钢结构交错桁架体系综合教学楼设计方案

第一章工程概况1.1建筑设计概况与主要技术经济指标1.1.1（1）温度：最热月平均30.3℃（2）室外计算温度：夏季极端最高40.1℃（3）相对湿度：最热月平均73%；（4）主导风向：全年为西北风，夏季为东南风，基本风压0.35KN/m2；（5）雨雪条件：年降雨量1450mm，日最大降雨水强度192mm/日；暴雨降水强度3.31mm/s，100mm2；基本雪压0.35KN/m1.1.2工程地质条件拟建场地各地层由上往下依次为：（1）人工填土，厚度1.3～2.1m（2）新冲击粘土，厚度0.4～1.2m（3）冲击粉质粘土，厚度4.5～5.6m，是较好持力层，承载力标准值（4）残积粉质粘土，厚度〈1m,是良好的持力层和下卧层，承载力标准值300KN；（5）强风化泥质粉沙岩（未钻透），是理想的持力层，承载力标准值350KPa；（6）地下水位：地表以下2米内无侵蚀性，稳定地下水位埋深为2.3～2.（7）抗震设防烈度按6度考虑，设计基本地震加速度值为0.1.1.3建筑主要经济技术指标根据要求及地形状况，本建筑设计为钢结构（交错桁架结构体系）综合教学楼，建筑面积为5321.6平方米，占地面积为1264.32平方米；建筑总长度为63.8米，每栋宽为16.200米；层数为5层（层高3.9m1.2建筑内容1.2本建筑中间设内廊式，轴线宽2.4m，满足学生的通行及疏散要求.教学楼底层设有一个主入口（宽9m，详见首层平面施工图）通往门厅，主入口台阶伸入建筑3.76m(包括平台宽)，宽11.72m.教学楼每层均有两个楼梯：楼梯间各宽4.5m,3.9m,各有单独入口，而且均直通屋面；楼梯平台宽主楼梯2.261.2.2教室布置为满足教室的不同功能要求，采用功能分区布置，教师办公室主要集中在二楼，功能教室和普通教室分设东西两个方向，每层均设教师休息室和饮水处，均有学生卫生间和教师卫生间，教学用房均满足通风采光的要求。1.3安全设施疏散要求方面：最远端房间门距楼梯距离为16m防火要求方面：所有钢构件均刷防火涂料。第二章结构设计说明2.1设计资料（1）结构形式：该工程采用钢结构交错桁架体系，属于丙类建筑，结构作用系数为1.0。（2）本工程结构安全等级为二级，场地土属于干硬土，场地类别为二类，地震设防烈度为按6度设计，（3）建筑物耐火年限为50年。（4）本设计遵循下列规范：《建筑结构荷载规范》GB50009-2001《钢结构设计规范》GB50017-2003《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《建筑结构制图标准》GB/T50105-2001《建筑地震设计规范》GB50011-2001《钢结构工程施工质量及验收规范》GB50205-2001《冷弯薄壁钢结构技术规范》GB50018-20012.2材料选用钢梁、钢柱及板件采用Q345钢，支撑、锚栓，等采用Q345钢，钢材质量标准符合GB700-88《碳素结构钢》技术条件。焊条采用《碳钢焊条》（GB/T5117-95）中的E43-XX系列焊条。紧固件：螺栓连接的规格和技术条件符合设计要求和现行国家标准普通螺栓：采用〈碳素结构钢〉（GB700-88）中的Q345钢制成，符合《六角头螺栓-C级》（GB5780-86）杆件表面红丹防锈漆两遍，钢结构在使用过程中应定期进行油漆维护。2.3结构选型主体结构选型：本设计主体采用钢结构交错桁架体系，部分为钢框架。详见结构施工图。其他结构选型：屋面结构：采用120mm现浇钢筋混凝土板承重，屋面板按上人屋面的使用荷载选用。楼层结构：所有楼面均采用现浇钢筋混凝土板承重。楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土板式楼梯天沟：现浇内天沟基础：采用独立基础2.4加工制作钢架制作安装及验收应符合〈〈钢结构施工质量验收规范〉〉（GB50205-2001）凡图中没有注明的连接采用角焊缝，且一律焊满。构件主材的拼接焊缝应符合二级质量标准，其余按三级焊缝质量标准。2.5未尽事宜严格按照国家相应规范进行设计施工第三章荷载计算3.1计算桁架的选取根据结构布置图，选取⑤轴的一榀桁架交错钢桁架来进行计算，则如图3.1所示：图3.1⑤轴交错桁架GHJ-1计算简图3.2荷载计算单元的确定楼板按单向板传递荷载，荷载计算单元如上图活载计算：由于交错钢桁架结构体系，整体刚度较大，在考虑最不利内力活载的分层布置时，可以对其忽略，只考虑活载全部满跨时的结构布置，同时在考虑最不利内力组合是活载的折减系数也不进行折减，这样得到的结构与原本基本相近，并且可能会增大结构的可靠度，增加安全蓄备。屋面板传荷载：根据长宽比大于3的要求，板传至桁架上的荷载以单向板来计算。在理论上交错桁架结构作为静定结构，铰接刚架来处理。3.3设计条件3.3.1屋面荷载标准值计算恒载：结构层：大型屋面板25KN/m3×0.12m=3KN/m2抹灰层：12厚石灰砂浆0.24KN/m240厚C30UEA补偿收缩混凝土防水层，表面压光混凝土内配Φ4钢筋双向中距15010厚黄沙隔离层20厚1：2.5水泥砂浆找平层20厚（最薄处）1：8水泥珍珠岩找2%坡2.34KN/m2屋面恒载总计：∑=5.58KN/m2女儿墙墙体自重：（做法：墙高1100mm，100mm的混凝土压顶）5KN/m2×1.1m+25KN/m3×0.1m×0.2m)=2.15KN/m2活载：屋面雪荷载：Sk=0.35KN/m2×4.5m=1.58KN/m上人屋面活荷载：1.5KN/m2×4.5m=6.75KN/m2由于活荷载与雪荷载不同时考虑，则取两者较大值，所以取屋面活荷载为6.75KN/m2。3.3.2各层楼面荷载标准值计算（走廊楼面）恒载：结构层：120mm现浇混凝土楼板25KN/m3×0.12m=3KN/m2吊顶：总高度63mm轻钢龙骨埃特平板0.14KN/m2 20厚花岗石板板铺实拍平，水泥浆擦缝走廊花刚石楼面30厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥素水泥浆结合层一道1.16KN/m2走廊楼面恒载总计：∑=4.3KN/m23.3.3各层楼面荷载标准值计算（教师办公室）恒载：结构层：120mm现浇混凝土楼板25KN/m3×0.12m=3KN/m2吊顶：总高度66mm轻钢龙骨低面石膏板0.14KN/m28-10厚地砖铺平拍平，水泥浆擦缝陶瓷地砖楼面25厚1：4干硬性水泥砂浆面上撒素水泥素水泥浆结合层一遍0.7KN/m2教师办公室楼面恒载总计：∑=3.84KN/m23.3.4各层楼面荷载标准值计算（普通教室）恒载：结构层：120mm现浇混凝土楼板25KN/m3×0.12m=3KN/m2抹灰层：12厚石灰浆0.24KN/m2水泥浆擦缝大理石楼面20厚大理石板铺实拍平，水泥浆擦缝30厚1：4干硬性水泥砂浆，面上撒素水泥素水泥浆结合层一遍1.16KN/m2普通教室楼面恒载总计：∑=4.4KN/m23.3.5外纵墙自重标准层：纵墙1.5KN/m2×3.9m=5.85KN/m合计：5.85KN/m底层：纵墙1.5KN/m2×4.65m=6.98KN/m合计：6.98KN/m3.3.6内隔墙自重1.2KN/m2×3.9m=4.68KN/m合计：4.68KN/m3.3.7活载：教室活荷载：2.0KN/m2×4.5m=9.0KN/m走廊活荷载：2.5KN/m2×4.5m=11.25KN/m3.3.8风荷载根据气象资料，主导风向为西北风或东南风，基本风压0.35KN/m2。根据《建筑结构荷载规范GB50009-2001》，本建筑所处地段为长沙市市区，故地面粗糙为C类，本建筑体形为U型平面。3.3.9地震荷载由于长沙市属于6度抗震设防区，建筑结构为5层，可以不考虑地震荷载组合，考虑抗震构造设计。3.4导荷载计算3.4.1桁架受荷总图如图3.2。图3.2桁架受荷总图3.4.2屋面板传荷载恒荷载是均匀分布在屋面和各层楼面上，所以各层均布荷载导成各节点集中荷载如下：恒载QWA=5.58KN/m2×4.5m×1.15m+2.15KN/m×4.5m=38.55KNQW1=5.58KN/m2×4.5m×2.3m=57.75KNQW2=5.58KN/m2×4.5m×2.3m=57.75KNQW3=5.58KN/m2×4.5m×（1.15m+1.2m）=59KN活载qWA=1.5KN/m×4.5m×1.15m=7.76KNqW1=1.5KN/m×4.5m×2.3m=15.53KNqW2=1.5KN/m×4.5m×2.3m=15.53KNqW3=1.5KN/m×4.5m×2.35m=15.86KN3.4.3五层楼面板传荷载恒载QbA1=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+5.85KN/m×4.5m=49.10KNQb1=4.4KN/m2×4.5m×2.3m=45.54KNQb2=4.4KN/m2×4.5m×2.3m=45.54KNQb3=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+4.3KN/m2×4.5m×1.2m=46KN活载qbA1=2.0KN/m2×4.5m×1.15m=10.35KNqb1=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNqb2=2.0KN/m2×4.5m×2.3mqb3=2.0KN/m2×4.5m×1.15m+2.5KN/m2×4.5m×1.2m=24KN3.4.4四层楼面荷载传递恒载QbA2=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+5.85KN/m×4.5m+4.68KN/m×1.15m=54.47KNQ，b1=4.4KN/m2×4.5m×2.3m+4.68KN/m×2.3m=56.3KNQ，b2=4.4KN/m2×4.5m×2.3m+4.68KN/m×2.3m=56.3KNQ，b3=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+4.3KN/m2×4.5m×1.2m+4.68KN/m×（1.15m+1.2m）=57KN活载qbA2=2.0KN/m2×4.5m×1.15m=10.35KNq，b1=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNq，b2=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNq，b2=2.0KN/m2×4.5m×1.2m+2.5KN/m2×4.5m×1.2m=24KN3.4.5三层楼面荷载传递恒载QbA3=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+5.85KN/m×4.5m=49.10KNQ，，b1=4.4KN/m2×4.5m×2.3m=45.54KNQ，，b2=4.4KN/m2×4.5m×2.3m=45.54KNQ，，b3=4.4KN/m2×4.5m×1.15m+4.3KN/m2×4.5m×1.2m=46KN活载qbA3=2.0KN/m2×4.5m×1.15m=10.35KNq，，b1=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNq，，b2=2.0KN/m2×4.5m×2.3mq，，b2=2.0KN/m2×4.5m×1.15m+2.5KN/m2×4.5m×1.2m=24KN3.4.6二层楼面荷载传递恒载QbA4=3.84KN/m2×4.5m×1.15m+5.85KN/m×4.5m+4.6KN/m×1.15m=51.58KNQ，，，b1=3.84KN/m2×4.5m×2.3m+4.68KN/m2×2.3m=50.51KNQ，，，b2=3.84KN/m2×4.5m×2.3m+4.68KN/m2×2.3m=50.51KNQ，，，b3=3.84KN/m2×4.5m×1.15m+4.3KN/m2×4.5m×1.2m+4.68KN/m×2.35m=54.09KN活载qbA4=2.0KN/m2×4.5m×1.15m=10.35KNq，，，b1=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNq，，，b2=2.0KN/m2×4.5m×2.3m=20.7KNq，，，b2=2.0KN/m2×4.5m×1.15m+2.5KN/m2×4.5m×1.2m3.4.7作用在屋面和楼面桁架节点处的集中风荷载标准值：Ｗk=βzцsцzＷo（ｈi+ｈj）Ｂ/2已知基本风压Wo=0.35kN/m2цz——风压高度变化系数，因建设地点位于密集建筑群的城市市区，所以地面粗糙度为C类βz=1цs——根据建筑物的体形查得цs=1.3Ｂ——取迎风面宽度9m根据建筑物体型］查得：цs=0.5+0.8=1.3集中风荷载标准值离地高度ZЦzβzцsWoｈiｈjＷk20.25m0.8411.30.353.92.410.8416.35m0.7511.30.353.93.911.9812.45m0.7411.30.353.93.911.828.55m0.7411.30.353.93.911.824.65m0.7411.30.354.653.912.95注：表中W0单位为KN/m2，ｈi、ｈj的单位为m，Ｗk的单位为KN第四章内力计算4.1计算假定参考《交错桁架结构体系设计要点》（1）为了将交错桁架分解进行计算，假定空腹节间的上下弦杆在中间的剪力相等；（2）进行交错桁架侧向力计算时，假定层间剪力在本层的桁架中按刚度比例进行分配。（3）杆件均相交与一点，假定桁架竖杆和斜杆两端铰接，上弦杆和下弦杆都是连续梁，仅在与柱连接处为铰接。因为空腹桁架在走廊处不允许设置斜杆，因此桁架弦杆不能设为轴力杆模型，否则，桁架就不稳定。为了便于手算，通常习惯将均布荷载转换为作用在每一节点的集中荷载。后面会看到，在施加侧向荷载时，手算中包含有弦杆的剪力。弦杆承受弯矩和剪力，而竖杆和斜杆则不承受弯矩和剪力，因为它们是二力杆。所以在竖向荷载作用下弦杆会受剪力和弯矩的作用，但由于剪力很小，故在竖向荷载作用下假定桁架除了最中间弦杆之外，其他均只受轴力作用，中间弦杆取轴力的最大值。侧向荷载：先取桁架整体，求出支座反力，然后由支座两边向中间按节点法依次算出各杆件内力。4.2计算简图和杆件编号图（仅内力计算用）如图4.1图4.1竖向荷载作用下桁架GHJ-1的分析（单位力p=1）4.3杆件内力计算4.3.1竖向荷载作用下三层、五层桁架内力计算参考《Hibbeler（1998）》、《Hsieh（1998）》、其他静力学教科书来求解桁架。单位节点集中荷载作用下，三层、五层桁架杆件内力计算，按计算假定进行计算。由于楼面荷载不同，故分为单位荷载作用在上下弦、上弦和下弦，计算时用节点法，截面法，先求出单位节点荷载作用下的杆件内力系数，然后乘以实际的节点荷载。上图表示在上部和下部节点处作用上叙单位力的集中荷载。其支承反力为：R1=0.5+2+1.02+0.55+1.1+1.1+1.12=7.39下面的图4.2表示竖向荷载每一个节点的计算过程。这里，计算不考虑弦杆的剪力因为假定它们为零。图4.2竖向和载（单位力p=1）4.3.2侧向荷载侧向荷载分配到每一榀桁架是基于桁架的相对刚度和它在平面图上的位置由横隔板实现的，一旦由侧向荷载算出杆件的力就将它与重力荷载合并起来的到整体的设计荷载。由单位力P=1的设计剪力产生的杆件内力。如图4.3图4.3侧向荷载作用下桁架GHJ-1（三层）的分析（单位力p=1）侧向荷载R=（1×2×3900）/16200=0.48在空腹桁架节间隔板中弦杆跨中的弯矩和轴力两者都为0，因为几何图形是反对称的，设桁架的一半为自由体，假定空腹桁架隔板上、下弦杆的剪力相同，可计算其剪力为：V=1/2×（1×3.9）/8.1=0.24在节点U4弦杆端弯矩等于剪力乘上隔板长的一半：M=0.24×2.4/2=0.29该弯矩也可以应用于空腹桁架隔板的相邻弦杆，假定弦杆的另一端弯矩为0，则可算出杆件内的剪力为：V=（0.29+0）/3.9=0.07还可进一步假定其余隔板中的弦杆弯矩全为0，这样在这些板中的弦杆的剪力也为0，就可以取节点用力的平衡原理可以计算杆件内力如图4.4：图4.4侧向荷载（单为力p=1）单位竖向荷载作用下三层、五层的桁架杆件内力如图4.5图4.5竖向荷载作用下桁架GHJ-1的杆件受力图（单位力p=1）单位侧向荷载作用下三层、五层的桁架杆件内力如图4.6图4.6侧向荷载作用下桁架GHJ-1的杆件受力图（单位力p=1）4.3.3三层标准层荷载设计值恒载+活载：QA1=1.2×QbA2+1.4×qbA2=1.2×54.47KN+1.4×10.35KN=79.9KNQ，1=1.2×Q，b1+1.4×q，b1=1.2×56.3KN+1.4×20.7KN=90.54KNQ，2=1.2×Q，b2+1.4×q，b2=1.2×56.3KN+1.4×20.7KN=90.54KNQ，3=1.2×Q，b3+1.4×q，b3=1.2×57KN+1.4×23.85KN=101.79KN风载：Vi=（10.84KN+11.98KN+11.82KN）×1.4=48.5KNP=Vi/2=48.5KN/2=24.25KN4.3.4五层荷载设计值恒载+活载：QA=1.2×QWA+1.4×qWA=1.2×38.55KN+1.4×7.76KN=57.12KNQ1=1.2×QW1+1.4×qW1=1.2×57.75KN+1.4×15.53KN=91.04KNQ2=1.2×QW2+1.4×qW2=1.2×57.75KN+1.4×15.53KN=91.04KNQ3=1.2×QW3+1.4×qW3=1.2×59KN+1.4×15.86KN=93KN风载：Vi=10.84KN×1.4=15.18KNP=Vi/2=15.18KN/2=7.59KN根据单位荷载作用下的杆件内力乘以实际荷载并进行组合得出三层、五层的杆件实际内力，组合形式1：1.2恒载+1.4活载+1.4风载。见表2桁架杆件计算内力名称杆件编号p=1三层的荷载作用(Q，1)五层的荷载作用(Q1)竖向荷载侧向荷载竖向荷载侧向荷载组合竖向荷载侧向荷载组合上弦AB-3.74-0.65-338.62-15.76-354.38-340.49-4.93-345.42BC-6.24-0.37-564.97-8.97-573.94-568.09-2.81-570.9CD-7.50-679.050-679.05-682.80-682.8DE-7.50-679.050-679.05-682.80-682.8下弦Ab01024.2524.2507.597.59Bc3.740.65338.6215.76354.38340.494.93345.42Cd6.240.37564.978.97573.94568.092.81570.9De7.50679.050679.05682.80682.8斜腹杆Ab7.36-0.56666.37-13.58652.79670.05-4.25665.8Bc4.92-0.56445.46-13.58431.88447.92-4.25443.67Cd2.48-0.72224.54-17.46207.08225.78-5.46220.32竖腹杆Aa-6.840.48-619.2911.64-607.65-622.713.64-619.07Bb-5.240.48-474.4311.64-462.79-477.053.64-473.41Cc-3.140.55-284.313.34-270.96-285.874.17-281.7Dd-1.020.31-92.357.52-84.83-92.862.35-90.51注：三、五层在荷载作用下桁架杆件内力的单位为KN4.3.5三层标准层荷载设计值恒载+活载：QA1=1.0×QbA2+1.4×qbA2=1.0×54.47KN+1.4×10.35KN=68.96KNQ，1=1.0×Q，b1+1.4×q，b1=1.0×56.3KN+1.4×20.7KN=85.28KNQ，2=1.0×Q，b2+1.4×q，b2=1.0×56.3KN+1.4×20.7KN=85.28KNQ，3=1.0×Q，b3+1.4×q，b3=1.0×57KN+1.4×23.85KN=90.39KN4.3.6五层荷载设计值恒载+活载：QA=1.0×QWA+1.4×qWA=1.0×38.55KN+1.4×7.76KN=49.4KNQ1=1.0×QW1+1.4×qW1=1.0×57.75KN+1.4×15.53KN=79.49KNQ2=1.0×QW2+1.4×qW2=1.0×57.75KN+1.4×15.53KN=79.49KNQ3=1.0×QW3+1.4×qW3=1.0×59KN+1.4×15.86KN=81.20KN根据单位荷载作用下的杆件内力乘以实际荷载并进行组合得出三层、五层的杆件实际内力，组合形式2：1.0恒载+1.4活载。见表3桁架杆件计算内力名称杆件编号p=1三层的荷载作用(Q，1)五层的荷载作用(Q1)竖向荷载侧向荷载竖向荷载侧向荷载组合竖向荷载侧向荷载组合上弦AB-3.740-318.950-318.95-297.290-297.29BC-6.240-532.150-532.15-496.020-496.02CD-7.50-639.600-639.60-596.180-596.18DE-7.50-639.600-639.60-596.180-596.18下弦Ab000.0000.000.0000.00Bc3.740318.950318.95297.290297.29Cd6.240532.150532.15496.020496.02De7.50639.600639.60596.180596.18斜腹杆Ab7.360627.660627.66585.050585.05Bc4.920419.580419.58391.090391.09Cd2.480211.490211.49197.140197.14竖腹杆Aa-6.840-583.320-583.32-543.710-543.71Bb-5.240-446.870-446.87-416.530-416.53Cc-3.140-267.780-267.78-249.600-249.60Dd-1.020-86.990-86.99-81.080-81.08注：三、五层在荷载作用下桁架杆件内力的单位为KN4.3.7三层标准层荷载设计值恒载+活载：QA1=1.35×QbA2+1.3×qbA2=1.35×54.47KN+1.3×10.35KN=87KNQ，1=1.35×Q，b1+1.3×q，b1=1.35×56.3KN+1.3×20.7KN=103KNQ，2=1.35×Q，b1+1.3×q，b1=1.35×56.3KN+1.3×20.7KN=103KNQ，3=1.35×Q，b3+1.3×q，b3=1.35×57KN+1.3×23.85KN=108KN4.3.8五层荷载设计值恒载+活载：QA=1.35×QWA+1.3×qWA=1.35×38.55KN+1.3×7.76KN=62.13KNQ1=1.35×QW1+1.3×qW1=1.35×57.75KN+1.3×15.53KN=98.1KNQ2=1.35×QW2+1.3×qW2=1.35×57.75KN+1.3×15.53KN=98.1KNQ3=1.35×QW3+1.3×qW3=1.35×59KN+1.3×15.86KN=100.27KN根据单位荷载作用下的杆件内力乘以实际荷载并进行组合得出三层、五层的杆件实际内力，组合形式3：1.35恒载+1.3活载。见表4桁架杆件计算内力名称杆件编号p=1三层的荷载作用(Q，1)五层的荷载作用(Q1)竖向荷载侧向荷载竖向荷载侧向荷载组合竖向荷载侧向荷载组合上弦AB-3.740-385.220-385.22-366.890-366.89BC-6.240-642.720-642.72-612.140-612.14CD-7.50-772.500-772.50-735.750-735.75DE-7.50-772.500-772.50-735.750-735.75下弦Ab000.0000.000.0000.00Bc3.740385.220385.22366.890366.89Cd6.240642.720642.72612.140612.14De7.50772.500772.50735.750735.75斜腹杆Ab7.360758.080758.08722.020722.02Bc4.920506.760506.76482.650482.65Cd2.480255.440255.44243.290243.29竖腹杆Aa-6.840-704.520-704.52-671.000-671.00Bb-5.240-539.720-539.72-514.040-514.04Cc-3.140-323.420-323.42-308.030-308.03Dd-1.020-105.060-105.06-100.060-100.06注：三、五层在荷载作用下桁架杆件内力的单位为KN4.3.9三层标准层荷载设计值恒载+活载：QA1=1.2×QbA2+1.4×qbA2=1.2×54.47KN+1.4×10.35KN=79.9KNQ，1=1.2×Q，b1+1.4×q，b1=1.2×56.3KN+1.4×20.7KN=90.54KNQ，2=1.2×Q，b2+1.4×q，b2=1.2×56.3KN+1.4×20.7KN=90.54KNQ，3=1.2×Q，b3+1.4×q，b3=1.2×57KN+1.4×23.85KN=101.79KN风载：Vi=（10.84KN+11.98KN+11.82KN）×1.4=48.5KNP=Vi/2=48.5KN/2=24.25KN4.3.10五层荷载设计值恒载+活载：QA=1.2×QWA+1.4×qWA=1.2×38.55KN+1.4×7.76KN=57.12KNQ1=1.2×QW1+1.4×qW1=1.2×57.75KN+1.4×15.53KN=91.04KNQ2=1.2×QW2+1.4×qW2=1.2×57.75KN+1.4×15.53KN=91.04KNQ3=1.2×QW3+1.4×qW3=1.2×59KN+1.4×15.86KN=93KN风载：Vi=10.84KN×1.4=15.18KNP=Vi/2=15.18KN/2=7.59KN根据单位荷载作用下的杆件内力乘以实际荷载并进行组合得出三层、五层的杆件实际内力，组合形式4：1.2恒载+1.4活载-1.4风载。见表5桁架杆件计算内力名称杆件编号p=1三层的荷载作用(Q，1)五层的荷载作用(Q1)竖向荷载侧向荷载竖向荷载侧向荷载组合竖向荷载侧向荷载组合上弦AB-3.74-0.65-338.62-15.76-322.86-340.49-4.93-335.6BC-6.24-0.37-564.97-8.97-556-568.09-2.81-565.3CD-7.50-679.050-679.05-682.80-682.8DE-7.50-679.050-679.05-682.80-682.8下弦Ab01024.25-24.2507.59-7.59Bc3.740.65338.6215.76322.86340.494.93335.56Cd6.240.37564.978.97556568.092.81565.28De7.50679.050679.05682.80682.8斜腹杆Ab7.36-0.56666.37-13.58679.95670.05-4.25674.3Bc4.92-0.56445.46-13.58459.04447.92-4.25452.17Cd2.48-0.72224.54-17.46242225.78-5.46231.24竖腹杆Aa-6.840.48-619.2911.64-630.93-622.713.64-626.4Bb-5.240.48-474.4311.64-486.07-477.053.64-480.7Cc-3.140.55-284.313.34-297.64-285.874.17-290Dd-1.020.31-92.357.52-99.87-92.862.35-95.21注：三、五层在荷载作用下桁架杆件内力的单位为KN根据四种组合下的杆件内力对比分析，选取四种组合中杆件内力最大的作为截面构件的选型4.4构件截面选型4.4.1柱截面选型①试选柱截面假定柱是轴心受压构件，则有Ｎ=ＫcＢ(1.2∑ＱG+1.4∑Ｑk+1.4∑Ｗiｈi/Ｌ)=1.2×[1.2×(38.55+57.75+57.75+59+54.47+56.3+56.3+57+49.1+45.54+45.54+46+54.47+56.3+56.3+57+49.1+45.54+45.54+46)+1.4×(7.76+15.53+15.53+15.86+10.35×4+20.7×8+23.85×4)+1.4×(10.84×20.25+16.35×11.98+11.82×12.45+11.8×8.55+12.95×4.65)/16.2]=2164kN交错桁架体系的长细比一般取λ=40～60，对宽翼缘H型钢，因b/h>0.8,所以不论对x轴或者y轴都属于b类截面，当假设取λ=50时，查《钢结构》教材附表4.2可得=0.856,试选345钢，f=295N/mm2。所选截面几何量为：Ａ=N/f=2164×103/0.856×295×102=85.7cm2ix=ｌox/λ=390/50=7.8cmiy=ｌoy/λ=390/50=7.8cm查《钢结构》教材附表7.2,根据Ａ，ix，iy可以初步选定柱的截面为HW250×250×9×14,Ａ=92.18cm2,ix=10.8cm,iy=6.29cm。②柱截面验算：因为截面无空眼削弱，可不验算强度。又因为热轧型钢亦可不验算局部稳定，只需进行整体稳定和刚度验算。λx=ｌox/ix=390/10.8=36<［λ］=150λy=ｌoy/iy=390/6.29=62<［λ］=150因对x轴和y轴值均属b类，故由长细比的较大值λy=62，查表得=0.797。N/Ａ=2164×103/0.797×9218=294N/mm2<f=295N/mm2∴所选截面符合要求4.4.2桁架选型侧向荷载所得内力与竖向荷载杆件内力进行组合得到杆件的最不利设计荷载，那么所选择杆件尺寸大小就可以保证足够的强度，作为桁架杆件选型的依据，根据表2的杆件内力选型。在选型中由于每一榀桁架的稳定性比较的强，所以弦杆可不考虑其稳定性，在计算中就不考虑其稳定系数。a、第三层桁架选型上弦杆由于整个上弦杆不改变截面，按最大内力NDE=-679.05kN计算，假定选用Q345A中翼缘H型钢，f=295N/mm2。Ａ=NDE/f=679.05×103/295=2301mm2查《钢结构》教材附表7.2,根据Ａ可以初步选定弦杆截面为HM150×100×6×9,Ａ=28.5cm2>23.01cm2。下弦杆由于整个下弦杆不改变截面，按最大内力Nde=679.05kN计算，假定选用Q345A中翼缘H型钢，f=295N/mm2。Ａ=NDE/f=679.05×103/295=2301mm2查《钢结构》教材附表7.2,根据Ａ可以初步选定弦杆截面为HM150×100×6×9,Ａ=28.5cm2>23.01cm2。竖腹杆Bb，NBb=-462.79kN,Q345,H型钢，f=295N/mm2。由于λ=40～60，设λ=60，x=0.883,y=0.807,则min=0.807。Ａ=N/minf=462.79×103/0.807×295=1944mm2采用HN175×90×5×8,Ａ=23.21cm2>19.44cm2。竖腹杆Cc，NCc=-270.96kN,Q345,H型钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=270.96×103/0.807×295=1138mm2采用HN125×60×6×8,Ａ=17.01cm2>11.38cm2。斜腹杆Ab，NAb=652.79kN,选用双角钢。Q345钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=652.79×103/0.807×295=2742mm2采用2L90×90×8-10,Ａ=27.88cm2>27.42cm2。斜腹杆Bc，NBc=431.88kN,选用双角钢。Q345钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=431.88×103/0.807×295=1814mm2采用2L90×90×6-10,Ａ=21.28cm2>18.14cm2。b、第五层桁架选型①上弦杆由于整个上弦杆不改变截面，按最大内力NDE=-682.8kN计算，假定选用Q345A中翼缘H型钢，f=295N/mm2。Ａ=NDE/f=682.8×103/295=2315mm2查《钢结构》教材附表7.2,根据Ａ可以初步选定弦杆截面为HM150×100×6×9,Ａ=28.5cm2>23.15cm2。②下弦杆由于整个下弦杆不改变截面，按最大内力Nde=682.8kN计算，假定选用Q345A中翼缘H型钢，f=295N/mm2。Ａ=NDE/f=682.8×103/295=2315mm2查《钢结构》教材附表7.2,根据Ａ可以初步选定弦杆截面为HM150×100×6×9,Ａ=28.5cm2>23.15cm2。③竖腹杆Bb，NBb=-473.41kN,Q345,H型钢，f=295N/mm2。由于λ=40～60，设λ=60，x=0.883,y=0.807,则min=0.807。Ａ=N/minf=473.41×103/0.807×295=1989mm2采用HN175×90×5×8,Ａ=23.21cm2>19.89cm2。竖腹杆Cc，NCc=-281.7kN,Q345,H型钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=281.7×103/0.807×295=1183mm2采用HN125×60×6×8,Ａ=17.01cm2>11.83cm2。斜腹杆Ab，NAb=665.8kN,选用双角钢。Q345钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=665.8×103/0.807×295=2797mm2采用2L90×90×10-10,Ａ=34.34cm2>27.97cm2。斜腹杆Bc，NBc=443.67kN,选用双角钢。Q345钢，f=295N/mm2。Ａ=N/minf=443.67×103/0.807×295=1864mm2采用2L90×90×6-10,Ａ=21.28cm2>18.64cm2。第五章栓钉计算钢结构交错桁架体系中的楼板是交错桁架结构传力的重要部分。交错桁架中错层桁架间需要靠楼板进行剪力传递，这要求桁架与楼板之间有可靠的抗剪连接，因而交错桁架体系中桁架与楼板的连接构造非常重要的桁架与板用栓钉连接，栓钉是焊接在桁架的上下弦上，并分成两排布置，其净距大于75mm。采用M20的栓钉，混凝土C30。一个圆柱头栓钉连接件的抗剪承载力设计值：Vi=Vw×GAi/∑GAi（简化认为在作用区间每榀桁架GAi相同），则可以认为Vi=1/m×Vw,则可以认为Vi为选取榀桁架在受风荷区间的侧向力累积值。剪力：Vi=(10.84+11.98+11.82+11.82+12.95)/2=30KN弯矩（轴力差）：V=345.42-7.59=337.83kNN=Vi+V=30+337.83=367.83KNn=N/=367.83/68.95=6（个）栓钉还必须要满足构造要求，栓钉的构造间距为350～550mm,所以有：n=2×16.2×103/350=94（个）栓钉。第六章有限元软件建模成果由有限元软件建模得到成果如下：为了保证结构的整体安全和更精确的计算结果，根据手算的截面选型，用有限元软件建立整体模型，进行计算。以下是我们取计算的⑤轴一榀桁架在电算结果下的一些内力图、变形图图6-13d效果图图6-2在荷载组合下的变形图图6-3⑤榀桁架荷载组合下轴力图图6-4⑤榀桁架荷载组合下剪力图图6-5⑤榀桁架荷载组合下弯矩图图6-6⑤榀桁架荷载组合下变形图图6-7⑤榀桁架选型布置图第七章构件效核7.1柱截面的承载力验算由以上SAP2000建模成果对所选杆件进行校核如下：柱截面选型 Q345的HW250×250×9×14，SAP2000建模得到：N=-1368.112kN,MX=-0.562KN.m，My=9.934KN.m,Vy=0.463KN,Vx=-1.187KN,loy=3900mm,lox=3900mm(1)截面的几何特性：A=92.18cm2Ix=10800cm4,Iy=3650cm4;Wx=867cm3,Wy=292cm3ix=10.8cm,iy=6.29cm(2)验算强度N/An+Mx/rxWnx=1368.112×103/（92.18×102）+562×103/（1.05×867×103）=149N/mm2<f=295N/mm2(3)验算弯矩作用平面内稳定λx=ｌox/ix=390/10.8=36.1<［λ］=150查附表4.2(b类截面)，x=0.914β=1.0(4)验算弯矩平面外的稳定λy=ｌoy/iy=390/6.29=62<［λ］=150查附表4.2（b类截面），y=0.797由以上计算可知，此压弯构件是由弯矩作用平面外的稳定控制设计的。(5)局部稳定验算∴所选柱截面满足要求 7.2桁架（1）由于弦杆与板连接良好，且在前面已进行强度验算，弦杆所选的截面符合要求。（2）竖腹杆U2L2截面验算采用HN175×90×5×8,由SAP2000建模得到，N=-347.365kN,M=-0.476kNm，该构件属于压弯构件。①截面的几何特性：A=23.21cm2;Ix=1220cm4,Iy=97.6cm4;,Wx=140cm3ix=7.26cm,iy=2.05cm.②验算强度N/An+Mx/rxWnx=347.365×103/23.21×102+0.476×106/1.05×140×103=153N/mm2<f=295N/mm2③验算弯矩作用平面内稳定λx=ｌox/ix=390/7.26=54<［λ］=150查附表4.2(b类截面)，x=0.838 β=1.0④验算弯矩平面外的稳定λy=ｌoy/iy=390/3.05=127.87<［λ］=150查附表4.2（b类截面），y=0.397∴截面不满足要求，则增大截面为HN250×125×6×9，再进行截面验算。则有截面的几何特性：A=37.87cm2;Ix=4080cm4,Iy=294cm4;,Wx=326cm3ix=10.4cm,iy=2.79cm.则λx=ｌox/ix=390/10.4=37.5<［λ］=150λy=ｌoy/iy=390/2.79=140<［λ］=150查附表4.2（b类截面），y=0.345由以上计算可知，此压弯构件是由弯矩作用平面外的稳定控制设计的。⑤局部稳定验算∴所更选竖腹杆U2L2截面HN250×125×6×9符合要求。（3）斜腹杆U1L2截面验算由SAP2000建模得到，N=475.286kN,M=-1.697kNm，该构件属于拉弯构件。①截面的几何特性：2L90×90×8-10A=27.88cm2;Zx=24.3mm,Zy=540mm,ix=2.76cm,iy=4.09cm,②验算强度：N/An+Mx/rxWnx=475.286×103/27.88×102+1.697×106/1.05×43.3×103=208N/mm2<f=295N/mm2③验算长细比：λx=ｌox/ix=453/2.76=164<［λ］=350λy=ｌoy/iy=453/4.09=111<［λ］=350∴斜腹杆U1L2截面选型符合要求。（4）斜腹杆U1L2截面验算由SAP2000建模得到，N=-511.057kN,M=-1.794kNm，该构件属于拉弯构件。①截面的几何特性：2L90×90×8-10A=27.88cm2;Zx=18.4mm,Zy=40.6mm,ix=2.76cm,iy=4.09cm,②验算强度：N/An+Mx/rxWnx=511.057×103/27.88×102+1.794×106/1.05×23.44×103=256N/mm2<f=295N/mm2③验算长细比：λx=ｌox/ix=453/2.76=164<［λ］=350λy=ｌoy/iy=453/4.09=111<［λ］=350∴斜腹杆U2L3截面选型符合要求。第八章基础计算⒈选择设计参数基础采用独立基础，混凝土等级为C25，钢筋用HRB335（ft=1.27N/mm，fy=300N/mm2）,ac=250mm，bc=250mm，L=2.4m，b=1.6m。⒉确定基础荷载由由SAP2000建模得到，基础所承受的结构上部设计值为M=85.25kN.mN=1602.5kNV=-151.11kN由此可见，框架柱截面一般都有弯矩、轴