学士某钢框架毕业设计计算书.doc

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1、2.1选型及结构布置2.1.1 确定楼盖类型据抗震规范8.1.7条,宜采用压型钢板现浇钢筋砼组合楼板或非组合楼板,目前国内多采用非组合楼板(简支梁类构件楼盖除外)。非组合楼板中的压型钢板只起到施工阶段的模板作用,按施工阶段的两种极限状态要求确定压型钢板几何形状和厚度,可采用国内生产的无齿痕的压型板,不需作防火层(但需防锈,宜采用镀锌板),仅楼板的端部按构造设置圆头栓钉。采用非组合楼盖也给手算带来很大方便,又适应国内发展形势, 因此选择采用非组合楼板。根据板的跨度和非组合板的厚度,选择国产压型钢板型号:YX-75-230-690()。另外,为方便手算,采用主次梁单向板肋形楼盖布置形式。计算时,框

2、架梁在确定截面惯性矩时,对于非组合楼板,由于钢板上的现浇混凝土板和压型钢板结合不够紧密,板的约束很微弱,因此,直接取钢梁的截面惯性矩Ib,不考虑板的影响。2.1.2结构布置图要求板布置成单向板,对于其它所有构件布置祥见图纸。2.1.3初选确定杆件截面尺寸 钢材宜采用碳素结构钢Q235及低合金钢Q345,按照冲击韧性要求并且考虑到焊接,选择Q235C。梁柱截面形式选H型钢。若选择H型钢,则应根据要求从H型钢产品表中确定高宽尺寸及壁厚。对于梁截面,首先应确定梁高hs,根据钢结构规范附录A表A.1.1挠度容许值,按表2.1.3确定出hmin,主梁的挠度容许值为w/l=1/400,采用Q235C钢,对

3、应的hmin=1/15。次梁的挠度容许值为w/l=1/250, 采用Q235C钢,对应的hmin为1/24。主梁的跨度为8400mm,次梁的跨度为6600mm,主梁高h8400/15=560mm,初步取主梁高为600mm。次梁高h6600/24=275mm,初步取次梁高为300mm。再根据简略的梁荷载、内力计算确定出截面抵抗矩WX和腹板宽度,然后查H型钢表确定型号。（1）.计算确定次梁型号。楼面活载为6KN/m2,假设楼板厚为120mm。次梁间距为2.8m。楼面活载为6KN/m24KN/m2,所以分项系数取1.3。按次梁为简支梁计算次梁所受荷载标准值为:活载qQ=62.8=16.8KN/m 恒

4、载qg=250.122.8=8.4KN/m次梁所受荷载设计值为: q=1.2qg+1.3qQ =1.28.4+1.316.8 KN/m =31.92 KN/m 次梁所受最大弯矩M=31.926.62=173.8KNm 次梁所受剪力V=31.926.6=105.34KN 另外,假设梁自重引起的弯矩为0.02M 根据以上条件选择次梁型号,梁主要受弯,因此采用窄翼缘最优。型号为:HN400150813 截面特征为:AS=71.12cm2 Ix=18800cm4 ix=16.3cm Wx=942cm3 Iy=734 cm4 iy=3.21cm Wx=97.2 cm3(2).计算确定主梁型号。楼板设计成

5、为单向板，因此，主梁主要承受次梁传来的集中荷载。次梁间距为6600mm。主梁间距为8400mm。先按主梁为简支梁计算次梁传来的集中荷载计算：次梁所受荷载标准值为:活载qQ=62.8=16.8KN/m 恒载qg=250.122.8=8.4KN/m次梁所受荷载设计值为: q=1.2qg+1.3qQ =1.28.4+1.316.8 KN/m =31.92 KN/m 主梁所受集中力为：p=ql1=31.926.6=210.672KN 主梁所受最大弯矩M=210.6728.4=589.8816KNm 次梁所受剪力V=p=210.672KN 另外,假设梁自重引起的弯矩为0.02M 根据以上条件选择次梁型号

6、,梁主要受弯,因此采用窄翼缘最优。型号为:HN6002001117 截面特征为:AS=135.2cm2 Ix=78200cm4 ix=24.1cm Wx=2610cm3 Iy=2280cm4 iy=4.11cm Wx=228cm3（3）计算确定柱的型号估算柱所受的轴向荷载为：G=6.68.4（1.23+1.36） =632.016KN底层柱所受轴向荷载设计值为：3G=3632.016KN按轴心受压计算 假设长细比=50 根据此长细比查表可知：轴心受压柱的稳定系数=0.856因此 取lo=(1.21.5)H=1.354.8=6.48m有等强度原理，ix=iy=lox/=loy/=6480/50=

7、129.6mm柱截面高 h= ix/1=129.6/0.43=301.4mm柱截面宽度 b= iy/2=129.6/0.24=540mm 由于柱是压弯构件，因此要用宽翼缘的H型钢 综合以上条件初步选择柱截面型号为：HW4004001828实际尺寸为HW4144051828截面特征值为：AS=296.2cm2 Ix=93000cm4 ix=17.7cm Wx=4490cm3 Iy=31000 cm4 iy=10.2cm Wx=1530 cm3按照抗震规范8.2.5-1式初步验算以满足强柱弱梁要求。验算式为： 其中：为柱的塑性截面抵抗矩为主梁的塑性截面抵抗矩N为柱计算处所受轴力为柱的截面面积主梁的

8、塑性截面抵抗矩为： 柱的塑性截面抵抗矩为：验算强柱弱梁： 满足对于梁柱截面确定时还应注意板件的宽厚比尚应符合抗震规范8.3.2条的要求，因所选梁柱型号都是热扎H型钢，是批量生产的型号，所以此条件肯定满足。（4）支撑型号确定对于支撑杆件，不超过12层的钢结构，宜采用交叉型中心支撑选择H型钢，其长细比和板件宽厚比应符合抗震规范8.4.2条的要求，截面面积按下式估定：式中：K-拟定中心支撑承担结构底部总地震剪力系数，可取0.51.0；水平地震影响系数最大值；初估结构等效总重力荷载；底层中心支撑杆件的总数；钢材抗拉（压）强度设计值；（5）结构其它构件的确定需从建筑节能、防火、抗震等因素出发确定墙体材料

9、、厚度及构造方式从防火方面考虑：二级防火要求非燃烧体最大耐火极限为4小时。从节能方面考虑：要防晒、隔温保热、强度高而重量低从抗震方面考虑：要有多道防线，地震时能消耗能量，不对主体结构产生太大影响因此，墙体材料采用加气混凝土块体材料。细部构造祥图见墙体节点构造祥图。楼梯的设计也采用钢结构形式，加混凝土保护层防火。详细情况见楼梯设计部分。2.2 结构计算简图2.2.1荷载清理（1）.竖向荷载清理.屋面荷载清理恒载： 压型钢板（查表换算后） 0.18KN/m2非组合楼盖（压型钢板上混凝土层厚80，折算厚度115）250.115=2.875 KN/m2 1：8煤屑混凝土找坡（最薄处厚20，折合平均厚1

10、05.19）140.1052=1.47 KN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/m2 高分子卷材一层（三毡四油） 0.4 KN/m2 30厚细石混凝土面层（每两米设一分仓缝） 240.03=0.72 KN/m2总计 6.045 KN/m2 活载： 2.0 KN/m2 .楼梯间、电梯间屋面恒载：压型钢板（查表换算后） 0.18KN/m2非组合楼盖（压型钢板上混凝土层厚80，折算厚度115）250.115=2.875 KN/m2 1：8煤屑混凝土找坡（最薄处厚20，双坡排水，折合平均厚62mm）140.062=0.868KN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 200.0

11、2=0.4 KN/m2 高分子卷材一层（三毡四油） 0.4 KN/m2 30厚细石混凝土面层（每两米设一分仓缝） 240.03=0.72 KN/m2总计 5.443 KN/m2活载： 楼梯间 0.5 KN/m2 电梯间 7.0 KN/m2.楼地面荷载清理1.）：生产车间荷载清理 恒载： 压型钢板 0.18 KN/m2 非组合楼板（折合厚115）250.115=2.875 KN/m2 20厚1：2水泥砂浆面层 200.02=0.4 KN/m2总计 3.455 KN/m2 活载： 6.0 KN/m22.）：其它房间： i：更衣室和办公室： 恒载： 压型钢板 0.18 KN/m2 非组合楼板（折合厚

12、115）250.115=2.875 KN/m2 20厚1：2水泥砂浆面层 200.02=0.4 KN/m2总计 3.455 KN/m2 活载： 2.0 KN/m2 ii：卫生间 恒载：压型钢板（查表换算后） 0.18KN/m2非组合楼盖（压型钢板上混凝土层厚40，折算厚度75）250.075=1.875 KN/m2 1：3水泥砂浆找坡层（最薄处厚10，折合平均厚25）200.025=0.5KN/m2 高分子卷材一层（三毡四油） 0.4 KN/m220厚1：3水泥砂浆保护层 200.02=0.4 KN/m2 瓷面砖1501508 19.80.008=0.1584 KN/m2总计 3.5134KN

13、/m2180厚蹲台处垫层重（煤屑混凝土） 0.1814=2.52 KN/m2 活载： 2.0 KN/m23）.楼梯间荷载清理 承受踢步荷载的钢板梁重：（5.367+1.5+0.6）0.30.015=0.034m3每块重： 0.03476.936 =2.56KN踏步钢板重：踏步用5mm厚的钢板弯折成， 踏步钢板体积：（0.1516+0.315）1.60.005=0.05175m3重量为：0.0517576.936=3.98KN在钢板踏步上浇注50厚混凝土，用于防火。此重量为：（0.1516+0.315）1.60.05=0.5175m2 250.5175=12.94KN 楼梯平台荷载： 钢板：1.

14、53.30.00576.936=1.9KN 2.163.30.00576.936=2.74KN 细石混凝土：1.53.30.0525=6.19KN 2.163.30.0525=8.19KN楼梯间恒载：2.594+（3.98+12.94）2+1.9+2.74+6.19+8.19=63.94KN 活载： 3.5 KN/m2.墙体荷载： 5009.8=4.9 KN/m3.查表知：主梁自重：1.0388 KN/m 次梁自重：0.54684 KN/m 柱自重 ： 2.283 KN/m2.2.2 计算简图 结构计算简图必须先确定底层柱高取值，取值大小与基础形式、厚度、埋深等因素有关。因此，根据地质报告和场

15、地条件先确定基础形式和埋深，分析可采用柱下独立基础。地表以下2m处就是稍密卵石层，其承载力较大可把基础放于上面，再加上平整场地时室外回填土要高出天然地面0.3m，因此基础埋深为2.3m。此深度大于1.5m，所以柱脚的嵌固位置取在室外地面以下1.5m处。室内外高差为0.3m，标准层高为4.8m，因此，底层柱计算高度取1.5+0.3+4.8=6.6m其它各层柱的计算高度取层高4.8m1框架恒载、活载简图首先选择一榀框架做计算，考虑到手算速度和精度都不如计算机，选择轴框架最为快捷并且误差和计算机会最小。i：作恒载图主梁自重相对于其它荷载比较小，因此，把主梁自重简化为集中荷载对计算结果影响很小。求 主

16、梁自重： 1.041.4=1.456 次梁传到主梁上的集中力： 外墙重：P1 = 58.37 求 主梁自重： 1.042.8=2.912次梁传到主梁上的集中力： = 70.39求 主梁自重： 1.041.4=1.456 次梁传到主梁上的集中力： 外墙重：P2 = 56.93求 = = 70.39求 主梁自重： 1.041.4=1.456次梁传到主梁上的集中力：（6.0451.4+0.55）6.6=59.49外墙重： = 88.13求 主梁自重： 1.042.8=2.912 次梁传到主梁上的集中力：（2.86.045+0.55）6.6=115.34 = 118.25恒载作用下的简图如下图： 恒载

17、图（KN）ii：作活载图方法同恒载计算，主梁只有次梁传递的活载集中力。= 活载简图如下: 活载图（KN）2.框架水平地震作用简图1).计算各层重力荷载代表值,屋面层活荷载组合值系数取0,楼面层活荷载组合值系数可取0.5,墙、柱重按楼层中分。 i：底层.墙和门窗重计算: 外墙高为h=3.3+2.4=5.7m 外墙长=59400+405+150+150=60105mm 外墙宽=33600+414=34014mm外墙毛面积:(60105+34014)25700106=1072.96门窗洞口面积计算: 相对于楼板分为上半层和下半层 下半层: M-1 0.852.42=4.08 C-1 1.654.21

18、1=76.23 C-2 1.652.712=53.46 M-8 0.94.24=15.12 上半层: C-1 (2.4-0.9)4.216=100.8 C-2 (2.4-0.9)2.710=40.5 C-3 (2.4-1.5)1.52=2.7 C-4 (2.4-0.9)1.22=3.6外墙净面积S=1072.96-133.77-15.12-100.8-40.5-2.7-3.6=776.47外墙重:W=V=776.470.154.9=570.71KN门重: 4.080.1+15.120.4=6.46KN窗重: (76.23+53.46+100.8+40.5+2.7+3.6)0.4=110.92K

19、N内墙: 下半层:(3.3-0.175-0.6)(8.43+6.62)2+(8.45-0.4145)+6.63=2.525136.53=344.7 上半层:2.48.4-0.414+2.1+8.4+4.5+6.6+8.4-0.414+6.63+(8.4-0.414)2+3.32+8.4-0.414+8.4-0.414+6.6 =246.04门窗:下半层: M-6 (3.3-4.8+2.4)1.82=3.24 M-3 (3.3-4.8+2.4)1.52=2.7 6 (3.3-4.8+2.1)2.42=2.88上半层: M-4 2.40.96=12.96 M-3 2.51.5=3.75 M-6 1

20、.82.42=8.646 2.88内墙净面积 : S=344.74+246.04-3.24-2.7-2.88-12.96-3.75-8.64-2.88=554.45 重为: W=V=554.450.154.9=407.52KN门重: (3.24+2.7+2.88+12.96+3.75+8.64+2.88)0.1=3.63KN.楼板重:.车间楼板、更衣间、辅助用房楼板楼板总宽为 33600+414=34014mm总长为 59400+405=59805mm重G=(34.01459.805-6.68.4-2.76.6-8.43.32)3.455 =6583.53KN.卫生间楼板重:6.68.43.5

21、14+4.51.22.52=208.39KN.楼梯间重: 263.94=127.88KN.主、次梁重和柱重主梁: (8.4-0.414)401.038=331.83KN次梁: (136+13+122)0.54684=415.05KN柱 : (3.3+2.4)502.2834=650.77KN.活载参与组合值 活载组合值系数为0.5.车间:(34.07459.865-8.46.44-2.76.6)60.5=5400.78KN.更衣室和办公室:8.46.6220.5=110.88KN.卫生间:8.46.620.5=55.44KN.楼梯间:8.46.63.50.5=97.02KN此层重力荷载代表值:

22、 G1=570.71+6.46+110.92+407.52+3.63+6583.53+208.39+127.88+331.83+415.05 +650.77+5400.78+110.88+55.44+97.02=15080.81KNii：第二层 .墙和门窗重计算: 外墙高为h=4.8m 外墙长=59400+405+150+150=60105mm 外墙宽=33600+414=34014mm外墙毛面积:(60105+34014)24.8106=903.54门窗洞口面积计算: 相对于楼板分为上半层和下半层 下半层: C-1 2.4-(4.8-0.9-2.4)4.216=60.48 C-2 (2.4-

23、4.8+0.9+2.4)2.710=24.3 C-3 (2.4-4.8+1.5+1.5)1.52=1.8 C-4 (2.4-4.8+1.5+1.5)1.22=0.72 上半层: C-1 (2.4-0.9)4.216=100.8 C-2 (2.4-0.9)2.710=40.5 C-3 (2.4-1.5)1.52=2.7 C-4 (2.4-0.9)1.22=3.6外墙净面积S=903.54-60.8-24.3-1.8-0.72-100.8-40.5-2.7-3.6=668.64外墙重:W=V=668.640.154.9=491.45KN窗重: (60.48+24.3+1.8+0.72+100.8+

24、40.5+2.7+3.6)0.4=93.96KN内墙: 下半层:(2.4-0.175-0.6)(8.42+6.64-0.4142+8.42+6.62+8.42-0.4142+4.2+6.6+8.4-0.414+6.6+8.4)=2.525122.13=198.46 上半层:2.4122.13 =293.112门窗:下半层: M-3 0.11.5=0.15 M-4 0 M-6 0 6 0上半层: M-4 2.40.96=12.96 M-3 2.41.51=3.6 M-6 1.82.42=8.646 2.42.12=5.04内墙净面积 : S=198.46+293.112-0.15-12.96-8

25、.64-3.6-5.04=461.18 重为: W=V=461.180.154.9=338.97KN门重: (0.15+12.96+8.64+3.6+5.04)0.1=3.04KN.楼板重:.车间楼板、更衣间、辅助用房楼板楼板总宽为 33600+414=34014mm总长为 59400+405=59805mm重G=(34.01459.805-6.68.4-2.76.6-8.43.32)3.455 =6583.53KN.卫生间楼板重:6.68.43.514+4.51.22.52=208.39KN.楼梯间重: 263.94=127.88KN.主、次梁重和柱重主梁: (8.4-0.414)401.0

26、38=331.83KN次梁: (136+13+122)0.54684=415.05KN柱 : 4.8502.2834=548.05KN.活载参与组合值 活载组合值系数为0.5.车间:(34.07459.865-8.46.44-2.76.6)60.5=5400.78KN.更衣室和办公室:8.46.6220.5=110.88KN.卫生间:8.46.620.5=55.44KN.楼梯间:8.46.63.50.5=97.02KN此层重力荷载代表值:G2=491.45+93.06+338.97+3.04+6583.53+208.39+127.88+331.83 +415.05+548.02+5400.78

27、+110.88+55.44+97.02=14806.24KN iii：第三层 .墙和门窗重计算: 外墙高为h=2.4+1.5=3.9m 外墙长=59400+405+150+150=60105mm 外墙宽=33600+414=34014mm外墙毛面积:(60105+34014)23.9106=734.13门窗洞口面积计算: 相对于楼板分为上半层和下半层 下半层: C-1 2.4-(4.8-0.9-2.4)4.216=60.48 C-2 (2.4-4.8+0.9+2.4)2.710=24.3 C-3 (2.4-4.8+1.5+1.5)1.52=1.8 外墙净面积S=734.13-60.8-24.3

28、-1.8=647.55外墙重:W=V=647.550.154.9=475.95KN窗重: (60.48+24.3+1.8)0.4=34.63KN上部楼梯间、电梯间墙也全归并到顶层计算6.62+(8.4-0.414)23.6+6.6(3.6-1.5)+8.4(3.6-1.5)2+6.623.6+8.423.6=262.16门 M-6 1.82.42=8.646 2.42.12=10.08门重: (8.64+10.08)0.1=1.87KN墙重: (262.16-8.64-10.08)0.154.9=178.93KN内墙: 下半层: 同第二层(2.4-0.175-0.6)(8.42+6.64-0.

29、4142+8.42+6.62+8.42-0.4142+4.2+6.6+8.4-0.414+6.6+8.4)=2.525122.13=198.46门窗:下半层: M-3 0.11.5=0.15 M-4 0 M-6 0 6 0内墙净面积 : S=198.46-0.15=198.31 重为: W=V=198.310.154.9=145.76KN.楼板重:.车间楼板、更衣间、辅助用房楼板楼板总宽为 33600+414=34014mm总长为 59400+405=59805mm重G=(34.01459.805-2.76.6-8.43.32)6.045 =11887.98KN.楼梯间和电梯间屋面板重:6.6

30、8.425.443=603.52KN.楼梯间重: 263.94=127.88KN.主、次梁重和柱重主梁: (8.4-0.414)461.038=381.61KN次梁: (136+13+122+8)0.54684=4443.92KN柱 : 4.8502.2834+3.6122.834=548.05KN.活载参与组合值 活载组合值系数为0此层重力荷载代表值:G3=475.95+178.93+1.87+145.76+11887.98+603.52+381.61+443.92 +372.65+127.88=14492.19KN 重力荷载代表值简图如下：各层重力荷载代表值（KN）2）. 计算结构自振周期

31、，采用顶点位移法计算.计算框架的抗剪刚度Cf采用非组合楼盖，楼板对梁截面无加强作用，不考虑板的影响。钢的弹性模量为206103N/mm2 梁的线刚度 类别 材料 截面 跨度（m） 截面惯性矩 （10-4m4）线刚度Kb= （ 104KNm）框架梁Q235CHN60020011178.47.821.92柱的线刚度 层号 材料 截面 层高 截面惯性矩I （10-4m4）线刚度Kc= （104KNm）23Q235CHW41440518284.89.33.991Q235CHW41440518286.69.32.9求各柱的抗侧刚度D值：首先求梁柱的线刚度比， D值修正系数一般层 底层： 各柱刚度计算：边

32、柱（104KN/m）底层0.660.440.35223层0.480.1940.403中柱（104KN/m）底层1.320.550.43923层0.960.320.665框架总刚度层号D（104KN/m）D （104KN/m）Cf=Dh （104KN）Z1（边柱）Z2（中柱）23200.403=8.06300.665=19.9528.01134.4481200.352=7.04300.439=13.1720.21133.386框架平均总抗剪刚度.总支撑的等效刚度钢框架-支撑结构在水平力作用下的协同工作类似于框架-剪力墙结构，总支撑可当作一根弯曲杆件，其等效刚度按下式计算：其中： -折减系数，对中

33、心支撑，可取0.80.9；-钢材弹性模量，取206103N/mm2；-第j榀竖向支撑第I根柱的截面面积； -第i根柱至第j榀竖向支撑各柱截面形心轴的距离； n-每榀竖向支撑的柱子数； m-水平荷载作用方向竖向支撑的榀数；此结构的总支撑等效刚度为：结构的刚度特征值为：计算结构在重力荷载代表值的水平作用下的顶点位移 由于各层重力荷载代表值数值相差很小，也为了以后查图表计算方便，把重力荷载代表值转换为沿高度均匀分布的均布荷载，对结构计算结果影响不大。钢框架-支撑结构协同工作原理同框架-剪力墙结构，在纯剪力墙的情况下结构的顶点位移为：根据值和=1查图表求当=1.0时， =0.73当=0.5时， =0.92当=0.98时，利用内插法： 结构顶点位移为：=0.7376=0.73760.06445=0.04754m结构基本周期： 3）.采用底部剪力法求地震作用由设计资料知： 场地设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g 设计地震分组为第二组，场地类别为类场地依据以上条件查表：水平地震影响系数最大值为特征周期值Tg=0.4s钢结构阻尼比为：所以 1又0.1TTg 查图得：结构等效总重力荷载代表值为：结构底部总剪力为： F EK= =0.1837722.354=6790.0237KN因为 T1.4Tg所以 不考虑顶部附加地震作用 其中： -各层重力荷载代表值 -第I层离计算最低点的距离楼层水平