+1.4×3.5=8.4kn/m2n=2G=1.2×3.625+1.4×0.5=5.04kn/m2n=1以1.2N作为设计轴力，按照轴心受压构件来确定框架柱的初始截面1.2N=1102.56KN可取，截面x、y均为b类，查表A=1102.56×1000/(0.533×0.09×310)=7414.31mm选用HW400×400×13×21A=218.69cm2ix=17.43cmiy=10.12cm中柱选用HW400×408×21×21边柱选用HW400×100×13×212.6内力计算2.6.1竖向荷载标准值作用下(1)恒荷载作用下的内力计算竖向荷载下内力计算采用分层法。在竖向荷载作用下，多层框架的侧移较小且各层荷载对其他各层的水平构件的内力影响不大，可忽略侧移的影响，把每层按无侧移框架用分层法进展计算。非底层的柱，其实际的约束条件并非完全固定，而是弹性约束，故对非底层的柱，其线刚度乘以0.9的修正系数，同时其传递系数为1/3。底层中柱Z1的线刚度为i=EI/h1=206×1000000×70722/(5.92×100000000)=24485.26KNm标准层中柱Z1的线刚度为i=EI/h1=206×1000000×70722/(4.500000000)=32374.96KNm底层边柱Z2的线刚度为i=EI/h1=206×1000000*66455/(5.95×100000000)=23006.22KNm标准层中柱Z2的线刚度为i=EI/h1=206×1000000*66455/(4.5×100000000)=30419.3KNm标准层L-1梁的线刚度为i=EI/h1=206×1000000×45685/(10×100000000)=9411.11KNm顶层L-2梁的线刚度为i=EI/h1=206×1000000×39628/(10×100000000)=8163.37KNm框架线刚度如以下列图：图2.6-1框架线刚度图顶层:计算简图、力矩分配过程力矩图如以下列图：图2.6-2顶层计算简图图2.6-3顶层单跨弯矩图图2.6-4顶层力矩分配图图2.6-5顶层力矩分配后弯矩图标准层:计算简图、同样根据力矩分配求出矩图图2.6-6标准层计算简图图2.6-7标准层单跨弯矩图图2.6-8标准层力矩分配后弯矩图eq\o\ac(○,3)底层：计算简图和力矩图如下图2.6-9底层计算简图图2.6-10底层力矩分配图(2)楼面活荷载作用下的内力计算：同样可以做出活载作用下的内力计算可得到活载作用下各层的力矩图顶层：图2.6-11活载作用下顶层力矩图B：标准层图2.6-12活载作用下标准层力矩图C:底层图2.6-13活载作用下底层力矩图2.6.2风荷载作用下的内力计算标准值：因为高度H=4.5×2=4.95=13.95<30mH/13<1.5所以风载体型系数，表2.6-1风荷载作用下的内力计算层数ZAPW11.01.313.950.740.3525.58.4821.01.39.450.740.353612.1231.01.34.950.740.3537.812.73左风荷载作用下的计算简图及线刚度如以下列图：图2.6-左风荷载作用下的计算简图因为梁柱的线刚度比，所以风荷载的计算方法宜用D值法。①计算各柱剪力:首先计算D值，底层：：：K=9411.11×2/24485.26=0.77二层：：K=9411.11×2/(30419.3×2)=0.31：K=9411.11×4/(32374.9692)=0.58三层：D3边:K=8163.37*2/(30419.3*2)=0.27：K=8163.37*4/(32374.96*2)=0.5计算剪力:V1边=2963.3/〔2963.3*2+3817.78*2〕*33.33=7.28knV1中=3817.78/〔2963.3*2+3817378*2〕*33.33=9.38knV2边=2343.39/〔2343.39*2+42220.74*2〕*20.6=3.68knV2中=4220.74/〔2343.39*2+4220.7*2〕*20.6=6.63knV3边=2163.15/〔2163.15*2+3837.03*2〕*8.48=1.52knV3中=3837.03/(2163.15*2+3837.03*2)*8.48=2.69kn计算反弯点高度：表2.6-2反弯点高度计算层次层高Y边Y中反弯点高度边中345000.20.39001350245000.50.462270.252047.16159500.790.684710.424049.31风荷载作用下的位移验算：表2.6-3风荷载作用下位移验算风荷载作用下位移验算层次38.4812000.360.6173.00345000.000137182212.1213128.262.3862.38659500.000400959112.7313562.16由表可见，最大的层间位移角发生在第1层，其值为0.000400959<1/300＝0.0033，满足要求。经计算由于风荷载造成的弯矩剪力和轴向力相对其他荷载过于小所以在内力组合是不讲风载计算在内。2.7水平地震作用下构造各层的总重力荷载代表值计算2.7.1墙自重一、外墙:彩色钢板夹聚苯乙烯保温板240厚，那么墙面单位面积的重力荷载为:1.92kn/m21.底层：(1).A、D轴线上的墙面积：8×4.95×8×2=633.6M2(2).1、9轴线上墙的面积：10×4.95×3×2=297M2合计：633.6+297=930.6M2那么底层外墙自重为：930.6×1.92=1734.9KN2.标准层和顶层：(1).A、D轴线上的墙面积：8×4.5*8×2=576M2(2).1、9轴线上墙的面积：10×4.5×3×2=270M2合计：576+270=846M2那么标准层外墙自重为：1.92×846=1624.32KN3.女儿墙：8×0.9×8×2=115.2M210×0.9×3×2=54M2合计115.2+54=169.2M2自重：1.92×169.2=324.9kn二.内隔墙采用200厚蒸压加气砼砌块〔〕，两侧均为20厚抹灰，喷内墙涂料，墙面单位面积荷载为：10×4.5×5+8×4.5×5=405m2405×1.92=777.6kn2.7.2梁，柱重力荷载标准值汇总表2.7-1梁、柱重力荷载标准值汇总类别层次H型钢规格GlGi*LinGi主梁3层HN450×200×9×140.748105.957.43227189.4199.81,2层HN500×200×10×160.748105.927.43227189.4199.8次梁3层HN450×150×8×130.5584.472316.81,2层HN400×150×8×130.5584.472316.8边柱2，3层HW400×400×13×211.714.57.6918138.421,层HW400×400×13×211.714.58.6418152.28中柱,2，3层HW400×408×21×211.964.58.8218158.761,,层HW400×408×21×211.964.9559.7018集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi根据?抗震标准?〔GB50011—2001〕第5.1.3条：顶层的荷载代表值包括：屋面荷载、50%的屋面雪荷载、顶层纵墙框架自重、顶层半层墙柱自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载、50%楼面均布荷载、该层纵墙框架横梁自重、该层上下各半层柱及墙体自重。各楼层重力荷载代表值Gi确定如下：顶层：梁：G＝主梁＋次梁＝189.4+199.8+316.8=706kn柱：G＝〔顶层边柱+顶层中柱〕/2＝(138.42+158.76)/2=148.59kn墙：G＝女儿墙+〔顶层外墙+顶层内墙〕/2＝324.9+(1624.32+777.6)/2=1525.86kn板：G＝3.625×30×64=6958.08kn雪荷载：G＝0.25×30×64=480kn雪荷载组合系数为0.5，那么顶层重力荷载代表值为：706+148.59+1525.86+6958.08+0.5×480=9578.53kn底层:梁：G＝主梁＋次梁＝189.4+199.8+316.8=706柱：G＝〔底层边柱+底层中柱〕/2+〔2层边柱+2层中柱〕/2＝(138.42+158.76)/2+(152.28+174.6)/2=311.95KN墙：G＝〔底层外墙+底层内墙〕/2+〔2层外墙+2层内墙〕/2＝(1734.9+777.6)/2+(1624.32+777.6)_/2=2457.21KN板：G＝2.92×30×64=5606.4KN均布荷载：G＝3.5×30×64=6720KN均布荷载组合系数为0.5，那么底层重力荷载代表值为：合计：706+311.95+2457.2+5606.4+6720×0.5=12441.56KN2.7.4水平地震作用下框架内力合侧移的计算横向自振周期1.质点重力荷载见图2.7-1：图2.7-1构造质点重力荷载〔单位：KN〕2.水平地震力作用下框架的侧移验算按顶点位移法计算框架的自振周期顶点位移法是求构造基本频率的一种近似方法。将构造按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样，只要求出构造的顶点水平位移，就可以按下式求得构造的基本周期：构造顶点假想位移可以由以下公式计算，计算过程，如表2-5：式中：：基本周期调整系数。考虑填充墙对框架自振周期影响的折减系数，框架构造取0.6—0.7，该框架取0.56，：框架构造的顶点假想位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架构造的底部剪力。进而求出框架各层剪力和构造真正的位移。：第i层第j跟柱的抗侧移刚度；按公式〔4－4〕计算基本周期T，其中Ut量纲为，取表2.7-2构造顶点的假想侧移计算层次Gi(KN)Vai∑Di△UiUi39578.539578.53108003.2488.68555.97212365.3621934.89118154.34185.65467.29112441.5634376.45122059.44281.64281.643.横向地震作用计算根据?建筑设计抗震标准?〔GB50011—2001〕第5.1.2条规定，对于高度不超过40米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的构造，以及近似于单质点体系的构造，可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。在Ⅱ类场地，8度设防区，设计地震分组为第一组情况下，由?建筑设计抗震标准?〔GB50011—2001〕表5.1.4—1和表5.1.4—2可查得：构造的特征周期Tg和水平地震影响系数最大值αmax〔8度，多遇地震作用〕为：Tg=0.35sαmax=0.16(1).构造总水平地震作用标准计算：式中：：构造基本自振周期的水平地震影响系数值；：构造等效总重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85％；：顶部附加水平地震作用；：顶部附加地震作用系数；：构造总水平地震作用标准值；：分别为质点i，j的计算高度；构造等效总重力荷由公式〔7－5〕计算得：因为，所以考虑顶部附加水平地震作用，其附加地震作用系数为：标准8.2.2条规定钢构造在多遇地震下的阻尼比对不超过12层的钢构造可以采用0.035所以对于多质点体系，构造底部纵向水平地震作用标准值：附加顶部集中力：各质点的水平地震作用按公式计算：将，，代入式：各楼层地震剪力按:计算：表2.7-3各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力及楼层间位移计算表：层次()()39578.5314.95143199.2236470.61457.261457.26178886.880.0081218281.996.3582268.96236470.6777.472234.73116116.540.0192112441.565.9574027.2834644.31252.481157.32122059.440.0095最大位移发生在第一层，其楼层最大位移与楼层高之比：，小于?建筑设计抗震标准?〔GB50011—2001〕第5.5.1条规定的位移极限值[]＝1/300满足位移要求。2.7.5水平地震作用下框架内力计算一．框架第Ⅰ层J柱分配到的剪力以及该柱上，下端的弯矩和分别按以下各式计算:其中，为标准反弯点高度比，可由查表得。本设计中，底层柱只需考虑修正值;第二层柱需考虑修正值，二.框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程见下表：三.梁端弯矩，剪力及轴力分别按下式计算：由计算简图计算得，具体过程见表：表2.7-4各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次HiViDDijVijkyMijbMiju34.5467.35108003.242163.159.36035023120.270.28.42431520833.69726083224.5904.84118154.342343.3917.9459595610.310.50540.78219310239.97462492215.951157.32122059.442963.328.0968547460.410.792132.403618334.772667433表2.7-5各层中柱柱端弯矩及剪力计算层次HiViDDijVijkyMijbMiju34.5467.35108003.243837.0316.6035386580.50.322.41477718852.30114677224.5904.84118154.344220.7432.3229293280.580.46167.05391689178.39926508514.51157.32122059.443717.7835.2505398160.770.681108.0252792750.602149905表2.7-6梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算层次边梁中梁柱轴向力MblMbrLVbMblMbrLVb边柱中柱320.9620.96104.19237.3537.35107.47-4.192-3.28240.3740.37108.07472.772.71014.54-12.266-9.746183.5883.581016.71679791015.8-28.98-8.83注：(1)柱轴力中的负号表示拉力，当为地震作用时候，两侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。〔2〕表中分别表示节点在右梁的弯矩单位为〔3〕式中，.分别为节点在左，右梁的线刚度，单位为〔4〕N单位为单位为，L单位为，单位为图2.7-2横向水平地震作用及楼层地震剪力图2.7-3梁端弯矩，剪力计算简图图2.7-4梁端弯矩，剪力计算简图图2.7-5地震作用下的框架弯矩图图2.7-6框架构造梁端剪力，轴力图2.8内力组合在进展荷载组合时，由于风荷载作用下的组合与考虑地震组合相比，一般较小，对于构造设计不起控制作用，故不考虑。只考虑以下三种组合形式：一.由可变荷载效应控制的组合：二.由永久荷载效应控制的组合：三.竖向荷载与水平地震作用下的组合：按上述原那么这里对柱Z1、Z2和各层梁进展内力组合，Z1表示中柱，Z2表示边柱。柱的控制界面为上下端截面，梁的控制截面为梁的两端以及梁的跨中。梁端最不利内力组合为：+Mmax、-Mmax、Vmax，梁跨中最不利内力组合为：+Mmax，柱端最不利内力组合为：|Mmax|以及相应的N、V，Nmax以及相应的M，Nmin以及相应的M。内力具体组合过程见表，其中弯矩，剪力，弯矩的上部受拉为负，剪力的产生顺时针为正。表2.8-1梁内力组合层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)3边跨左M(KNm)-227-32.2233.7-33.7-317.508-338.0256-247.922-335.542V(KN)118.1211.72-12.7712.77158.152170.9476132.175165.377中M(KNm)4311.654.3-4.367.9169.46764.1853V(KN)-42.04-4.28-12.7712.77-56.44-60.9484-69.617-36.415右M(KNm)306.0942.06-2626426.192454.4403358.744426.344V(KN)-136.8-12.28-12.7712.77-181.352-196.7144-188.129-154.927中跨左M(KNm)-285.75-39.552-52-398.2-424.4725-299-434.2V(KN)128.8312.06-11.7911.79171.48185.7393146.505177.159中M(KNm)53.1215.711-1185.72487.09887.46458.864V(KN)33.094.06-11.7911.7945.39248.650326.81757.471右M(KNm)285.7539.5-2626398.2424.4725332.8400.4V(KN)-127.09-11.94-11.7911.79-169.224-183.2727-174.999-144.345层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)2边跨左M(KNm)-202.45-32.2248.2-48.2-288.048-304.8831-199.612-324.932V(KN)118.1211.72-12.7712.77158.152170.9476132.175165.377中M(KNm)27.310.233.7-3.747.08246.880443.70834.088V(KN)-42.04-4.28-12.7712.77-56.44-60.9484-69.617-36.415右M(KNm)239.742.06-5050346.524364.8138247.876377.876V(KN)-136.8-12.28-12.7712.77-181.352-196.7144-188.129-154.927中跨左M(KNm)-230.35-39.550-50-331.72-349.6825-235.12-365.12V(KN)128.8312.06-11.7911.79171.48185.7393146.505177.159中M(KNm)42.3619.3511-1177.92276.14976.74248.142V(KN)33.094.06-11.7911.7945.39248.650326.81757.471右M(KNm)230.3539.5-5050331.72349.6825235.12365.12V(KN)-127.09-11.94-11.7911.79-169.224-183.2727-174.999-144.345层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)1边跨左M(KNm)-193.72-22774.7-74.7-550.264-483.982-271.554-465.774V(KN)65.2313.36-12.7712.7796.98101.153369.691102.893中M(KNm)19.826.39.5-9.560.5852.50451.8927.19V(KN)-55.32-5.669-12.7712.77-74.3206-80.23762-86.3864-53.1844右M(KNm)242.87292-58.558.5700.244614.0345390.594542.694V(KN)-125-14.56-12.7712.77-170.384-183.0188-175.337-142.135中跨左M(KNm)-229.31-29258.5-58.5-683.972-595.7285-374.322-526.422V(KN)128.8311.35-11.7911.79170.486185.0435146.079176.733中M(KNm)30.222911-1176.86469.21767.96439.364V(KN)29.69.35-11.7911.7948.6149.12325.80356.457右M(KNm)229.31292-58.558.5683.972595.7285374.322526.422V(KN)-112.3-11.94-20.311.79-151.476-163.3062-168.314-126.597表2.8-2柱内力组合层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)3边柱上端M(KNm)215.8425.96-33.733.7295.352316.8248230.774318.394N(KN)132.2112.356-12.7712.77175.9504190.59238149.4646182.6666下端M(KNm)71.958.65-8.428.4298.45105.609580.584102.476N(KN)125.36-5.669-12.7712.77142.4954163.68038130.4296163.6316V(KN)242.87292-58.558.5700.244614.0345390.594542.694中柱上端M(KNm)-20.05-2.23-5252-27.182-29.2529-92.99842.202N(KN)128.8311.3516.3-16.3170.486185.0435182.596140.216下端M(KNm)-6.68-0.7411-11-9.052-9.74325.84-22.76N(KN)295.34422-22415.96441.775409.36352.16V(KN)8.65-11.94-20.311.79-6.336-0.0237-23.17418.543层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)2边柱上端M(KNm)111.887.34-33.733.7256.436236.5232142.754230.374N(KN)201.2398.35-12.7712.77379.166368.0435283.885317.087下端M(KNm)37.329.1-8.428.4285.578.87351.27473.166N(KN)125.3687.3-12.7712.77272.652254.79186.211219.413V(KN)-45.21-33.2-58.558.5-100.732-93.5695-150.2221.878中柱上端M(KNm)-7.86-6.12-5252-18-16.6086-80.70454.496N(KN)356.3221.516.3-16.3737.66698.075581.65539.27下端M(KNm)-2.62-0.7411-11-4.18-4.262210.712-17.888N(KN)295.3-2.0422-22351.504396.6558381.736324.536V(KN)6.365-1.64-20.5320.53-3.336-0.0237-26.125.6层次杆件截面内力荷载类别内力组合恒(1)活〔2〕左震〔3〕右震〔4〕1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)1边柱上端M(KNm)76.999-3434230.88200.835107.48195.88N(KN)425196-45.645.6784.4765.83568.32686.88下端M(KNm)37.399-132132183.36147.375-67.44275.76N(KN)450203.3-3535824.62806.734616.48707.48V(KN)-45.21-33.2-58.558.5-100.732-93.5695-150.2221.878中柱上端M(KNm)-6.18-7.99-5050-18.602-16.1732-77.2152.79N(KN)623.3395.516.3-16.31301.661229.0451006.45964.07下端M(KNm)-2.06-2.66108-108-6.196-5.3878136.332-144.468N(KN)663.2452.222-221428.921338.4761095.761038.56V(KN)8.65-11.94-20.320.3-6.336-0.0237-23.17429.606表2.8-3梁跨中最不利内力组合层次杆件截面内力最不利组合1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)1边跨左M(KNm)-550.264-483.982-271.554-465.774V(KN)96.98101.153369.691102.893中M(KNm)60.5852.50451.8927.19V(KN)-74.3206-80.23762-86.3864-53.1844右M(KNm)500.244414.0345390.594542.694V(KN)-170.384-183.0188-175.337-142.135中跨左M(KNm)-562.972-395.7285-374.322-526.422V(KN)170.486185.0435146.079176.733中M(KNm)76.86469.21767.96439.364V(KN)48.6149.12325.80356.457右M(KNm)483.972595.7285374.322526.422V(KN)-151.476-163.3062-168.314-126.597表2.8-4柱端最不利内力组合层次杆件截面内力最不利组合1.2〔1〕+1.4〔2〕1.35(1)+0.98(2)1.2((1)+0.5(2))+1.3(3)1.3(4)1边柱上端M(KNm)230.88200.835107.48195.88N(KN)784.4765.83568.32686.88下端M(KNm)183.36147.375-67.44275.76N(KN)824.62806.734616.48707.48V(KN)-100.732-93.5695-150.2221.878中柱上端M(KNm)-18.602-16.1732-77.2152.79N(KN)1301.661229.0451006.45964.07下端M(KNm)-6.196-5.3878136.332-144.468N(KN)1428.921338.4761095.761038.56V(KN)-6.336-0.0237-23.17429.6062.9构造构件验算2.9.1框架柱的验算框架柱的验算包括强度、整体稳定、局部稳定和刚度验算，框架底层中柱Z-1截面特性：柱Z-1的截面为HW400×408×21×21，其截面特性为A=251.5cm2，Ix=71100cm4Iy=23800cm4ix=16.8cmiy=9.73cmWx=3560cm3Wy=1170cm3梁L-1的截面为HN450×200×9×14，其惯性矩为Ix=33700cm4。〔2〕控制内力为：M1=136.32KNMN1=1095.7KNM2=144.5KNMN2=1038.5KN〔3〕强度验算：截面无削弱，由于压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比为，故截面塑性开展系数对第一组内力：对第二组内力满足要求〔4〕弯矩作用平面内稳定计算：由于横梁中轴力很小，在计算柱的计算长度系数时忽略其影响。柱脚在横向为刚接，不考虑梁的组合效应，按纯钢梁计。〔——相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。当柱与根基刚接时，取。〕查表μx=1.413可以按b类截面查表得对于在分析内力未考虑二阶效应的无支撑有侧移纯框架取对第一组内力:满足要求对第二组内力:满足要求。(5)弯矩作用平面外稳定计算：纵向框架梁为HN450×200×9×14，Ix=33700cm4，与柱脚刚接，柱脚在纵向也取刚接。查表得μy=1.413，可以按b类截面查表得φy=0.645对于均匀弯曲的受弯构件，时，其整体稳定系数可按照下式计算框架为有侧移框架，截面形状系数。对第一组内力对第二组内力满足要求(6)局部稳定验算:轧制H型钢的板件宽厚比较小，都能满足局部稳定要求，不需计算。(7)刚度是通过限制柱的长细比来满足要求的满足要求框架底层边柱Z-2〔1〕截面特性：柱Z-2的截面为HN400×400×13×21，其截面特性为，梁L-1的截面为HN450×200×9×14，其惯性矩为Ix=33700cm4。〔2〕控制内力为：〔3〕强度验算：截面无削弱，由于压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比为，故截面塑性开展系数对第一组内力：对第二组内力满足要求〔4〕弯矩作用平面内稳定计算：由于横梁中轴力很小，在计算柱的计算长度系数时忽略其影响。柱脚在横向为刚接，不考虑梁的组合效应，按纯钢梁计。〔——相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。当柱与根基刚接时，取。〕那么，可以按b类截面查表得对于在分析内力未考虑二阶效应的无支撑有侧移纯框架取对第一组内力：对第二组内力：满足要求。(5)弯矩作用平面外稳定计算：纵向框架梁为HN450×200×9×14，其惯性矩为Ix=33700cm4，与柱脚刚接，柱脚在纵向也取刚接。查表得那么，可以按b类截面查表得对于均匀弯曲的受弯构件，时，其整体稳定系数可按照下式计算框架为有侧移框架，截面形状系数。对第一组内力对第二组内力满足要求(6)局部稳定验算:轧制H型钢的板件宽厚比较小，都能满足局部稳定要求，不需计算。(7)刚度是通过限制柱的长细比来满足要求的满足要求2.9.2框架梁的验算框架梁要验算强度、刚度、整体稳定和局部稳定。采用压型钢板组合楼板时，框架梁与楼板做可靠的连接，能够阻止梁的侧向失稳。在支座负弯矩处，一般可在受压下翼缘设侧向支撑，故不必进展整体稳定的验算。本工程采用热轧型钢，由于轧制条件，其板件宽厚比较小，局部稳定能够保证，所以不必验算。另外，主梁一般不考虑组合效应，按钢梁计算。由内力组合结果，取底层梁组合结果进展验算。底层框架边梁L-1〔1〕截面特性：L-1的截面为HN500×200×10×16，其截面特性为A=112.25cm2，〔2〕控制内力为：〔3〕强度验算：截面无削弱，按受弯构件验算正应力。另外，在次梁与主梁连接处主梁的腹板设置加劲肋，不必验算局部压应力。由于受弯构件受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比为，故截面塑性开展系数。满足要求满足要求对第二组内力：满足要求满足要求二层框架中梁〔1〕截面特性：L的截面为，其截面特性为A=112.25cm2，控制内力为：〔3〕强度验算：截面无削弱，按受弯构件验算正应力。另外，在次梁与主梁连接处主梁的腹板设置加劲肋，不必验算局部压应力。由于受弯构件受压翼缘的自由外伸宽度b与其厚度t之比为，故截面塑性开展系数。满足要求满足要求对第二组内力：满足要求2.10框架连接设计框架连接设计包括主梁与柱，次梁与主梁的连接及柱脚设计。连接设计必须满足传力和刚度的要求，同时还必须与计算简图一致。另外，还要尽量简化构造，方便施工。本设计中，主梁与柱为刚接方案，栓焊连接方式能满足抗震变形能力的要求，且加工安装方便，因此采用这种方式。次梁与主梁为铰接连接，次梁通过主梁腹板加劲肋与主梁相连，次梁与主梁上外表平齐放置。框架的柱脚为双向刚接，采用靴梁式连接。2.10.1主梁与中柱Z-1的连接：主梁与柱采用栓焊连接设计，主梁翼缘与柱的翼缘采用完全焊透的坡口焊连接，为一级焊缝，焊条采用E50型。采用准确计算法，腹板要承担全部剪力和按照惯性矩比例分配的弯矩。由于翼缘采用对接焊缝连接为等强度连接，翼缘焊缝不必计算。为满足焊缝要求在梁腹板上开有焊缝通过孔，在计算腹板承担的弯矩时腹板的惯性距为扣除焊缝通过孔后的截面。梁下翼缘焊缝通过孔与上翼缘取梁HN450×200×9×14与中柱Z-1HW400×408×21×21的连接：图2.10-1梁与中柱的连接控制内力为：螺栓为10.9级高强度螺栓，连接为摩擦型连接，螺栓直径取M30，螺栓预拉应力，摩擦面要求做喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，腹板连接板〔剪切板〕为单面。一个高强度螺栓的承载力为：梁腹板惯性矩〔扣除焊缝通过孔高上下各35mm〕翼缘惯性矩为：那么腹板分担的弯矩为：单个螺栓承担的剪力为：螺栓全承受的扭矩为：在T扭矩作用下受力最大的螺栓承受的剪力为：满足要求剪切板按受剪计算，厚度应满足抗剪要求。取，连接板与柱翼缘的连接采用双面角焊缝，在焊缝通过孔处绕角焊，总长∑lw=2×300=600mm，焊条为E50系列，手工焊。剪切板与柱翼缘连接焊缝按受弯计算，取hf=10mm,he=0.7hf满足要求2.10.2次梁与主梁的铰接连接次梁HN400×150×8×13与主梁HN450×200×9×14的连接设计图2.10-2次梁与框架主梁连接次梁与框架主梁的连接采用铰接。螺栓采用M20的10.9级高强螺栓，承压型连接，螺栓孔径为21mm计算连接螺栓时，偏于安全的认为螺栓群承受剪力V和偏心扭矩。一个螺栓的抗剪承载能力为满足要求加劲肋厚度取6mm，钢材为Q345，与主梁连接为双面角焊缝，计算时偏与安全地只计算与腹板连接的竖向焊缝，焊角尺寸为6mm，焊条为E50系列，手工焊。焊缝受力为满足要求2.11柱脚设计2.11.1中柱柱脚的设计中柱HW400×408×21×21，柱脚钢材为Q345钢，焊条E50系列，采用靴梁式柱脚。内力为M=144.46kNm，V=29.6KN，N=1038.56kN，混凝土采用C30，考虑了局部受压的有利作用后用抗压强度设计值fcc=15.5N/mm2，为了提高柱脚强度，在外侧焊两根36a的短槽钢，柱脚计算简图如下：图2.11-1中柱柱脚计算简图〔1〕确定底板尺寸B=400+2×100+2×25=650mmL=432mm，取L=650mm图2.11-2中柱确定底板尺寸〔2〕确定底板锚栓直径取柱脚4根直径为φ24的锚栓，材料为Q345，Ae=353mm2。〔3〕确定板底厚度在底板的三边支承局部所受根基反力较大，边界条件较为不利，因此这局部板所受弯矩最大，取q=1.97N/mm2，由b1=125mm，a1=400mm，b1/a1=0.3125，查表β=0.02935，故取f=310N/mm2，那么板底厚，取t=14mm。〔4〕靴梁强度验算靴梁为两个槽钢40a和板底组成，中和轴位置靴梁所受力为：V=qBl=1.97×650×125=160.06kN满足要求〔5〕焊缝计算计算腹板与靴梁的连接焊缝，柱与靴梁受力最大一侧的焊缝的压力为：竖向焊缝的总长度为：∑lw=4×(320-20)=1200mm连接焊缝所需焊角尺寸为：取hf=8mm。剪力由槽钢与板底水平连接焊缝承受，按构造要求取焊角尺寸为10，由于该焊缝很长，应力很小，不必计算。〔6〕柱底剪力柱底剪力由底板与混凝土之间的摩擦力承受，摩擦系数可取0.4，因V=27.572<0.4×1189.53=475.812kN，满足要求。不必设抗剪键。2.11.2边柱柱脚的设计边柱HW400×400×13×21，柱脚钢材为Q345钢，焊条E50系列，采用靴梁式柱脚。内力为M=275.76kNm，V=1.87KN，N=707.48KN，混凝土采用C30，考虑了局部受压的有利作用后用抗压强度设计值，为了提高柱脚强度，在外侧焊两根36a的短槽钢，柱脚计算简图如下：图2.11-3边柱柱脚计算简图图2.11-4边柱柱脚确定底板尺寸〔1〕确定底板尺寸取〔2〕确定底板锚栓直径取柱脚4根直径为φ24的锚栓，材料为Q345，Ae=353m