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1、目 录第一章:工程概况 一、工程概况二、设计荷载三、初步估算截面第二章:重力荷载代表值的计算 一、 重力荷载代表值的计算:二、梁柱线刚度计算:第三章:地震作用下框架结构的内力和侧移计算 一、柱的值二、框架自振周期计算三、横向地震作用计算四、弹性变形验算五、水平地震作用的内力计算第四章:风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算一、 风荷载计算二、柱端弯矩计算三、求各横梁梁端弯四、梁剪力与柱轴力计算第五章:竖向荷载作用下框架结构的内力计算 一、计算单元的选择确定:二、内力计算:第六章:内力组合 一、荷载效应组合二、柱的内力组合三、梁的内力组合第七章:截面验算 一、 无地震作用组合时截面校核 二、 有地
2、震作用组合时截面校核 第八章:节点设计 一、 设计资料 二、 设计验算 第九章:楼板设计 一、 楼板类型与设计方法 二、 设计参数 三、 弯矩计算 四、 截面设计第十章:基础设计 一、 边柱基础设计 参考文献 第一章 工程概况一、工程概况建筑地点:烟台市建筑类型:四层钢框架办公楼建筑介绍:建筑面积约平方米,楼盖与屋盖均采用现浇钢筋混凝土楼板,楼板厚度取,外墙采用压型彩钢板,内墙为石膏板,保温层为玻璃丝棉。地质条件:经地质勘察部门确定,此建筑场地为二类近震场地,设防烈度为度。柱网与层高:本办公楼采用柱距为;跨度为:边跨为,中间跨为,二、三、四层高取,底层层高为,如图与图所示:图 框架计算平面简图
3、图 横向框架计算简图二、设计荷载、屋面永久荷载标准值(不上人)厚水泥砂浆保护层 防水层 厚细石混凝土找平层 陶粒混凝土找坡 厚加气混凝土保温层 厚钢筋混凝土板 型轻钢龙骨吊顶 合计 、层楼面:瓷面砖厚 *水泥砂浆:找平厚 * 水泥砂浆:打底厚 * 厚钢筋混凝土板 厚天棚水泥砂浆抹灰 轻钢龙骨吊顶 合计 、外墙面:0.5mm彩钢板100mm玻璃丝棉保温层石膏板合计 、外墙面:石膏板100mm玻璃丝棉保温层石膏板合计 、基本风压: 、基本雪压: 、楼面活荷载: 、屋面活荷载: 、抗震设防烈度为度,第一组,设计基本地震加速度为0.10g,场地为类。 三、初步估算截面表 构件初步估算截面名称截 面截面
4、面积每米重量惯性矩柱梁第二章 重力荷载代表值的计算一、重力荷载代表值的计算:、顶层重力荷载代表值: : (楼板)() (钢梁) (钢柱)() (墙体) (活荷载) 合计: 、二三层重力荷载代表值: : (楼板)() (钢梁) (钢柱)() (墙体) (活荷载) 合计: 、一层重力荷载代表值: : (楼板)() (钢梁) (钢柱)() (墙体) (活荷载) 合计: 图 各质点重力荷载代表值二、梁柱线刚度计算:、梁的线刚度计算 边跨梁():中跨梁():、柱的线刚度计算 底层柱: 其他柱:第三章 地震作用下框架 结构的内力和侧移计算一、柱的值计算过程见表、表表 底层柱值计算值中柱(根)边柱(根)表
5、层柱值计算值中柱(根)边柱(根)二、框架自振周期计算按顶点位移法计算,钢结构计算周期修正系数,顶点位移按值法计算,顶点位移计算见表。表 横向框架顶点位移计算层次()()层间位移()顶点位移三、横向地震作用计算本结构高度不超过,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算多遇水平地震作用,按设防烈度度,设计地震加速度,类场地,设计地震分组为第组,侧,基本周期的地震影响系数:因为,故应考虑顶部附加地震作用,取结构总水平地震标准值:顶部附加地震作用:各层水平地震作用标准值与搂层剪力(计算过程见表):表 各层水平地震作用标准值与楼层剪力层次层高()()() 满足抗震规范第5.2
6、.5条中要求。四、弹性变形验算弹性变形验算见表。表 弹性变形验算层次层间剪力层间刚度层间位移()层高层间相对弹性转角满足多高层钢结构的要求五、水平地震作用的内力计算、柱反弯点高度比计算见表表 柱反弯点高度比计算层次边 柱中 柱 2、 柱端弯矩计算框架内力按值法进行计算,计算结果如表与表:表 边柱柱端弯矩层次层高层间剪力层间刚度边 柱 表中柱柱端弯矩层次层高层间剪力层间刚度中 柱 3、 求各横梁梁端弯 计算过程见表与表。表 边梁左端弯矩层次 表 边梁右端与中间梁左弯矩层次 、梁剪力与柱轴力计算 计算过程见表表 梁剪力与柱轴力的计算层次边 梁中 间 梁柱轴力边柱中柱 、框架内力图 框架弯矩图、剪力
7、图、轴力图分别见图、图、图。图 水平地震作用下框架弯矩图()图 水平地震作用下框架剪力图()图 水平地震作用下框架轴力图()第四章 风荷载作用下框架 结构的内力和侧移计算一、 风荷载计算基本风压 ,按统一高度计算,取类;风压体型系数:迎风面取,背风面取。见图图 风荷载作用简图二、柱端弯矩计算框架内力按值法进行计算,计算结果如表、表。表 边柱柱端弯矩层次层高层间剪力层间刚度边 柱 表 中柱柱端弯矩层次层高层间剪力层间刚度中 柱 三、求各横梁梁端弯 计算过程见表与表。表 边梁左端弯矩层次表 边梁右端与中间梁左弯矩层次 四、梁剪力与柱轴力计算计算过程见表表 梁剪力与柱轴力的计算层次边 梁中 间 梁柱
8、轴力边柱中柱 、框架内力图框架弯矩图、剪力图、轴力图分别见图、图、图图 风荷载作用下框架弯矩图()图 风荷载作用下框架剪力图()图 风荷载作用下框架轴力图()第五章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算一、计算单元的选择确定:取轴线横向框架进行计算,如图所示:图 楼面荷载分配图计算单元宽度为,由于房间内布置有次梁,故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示。计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点上。二、内力计算:、恒载作用下柱的内力计算:恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示:图 框架梁荷载作用简图()、第层为方便计算,将顶层钢梁折算成
9、均布荷载,其余层包括钢梁与墙体按折算成均布荷载。三角形与梯形等效成均布荷载()、第层三角形与梯形等效成均布荷载()、各节点的分配系数计算:见表表 各节点分配系数层次节点相对线刚度相对线刚度总和分配系数左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱()、固端弯矩一层二层固端弯矩同三层()、利用分层法计算各节点弯矩 计算过程见图、图、图;图 层计算简图()图 层计算简图()图 层计算简图() ()、梁端剪力和柱轴力的计算第层:荷载引起的剪力: 柱: 柱: 其余各层计算相同,见表表 恒载作用下梁端剪力与柱轴力()层次柱剪力梁剪力柱轴力柱柱跨跨柱柱()、恒载作用下柱的内力图:荷载作用下,框架弯矩图、剪力图、轴力图分
10、别见图、图、图。图 恒载作用下框架弯矩图()图 恒载作用下框架剪力图()图 恒载作用下框架轴力图()、活载载作用下柱的内力计算:活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示:图 框架梁荷载作用简图()、第层三角形与梯形等效成均布荷载()、第层三角形与梯形等效成均布荷载()、固端弯矩一层二层固端弯矩同三层()、利用分层法计算各节点弯矩 计算过程见图、图、图 图 层计算简图()图 层计算简图()图 层计算简图()()、梁端剪力和柱轴力的计算第层:荷载引起的剪力: 柱: 柱: 其余各层计算相同,见表表 活载作用下梁端剪力与柱轴力()层次柱剪力剪力柱轴力柱柱跨跨柱柱()、活载作用下柱的内力图:荷载作用下
11、,框架弯矩图、剪力图、轴力图分别见图、图、图图 活载作用下框架弯矩图()图 活载作用下框架剪力图()图 活载作用下框架轴力图()第六章 内力组合一、荷载效应组合:恒荷载:活荷载 :风荷载 :水平地震作用:重力荷载代表值本建筑小于,度抗震设防,考虑了四种内力组合二、柱的内力组合:柱内力标准值见表,柱内力组合见表,梁内力标准值见表,梁内力组合见表。 表 柱内力标准值柱编号内力恒 载活 载风 载地 震 表 柱内力组合柱编号内力(左风右风)(左风右风)(左震右震) 4、 梁的内力组合表 梁内力标准值梁编号内力恒 载活 载风 载地 震表 梁内力组合梁编号内力(左风右风)(左风右风)(左震右震) 第七章
12、截面验算一、 无地震作用时组合杆件截面校核柱截面为热轧型钢,规格为,材质为,21700cm3650cm,14.6cm6.0cm1280cm292cm101.5cm、柱段计算长度系数 柱底刚接 查得计算长度根据内力组合得到的第两组最不利内力:()、强度验算 强度满足要求()、平面内稳定 查得 (类) 平面内稳定满足要求()、平面外稳定 查得 (类) 平面外稳定满足要求()、局部稳定;选用热轧型钢,不需校核。、柱段计算长度系数 柱底刚接 查得计算长度根据内力组合得到的第两组最不利内力:()、强度验算 强度满足要求()、平面内稳定 查得 平面内稳定满足要求()、平面外稳定 查得 平面外稳定满足要求3
13、、 横梁:因截面相同,可选择最不利内力组合,现选梁段进行计算截面为热轧型钢,规格为,材质为,23700cm1740cm, 16.8cm4.54cm1190cm174cm84.12cm()、抗弯强度验算 满足要求()、抗剪强度验算 满足要求()整体稳定与局部稳定 梁的整体稳定由与楼板连接来保证,可不验算。选用热轧型钢,局部稳定不需校核。二、 地震组合时杆件截面校核梁柱截面特性均同前,验算时梁柱截面承载力调整系数采用、柱段地震内力组合: 内力均小于无地震时组合,故可不验算。、柱段地震内力组合:()、强度验算 强度满足要求()、平面内稳定 查得 平面内稳定满足要求()、平面外稳定 查得 平面外稳定满
14、足要求3、 横梁 地震内力组合:()、抗弯强度验算 满足要求()、抗剪强度验算 满足要求第八章 节点设计一、设计资料 边柱与梁的刚性连接:柱规格为;梁规格为,材质为,梁翼缘与柱用全熔透坡口焊接(二级),腹板与柱采用高强度螺栓连接。内力设计值可由内力组合查到: 初步估算:腹板连接板厚度为12mm,螺栓采用个(),孔径21.5mm,预拉力设计值,抗滑移系数。示意见图 图 梁柱刚接节点计算简图二、设计验算、螺栓验算 ()、单个承载力设计值:取,且由于施工时先栓后焊,考虑焊接时对螺栓引起的预应力损失,乘以折减系数 ()、螺栓群验算 全截面惯性矩;腹板惯性矩 侧腹板承担的弯矩为:最上面螺栓受力为:螺栓所
15、受合力为:、连接焊缝计算连接板采用双面角焊缝,、抗震验算(1) 节点域腹板抗剪强度验算 满足要求(2) 抗弯最大承载力验算 满足要求 (3) 抗剪最大承载力验算 梁腹板净截面的抗剪最大承载力连接板净截面的抗剪最大承载力螺栓群的抗剪最大承载力 满足要求第九章 楼板设计一、 楼板类型与设计方法的选择:对于楼板,根据塑性理论,时,在荷载作用下,在两个正交方向受力且都不可忽略,在本方案中,故属于双向板。设计时按塑性铰线法设计。二、设计参数:1、 双向板肋梁楼盖结构布置图和板带划分图:图 楼板划分图2、 设计荷载:()、对于层楼面,活载: 恒载: ()、对于层屋面, 活载: 恒载: 、材料强度:采用混凝
16、土,级钢筋。三、弯矩计算:层区取将以上数据代入公式 得 层区取将以上数据代入公式得 对其它区格板,亦按同理进行计算。四、截面设计:对中间跨的跨中截面与中间支座处截面,对边跨的跨中截面与第以内支座,其弯矩设计值减小。以第层区格方向为例,截面有效高度 对跨中选用钢筋,实际配筋 对支座选用钢筋,实际配筋 第十章 基础设计一、边柱基础设计、选型:做柱下单独扩展独立基础。室外地坪标高为-0.15m,基础顶面标高为-0.30m,基础底面标高为-1.80m,混凝土基础选用,垫层选用,钢筋采用级钢筋,垫层100mm,基础钢筋保护层40mm,柱地板尺寸为600mm350mm,短柱截面取。、确定基顶荷载:由柱传来
17、的荷载设计值,选组合、确定基础底面积:3.91m2,因为偏心受压,故基底面积()可以取,()、地基承载力验算:2.29m3因,所以地基承载力满足要求。、基础受冲切承载力验算:对柱边的受冲切承载力验算: 106mm所以柱边的受冲切承载力满足。、基础底面配筋计算:()、沿基础长边方向:对柱边截面处: 所以基础长边方向按配筋,除去基础两侧钢筋净保护层50mm,配沿基础短边方向:所以基础短边方向按配筋,参 考 文 献 建筑结构荷载规范().北京:中国建筑工业出版社, 建筑抗震设计规范().北京:中国建筑工业出版社, 钢结构设计规范().北京:中国建筑工业出版社, 高层民用建筑钢结构技术规程().北京:中国建筑工业出版社, 混凝土结构设计规范().北京:中国建筑工业出版社, 建筑地基基础设计规范().北京:中国建筑工业出版社, 王新平.高层建筑结构. 北京:中国建筑工业出版社, 汪一骏.钢结构设计手册. 北京:中国建筑工业出版社, 马成松.结构抗震设计. 北京:北京大学出版社, 王毅红.混凝土与砌体结构. 北京:中国建筑工业出版社, 张耀春.钢结构设计原理. 北京:高等教育出版社, 李国强.多高层建筑钢结构设计. 北京:中国建筑工业出版社,
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