钢框架结构毕业设计计算书.pdf
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1、文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 1 目录 1.1 工程概况:.1 2.1 选型及结构布置.2 2.1.1 确定楼盖类型2 2.1.2建筑及结构布置图.3 2.1.3 荷载计算.4 2.1.4 初选确定杆件截面尺寸.6 2.2 结构计算简图9 2.2.1计算简图9 2.3.内力计算26 2.3.1 框架在竖向力作用下的内力计算26 2.4.内力组合31 2.4.1框架梁内力组合32 2.4.2框架柱内力组合35 2.5结构、构件截面验算35 2.5.1 框架柱截面验算35 2.5.2 框架横梁验算.50 2.5.3次梁验算53 2.6组合楼盖设计55 2.6.1楼板设计55 2.6
2、.2屋面板设计60 2.7框架连接设计65 2.7.1主梁与柱的连接设计65 2.7.2次梁与主梁的连接设计74 2.7.3柱脚设计78 2.7.4柱与柱连接设计82 2.8基础设计82 2.8.1A 柱基础设计.82 2.8.2B 柱基础设计.88 2.9 楼梯设计92 2.9.1 梯段板的计算.92 2.9.2 平台板的计算.93 2.9.3 平台梁的计算.94 参考文献.98 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 2 1.1.1.1.1 1 1 1 工程概况:工程概况:工程概况:工程概况: 、工程名称:腾讯仪表厂二号楼厂房(C 方案)设计 、建筑面积:3240 平方米 、结构型式
3、:钢框架结构 、总层数为三层,无地下室 、抗震设防烈度 7 度,近震 、建筑场地类,基本风压 W0=0.40 2 /KN m,基本雪压 S0=0.65 2 /KN m, 、地面粗糙度 B 类 、层高:首层 6.48 米,标准层 4.5 米 、钢材等级:主次梁采用热轧 H 型钢梁(Q235 型钢) ,柱子焊接工字型截面 、基础型式:柱下独立基础 、地质条件:天然地基,以粉质粘土为持力层,基础埋深 1.5 米。 南京江宁地区地基承载力的特征值 kpafak250= 、建筑物等级:二级 、耐火等级:二级 2.12.12.12.1 选型及结构布置选型及结构布置选型及结构布置选型及结构布置 2.1.12
4、.1.12.1.12.1.1 确定楼盖类型确定楼盖类型确定楼盖类型确定楼盖类型 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
5、方便手算,采用 主次梁单向板肋形楼盖布置形式。 计算时,框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, 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 3 因此,直接取钢梁的截面惯性矩 Ib,不考虑板的影响。 2.1.22.1.22.1.22.1.2 建筑及结构布置图建筑及结构布置图建筑及结构布置图建筑及结构布置图 建筑平面图1 截 面 表 结构布置图 2 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 4 2.1.32.1.32.1.32.1.3 荷载计算荷载计算荷载计算荷载计算 .屋面荷载计算 恒载: SBS改性沥青高分子防水卷材一
6、层(三毡四油) 2 KN/m .40 1:3水泥砂浆找平层 20mm 2 0.4KN/m0.0220= 40厚细石混凝土面层(每两米设一分仓缝) 2 KN/m 96 . 0 0.0424= 保温层 200mm 2 KN/m 1.60.28= 20厚1:3水泥砂浆找平层 2 0.4KN/m0.0220= 非组合楼盖(压型钢板-选用YX-75-230-690,上混凝土层厚80mm) 2 KN/m 2.500.1025= 压型钢板 总计 2 .440KN/m6 活载: (按照不上人屋面设计取荷载标准值) 2 0.50KN/m .楼面荷载计算 1)生产车间荷载计算 恒载: 15厚1:2白水泥白石子 2
7、 0.3KN/m0.01552= 10厚素水泥浆结合层一道 2 0.2KN/m0.01002= 20厚1:3水泥砂浆找平层 2 0.4KN/m0.0202= 非组合楼盖(压型钢板-选用YX-75-230-690,上混凝土层厚80mm) 压型钢板 总计 2 3.58KN/m 2 0.25KN/m0.0152= 2 0.18KN/m 2 .18KN/m0 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 5 活载: 2 4.0KN/m 2)其它房间: i:更衣室、值班室、门厅荷载计算 15厚1:2白水泥白石子250.015=0.3KN/m 2 10厚素水泥浆结合层一道200.010=0.2KN/m 2
8、 20厚1:3水泥砂浆找平层200.02=0.4 KN/m 2 非组合楼盖(压型钢板-选用YX-75-230-690,上混凝土层厚80折算厚度100mm) 250.10=2.50 KN/m 2 压型钢板0.18 KN/m 2 总计3.58 KN/m 2 活载:2.0 KN/m 2 ii:卫生间 恒载: 瓷面砖150150819.80.008=0.1584 KN/m 2 10厚素水泥浆结合层一道200.010=0.2KN/m 2 高分子卷材一层(三毡四油)0.4 KN/m 2 20厚1:3水泥砂浆找平层200.02=0.4 KN/m 2 非组合楼盖(压型钢板-选用YX-75-230-690,上混
9、凝土层厚80折算厚度100mm) 250.10=2.50 KN/m 2 压型钢板0.18 KN/m 2 总计3.84KN/m 2 活载:2.0 KN/m 2 .墙体荷载: 内外墙采用粉煤灰轻渣空心砌块(390mm190mm190mm)8.0 kN/ 3 m 内墙做法: 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 6 5厚1:0.3:3水泥石灰膏砂浆粉面200.005=0.1KN/m 2 12厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底200.012 =0.24KN/m 2 外墙做法: (聚苯板保温层) 聚合物砂浆 10mm200.01= 0.2 KN/m 2 挤塑聚苯板保温层0.4KN/m 2 20厚1:
10、3水泥砂浆 找平层20 0.02=0.4KN/m 2 .查表知: 主梁自重:1.034 KN/m 次梁自重:0.654 KN/m 柱自重 : 2.283 KN/m 2.1.42.1.42.1.42.1.4 初选确定杆件截面尺寸初选确定杆件截面尺寸初选确定杆件截面尺寸初选确定杆件截面尺寸 钢材宜采用碳素结构钢Q235,按照冲击韧性要求并且考虑到焊接,选择Q235C。 梁截面形式选热轧H型钢,柱截面选焊接工字型钢。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
11、容许值为 w/l=1/400,采用Q235C钢,对应的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8000mm,次梁的跨度为7500mm,主 梁高h8000/15=533mm,初步取主梁高为600mm。次梁高h7500/24=313mm,初步 取次梁高为350mm。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4.0KN/m 2,假设楼板厚为100mm以及建筑层做法。次梁间距 为4.0m。 按次梁为简支梁计算 次梁所受荷载标准值为:活载qQ=4
12、.04.0=16.0KN/m 恒载qg=250.104.0=10.0KN/m 次梁所受荷载设计值为: q=1.2qg+1.4qQ =1.216.0+1.410.0KN/m 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 7 =33.2 KN/m 次梁所受最大弯矩 22 11 33.2 7.5233.4 88 MqlKNM= 次梁所受剪力 11 33.2 7.5124.5 22 VqlKN= 另外,假设梁自重引起的弯矩为0.02M 6 33 1.02 233.4 10 101054.6 1.05 215 x x x cm f M W r = 3 124.5 10 2.85 125 350 w v
13、V mm h t f = 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:HN400 200813 截面特征为:AS=83.37cm 2 , Ix=22775cm 4 , ix=16.53cm , Wx=1139cm 3 Iy=1735 cm 4 , iy=4.56cm ,Wy=173.5 cm 3 (2).计算确定主梁型号。 楼板设计成为单向板,因此,主梁主要承受次梁传来的集中荷载。次梁间距 为7500mm。主梁间距为8000mm。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=4.04.0=16.0KN/m 恒载qg=250.104.0=1
14、0.0KN/m 次梁所受荷载设计值为: q=1.2qg+1.4qQ =1.216.0+1.410.0KN/m =33.2 KN/m 主梁所受集中力为:p=ql1=33.27.5=249KN 主梁所受最大弯矩 11 249 8.0498 44 MplKNM= 次梁所受剪力V=p=249KN 另外,假设梁自重引起的弯矩为0.02M 6 33 1.02498 10 102250 1.05 215 x x x cm f M W r = 3 249 10 3.74 125 533 w v V mm h t f = 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 8 根据以上条件选择次梁型号,梁主要受弯,因
15、此采用窄翼缘最优。 型号为:HN6002001117 截面特征为:AS=131.71cm 2 ,Ix=73749cm 4 ,ix=23.66cm ,Wx=2458cm 3 Iy=2273cm 4 ,iy=4.151cm ,Wy=227.3cm 3 (3)计算确定柱的型号 估算柱所受的轴向荷载为:G=7.58.0(1.23.5+1.44.0) =588KN 底层柱所受轴向荷载设计值为:3G=3588=1764KN 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 3 3 1764 10 9584.9 0.856 215 c N cm f A = 取
16、lo=(1.21.5)H=1.354.5=6.08m 有等强度原理,ix=iy=lox/=loy/=6080/50=121.6mm 柱截面高 h= ix/1=121.6/0.43=282.8mm 柱截面宽度 b= iy/2=121.6/0.24=506.7mm 综合以上条件初步选择焊接工字型柱截面型号为:4004001828 截面特征值为:AS=285.92cm 2 Ix=93000cm 4 ix=17.7cmWx=4490cm 3 Iy=31000 cm 4 iy=10.2cmWx=1530 cm 3 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: pc W 为
17、柱的塑性截面抵抗矩 pb W 为主梁的塑性截面抵抗矩 N为柱计算处所受轴力 C A 为柱的截面面积 主梁的塑性截面抵抗矩为: 322 2863179)17 2 600 (11)17600(20017) 2 ()(mmt h tthtbW wpb =+=+= 柱的塑性截面抵抗矩为: 223 400 ()()28 400 (40028) 18 (28)4698912 22 pcw h Wtb htttmm=+=+= 验算强柱弱梁: 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 9 pbx C pc fW A N fW)( 3 3 1764 10 (210)1.05 210 2863179 2859
18、2 4257 pc pc W Wcm 满足要求。 (4)结构其它构件的确定 从建筑节能、防火、抗震等因素出发确定墙体材料、厚度及构造式 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。 2.22.22.22.2 结构计算简图结构计算简图结构计算简图结构计算简图 2.2.12.2.12.2.12.2.1计算简图计算简
19、图计算简图计算简图 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1.65m。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 0.48m,标准层高为4.5m,因此,底层柱计算高度取1.5+0.48+4.5=6.48m,其它各 层柱的计算高度取层高4.5m 2.2.12.2.12.2.12.2.1.1.1 .1.1 框架恒载、活载
20、简图框架恒载、活载简图框架恒载、活载简图框架恒载、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:作恒载计算简图 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 10 恒载计算简图 2-1 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 1 P 次梁传到主梁上的集中力: 1 (4 3.580.66) 7.558.7 2 KN+= 外墙重: = 94.80KN 求 1 P 次梁传到主梁上的集中力: 1 P= 112.4KN 求 2 P 次梁传到主梁上的集中力: 1 (4 3.580.66
21、) 7.558.7 2 KN+= 外墙重:(4.57.5-42.5 )0.198.0= 36.1KN 2 P= 94.80KN 求 2 P 2 P= 1 P= 112.4KN 求 3 P 1 P (4 3.580.66) 7.5112.4KN+= 1 (46.440.66)7.5102 2 KN+= KN1 .368.019.0)5.245 .75.4(= 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 11 次梁传到主梁上的集中力: 3 P= 102KN 求 3 P 次梁传到主梁上的集中力:(46.44+0.66)7.5=198.2KN 3 P= 198.2KN 主梁自重:1.034 KN/m
22、 I:恒载作用下的简图如下: 恒载作用下的简图 2-2 II:作活载计算简图 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 12 活载作用下的简图 2-3 方法同恒载计算,主梁只有次梁传递的活载集中力。 P1=40.54.07.5=60KN P1=447.5=120KN P2=40.54.07.5=60KN P2=447.5=120KN P3=40.50.57.5=7.5KN P3=40.57.5=15KN 活载简图如下: 文天学院 2012 届本科生毕业设计(论文) 13 2.2.12.2.12.2.12.2.1.2.2 .2.2 框架水平地震作用简图框架水平地震作用简图框架水平地震作用简图
23、框架水平地震作用简图 1).1).计算各层重力荷载代表值。计算各层重力荷载代表值。 i:底层 .墙和门窗重计算: 外墙高为 h=4.5m 外墙长=52.52+242=153m 外墙宽=0.190m 外墙毛体积:1534.50.19=130.82 3 m 内墙毛体积:54.50.19+94.50.19=11.97 3 m 门洞口面积计算:3722.5=185 窗洞口面积计算1832.4=129.6 门重(选用木门)0.2KN/ 窗重(选用钢框玻璃窗)0.5KN/ 重G=(130.82+11.97)8-1850.5-129.60.2=1024KN .楼板重: .车间楼板、仓库、更衣间、门厅及辅助用
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