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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某综合楼钢结构框架设计(轴).精品文档. 本科毕业设计（论文）题目：某综合楼钢结构框架设计(轴)学 院 土木与交通学院 专 业 土木工程 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2014 年 6 月 5 日 摘 要本文的毕业设计主要讲述了某综合楼的结构设计过程。本综合楼的设计采用钢框架设计，建筑主体层数为4层，建筑总高度，总建筑面积。本方案主体结构为双向承重框架。设计内容包括压型钢板-混凝土组合楼板设计、组合次梁设计、梁柱截面初选、竖向荷载作用下的框架内力计算、风荷载作用下的框架内力计算、地震作用下的框架内力计算、框架主梁的内力组合、框架柱的
2、内力组合、框架梁柱构件的验算、主次梁节点设计、框架梁与框架柱节点设计和柱脚设计等。本次结构设计以手算，电算辅助，因此计算中采用了很多手工计算简化方法。在内力计算中采用的主要计算方法有，竖向荷载作用内力计算的分层法、风荷载作用内力计算的D值法和地震荷载作用内力计算的底部剪力法。本次设计中的梁柱截面主要采用热轧H型钢，钢材选用Q235和Q345两种，螺栓采用10.9级高强螺栓，焊缝采用E43型和E50型焊条，手工焊，梁柱节点采用栓焊混合节点连接，主次梁节点采用高强螺栓铰接连接。根据小组内计算分工，本文的主要计算框架为-轴横向框架。整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定得合理性。关键词：钢结构
3、框架设计；压型钢板组合楼板；框架内力计算；梁柱节点连接AbstractThe design includes profiled sheeting concrete composite slab, composite beam design design, Liang Zhu section primaries, the vertical load under the framework of internal force calculation, the wind load under the framework of internal force calculation, the effec
4、t of seismic internal force calculation, internal force of frame beam combination, the internal force of the frame column, beam and column combination framework checking, primary and secondary beam node design, frame beam and column joints design and column design.The structure design of hand count,
5、 computer-aided calculation, so the simplified methods are employed in many manual calculation. The main method used in the calculation of internal forces in the calculation of internal forces, stratification, wind load calculation of internal forces of vertical loads and the D value of the bottom s
6、hear method to calculate method and seismic load internal force.Beam column section in this design mainly uses the hot-rolled H section steel, steel with Q235 and Q345, the bolt adopts 10.9 grade high strength bolts, welds with E43 type and E50 type welding, manual welding, the welded bolted beam co
7、lumn joints connecting the nodes, nodes of beam and girder by high-strength bolt hinged connection. According to the calculation of division of labor within the team, this is the main computational framework - the axis transverse frame.Keyword: Design of the steel structure framework, Composite floo
8、r, Internal force calculation of the framework目 录摘 要IAbstractII第一章 建筑方案说明11.1设计题目简介11.2设计资料11.2.1建筑设计11.2.2 工程概况：11.2.3工程条件11.2.4材料2第二章 结构方案说明32.1结构选型32.2 柱网布置3第三章 压型钢板组合楼板计算43.1压型钢板43.1.1压型钢板选择43.1.2压型钢板截面模量计算43.2混凝土层53.3施工阶段验算53.3.1荷载计算53.3.2抗弯强度验算63.3.3挠度验算63.4标准层组合楼板使用阶段验算63.4.1荷载计算73.4.2跨中截面受弯承
9、载力验算73.4.3支座截面受弯承载力83.4.4斜截面抗剪强度验算83.4.5刚度和裂缝宽度验算83.4.6自振频率验算永久荷载标准值作用下的挠度：103.5楼面层组合楼板使用阶段验算103.5.1屋面层荷载计算113.5.2跨中截面受弯承载力验算113.5.3支座截面受弯承载力113.5.4斜截面抗剪强度验算123.5.5刚度和裂缝宽度验算123.5.6自振频率验算永久荷载标准值作用下的挠度：13第四章 组合次梁设计144.1组合次梁截面确定144.1.1钢梁初选154.1.2钢梁截面特性154.1.3组合梁截面特性计算164.2组合梁施工阶段验算194.2.1荷载计算194.2.2内力计
10、算194.2.3抗弯强度验算194.2.4整体稳定性验算194.2.5挠度验算204.3组合梁使用阶段验算204.3.1荷载计算204.3.3次梁局部稳定224.3.4组合梁承载力验算224.3.5连接件计算244.3.6挠度验算24第五章 梁柱截面初选275.1主梁275.2框架柱27第六章 竖向荷载作用内力计算286.1竖向恒荷载计算286.1.1恒荷载标准值286.1.2次梁传递给主梁的恒荷载计算306.1.3 -轴主梁所受恒荷载计算336.2竖向活荷载计算356.2.1活荷载标准值356.2.2次梁传递给主梁的活荷载计算356.2.3 -轴主梁所受活荷载计算376.3竖向恒荷载作用下的
11、内力计算386.3.1横向框架主梁刚度计算386.3.2横向框架柱刚度计算386.3.3主梁固端弯矩计算386.3.4竖向恒荷载作用弯矩分配396.3.5竖向恒荷载作用下的弯矩图436.3.6竖向恒荷载作用下的剪力图446.3.7竖向恒荷载作用下的轴力图456.4竖向活荷载作用下内力计算466.4.1竖向活荷载作用下的主梁固端弯矩466.4.2竖向活荷载作用弯矩分配466.4.3竖向活荷载作用下的弯矩图506.4.4竖向活荷载作用下的剪力图516.4.5竖向活荷载作用下的轴力图52第七章 风荷载作用下的内力计算537.1风荷载参数确定537.2风荷载标准值确定537.3柱的侧移刚度D值计算54
12、7.4柱剪力计算577.5柱反弯点计算587.6风荷载作用内力图597.6.1风荷载作用弯矩图597.6.2风荷载作用剪力图607.6.3风荷载作用轴力图617.7框架结构水平位移计算62第八章 地震作用下的内力计算638.1水平地震标准值计算648.1.1总重力荷载计算658.1.2各层总重力荷载计算658.1.3各层水平地震作用标准值计算658.2各层柱剪力计算668.3地震作用下的内力图678.3.1地震作用下的弯矩图678.3.2地震作用下的剪力图688.3.3地震作用下的轴力图69第九章 内力组合709.1框架主梁内力组合709.2框架柱内力组合70第十章 梁柱构件验算7110.1框
13、架主梁验算7110.1.1框架主梁截面特性7110.1.2框架主梁强度验算7210.1.3框架主梁挠度验算7310.2框架柱验算7310.2.1框架柱截面特性7310.2.2截面稳定系数计算7410.2.3弯矩作用平面内稳定计算7610.2.4弯矩作用平面外稳定计算8010.2.5局部稳定计算8210.2.6抗震强柱弱梁验算82第十一章 梁柱节点设计8411.1节点设计8411.2梁柱连接强度验算8411.2.1梁翼缘连接强度验算8411.2.2螺栓抗剪强度验算8611.3极限承载力验算8711.3.2极限承载力验算9011.4节点域验算92第十二章 主次梁节点设计9412.1节点设计9412
14、.1.1主次梁截面9412.1.2连接设计9412.2连接验算9412.2.1选择计算构件9412.2.2螺栓抗剪验算9412.2.3焊缝验算94第十三章 柱脚设计9613.1柱脚尺寸确定9613.1.1基本尺寸确定9613.1.2底板宽度确定9613.1.3底板长度确定9613.1.4板底厚度确定9613.1.5靴梁板高度确定9713.2靴梁强度验算9813.2.1靴梁内力计算9813.2.2靴梁强度验算9813.3柱底剪力98第十四章 电算结果9914.1框架柱验算9914.1.1构件几何材料信息9914.1.2标准内力信息9914.1.3构件设计验算信息10014.2框架梁验算10114
15、.2.1构件几何材料信息10114.2.2标准内力信息10214.2.3构件设计验算信息10314.2.4、荷载组合分项系数说明，其中：10414.4电算结果与手算结果比较105结 束 语106致 谢107参 考 文 献108附录：内力组合表107第一章 建筑方案说明1.1设计题目简介本设计工程是建于广州城区的某商场。本工程建筑面积，建筑高度。各部分尺寸、材料及使用情况详见建筑图。1.2设计资料1.2.1建筑设计已完成建筑平面、立面、剖面、大样图等，详建施图。1.2.2 工程概况：工程名称：广州某多层综合楼工程位置：广州城区工程总面积： 建筑高度：建筑总高，共4层，一层层高，二至四层层高。结构
16、形式：钢框架建筑等级：耐火等级，三级；耐久性等级，二级。1.2.3工程条件基本风压：0.50 kN/m2，地面粗糙度：B类根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001），广州地区的基本烈度为7度，抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.10g，第一组(新规范)工程地质情况：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m以下，土质分布具体情况见表1，类场地。建筑地层一览表 表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0.00.50.52粉土0.51.51.0120103中砂1.52.51.0200254砾砂2.5-6.54.0
17、3002400305圆砾6.5-12.56.0500350060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。1.2.4材料钢材：Q235B、Q345钢筋：HPB235(I)、HRB335(II)级、HRB400(III)级混凝土：C15C35砌体：加气混凝土砌块或轻质砖焊条依据设计规范根据所选用的钢材选取。第二章 结构方案说明2.1结构选型根据建筑功能需要，地质条件，荷载大小及性质，抗震设防要求，施工条件及材料供应情况，参照有关设计规范和建议，对该建筑进行结构体系选择。建议该建筑采用框架结构，进行标准层住宅的柱和梁、板布置。本工程可供选择的结构型式为框架结构、框架剪力墙结构。
18、框架结构房屋，在一般情况下相邻柱之间应布置主梁，使房屋形成纵横两个方向框架。一般来说，次梁较多、板块较小(板厚也较小)，经济效果较好。但是，次梁太多有时会影响房屋的使用和美观。所以，梁的布置应从房屋使用、结构受力、经济、施工方便以及房屋标准高低综合考虑。如从结构受力和经济方面考虑，梁、板的跨度在经济跨度之内较好。一般情况下，墙下应布置梁，使墙荷载直接传给梁。如因特殊原因墙下不设梁时，应采取局部加强措施。当板上开洞时，如洞口较大(例如洞口边长1m)，洞边也应布置次梁。如洞口较小，洞边可不布置次梁，而采取局部加强措施。综合各项因素，本综合楼采用钢结构框架方案。2.2 柱网布置图2-1 柱网布置图第
19、三章 压型钢板组合楼板计算3.1压型钢板3.1.1压型钢板选择选取压型钢板如下：型号：YX 75-200-600基材：Q235板厚：1.0mm压型钢板钢材强度值：图3-1 压型钢板截面图3.1.2压型钢板截面模量计算3.2混凝土层取压型钢板上混凝土层厚度为60mm，采用强度为C25级混凝土。3.3施工阶段验算计算单元取一个波宽宽度，按强边（顺肋）方向的单向板计算。考虑到下料的不利情况，压型钢板取单跨简支板进行挠度验算。计算跨度取单向板最大跨度。计算见图如图3-2所示。图3-2 施工阶段计算简图3.3.1荷载计算（1）恒荷载标准值 a.C25混凝土 截面面积： 线荷载： b.压型钢板 截面面积：
20、 线荷载： c.小计（2）活荷载标准值 施工荷载：（3）荷载组合 标准组合值 基本组合值3.3.2抗弯强度验算跨中最大弯矩：支座最大弯矩：3.3.3挠度验算3.4标准层组合楼板使用阶段验算计算单元取一个波宽宽度，按强边（顺肋）方向的单向板计算。考虑到下料的不利情况，压型钢板取单跨简支板进行挠度验算。计算跨度取单向板最大跨度。计算见图如图3-2所示。图3-3 标准层使用阶段计算简图3.4.1荷载计算（1）恒荷载标准值 a.压型钢板 b.混凝土楼板 c.20mm厚1:3水泥砂浆找平层 d.8mm厚1:1水泥砂浆结合层 e.20mm厚花岗岩楼面 合计：（2）活荷载标准值 a.楼面活载 （3）荷载组合
21、 恒荷载控制组合 活荷载控制组合3.4.2跨中截面受弯承载力验算跨中正弯矩：支座负弯矩：压型钢板波距内的截面面积：压型钢板钢材的抗拉强度设计值：C25混凝土弯曲抗压强度设计值：压型钢板顶面以上混凝土计算厚度：由此可知塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土截面内。组合板受压区高度：压型钢板截面应力合力至混凝土受压区截面应力合力的距离：符合抗弯承载力要求。3.4.3支座截面受弯承载力 压型钢板肋内混凝土平均宽度：截面有效高度：中和轴位于压型钢板肋内，按宽度的矩形截面梁计算。取二者较小值选用级钢筋 ， 宽度内钢筋面积为。3.4.4斜截面抗剪强度验算组合板在一个波距内斜截面最大承载力设计值：符合斜截面抗
22、剪要求。3.4.5刚度和裂缝宽度验算（1）短期刚度取一个波距范围作为计算单元，对于肋内混凝土近似按平均肋宽的矩形截面考虑。压型钢板截面特性： 截面面积： 惯性矩： 形心轴与受压翼缘中线之间的距离： 形心轴与混凝土层上沿之间的距离：混凝土部分截特性： 截面面积： 惯性矩： 混凝土截面形心轴与混凝土层上沿之间的距离：图3-2 组合截面截面特性图钢材与混凝土的弹性模量之比：等效截面形心距混凝土板顶的距离：等效截面的惯性矩：（2）长期刚度等效截面形心距混凝土板顶的距离：等效截面的惯性矩：（3）挠度计算荷载标准组合值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)满足要求。荷载准永久组合值：简支单向板跨中最大
23、挠度：（采用长期刚度）3.4.6自振频率验算永久荷载标准值作用下的挠度：永久荷载标准值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)组合楼板的自振频率：3.5楼面层组合楼板使用阶段验算计算单元取一个波宽宽度，按强边（顺肋）方向的单向板计算。考虑到下料的不利情况，压型钢板取单跨简支板进行挠度验算。计算跨度取单向板最大跨度。计算见图如图3-2所示。图3-4 楼面层使用阶段计算简图3.5.1屋面层荷载计算（1）恒荷载标准值 a.压型钢板 b.混凝土楼板 c.20mm厚1:3水泥砂浆找平层 d.天面25mm厚防水砂浆 e.天面隔热层 合计：（2）活荷载标准值 a.楼面活载 （3）荷载组合 恒荷载控制组合
24、活荷载控制组合3.5.2跨中截面受弯承载力验算跨中正弯矩：支座负弯矩：符合抗弯承载力要求。3.5.3支座截面受弯承载力压型钢板肋内混凝土平均宽度：截面有效高度：中和轴位于压型钢板肋内，按宽度的矩形截面梁计算。取二者较小值选用级钢筋 ， 宽度内钢筋面积为。3.5.4斜截面抗剪强度验算组合板在一个波距内斜截面最大承载力设计值：符合斜截面抗剪要求。3.5.5刚度和裂缝宽度验算（1）短期刚度取一个波距范围作为计算单元，对于肋内混凝土近似按平均肋宽的矩形截面考虑。等效截面的惯性矩：（2）长期刚度等效截面的惯性矩：（3）挠度计算荷载标准组合值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)满足要求。荷载准永久组
25、合值：简支单向板跨中最大挠度：（采用长期刚度）3.5.6自振频率验算永久荷载标准值作用下的挠度：永久荷载标准值：简支单向板跨中最大挠度：(采用短期刚度)组合楼板的自振频率：第四章 组合次梁设计4.1组合次梁截面确定 次梁的布置见图，取轴与轴间的次梁进行计算。图4-1 次梁布置图4.1.1钢梁初选表4-1 组合梁截面初选梁跨度（mm）h(mm)=l/15l/16选组合梁截面高度钢梁截面高度初选钢梁截面h2.5hsL18400560525535400HN4002008135351000L28400560525535400HN4002008135351000L38400560 525535400HN
26、4002008135351000L48400560525535400HN4002008135351000L58400560525535400HN4002008135351000L68400560525535400HN4002008135351000L78400560525535400HN4002008135351000L88400560525535400HN4002008135351000L98400560525535400HN4002008135351000L108400560525535400HN4002008135351000L114200280262.50 280145HN150755
27、7285375L122700180168.75 18045HN1005057235250L132700180168.75 18045HN1005057235250L142700180168.75 18045HN1005057235250L153200213.33 20021075HN1005057235250L163200213.33 20021075HN10050572352504.1.2钢梁截面特性表4-2 钢梁截面特性梁规格截面积(cm）重量（kg/m)Ix(cm4)Wx(cm3)ix(cm)iy(cm)L1HN40020081384.126623700119016.84.54L2HN4
28、0020081384.126623700119016.84.54L3HN40020081384.126623700119016.84.54L4HN40020081384.126623700119016.84.54L5HN40020081384.126623700119016.84.54L6HN40020081384.126623700119016.84.54L7HN40020081384.126623700119016.84.54L8HN40020081384.126623700119016.84.54L9HN40020081384.126623700119016.84.54L10HN4002
29、0081384.126623700119016.84.54注：钢材选用Q235。表4-2 钢梁截面特性（续）梁规格截面积(cm）重量（kg/m)Ix(cm4)Wx(cm3)ix(cm)iy(cm)L11HN150755718.1614.367990.66.121.78L12HN100505712.169.5419238.53.981.11L13HN100505712.169.5419238.53.981.11L14HN100505712.169.5419238.53.981.11L15HN100505712.169.5419238.53.981.11L16HN100505712.169.541
30、9238.53.981.11注：钢材选用Q235。4.1.3组合梁截面特性计算（1）混凝土板有效宽度确定由于压型钢板的肋与次梁垂直，不考虑压型钢板顶面以下的混凝土：由于无板托，则取上翼缘宽度。各次梁混凝土板有效宽度计算如下表。表4-3 次梁混凝土板有效宽度次梁b0b1b2=b1bel/6So/26hcminL2200140013008108108101820L5200140016258108108101820L1020014001852.50 8108108101820L11757002062.50 8107007001475L1550533.33 1175.00 810533.33 533.
31、33 1116.67 （2）荷载标准组合时的换算截面混凝土截面的换算宽度：L2、L5、L10： L11： L15： 换算截面面积：L2、L5、L10： L11： L15： 混凝土板顶到中和轴的距离：L2、L5、L10： L11： L15： 换算截面的惯性矩：L2、L5、L10：L11： L15： 混凝土顶面处的折算截面模量：L2、L5、L10： L11： L15： 混凝土底面处的折算截面模量：L2、L5、L10： L11： L15： 钢梁底面处的折算截面模量：L2、L5、L10： L11： L15： （3）考虑徐变影响的换算截面混凝土截面的换算宽度：L2、L5、L10： L11： L15： 换
32、算截面面积：L2、L5、L10： L11： L15： 混凝土板顶到中和轴的距离：L2、L5、L10： L11： L15： 换算截面的惯性矩：L2、L5、L10：L11： L15： 混凝土顶面处的折算截面模量：L2、L5、L10： L11： L15： 4.2组合梁施工阶段验算 选取承受荷载最不利的L1进行计算。所承受的恒载为混凝土楼板自重和钢梁自重，活载为施工荷载，按计算。4.2.1荷载计算组合板自重6.95 kN/m钢梁自重0.65 kN/m恒荷载荷载标准值7.59 kN/m施工活荷载标准值3.00 kN/m荷载基本组合值（活载控制）13.31 kN/m4.2.2内力计算跨中最大弯矩：支座最大
33、剪力：4.2.3抗弯强度验算4.2.4整体稳定性验算，需验算整体稳定性。，不需修正4.2.5挠度验算4.3组合梁使用阶段验算根据各次梁的承受荷载的情况，选取承载最不利的L1、L2、L5、L10、L11及L15进行计算。4.3.1荷载计算L1：钢梁自重0.65 kN/m组合板自重6.95 kN/m建筑面层恒载3.36 kN/m恒荷载合计gk10.95 kN/m楼面活荷载qk6.00 kN/m荷载基本组合21.54 kN/m(活荷载控制）L2：钢梁自重0.65 kN/m组合板自重3.47 kN/m建筑面层恒载1.68 kN/m240mm厚加气混凝土砌块8.28 kN/m恒荷载合计gk14.08 k
34、N/m楼面活荷载qk3.00 kN/m 荷载基本组合21.95 kN/m（恒荷载控制）L5：钢梁自重0.65 kN/m组合板自重7.99 kN/m建筑面层恒载3.86 kN/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kN/m恒荷载合计gk19.40 kN/m楼面活荷载qk6.90 kN/m荷载基本组合32.95 kN/m（恒荷载控制）集中力F138.90 kNF224.75 kNF324.75 kNF424.75 kNL10：钢梁自重0.65 kN/m组合板自重9.04 kN/m建筑面层恒载4.37 kN/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kN/m恒荷载合计gk20.96 kN/m楼面活荷载q
35、k7.81 kN/m荷载基本组合35.95 kN/m（恒荷载控制）集中力F129.33 kNF229.33 kNL11：钢梁自重0.14 kN/m组合板自重0.35 kN/m 200mm厚加气混凝土砌块6.90 kN/m恒荷载合计gk7.39 kN/m楼面活荷载qk6.90 kN/m荷载基本组合18.52 kN/m（活荷载控制）L15：钢梁自重0.09 kN/m组合板自重0.23 kN/m200mm厚加气混凝土砌块6.90 kN/m恒荷载合计gk7.23 kN/m楼面活荷载qk6.90 kN/m荷载基本组合18.33 kN/m（活荷载控制）L2受力比L1更不利，不对L1继续进行计算。4.3.2
36、内力计算表4-4 次梁内力计算梁荷载基本组合(kN/m)Mmax=1/8ql(跨中 kNm)Vmax=1/2ql（支座 kN）L221.95 193.58 92.18 L532.95 290.62 138.39 L1035.95 317.09 151.00 L1118.52 40.85 38.90 L1518.33 23.46 29.33 4.3.3次梁局部稳定L2、L5、L10：翼缘板： 腹板： L11：翼缘板： 腹板： L15：翼缘板： 腹板： 均符合塑性设计要求。4.3.4组合梁承载力验算中和轴位置的确定（对C25混凝土，）L2、L5、L10： 塑性中和轴在钢梁内。钢梁受压区面积为：钢梁
37、受压区高度为 钢梁受压区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：钢梁受压区应力合力中心至钢梁受压区应力合力中心距离：组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载力：L11：塑性中和轴在混凝土翼板内。混凝土受拉区面积：混凝土受拉区高度为 钢梁受拉区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：混凝土受拉区应力合力中心至混凝土受压区应力合力中心距离：组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载力：L15：塑性中和轴在混凝土翼板内。混凝土受拉区面积：混凝土受拉区高度为 钢梁受拉区应力合力中心至混凝土翼板受压区应力合力中心距离：混凝土受拉区应力合力中心至混凝土受压区应力合力中心距离：组合梁抗弯承载力：组合梁抗剪承载
38、力：4.3.5连接件计算选用单排M16圆柱头焊钉，对于简支梁，栓钉高度取120mm，压型钢板YX 75-200-600的，压型钢板垂直于钢梁布置，故折减系数 为：单个抗剪件的抗剪承载力为：组合梁支座和最大弯矩点之间混凝土板和钢梁之间的纵向剪力为：L2、L5、L10： L11： L15： 所需螺栓数目：L2、L5、L10：沿半跨单排布置，纵向间距为，取为，同时。L11：沿半跨单排布置，纵向间距为，取，同时。L15：沿半跨单排布置，纵向间距为，取，同时。4.3.6挠度验算（1）施工阶段恒荷载产生的挠度为： 表4-5 施工阶段挠度计算项目L5L11L1517.67mm 2.30mm 1.83mm （2）短期效应挠度计算表4-6 短期效应挠度计算项目L5L11L152.41E+081.01E+072.61E+0630518015584121816121610920088500670005184.831557.731060.48139517.29