钢结构办公楼毕业设计结构计算书.doc
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结构计算书
设计题目:
钢结构办公楼
目录
1.摘要··········································2
2.设计概况······································6
3.结构布置·······································6
4.荷载计算······································9
5.重力荷载标准值计算····························11
6.水平地震作用下的内力计算·····················19
7.风荷载作用下框架内力计算······················27
8.竖向荷载作用下框架内力计算···················31
9.框架梁柱的内力组合····························54
10.框架柱验算···································54
11.框架梁验算··································67
12.节点设计····································69
13.压型钢板组合楼板计算························82
14.组合次梁设计································93
15.楼梯计算···································103
16.基础计算···································108
电算校核······································114
参考文献······································120
致谢··········································122
摘要
本工程为办公楼新建工程,采用框架结构(全钢结构),主体五层,抗震设防烈度为7度,场地类别为II类。
主导风向为西南风,基本风压0.65KN/m2,基本雪压0.35KN/m2。
楼板、屋盖均采用压型钢板组合楼板。
本设计选取4轴所在的横向框架作为结构计算单元,先后进行了横竖向荷载下的内力分析、内力组合、施工图绘制等工作,具体包括:
荷载汇集,重力荷载代表值的计算,横向框架侧移刚度计算,水平地震荷载作用下的内力计算及位移验算。
风荷载作用下的内力计算及位移验算,竖向荷载作用下框架内力计算,框架的内力组合,柱下独立基础、标准层楼板、框架梁、框架柱、楼梯的配筋计算。
框架梁、框架柱、楼板、基础及楼梯的平法施工图绘制。
整个结构在设计过程中,严格遵循相关的专业技术规范的要求,参考相关资料和有关最新的国家标准规范,对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。
认真贯彻了“安全、经济、适用、美观”的设计原则。
关键词:
全钢框架结构;办公楼;结构设计
ThisengineeringisanewconstructionforMINGRENofficebuildinginthecityofchangchun,Usingframestructure(steelstructure),principalpartisfive–storey,seismicfortificationntensityis7degrees,siteclassificationisⅡ.Thedominantwinddirectionissouth-west,referencewindpressure-0.65kN/㎡andthereferencesnowpressure-0.35KN/㎡.Thetypesoffloororroofstructureispressedsteelplatecombinesbuildingplank.
Thisdesignerselectsthehorizontalaxisofthe4thasthecalculationunitforstructuralframework,hasconductedtheanalysisoftheforceinternal、combinationofinternalforces、preparationofconstructiondrawingofhorizontal,verticalload.Thespecificisasfollows.
Loadcombination,thecalculatingofgravityrepresentativevalues、horizontalframework’slateralmovementrigid、internalforceofearthquakeactionandthecheckingofdisplacement.Thecalculatingofinternalforceandthecheckingofdisplacementforwindload,thecalculationofframework‘sinternalforceforverticalload.Thecalculationofframework’sinernalforcecombination,Thereinforcecalculationofcolumn’sindependentfoundation、standardlayerfloor、frame-beam、frame-column、staircase.Thedrawingofconstructionforframe-beam、frame-column、staircase、foundation、floor.
Duringthedesignprocess,theentirestructurehasstrictlyabidedbyrelatedprofessionaltechnicalspecificationrequest.Referencingtotherelevantinformationandthenewestnationalspecification,allaspectsofthedesignhasancomprehensivescientificconsiderationConscientiouslyimplementtheprinciplesof“safe、economic、applicable、beauty”.
Keywords:
steelframestructure;officebuilding;structuraldesign.
符号
-混凝土弹性模量;
N-轴向力设计值;
M-弯矩设计值;
V-剪力设计值;
A-构件截面面积;
I-截面惯性矩;
-永久荷载标准值;
-可变荷载标准值;
-永久荷载分项系数;
-可变荷载分项系数;
-结构总水平地震作用标准值;
-地震时结构的重力荷载代表值;
-等效总重力荷载代表值;
T-结构自振周期;
-承载力抗震调整系数;
-构件长细比;
-地基承载力特征值;
-基础高度;
d-基础埋置深度;
-土的重力密度;
-风荷载标准值;
-结构顶部附加水平地震作用标准值;
-楼层层间位移;
e-偏心距;
-箍筋面积;
B-结构迎风面宽度;
-截面有效高度;
-受拉区、受压区纵筋面积。
2.设计概况
2.1建设项目名称:
办公楼(全钢框架结构)
2.2建设地点:
2.3设计资料:
2.3.1地质水文资料:
根据工程地质勘测报告,拟建场地地势平坦,表面为平均厚度0.5m左右的杂填土,以下为1.0m左右的淤泥质粘土,承载力的特征值为80kN/m2,再下面为较厚的垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层,其承载力的特征值为230kN/m2,可作为天然地基持力层。
2.3.2气象资料:
全年主导风向:
西南风
基本风压为:
0.65kN/m2地面粗糙度:
C类
基本雪压为:
0.35kN/m2
土壤标准冻深:
-1.62米
抗震设防烈度:
7度
3.结构方案布置
3.1结构形式选择
根据办公建筑功能的要求,建筑物的结构形式应满足传力可靠,受力合理的要求。
对多层钢结构建筑,可采用纯框
结构平面布置图
架形式,框架应双向刚接,本工程位于7度抗震设防地区,结构只有5层,结构形式比较规则,纯框架形式很容易满足,经济性能优于框架支撑体系,为使建筑平面布置灵活,获得较大的使用空间,本结构设计采用钢框架结构形式。
3.2结构布置
根据建筑功能的要求,及建筑物可用的占地平面地形,具体布置见结构平面布置图,楼梯采用整体现浇板式楼梯,基础方案采用柱下独立基础。
3.2.1梁板柱截面尺寸确定
(1)梁截面:
1)主梁梁高取l/15=500㎜选热轧H型钢HN500×200×10×16,尺寸500×200×10×16㎜主梁ZL3取350×175×7×11mm(改主梁选用500*250*10*16)
(2)次梁:
梁高取l/18=400㎜选用HN400×200×8×13mm
梁净跨:
主梁ZL1=7.5-0.5=7.0m
ZL2=7.2-0.5=6.7mZL3=2.7-0.5=2.2m
柱高:
首层3.6+3×0.5+0.05-0.15-0.05=4.95m
其他层3.6m
(3)柱截面:
采用箱形柱取500×500×20㎜
(4)压型钢板组合楼板:
压型钢板为YX51-250-750厚度1.2mm,混凝土为C25
梁柱汇集表
编号
截面
长度(高度)
ZL1
500×200×10×16
7.0
ZL2
500×200×10×16
6.7
ZL3
350×175×7×11
2.2
CL1
400×200×8×13
7.0
Z1
500×500×20
4.95
Z2
500×500×20
3.6
4.荷载计算
4.1恒载标准值计算
屋面
1.2㎜厚压型钢板0.17kN/m2
100㎜厚C25钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/m2
20㎜厚1:
3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2
2㎜厚SBS改性沥青隔气层0.025kN/m2
100㎜厚聚苯乙烯泡沫塑料保温板0.1×0.5=0.05kN/m2
100㎜厚水泥珍珠岩找坡层0.1×4=0.4kN/m2
20㎜厚1:
3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2
4㎜厚SBSSBS改性沥青隔气层0.05kN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.12kN/m2
顶棚上铺焦渣锯末绝缘层0.2kN/m2
合计:
4.32kN/m2
楼面
1.2㎜厚压型钢板0.17kN/m2
100㎜厚C25钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/m2
30㎜厚1:
3水泥砂浆找平层0.03×20=0.6kN/m2
瓷砖地面0.55kN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.12kN/m2
顶棚上铺焦渣锯末绝缘层0.2kN/m2
合计:
4.14kN/m2
内墙
200㎜厚NALC板0.2×8=1.6kN/m2
40㎜厚混合砂浆抹面刮大白0.04×17=0.68kN/m2
合计:
2.28kN/m2
外墙
20㎜厚混合砂浆抹面刮大白0.02×17=0.34kN/m2
200㎜厚NALC板0.2×8=1.6kN/m2
20㎜厚1:
2.5水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2
60㎜厚EPS板保温层0.06×0.5=0.03kN/m2
合计:
2.37kN/m2
女儿墙:
同外墙做法2.37kN/m2
4.2.活荷载标准值计算
办公室楼面2.0kN/m2(走廊、楼梯间取2.5kN/m2)
不上人屋面0.5kN/m2
雪荷载0.35kN/m2
5.重力荷载代表值计算
5.1出屋面楼梯间
恒荷载:
屋面:
4.32×7.2×7.5=233.28kN
女儿墙:
(7.2+7.5)×2×0.6×2.37=41.81kN
柱:
78.5×(0.52-0.462)×3.0×4=36.17kN
ZL1:
89.6×10×7.0×2=12.55kN
ZL2:
89.6×10×6.7×2=12.01kN
CL1:
66×10×7.0×2=9.24kN
外墙:
3×(7.2+7.5)×2×2.37=209.03kN
合计:
554.09kN
出屋面电梯间同楼梯间合计:
554.09kN
屋面雪荷载:
0.35×36×17.7=223.02kN
女儿墙:
2.37×0.9=2.15kN/m
屋面:
4.32kN/m2楼面:
4.14kN/m2
5.2顶层恒荷载
屋面:
(36×17.7-7.5×7.2×2)=2286.14kN
女儿墙:
[(36+17.7)×2-14.4]×0.9×2.37=198.37kN
柱:
78.5×(0.52-0.462)×3.6×24/2=130.22kN
ZL1:
89.6×10×7.0×12=75.26kN
ZL2:
89.6×10×6.7×20=120.06kN
ZL3:
50×10×2.2×6=6.6kN
CL1:
66×10×7.0×20=92.4kN
楼面:
4.14×7.5×7.2×2=447.12kN
外墙:
纵墙:
36×3.6×2.37×2=614.3kN
横墙:
17.7×3.6×2.37×2=302.03kN
内墙:
纵墙:
(36×2+2.5×3+7.2-4.7)×3.6×2.28=673.06kN
横墙:
7.5×15×2.28×3.6=923.4kN
顶层恒荷载标准值:
Gk=554.09×2+2286.14+198.37+10.22+75.26+120.06+6.6+92.4+447.12×1.05+(614.3+302.03+673.06+923.4)×0.5+100=5843.10kN
顶层重力荷载代表值为:
G5=5843.10+0.5×223.02=5954.61kN
5.3四层恒荷载
屋面:
7.2×17.7×2×4.32=1101.08kN
楼面:
36×17.7×4.14=2638.01kN
女儿墙:
(7.2×4+17.7×2)×0.9×2.37=136.94kN
柱:
78.5×(0.52-0.462)×3.6×32=347.26kN
ZL1:
89.6×10×7.0×16=100.35kN
ZL2:
89.6×10×6.7×28=168.09kN
ZL3:
50×10×2.2×8=8.8kN
CL1:
66×10×7.0×28=129.36kN
外墙:
纵墙:
50.4×3.6×2.37×2-7.2×2.37×2=825.9kN
横墙:
17.7×3.6×2.37×2=302.03kN
内墙:
纵墙:
(50.4×2+2.5×3+7.2-4.7)×3.6×2.28-7.2×2×2.28=876.62kN
横墙:
7.5×17×2.28×3.6=302.03kN
水泥台阶:
(2.3×1.5×0.15+1.7×1.5×0.15)×20=18kN
四层恒荷载标准值:
Gk=1101.08+2638.01×1.05+347.26+100.35+168.09+8.8+129.36+825.90+302.03+876.62+1046.52+136.94+18=7830.85kN
活荷载:
办公区:
2.0×(7.5×36×2-7.5×7.2×4)=648kN
楼梯间、走廊、卫生间:
2.5×(7.5×7.2×4+36×2.7)=783kN
屋面:
0.35×17.7×14.4=89.21kN
四层重力荷载代表值为:
G4=7830.85+0.5×(648+783+89.21)=8590.96kN
5.4标准层:
楼面:
50.4×17.7×4.14=3693.21kN
外墙:
纵墙:
50.4×3.6×2.37×2=860.03kN
横墙:
17.7×3.6×2.37×2=302.03kN
内墙:
纵墙:
(50.4×2-4.7+7.2+2.5×3)×3.6×2.28=909.45kN
横墙:
7.5×19×2.28×3.6=1169.64kN
柱、梁同四层
活荷载:
办公区:
2.0×(50.4×7.5×2-7.5×7.2×4)=1080kN
楼梯间、走廊、卫生间:
2.5×(50.4×2.7+7.5×7.2×4)=880.2kN
Gk=3693.21×1.05+347.26+100.35+168.09+8.8+129.36+860.03+302.03+909.45+1169.64
=7872.88kN
重力荷载代表值:
G2~3=7872.88+0.5×(1080+880.2)=8852.98kN
底层:
柱:
78.5×(0.52-0.462)×(1.8+4.95×0.5)=412.37kN
Gk=3693.21×1.05+412.37+100.35+168.09+8.8+129.36+860.03+302.03+909.45+1169.64
=7937.99kN
重力荷载代表值为:
G1=7937.99+0.5×(1080+880.2)=8918.09kN
5.5梁、柱线刚度计算
梁柱截面尺寸
钢框架结构中,考虑现浇楼板与钢梁得共同作用,在计算梁线刚度时,对中框架梁ib=1.5EIb/l0,对边框架梁取
ib=1.2EIb/l0
取4轴一榀框架计算,框架梁与柱采用刚性连接,梁跨等于轴线之间得距离:
AB、CD跨:
ZL1:
I=4.78×104㎝4L=7.5mE=2.06×105
BC跨:
ZL3:
I=1.37×104㎝4L=2.7mE=2.06×105
梁线刚度表
梁号
惯性矩I0×104/㎝4
E(kN.m)
ib×104/㎝4(kN.m)
中框
架柱
边框
架柱
AB、CD跨
4.78×104
13129
19694
15755
BC跨
1.37×104
10453
15679
12544
柱的线刚度:
Ic=b14/12-b24/12=5004/12-4604/12=14.77×108㎜4
一层柱线刚度:
ic=EIc/h=2.06×105×14.77×108/4950=61467kN.m
2~5层柱线刚度:
ic=EIc/h=2.06×105×14.77×108/3600=84517kN.m
框架梁柱相对线刚度计算
令边柱i2~5=1.0,则其余各杆件的相对线刚度为:
框架梁相对线刚度:
iAB=iCD=0.233iBC=0.186
一层框架柱相对线刚度:
ic=0.727
框架相对线刚度图
边框架柱的D值计算
楼层
柱位
ic(kN.m)
Σib(kN.m)
k=Σib/2ic
k=Σib/ic
(底层)
α=
α=
(底层)
层高
h(m)
D=12αic/h2
(kN/m)
柱
根数
ΣD
5
边柱
84517
31510
0.186
0.085
3.6
6651
中柱
56598
0.355
0.144
11269
4
边柱
84517
31510
0.186
0.085
3.6
6651
4
26604
中柱
56598
0.355
0.144
11269
4
45076
3
边柱
84517
31510
0.186
0.085
3.6
6651
4
26604
中柱
56598
0.355
0.144
11269
4
45076
2
边柱
84517
31510
0.186
0.085
3.6
6651
4
26604
中柱
56598
0.355
0.144
11269
4
45076
1
边柱
61467
15755
0.256
0.355
4.95
10085
4
40340
中柱
28299
0.460
0.390
11740
4
46960
中框架柱的D值计算
楼层
柱位
ic(kN.m)
Σib(kN.m)
k=Σib/2ic
k=Σib/ic
(底层)
α=
α=
(底层)
层高
h(m)
D=12αic/h2
(kN/m)
柱
根数
ΣD
合计
×104
5
边柱
84517
39388
0.233
0.104
3.6
8138
12
97656
26.011
中柱
70746
0.418
0.173
13538
12
162456
4
边柱
84517
39388
0.233
0.104
3.6
8138
12
97656
33.179
中柱
70746
0.418
0.173
13538
12
162456
3
边柱
84517
39388
0.233
0.104
3.6
8138
12
97656
33.179
中柱
70746
0.418
0.173
13538
12
162456
2
边柱
84517
39388
0.233
0.104
3.6
8138
12
97656
33.179
中柱
70746
0.418
0.173
13538
12
162456
1
边柱
61467
19694
0.320
0.353
4.95
10626
12
127512
36.545
中柱
35373
0.575
0.417
12553
12
150636
重力荷载代表值(kN)
层数
5
4
3
2
1
G
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