钢结构计算书范例.doc

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 进行了钢结构建筑设计和结构设m 计 主体采用钢框架结构 钢筋混凝土现浇楼板 首先确定结构方案并进行荷载统计 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 最后进行梁 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 ABSTRACT Based on the professional knowledge for learned the building was designed The works include two parts architecture design and structure design This project is commercial building of 3 floors steel structure which is located in Xi An It is 64 00m long 30 00m wide The height of story are 4 5m and5m The height of the whole building is 14 4m The total area is 5760 00m2 Architecture design tries hard for simple and clear which has the ages feels and assort with surroundings environment Steel frame and reinforce concrete floor were used in the structure Firstly the size of the beam and column was determined by the type of the structure and the calculation of the loads Secondly the inner forces of the frame under the wind load and earthquake load the dead load and the living loads were analyzed separately By the combination of the inner forces the most dangerous forces can be got and then the steel beam steel column the frame connections and reinforce concrete floor can be designed After these the drawing can be made In the progress of inter force analysis the vertical forces are calculated by the layer wise method and the horizontal forces are calculated by the D method In the process of the live load calculation full load is used Mixed connection with welding and bolts was used in steel frame and independent foundation under column was adopted Key Words architecture design steel frame internal force analysis connection design 目 录 前言 1 第 章 建筑设计 2 1 1 设计任务和设计要求 2 1 1 1 设计任务 2 1 1 2 设计要求 2 1 2 建筑物所处的自然条件 2 1 2 1 气象条件 2 1 2 2 地形 地质及地震烈度 2 1 2 3 水文 3 1 3 建筑物功能与特点 3 1 3 1 平面设计 3 1 3 2 立面设计 3 1 3 3 防火 3 第 2 章 结构设计 4 2 1 结构方案选型及布置 4 2 1 1 柱网布置 4 2 1 2 结构形式选择 4 2 1 3 楼板形式选择 4 2 2 荷载计算 4 2 2 1 恒荷载标准值 5 2 2 2 活荷载标准值 5 2 2 3 风压标准值 5 2 2 4 雪荷载标准值 6 2 2 5 地震作用 6 2 3 竖向荷载计算 6 2 3 1 屋面恒荷载 6 2 3 2 楼面恒荷载 6 2 3 3 屋面活荷载 7 2 3 4 楼面活荷载 7 2 4 风荷 载计算 8 2 5 内力分析 9 2 5 1 截面初选 9 2 6 内力计算 12 2 6 1 竖向荷载标准值作用下 12 2 6 2 风荷载作用下的内力计算 18 2 7 水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算 20 2 7 1 墙自重 20 2 7 2 梁 柱重力荷载标准值汇总 21 2 7 3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 Gi 22 2 7 4 水平地震作用下框架内力合侧移的计算 22 2 7 5 水平地震作用下框架内力计算 25 2 8 内力组合 28 2 9 结构构件验算 33 2 9 1 框架柱的验算 33 2 9 2 框架梁的验算 37 2 10 框架连接设计 39 2 10 1 主梁与中柱 Z 1 的连接 39 2 10 2 次梁与主梁的铰接连接 40 2 11 柱脚设计 42 2 11 1 中柱柱脚的设计 42 2 11 2 边柱柱脚的设计 44 2 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 实的基础 在毕业设计期间 我重新复习了 房屋建筑学 钢结构 结构力学 建筑结构 抗震设计 等课本知识 并查阅了 抗震规范 钢结构规范 荷载规范 等相关规 范 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行了建筑 结构的具体设计 现在毕业设计任务已圆满完成 在此 对校领导 老师及在此期间关 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结构设计两大部分 叙述内容包括设计原理 方法 规范 规 章 设计技术要求和计算表格 其中 建筑设计部分由平面设计 立面设计 功能分区 采光和防火安全的要求等部分组成 结构部分由荷载计算 内力分析 内力组合 节点 和柱脚设计等部分组成 毕业设计的三个月里 在指导老师的帮助下 经过资料查阅 设计计算 论文撰写以及外文的翻译 加深了对新规范 规程 手册等相关内容的理解 巩固了专业知识 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 这些都从不同方面达到了毕业设计的目的与要求 巩固 了所学知识 第 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 应考虑建筑与结构 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则 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 规范和一些相应的建筑标准是对该行业行为和经验的不断总结 具有指 导意义 尤其是一些强制性规范和标准 具有法定意义 建筑设计除了应满足相关的建 筑标准 规范等要求之外 原则上还应符合以下要求 1 满足建筑功能要求 2 符合所在地规划发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 提供在投资计划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结构选型 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 尽量避免在该地区建筑房屋 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高低及地下水的性质 直接影响到建筑物基础及地下室 一般应根据地下水位的高低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m 对基础混凝土的侵蚀 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 m 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 维护结构 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 结构设计 2 1 结构方案选型及布置 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则 充分考虑加工 安装条件等因素综合确定 由于钢结构承载能力高而质量轻 与钢筋混 凝土结构相比 钢结构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 m 2 1 2 结构形式选择 建筑物的结构形式应满足传力可靠 受力合理的要求 多层钢结构建筑 可采用纯 钢结构形式 框架应双向刚接 如果结构刚度要求较高 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 但结构只有 3 层 高度只有 14 4 含m 女儿墙 结构形式比较规则 结构刚度要求不太高 纯框架形式很容易满足 经济性能 优于框架支撑体系 故采用框架结构形式 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 根据结构方案的特点 可取一榀典型框架作为计算单元 这里取 5 轴框架进行计算 柱底标高取 1 45 图中结构层标高为板顶标高 建筑层高为 4 5 一层高度为mm 4 5 0 45 4 95 基础埋深为 1 计算简图如图所示 图 2 2 1 结构计算简图 2 2 1 恒荷载标准值 1 屋面 现浇 20 厚 C20 细石混凝土 0 25 knm 50 厚聚苯乙烯泡沫塑料板 20N SBS 防水卷材 二毡三油 3 20 厚 1 3 水泥砂浆 4 20 厚 1 3 细石混凝土 20 2k 80 厚现浇钢筋混凝土 85 顶棚及吊挂荷载 3 m 合计 2 2 楼面 楼面地转 2 5 厚 1 1 水泥砂浆粘结层 20 5 1kN 15 厚 1 3 水泥砂浆打底 3 80 厚现浇钢筋混凝土 8m 顶棚及吊挂荷载 2 k 合计 3 内墙 喷内墙涂料 2 0 1N 5 厚 1 0 3 3 水泥石灰混合砂浆面层 25 k 15 厚 1 1 6 水泥石灰砂浆打底 3m 200 厚加气混凝土砌块 15 厚 1 1 6 水泥石灰砂浆打底 20 12 5 厚 1 0 3 3 水泥石灰混合砂浆面层 5 k 喷内墙涂料 N 合计 29 内墙自重为 偏于安全地取 5 高 m1 26 m 4 外墙 彩色钢板夹聚苯乙烯保温板 2 0 5k 墙面单位面积的功力荷载为 外墙自重为 取 5 1 N 女儿墙 高度为 0 9 自重为 m93 m 2 2 2 活荷载标准值 楼面 2 5 k 消防楼梯 不上人屋面 0 N 2 2 3 风压标准值 风压标准值 按 50 年一遇西安地区值 2 35km 地面粗糙度类别 C 类 风载体形系数 按荷载规范 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 2 0 5kNm 准永久分区 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行组合 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 荷载按下面原则取值 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 1 5 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 0 183 6210 246 39KN 其余点集中力 59 2 3 2 楼面恒荷载 1 集中荷载 1 13 点集中力 4 95102 86KN 其余点集中力 73 2 均布荷载 内墙荷载 8 6 KNm 楼面恒荷载作用下的计算简图如图所示 偏心距 e 边柱翼缘 2 0 6 2 0 3 力矩 0 34691 2 85 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 0 512 6 5KN 其余点集中力 2 3 4 楼面活荷载 1 13 点集中力 3 43 7 其余点集中力 510285 偏心距 e 0 3m 力矩 625187KN 4 楼面活荷载作用下的计算简图如图所示 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 0z zs 因结构高度 所以 H 4 59 3m 1z 迎风面 背风面 所以风荷载体型系数 s 08s 5s 30 1 s 查荷载规范 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z 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 z s Z z 0 A PW 1 1 0 1 3 13 95 0 74 0 35 25 5 8 48 2 1 0 1 3 9 45 0 74 0 35 36 12 12 3 1 0 1 3 4 95 0 74 0 35 37 8 12 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 低合金高强度结构钢 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 2 5 1 1 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 833mm 标准层 L 1 的内力计算如图所示 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 2xM310 nfNmW x1 05 2w75c 选用 HN 500 200 10 16 2nxw87c 顶层 L 2 的内力计算如图所示 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 2xM310 nfNmW x1 05 2w78 6c 选用 HN450 200 9 14 2nxw 4c 标准层 L 1 选用 HN 500 200 10 16 顶层 L 2 选用 HN450 200 9 14 2 5 1 2 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 得从属单元如图所示 图 2 5 5 计算得从属单元 计算柱的从属单元 1 中柱 Z 1 中柱 Z 1 的从属面积为 A 10 8 80M2 取 g 1 2 2 92 1 4 3 5 8 4kn m n 2 G 1 2 3 624 1 4 0 5 5 04kn m n 1 N 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 l 0 0 65 5950 3867 5mm7 0i l 5 2m 截面 x y 均为 b 类 查表 0 832 N9A f 22483 10 91 65 9m 选用 HW400 408 21 21 A 250 69cm2 对 x y 均为 b 类截面 yi 6 cmi 74c x230 x96 y y 8 故 22 7 f 310 mNAN 2 边柱 Z 2 边柱 Z 2 的从属面积为 A 8 5 40m2 取 g 1 2 2 92 1 4 3 5 8 4kn m2 n 2 G 1 2 3 625 1 4 0 5 5 04kn m2 n 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 90 0l 65 90387mi l 42 97m 截面 x y 均为 b 类 查表 NA f A 1102 56 1000 0 533 0 09 310 7414 31mm 选用 HW400 400 13 21 A 218 69cm2 ix 17 43cm iy 10 12cmxx 0 95 y386 22 1 7 m310 NAN 中柱选用 HW 400 408 21 21 边柱选用 HW 400 100 13 21 2 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 用分层法进行计算 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 框架线刚度如图所示 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图所示 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 底层 计算简图和力矩图如下 3 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 A 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 zsz0 因为高度 H 4 5 2 4 95 13 95 30m H 13 1 5 所以 z1 0s 8迎 风 s 5 背 风 风载体型系数 s 3 0 表 2 6 1 风荷载作用下的内力计算 层数 z sZ z 0 A PW 1 1 0 1 3 13 95 0 74 0 35 25 5 8 48 2 1 0 1 3 9 45 0 74 0 35 36 12 12 3 1 0 1 3 4 95 0 74 0 35 37 8 12 73 左风荷载作用下的计算简图及线刚度如图所示 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 3 计算各柱剪力 首先计算 D 值 21cjkjih 底层 941 306 4K1边 5 1 38C 2 0 38 2 59 6 kn m边 K 9411 11 2 24485 26 0 771D中 07 0 4C 621 4613817 中 二层 K 9411 11 2 30419 3 2 0 312边 0 3 0 C 62 1 249 1 534 9 DKNM边 K 9411 11 4 32374 9692 0 582中 c 58 6220 370 0 7 中 三层 D3 边 K 8163 37 2 30419 3 2 0 27 c 2 1620 1 349 0 5 3 kn m边3中 K 8163 37 4 32374 96 2 0 5 c 5 623 0 2 1374 9 10 5387 0 DKNM 中 计算剪力 jjkFV V1 边 2963 3 2963 3 2 3817 78 2 33 33 7 28kn V1 中 3817 78 2963 3 2 3817378 2 33 33 9 38kn V2 边 2343 39 2343 39 2 42220 74 2 20 6 3 68kn V2 中 4220 74 2343 39 2 4220 7 2 20 6 6 63kn V3 边 2163 15 2163 15 2 3837 03 2 8 48 1 52kn V3 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 反弯点高度 层次 层高 Y 边 Y 中 边 中 3 4500 0 2 0 3 900 1350 2 4500 0 5 0 46 2270 25 2047 16 1 5950 0 79 0 68 4710 42 4049 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 iVkN iDm iu ium ihieuh 3 8 48 12000 36 0 617 3 003 4500 0 000137182 2 12 12 13128 26 2 386 2 386 5950 0 000400959 1 12 73 13562 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 水平地震作用下结构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 则墙面单位面积的重力荷载为 1 92kn m2 1 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 6M 2 则底层外墙自重为 930 6 1 92 1734 9KN 2 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 则标准层外墙自重为 1 92 846 1624 32KN 3 女儿墙 8 0 9 8 2 115 2M2 10 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35 kNmm 面单位面积荷载为 33 225 0 2 0 2 01 1 9 kNmkNkN 10 4 5 5 8 4 5 5 405m2 405 1 92 777 6kn 2 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 G l Gi Li n Gi 3 层 HN450 200 9 14 0 74 8 10 5 95 7 4 32 27 189 4 199 8 主梁 1 2 层 HN500 200 10 16 0 74 8 10 5 92 7 4 32 27 189 4 199 8 3 层 HN450 150 8 13 0 55 8 4 4 72 316 8 次梁 1 2 层 HN400 150 8 13 0 55 8 4 4 72 316 8 2 3 层 HW400 400 13 21 1 71 4 5 7 69 18 138 42 边柱 1 层 HW400 400 13 21 1 71 4 5 8 64 18 152 28 2 3 层 HW400 408 21 21 1 96 4 5 8 82 18 158 76 中柱 1 层 HW400 408 21 21 1 96 4 955 9 70 18 174 6 2 7 3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 Gi 根据 抗震规范 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 则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 则底层重力荷载代表值为 合计 706 311 95 2457 2 5606 4 6720 0 5 12441 56KN 2 7 4 水平地震作用下框架内力合侧移的计算 2 7 4 1 横向自振周期 1 质点重力荷载见图 2 7 1 图 2 7 1 结构质点重力荷载 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 顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法 将结构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 只要求出结构的顶点水 平位移 就可以按下式求得结构的基本周期 结构顶点假想位移 可以由下列公式计算 计算过程 TU 如表 2 5 nGikV 1 nijucD 1 nTk 7 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 框架结构T 取 0 6 0 7 该框架取 0 56 框架结构的顶点假想位移 在未求出框架的周期前 T 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 求出框架结构的底部剪力 进而求出框架各层剪11 力和结构真正的位移 第 i 层第 j 跟柱的抗侧移刚度 ijD 按公式 4 4 计算基本周期 T 其中 Ut 量纲为 取m0 7T 1 7 0 560 89T 表 2 7 2 结构顶点的假想侧移计算 层次 Gi KN Vai Di Ui Ui 3 9578 53 9578 53 108003 24 88 68 555 97 2 12365 36 21934 89 118154 34 185 65 467 29 1 12441 56 34376 45 122059 44 281 64 281 64 3 横向地震作用计算 根据 建筑设计抗震规范 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结构 以及近似于单质点 体系的结构 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 类场地 8 度设防区 设计地震分组为第一组情况下 由 建筑设计抗震规范 GB50011 2001 表 5 1 4 1 和表 5 1 4 2 可查得 结构的特征周期 Tg 和水平地震影响系数最大值 max 8 度 多遇地震作用 为 Tg 0 35s max 0 16 1 结构总水平地震作用标准计算 1eqiG nEKF 1 niniijHG 式中 结构基本自振周期的水平地震影响系数值 1 结构等效总重力荷载 多质点可取总重力荷载代表值的 85 eq 顶部附加水平地震作用 nF 顶部附加地震作用系数 结构总水平地震作用标准值 EK 分别为质点 i j 的计算高度 ijH 结构等效总重力荷由公式 7 5 计算得 kNGGieq 98 21 56 124365 9578 08 0 因为 19 4g T 所以考虑顶部附加水平地震作用 其附加地震作用系数 为 n 7 1 规范 8 2 2 条规定钢结构在多遇地震下的阻尼比对不超过 12 层的钢结构可以采用 0 035 0 92 2 6 1maxg 04T 所以对于多质点体系 结构底部纵向水平地震作用标准值 ek1eq 291 83 FGKN 附加顶部集中力 ekn 0 4 4 kn ek38 2310F 各质点的水平地震作用按公式计算 将 代入式 EKF 1234 7ni iijFGH 各楼层地震剪力按 计算 niKjV 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 i GH imi N ijGH iFKN iVD KN ium 3 9578 53 14 95 143199 2 236470 6 1457 26 1457 26 178886 88 0 0081 2 18281 99 6 35 82268 96 236470 6 777 47 2234 73 116116 54 0 0192 1 12441 56 5 95 74027 28 34644 31 252 48 1157 32 122059 44 0 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 建筑设计抗震规范 GB50011 2001 第0 91 30260 365 5 5 1 条规定的位移极限值 1 300 满足位移要求 e 2 7 5 水平地震作用下框架内力计算 一 框架第 层 J 柱分配到的剪力 以及该柱上 下端的弯矩 和 分别按下列各式ijVuijMbij 计算 1ijijinjjDV biiMyh ujj 0123 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y 2y 层柱需考虑修正值 3y 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 lLubbijijrMi ruubbijijli 12bbMVL nribkiNk 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 Hi Vi D Dij Vij k y Mij b Mij u 3 4 5 467 35 108003 24 2163 15 9 3603502312 0 27 0 2 8 424315208 33 697260832 2 4 5 904 84 118154 34 2343 39 17 945959561 0 31 0 505 40 782193102 39 974624922 1 5 95 1157 3 2 122059 44 2963 3 28 096854746 0 41 0 792 132 4036183 34 772667433 表 2 7 5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层 次 Hi Vi D Dij Vij k y Mij b Mij u 3 4 5 467 35 108003 24 3837 03 16 603538658 0 5 0 3 22 414777188 52 301146772 2 4 5 904 84 118154 34 4220 74 32 322929328 0 58 0 461 67 053916891 78 399265085 1 4 5 1157 32 122059 44 3717 78 35 250539816 0 77 0 681 108 02527927 50 602149905 表 2 7 6 梁端弯矩 剪力及柱轴力的计算 边梁 中梁 柱轴向力 层次 Mbl Mbr L Vb Mbl Mbr L Vb 边柱 中柱 3 20 96 20 96 10 4 192 37 35 37 35 10 7 47 4 192 3 28 2 40 37 40 37 10 8 074 72 7 72 7 10 14 54 12 266 9 746 1 83 58 83 58 10 16 716 79 79 10 15 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 lrbMkNm 3 式中 分别为节点在左 右梁的线刚度 单位为i 4 N 单位为单位为 L 单位为 单位为kNmbV 图 2 7 2 横向水平地震作用及楼层地震剪力 bM bMbVbV 图 2 7 3 梁端弯矩 剪力计算简图LbMrbM1 bijM uijLbirbi 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 框架结构梁端剪力 轴力图 2 8 内力组合 在进行荷载组合时 由于风荷载作用下的组合与考虑地震组合相比 一般较小 对于结 构设计不起控制作用 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 12 4GKQSS 二 由永久荷载效应控制的组合 35 07KK 三 竖向荷载与水平地震作用下的组合 12 1 3GKQKESS 按上述原则这里对柱 Z1 Z2 和各层梁进行内力组合 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 km k 表 2 8 1 梁内力组合 荷载类别 内力组合 1 2 1 0 5 2 层次 杆件 截面 内力 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 227 32 22 33 7 33 7 317 508 338 0256 247 922 335 542左 V KN 118 12 11 72 12 77 12 77 158 152 170 9476 132 175 165 377 M KNm 43 11 65 4 3 4 3 67 91 69 467 64 18 53中 V KN 42 04 4 28 12 77 12 77 56 44 60 9484 69 617 36 415 M KNm 306 09 42 06 26 26 426 192 454 4403 358 744 426 344 边跨 右 V KN 136 8 12 28 12 77 12 77 181 352 196 7144 188 129 154 927 M KNm 285 75 39 5 52 52 398 2 424 4725 299 434 2左 V KN 128 83 12 06 11 79 11 79 171 48 185 7393 146 505 177 159 M KNm 53 12 15 7 11 11 85 724 87 098 87 464 58 864中 V KN 33 09 4 06 11 79 11 79 45 392 48 6503 26 817 57 471 M KNm 285 75 39 5 26 26 398 2 424 4725 332 8 400 4 3 中跨 右 V KN 127 09 11 94 11 79 11 79 169 224 183 2727 174 999 144 345 荷载类别 内力组合 1 2 1 0 5 2 层次 杆件 截面 内力 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 202 45 32 22 48 2 48 2 288 048 304 8831 199 612 324 932左 V KN 118 12 11 72 12 77 12 77 158 152 170 9476 132 175 165 377 M KNm 27 3 10 23 3 7 3 7 47 082 46 8804 43 708 34 088中 V KN 42 04 4 28 12 77 12 77 56 44 60 9484 69 617 36 415 M KNm 239 7 42 06 50 50 346 524 364 8138 247 876 377 876 边跨 右 V KN 136 8 12 28 12 77 12 77 181 352 196 7144 188 129 154 927 M KNm 230 35 39 5 50 50 331 72 349 6825 235 12 365 12左 V KN 128 83 12 06 11 79 11 79 171 48 185 7393 146 505 177 159 M KNm 42 36 19 35 11 11 77 922 76 149 76 742 48 142中 V KN 33 09 4 06 11 79 11 79 45 392 48 6503 26 817 57 471 M KNm 230 35 39 5 50 50 331 72 349 6825 235 12 365 12 2 中跨 右 V KN 127 09 11 94 11 79 11 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 1 2 1 0 5 2 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 193 72 227 74 7 74 7 550 264 483 982 271 554 465 774左 V KN 65 23 13 36 12 77 12 77 96 98 101 1533 69 691 102 893 M KNm 19 8 26 3 9 5 9 5 60 58 52 504 51 89 27 19中 V KN 55 32 5 669 12 77 12 77 74 3206 80 23762 86 3864 53 1844 M KNm 242 87 292 58 5 58 5 700 244 614 0345 390 594 542 694 边跨 右 V KN 125 14 56 12 77 12 77 170 384 183 0188 175 337 142 135 M KNm 229 31 292 58 5 58 5 683 972 595 7285 374 322 526 422左 V KN 128 83 11 35 11 79 11 79 170 486 185 0435 146 079 176 733 M KNm 30 22 29 11 11 76 864 69 217 67 964 39 364中 V KN 29 6 9 35 11 79 11 79 48 61 49 123 25 803 56 457 M KNm 229 31 292 58 5 58 5 683 972 595 7285 374 322 526 422 1 中跨 右 V KN 112 3 11 94 20 3 11 79 151 476 163 3062 168 314 126 597 表 2 8 2 柱内力组合 荷载类别 内力组合 1 2 1 0 5 2 层次 杆件 截面 内力 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 215 84 25 96 33 7 33 7 295 352 316 8248 230 774 318 394上端 N KN 132 21 12 356 12 77 12 77 175 9504 190 59238 149 4646 182 6666 M KNm 71 95 8 65 8 42 8 42 98 45 105 6095 80 584 102 476下端 N KN 125 36 5 669 12 77 12 77 142 4954 163 68038 130 4296 163 6316 边柱 V KN 242 87 292 58 5 58 5 700 244 614 0345 390 594 542 694 M KNm 20 05 2 23 52 52 27 182 29 2529 92 998 42 202上端 N KN 128 83 11 35 16 3 16 3 170 486 185 0435 182 596 140 216 M KNm 6 68 0 74 11 11 9 052 9 7432 5 84 22 76下端 N KN 295 3 44 22 22 415 96 441 775 409 36 352 16 3 中柱 V KN 8 65 11 94 20 3 11 79 6 336 0 0237 23 174 18 543 荷载类别 内力组合 1 2 1 0 5 2 层次 杆件 截面 内力 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 111 8 87 34 33 7 33 7 256 436 236 5232 142 754 230 374上端 N KN 201 23 98 35 12 77 12 77 379 166 368 0435 283 885 317 087 M KNm 37 3 29 1 8 42 8 42 85 5 78 873 51 274 73 166下端 N KN 125 36 87 3 12 77 12 77 272 652 254 79 186 211 219 413 边柱 V KN 45 21 33 2 58 5 58 5 100 732 93 5695 150 222 1 878 M KNm 7 86 6 12 52 52 18 16 6086 80 704 54 496上端 N KN 356 3 221 5 16 3 16 3 737 66 698 075 581 65 539 27 M KNm 2 62 0 74 11 11 4 18 4 2622 10 712 17 888下端 N KN 295 3 2 04 22 22 351 504 396 6558 381 736 324 536 2 中柱 V KN 6 365 1 64 20 53 20 53 3 336 0 0237 26 1 25 6 荷载类别 内力组合 1 2 1 0 5 2 层次 杆件 截面 内力 恒 1 活 2 左震 3 右震 4 1 2 1 1 4 2 1 35 1 0 98 2 1 3 3 1 3 4 M KNm 76 9 99 34 34 230 88 200 835 107 48 195 88上端 N KN 425 196 45 6 45 6 784 4 765 83 568 32 686 88 M KNm 37 3 99 132 132 183 36 147 375 67 44 275 76下端 N KN 450 203 3 35 35 824 62 806 734 616 48 707 48 边柱