某高层住宅土木毕业设计论文.docx
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某高层住宅土木毕业设计论文
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[中文摘要]:
钢结构是目前世界上发展迅速并且应用广泛的建筑结构形式,钢结构在中国将来成为最主要的结构形式已成为可能。
目前探讨新农村的建筑形式是个热点,本设计旨在为新农村的建设提出建筑方案,设计了一11层的板式高层住宅,结构方案采用钢框架。
该建筑的同一个建筑方案采用了三种柱截面形式,比较这三种方案的优缺点。
为完成这项设计我做了以下工作。
确定建筑方案,进行结构的分体系设计。
采用平面结构分析模型,选取一榀横向框架,初选框架构件截面,计算该榀框架的各种内力,进行内力组合,选取其中最不利组合,验算结构的整体稳定性,构件的承载力,构件的稳定性。
再进行节点设计,选典型节点,设计构件的连接方式,验算节点的强度。
设计出基础,验算基础的承载力。
本设计中采用H形钢柱,再参考同组人采用箱型和圆钢管的柱截面的数据比较,得出了如下结论:
用箱形截面柱和圆钢管截面柱的双向抗弯能力强,但对于板式楼H形截面足以满足这些要求,而且其用钢量较小;对于塔式建筑来说H形截面柱就不合理,其它两种截面较为适合。
关键词:
钢结构住宅、设计、H型钢
Abstract:
Steelstructurewhichistheworld'srapiddevelopmentandbroadapplicationformstructures,structuralsteelworkinChinawillbecomethemainformofthestructureispossible.Currentlyexploringnewformsofruralconstructionisaprogrammes,thedesignofa11-beamoftheprogramme.Theconstructionofaconstructionprogrammewiththeintroductionofacross-sectionofthethreepillarsformthecomparativeadvantagesanddisadvantagesofthethreeprogrammes.ToaccomplishthisdesignIprogramme,thestructureofthesub-systemdesign.HorizontalstructureanalysisusingmodelsasaPin,thecalculationofthevariousendogenousforcePinframeworkforendogenousforceportfolio,selectthemostadversemixwhocheckedthestructureoftheoverallstabilityofthesupportingcomponents,componentstability.Anothernodedesign,thetypicalnode,linkingdesignelements,whocheckednodesintensity.Designbasis,checkingcomputationsbasedbear.ThedesignoftheH-shapedtubeused,withreferencetoagroupbox-YuanSteelPipeandthepillarcross-sectionofdatacompareddrawthefollowingconclusions:
abox-shapedcross-sectionpillarandpillarYuanSteelPipecross-sectionofthetwo-waycapacity,butfortheH-beam,cross-sectiontomeettheserequirements,anditssteeltobeusedbysmaller;TheTowerBuilding,H-shapedcross-sectionpillaronunreasonabletheothertwocross-sectionismoreappropriate.
Keywords:
residenceofsteelstructure,design,HTypesteel
1绪论7
2设计资料和结构选料8
2.1建筑概况8
2.2结构设计条件8
2.3结构选料8
3结构方案8
3.1抗震设防标准的确定8
3.2结构体系与布置9
3.3不规则检验9
3.4结构布置9
4结构分析模型与计算简图10
5分体系结构设计10
5.1楼盖设计10
5.1.1屋盖板的设计10
5.1.2屋盖次梁的设计14
5.1.3楼盖板的设计15
5.1.4楼盖次梁的设计17
5.3阳台设计18
5.3.1板式阳台的设计18
5.3.2梁式阳台的设计21
5.4楼梯的设计22
5.4.1梯梁计算22
5.4.2平台梁计算23
6主框架荷载计算与内力分析25
6.1构件截面尺寸的初步确定25
6.1.1框架梁截面型号的确定25
6.1.2框架柱截面型号的确定26
6.2计算框架梁、框架柱的刚度26
6.2.1框架梁刚度的计算26
6.2.2框架柱的刚度的计算27
6.3计算荷载及作用27
6.3.1荷载计算27
6.4各项荷载单独作用下的内力图和位移表31
6.4.1恒荷载标准值作用下的内力图和位移图31
6.4.2活荷载标准值作用下的内力图和位移图31
6.4.3风荷载标准值作用下的内力图和位移图31
6.5验算顶点侧移和层间位移37
6.6各种工况下的内力组合37
6.6.1第一工况下的内力组合37
6.7验算风荷载作用下的顶点风振加速度38
6.7.1顺风向顶点最大加速度38
7主框架的设计39
7.1验算框架的整体稳定性39
7.1.1计算各构件的线刚度及回转半径39
7.1.2效应41
7.2框架梁的设计42
7.2.1按无震组合下的内力计算42
7.3框架柱的设计43
7.3.1按无震组合下的内力计算43
8节点设计47
8.1梁柱节点的设计47
8.1.1按弹性阶段设计48
8.1.2按塑性阶段极限承载力验算49
8.1.3柱腹板或翼缘的承载力49
8.1.4梁柱节点的抗剪承载力50
8.2次梁与主梁的连接50
8.3柱与柱的连接50
8.3.1柱拼接接头的计算51
8.4柱脚设计52
8.4.2验算柱翼远处的混凝土的承压力53
8.4.3柱脚配筋计算53
9涂装和防火设计54
9.1涂装设计54
9.2防火设计54
9.2.1建筑构件的耐火极限54
9.2.2各构件防火保护层厚度的计算和保证54
9.2.2梁防火保护层55
9.2.3楼盖的防火保护55
10基础设计55
10.1基础受力计算56
10.2基础的内力计算和配筋57
10.2.1验算持力层强度57
10.2.2计算基地反力57
10.2.3冲切验算58
10.2.4配筋计算59
11对设计中几个问题的思考60
11.1关于对本建筑的结构选型60
11.2风载在高层建筑的重要作用61
11.3关于本设计中地震作用61
11.3.1水平地震荷载的计算61
11.3.2内力及位移计算65
11.4关于柱截面的选取68
小结69
致谢70
参考文献71
1绪论
建设社会主义新农村是目前我国政府提出的促进农村发展的总的方针。
建设社会主义新农村就是要将农村建设成为生产发展、生活宽裕、乡村文明、村容整洁的新农村。
建设社会主义新农村包括的着诸多方面的内容总的来说就是对农村进行城镇化的建设。
最近中央一号文件将村庄规划正式纳入各级政府的工作范畴,加强村庄规划和人居环境治理。
随着生活水平提高和全面建设小康社会的推进,农民迫切要求改善农村生活环境和村容村貌。
很明显,基于农村生产生活的具体特点,我们生搬硬套以前城市发展的模式是行不通的。
首先,我们要克服许多以往城市建设中的诸多不合理之处,例如,由于规划不到位造成的许多设施建设的不合,对于住宅来讲它经历了从底层到多层再到高层,而且目前随着城市人口的不断增加,住宅要往高层方向发展,在此过程中就会有不少资源浪费,对于新农村的建设中要克服这些不合理之处,减少不必要的浪费。
另外,我们要充分考虑到农村居民生产生活的特点,做到以人为本。
从以上分析来看,我们进行新农村的建设最好做到一步到位,尽量用最经济的建筑形式来满足农村居民生产生活的需要,以免不必要的浪费。
在这次毕业设计中,在**老师的引导下我们一组对新农村建设比较感兴趣的搞了个新农村房屋设计的系列,在我们组内讨论中我比较主张新农村房屋建设的一步到位,所以我选择作钢结构的高层住宅。
随着我国钢材产量的不断增长,其价格也不断降低,使钢材大量的用于住宅成为可能。
最近几年,国家一直提倡城市建造钢结构小高层住宅,当然用在新农村的建设中也未尝不可。
特别是在经济基础较好的地区,建造高层钢结构住宅也是完全可行的。
如仅考虑造价,钢材比混凝土贵是显然的,但要真正评判一个结构系统的优越性,需全面系统地考虑问题,考察其综合效益。
高层建筑采用钢结构具有良好的综合经济效益
和力学性能,其特点主要主要表现在:
(1).钢结构自重轻。
结构自重的降低可以减小地震作用力,进而减少设计内力。
此外结构自重的减轻还可以使基础的造价降低。
(2)钢结构材料强度高。
与混凝土结构相比,钢结构截面积小,从而增加建筑有效使用面积。
(3)钢结构施工速度快。
结构施工周期的缩短,可使整个建筑更早投入使用,缩短贷款建设的使用周期,从而减少借贷利息。
(4)钢结构的延性比混凝土的延性好得多,从而钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构好。
(5)钢结构的环保性能比较好。
钢结构为干性施工,可避免混凝土湿性施工造成的环境污染。
钢结构建筑拆除后,钢构件或可以直接利用,或经冶炼后在使用,对环境没有影响,因此,钢材也成为绿色建材。
从以上的分析来看在农村大量利用钢材是完全可行的,当然从长远来看,这也正好本着节约的原则,不仅节约了大量的建筑用地,而且可防止大拆大建,加重农民负担,扎实稳步推进农村的整体发展。
钢结构住宅虽然拥有许多优点,但其本身也存在不少弱点,如防火能力差,易锈蚀等。
而在我国,钢结构住宅毕竟属于初期发展阶段,仍存在许多问题需要解决,如钢结构住宅的综合技术规范不完善、投资过高、技术含量不高、缺少专业技术人才等。
不过,随着社会经济的发展,科学技术的进步,上述问题的解决指日可待。
2设计资料和结构选料
2.1建筑概况
本工程是位于****市****河的一高层住宅(详图见总平面图),地上10层,另有小棚一层。
H=32.8m,L=46.5m,B=18.6m。
建筑类别为二类,耐火及防火等级均为二级。
屋面做法为:
现浇压型钢板-现浇混凝土组合的结构层,刷素水泥砂浆一道,20厚1:
3水泥砂浆找平,4后高聚物改性沥青防水涂抹防水层,1:
8水泥膨胀珍珠岩找坡,100厚憎水珍珠岩保温,30厚1:
2.5水泥砂浆双向配筋,25厚1:
3水泥砂浆结合层,粘贴10厚铺底缸砖,干水泥擦缝。
楼盖做法为压型钢板混凝土组合楼板结构层,下有隔音低板顶棚,20厚水
泥砂浆找平,上铺磨光花岗石板(在花岗石板背面刷2-3厚YJ-9型建筑粘结剂后粘贴)。
外墙采用200厚泰柏板,除卫生间和厨房采用100厚泰柏板外其余均采用200厚泰柏板。
门窗为塑钢门窗,室内部分门为木门。
2.2结构设计条件
本建筑结构安全等级为二级,使用年限50年,抗震设防类别为丙类,抗震等级为三级,地震基本烈度为6度,基本地震加速度为0.05g,抗震分组为第二组,场地类比为Ⅰ类。
地面粗糙程度为B类基本风压0.55kNm2,基本雪压为0.15kNm2。
工程地质概况:
杂质土层厚0.8m;粉质粘土层厚8—8.8m地基承载力fk=260kPa;碎石土层(未钻透),地基承载力fk=300kPa。
2.3结构选料
钢材选用Q235—B,摩擦型高强螺栓采用8.8级M20。
框架梁和次梁选用窄翼缘的H型钢,框架柱选用H型钢截面。
屋盖和楼盖均采用YX—70—200—600型压型钢板和混凝土组合楼板,混凝土强度等级采用C25。
基础混凝土采用C30,钢筋采用HPB235。
3结构方案
3.1抗震设防标准的确定
根据抗震规范(GB50011—2001)和钢结构规程(JGJ99—98),本地区抗震设防烈度为6度,抗震设防分类为丙类,处于Ⅰ类场地,故本工程可不计算地震作用,且可不进行罕遇地震作用下的结构计算。
地震作用和抗震措施均按6度考虑。
3.2结构体系与布置
本工程的结构类型为钢结构纯框架体系。
3.3不规则检验
高宽比验算:
由JGJ99—98知,6度抗震设防的钢结构最大高宽比为5,HB=32.818.6=1.84<5,满足要求。
结构平面布置需满足LB=46.518.6=2.5<4,并且凹角伸出部分在一个方向的长度远小于该方向建筑总尺寸的25%,为平面规则结构;其竖向也为规则结构,故本工程为规则结构。
3.4结构布置
主框架结构平面布置图如图3.1图所示。
基础采用平板式筏板基础,基础埋深为2.3m,基础顶面标高为-1.2m。
图3.1为结构平面布置图
4结构分析模型与计算简图
本工程L=46.5,B=18.6,为板式楼,根据该结构的平面布置图,不宜划分成平面抗侧力单元,应采用空间结构计算模型,由于毕业设计条件所限,仅取一榀最不利的框架进行计算,其计算简图为十一层三跨平面框架,如图4.2所示。
6.3.1.1.1.1.2C-J跨上所受的集中荷载
F轴处的作用的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
5.84×=15.768kN
次梁自重:
0.66kNm
次梁上的线荷载:
16.268kNm
F轴处的集中荷载:
16.268×=126.48kN
J轴处的作用的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
5.84×=15.476kN
次梁自重:
0.66kNm
次梁上的线荷载15.976kNm
J轴处的集中荷载:
15.976×=124.21kN
6.3.1.1.1.1.3J-N跨处的荷载计算
L轴处的作用的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
5.84×+0.66=15.56kNm
L轴处的作用的集中荷载为:
15.40×=119.7kN
N轴处的作用的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
5.84×+0.66=9.42kNm
女儿墙自重:
4.44kNm
N轴处集中荷载值:
13.86×=97.37kN
6.3.1.1.1.2屋面框架梁所受的均布荷载
A-C跨梁的均布荷载:
0.66kNm
C-J、J-N跨梁的均布荷载:
2×0.66=1.32kNm
6.3.1.1.2楼面框架梁所受恒载
楼板、面层自重:
4.332kN㎡
填充墙及粉刷自重:
5.7kNm
框梁自重:
0.66kNm
次梁自重:
0.50kNm
墙体自重
厨房及卫生间重:
0.95kN㎡
其它墙体:
1.90kN㎡
塑钢门窗自重:
0.4kN㎡
钢柱自重:
1.72kNm
柱防火保护层的自重:
0.8kNm
框架柱自重:
2.52kNm
6.3.1.2.1楼面框架梁所受集中荷载
6.3.1.2.1.1A-C跨上所受的集中荷载
A轴处的集中荷载计算
墙体、粉刷及门窗自重:
5.7×-(1.9-0.4)×(2.2×2.1+1.2×2.0
+1.5×2.0+1.8×2.1)=24.268kN
钢梁自重传来的荷载:
0.66×=5.56kN
柱自重:
3.0×(1.72+0.8)=7.56kN
集中荷载值为:
108.56kN
C轴处的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
4.332×=13.21kN
次梁自重:
0.50kNm
次梁上的线荷载:
13.71kNm
柱自重:
3.0×(1.72+0.8)×2=15.12kN
C轴处的集中荷载:
13.71×+15.12=130.63kN
6.3.1.2.1.2C-J跨上所受的集中荷载
F轴处的集中荷载计算:
次梁上所受线荷载:
4.332×+0.5=11.76kNm
F轴处的集中荷载为:
11.76×=91.43kNm
J轴处的作用的集中荷载计算:
板传到次梁上的线荷载:
4.332×=11.48kN
次梁自重:
0.50kNm
次梁上的线荷载:
11.98kNm
J轴处的集中荷载:
2×7.56+11.98×=108.26kN
6.3.1.2.1.3J-N跨处的荷载计算:
L轴处的作用的集中荷载计算:
L轴处的集中荷载为(4.332+)×=89.77kN
N轴处集中荷载的计算:
墙体、粉刷及塑钢门窗的自重:
框梁传来的荷载:
0.66×=4.637kN
柱子自重:
15.12kN
板传给框梁,梁再传给柱的集中荷载:
4.332×45.648kN
N轴处的作用的集中荷载:
86.02kN
6.3.1.2.2楼面框架梁所受的均布荷载:
A-C跨的均布荷载:
5.7+0.66=6.36kNm
C-J、J-N跨的均布荷载:
2×(5.7+0.66)=12.72kNm
6.3.1.2活荷载的计算
屋面活荷载:
2.0kNm
雪荷载:
0.15kNm
组合时雪荷载与屋面活载不同时考虑,活载较大,只取活载。
此时屋面活载与楼面活载相同。
计算楼面及屋面的活荷载计算过程如下:
A轴处所受的集中力:
2.0×=32.86kN
C轴处所受的集中力:
2.0×=51.4kN
F轴处所受的集中力:
2.0×=45.5kN
J轴处所受的集中力:
2.0×=41.2kN
L轴处所受的集中力:
5.1×=39.5kN
N轴处所受的集中力:
2.0×=21.1kN
6.3.1.3风荷载的计算
风荷载标准值计算公式为:
对于矩形截面=1.3;可查荷载规范,当查得〈1.0时,取=1.0。
根据荷载规范取T=0.1n=0.1×11=1.1,·T=0.55×1.1=0.67,查表得脉动增大系数为=2.935。
结构的高宽比:
3418.4=1.85,且该建筑处于B类地区,查得脉动影响系数,=0.49。
振型系数可由ZH值查表得到。
将风荷载转换成作用于框架每层节点上的集中荷载,具体计算过程如下表所示。
其中为风振系数,为风载标准值,A、A分别为左风及右风的受风面积。
表6.1
层数
Z
m
ZH
=1+
kN.m
A
㎡
A
㎡
左风
kN·m
右风
kN·m
11
34
1.476
1.3
1.0
1.0
1.795
1.894
25.28
24.98
47.87
47.3
10
31
1.434
1.3
0.912
0.877
1.718
1.761
25.28
24.98
44.51
43.98
9
28
1.386
1.3
0.824
0.769
1.651
1.615
25.28
24.98
40.82
40.33
8
25
1.335
1.3
0.735
0.695
1.611
1.538
25.28
24.98
38.87
38.41
7
22
1.284
1.3
0.647
0.553
1.505
1.382
25.28
24.98
34.93
34.52
6
19
1.228
1.3
0.559
0.421
1.402
1.231
25.28
24.98
31.11
30.74
5
16
1.162
1.3
0.471
0.348
1.351
1.122
25.28
24.98
28.36
28.02
4
13
1.084
1.3
0.382
0.252
1.273
0.987
25.28
24.98
24.95
24.65
3
10
1.0
1.3
0.294
0.165
1.194
0.854
25.28
24.98
21.58
21.33
2
7
1.0
1.3
0.206
0.085
1.100
0.787
25.28
24.98
19.89
19.66
1
4
1.0
1.3
0.118
0.031
1.036
0.741
24.43
24.14
18.10
17.89
6.4各项荷载单独作用下的内力图和位移表
各种荷载单独作用下的计算简图如图6.1。
6.4.1恒荷载标准值作用下的内力图和位移图
恒荷载作用下,框架的内力和位移可由结构力学求解器求得,如图6.2和表6.3。
6.4.2活荷载标准值作用下的内力图和位移图
活荷载作用下,框架的内力和位移可由结构力学求解器求得,如图6.3和表6.3。
6.4.3风荷载标准值作用下的内力图和位移图
风荷载作用下,框架的内力和位移可由结构力学求解器求得,如图6.3、6.4,和表6.3。
恒载作用下计算简图活载作用下计算简图
左风作用下计算简图左风作用下计算简
图6.1各种荷载作用下计算简图
弯矩图(·)剪力图()
轴力图()位移图
图6.2恒荷载作用下的内力图和位移图
弯矩图(·)剪力图()
轴力图()挠度图
图6.3活荷载作用下的内力图和位移
弯矩图(·)剪力图()
轴力图()侧移图
图6.4左风荷载作用下的内力图和位移图
弯矩图(·)剪力图()
轴力图()侧移图
图6.5右风荷载作用下的内力图和位移图
表6.3
楼层
恒载作用下最大跨中挠度(m)
活载作用下最大跨中挠度(m)
风荷载作用下侧移(m)
左风
右风
限值
绝对侧移
层间侧移
绝对侧移
层间侧移
11
0.00648
0.0021
0.038
0.002
0.040
0.002
0.0075
10
0.00628
0.00203
0.036
0.001
0.028
0.001
0.0075
9
0.00613
0.00198
0.0.5
0.001
0.037
0.003
0.0075
8
0.00589
0.0019
0.032
0.003
0.034
0.003
0.0075
7
0.00573
0.00186
0.029
0.003
0.031
0.003
0.0075
6
0.00516
0.00168
0.
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