鋼結構計算書范例.doc

摘要 本工程為三層鋼框架超市設計 長 64 00m 寬 30 00m 層高為 4 5m 建筑高度為 14 4 建筑面積 5760 00m2 綜合運用所學專業(yè)知識 進行了鋼結構建筑設計和結構設m 計 主體采用鋼框架結構 鋼筋混凝土現澆樓板 首先確定結構方案并進行荷載統(tǒng)計 梁柱截面選擇及剛度驗算 計算恒載 活載作用下的框架內力 然后計算風載 地震作 用下的框架內力 經內力組合后得出構件的最不利組合內力 最后進行梁 柱截面驗算 節(jié)點設計 樓板 樓板配筋計算 繪制施工圖 計算豎向荷載效應時采用分層法 計算 水平荷載效應時采用 D 值法 在荷載組合時 考慮以可變荷載效應控制的組合和以永久 荷載效應控制的組合方式 在活荷載計算過程中 采用滿布荷載法 框架節(jié)點設計采用 栓焊混合的連接方式 關鍵詞 建筑設計 鋼框架 內力分析 節(jié)點設計 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 錄 前言 1 第 章 建筑設計 2 1 1 設計任務和設計要求 2 1 1 1 設計任務 2 1 1 2 設計要求 2 1 2 建筑物所處的自然條件 2 1 2 1 氣象條件 2 1 2 2 地形 地質及地震烈度 2 1 2 3 水文 3 1 3 建筑物功能與特點 3 1 3 1 平面設計 3 1 3 2 立面設計 3 1 3 3 防火 3 第 2 章 結構設計 4 2 1 結構方案選型及布置 4 2 1 1 柱網布置 4 2 1 2 結構形式選擇 4 2 1 3 樓板形式選擇 4 2 2 荷載計算 4 2 2 1 恒荷載標準值 5 2 2 2 活荷載標準值 5 2 2 3 風壓標準值 5 2 2 4 雪荷載標準值 6 2 2 5 地震作用 6 2 3 豎向荷載計算 6 2 3 1 屋面恒荷載 6 2 3 2 樓面恒荷載 6 2 3 3 屋面活荷載 7 2 3 4 樓面活荷載 7 2 4 風荷 載計算 8 2 5 內力分析 9 2 5 1 截面初選 9 2 6 內力計算 12 2 6 1 豎向荷載標準值作用下 12 2 6 2 風荷載作用下的內力計算 18 2 7 水平地震作用下結構各層的總重力荷載代表值計算 20 2 7 1 墻自重 20 2 7 2 梁 柱重力荷載標準值匯總 21 2 7 3 集中于各樓層標高處的重力荷載代表值 Gi 22 2 7 4 水平地震作用下框架內力合側移的計算 22 2 7 5 水平地震作用下框架內力計算 25 2 8 內力組合 28 2 9 結構構件驗算 33 2 9 1 框架柱的驗算 33 2 9 2 框架梁的驗算 37 2 10 框架連接設計 39 2 10 1 主梁與中柱 Z 1 的連接 39 2 10 2 次梁與主梁的鉸接連接 40 2 11 柱腳設計 42 2 11 1 中柱柱腳的設計 42 2 11 2 邊柱柱腳的設計 44 2 12 樓板計算 47 總結 49 參 考 文 獻 50 致 謝 詞 52 前言 本次畢業(yè)設計是大學教育培養(yǎng)目標實現的重要步驟 是畢業(yè)前的綜合學習階段 是 深化 拓寬 綜合教學成果的重要過程 是對大學期間所學專業(yè)知識的全面總結 本次 設計使理論和實際很好的結合起來 提高了分析 解決工程實際問題的能力 培養(yǎng)了學 生嚴謹 求實 細致 認真和吃苦耐勞的工作作風 為以后更好的學習和工作奠定了堅 實的基礎 在畢業(yè)設計期間 我重新復習了 房屋建筑學 鋼結構 結構力學 建筑結構 抗震設計 等課本知識 并查閱了 抗震規(guī)范 鋼結構規(guī)范 荷載規(guī)范 等相關規(guī) 范 在畢業(yè)設計過程中 我們通過所學的基本理論 專業(yè)知識和基本技能進行了建筑 結構的具體設計 現在畢業(yè)設計任務已圓滿完成 在此 對校領導 老師及在此期間關 心我?guī)椭业乃型瑢W們表示衷心的感謝 本設計包括建筑設計和結構設計兩大部分 敘述內容包括設計原理 方法 規(guī)范 規(guī) 章 設計技術要求和計算表格 其中 建筑設計部分由平面設計 立面設計 功能分區(qū) 采光和防火安全的要求等部分組成 結構部分由荷載計算 內力分析 內力組合 節(jié)點 和柱腳設計等部分組成 畢業(yè)設計的三個月里 在指導老師的幫助下 經過資料查閱 設計計算 論文撰寫以及外文的翻譯 加深了對新規(guī)范 規(guī)程 手冊等相關內容的理解 鞏固了專業(yè)知識 提高了綜合分析 解決問題的能力 在繪圖時熟練掌握了天正建筑 AutoCAD PKPM 等建筑軟件 這些都從不同方面達到了畢業(yè)設計的目的與要求 鞏固 了所學知識 第 章 建筑設計 建筑設計是在總體規(guī)劃的前提下 根據任務書的要求綜合考慮基地環(huán)境 使用功能 材料設備 建筑經濟及建筑藝術等問題 著重解決建筑物內部各種使用功能和使用空間 的合理安排 建筑與周圍環(huán)境 與各種外部條件的協調配合 內部和外表的藝術效果 各個細部的構造方式等 創(chuàng)造出既符合科學性又具有藝術的生產和生活環(huán)境 建筑設計在整個工程設計中起著主導和先行的作用 除考慮上述各種要求以外 還 應考慮建筑與結構 建筑與各種設備等相關技術的綜合協調 以及如何以更少的材料 勞動力 投資和時間來實現各種要求 使建筑物做到安全 適用 經濟 美觀 1 1 設計任務和設計要求 1 1 1 設計任務 本設計的主要內容是建材超市的設計 作為一個購物的空間設計 要在平面規(guī)劃中 自始至終遵循實用 功能需求和人性化管理充分結合的原則 在設計中 既結合顧客購 物需求和員工工作流程 科學合理的劃分功能區(qū)域 也要考慮顧客流線和送貨流線相互 干擾 材料運用簡潔 大方 耐磨 環(huán)保的現代材料 在照明采光上使用輔助照明 采 用輔助通風和空調系統(tǒng) 經過精心設計 建筑在滿足功能需要的同時 又簡潔 大方 美觀 1 1 2 設計要求 建筑法規(guī) 規(guī)范和一些相應的建筑標準是對該行業(yè)行為和經驗的不斷總結 具有指 導意義 尤其是一些強制性規(guī)范和標準 具有法定意義 建筑設計除了應滿足相關的建 筑標準 規(guī)范等要求之外 原則上還應符合以下要求 1 滿足建筑功能要求 2 符合所在地規(guī)劃發(fā)展的要求并具有良好的視覺效果 3 采用合理的技術措施 4 提供在投資計劃所允許的經濟范疇內運作的可能性 1 2 建筑物所處的自然條件 1 2 1 氣象條件 建設地區(qū)的溫度 濕度 日照 雨雪 風向 風速等是建筑設計的重要依據 例如 炎熱地區(qū)的建筑應考慮隔熱 通風 遮陽 建筑處理較為開敞 在確定建筑物間距及朝 向時 應考慮當地日照情況及主要風向等因素 1 2 2 地形 地質及地震烈度 基地的地形 地質及地震烈度直接影響到房屋的平面組織結構選型 建筑構造處理 及建筑體型設計等 地震烈度 表示當地發(fā)生地震時 地面及建筑物遭受破壞的程度 烈度在 6 度以下時 地震對建筑物影響較小 一般可不做抗震計算 9 度以上地區(qū) 地震破壞力很大 一般應 盡量避免在該地區(qū)建筑房屋 建筑物抗震設防的重點是 7 8 9 度地震烈度的地區(qū) 本 工程為 8 度 在設計過程中應考慮抗震設防各方面的要求 1 2 3 水文 水文條件是指地下水位的高低及地下水的性質 直接影響到建筑物基礎及地下室 一般應根據地下水位的高低及地下水位性質確定是否在該地區(qū)建筑房屋或采用相應的防 水和防腐措施 本工程地下水位埋深為 8 4 9 6 對建筑物的影響很小 可不考慮水質m 對基礎混凝土的侵蝕 1 3 建筑物功能與特點 設計內容 此建筑為建材市場 以顧客購物為主 此建筑總建筑面積為 5760 00m2 1 3 1 平面設計 建筑朝向為南北向 平面布置滿足長寬比小于 5 I 型平面布置 東西 南北方向分 別采用 8 0 及 10 0 柱距 滿足建筑開間模數和進深的要求 m 1 3 2 立面設計 該建筑立面為了滿足采光和美觀需求 采用較大尺寸窗戶和雙層彩色壓型鋼板作為 維護結構 1 3 3 防火 防火等級為二級 安全疏散距離滿足建筑物內任意一點至外部出口或封閉樓梯間最 大距離小于 35m 滿足設計要求 第 2 章 結構設計 2 1 結構方案選型及布置 2 1 1 柱網布置 柱網尺寸首先應最大限度的滿足建筑使用功能的要求 然后根據造價最省的原則 充分考慮加工 安裝條件等因素綜合確定 由于鋼結構承載能力高而質量輕 與鋼筋混 凝土結構相比 鋼結構應采用較大柱網尺寸 在節(jié)約造價的同時 提高房屋的利用率 綜合以上條件 橫 縱柱網尺寸均取為 8 0 及 10 00 m 2 1 2 結構形式選擇 建筑物的結構形式應滿足傳力可靠 受力合理的要求 多層鋼結構建筑 可采用純 鋼結構形式 框架應雙向剛接 如果結構剛度要求較高 純框架難以滿足要求 可采用 支撐框架形式 由于本工程位于 8 度抗震設防 但結構只有 3 層 高度只有 14 4 含m 女兒墻 結構形式比較規(guī)則 結構剛度要求不太高 純框架形式很容易滿足 經濟性能 優(yōu)于框架支撐體系 故采用框架結構形式 2 1 3 樓板形式選擇 樓板的方案選擇首先要滿足建筑設計的要求 其自重要小 而且應保證樓蓋有足夠 的剛度 常見形式有鋼筋混凝土現澆樓板 預制樓板 壓型鋼板組合樓板 考慮本工程 為超市的整體性該設計采用現澆樓板 2 2 荷載計算 根據結構方案的特點 可取一榀典型框架作為計算單元 這里取 5 軸框架進行計算 柱底標高取 1 45 圖中結構層標高為板頂標高 建筑層高為 4 5 一層高度為mm 4 5 0 45 4 95 基礎埋深為 1 計算簡圖如圖所示 圖 2 2 1 結構計算簡圖 2 2 1 恒荷載標準值 1 屋面 現澆 20 厚 C20 細石混凝土 0 25 knm 50 厚聚苯乙烯泡沫塑料板 20N SBS 防水卷材 二氈三油 3 20 厚 1 3 水泥砂漿 4 20 厚 1 3 細石混凝土 20 2k 80 厚現澆鋼筋混凝土 85 頂棚及吊掛荷載 3 m 合計 2 2 樓面 樓面地轉 2 5 厚 1 1 水泥砂漿粘結層 20 5 1kN 15 厚 1 3 水泥砂漿打底 3 80 厚現澆鋼筋混凝土 8m 頂棚及吊掛荷載 2 k 合計 3 內墻 噴內墻涂料 2 0 1N 5 厚 1 0 3 3 水泥石灰混合砂漿面層 25 k 15 厚 1 1 6 水泥石灰砂漿打底 3m 200 厚加氣混凝土砌塊 15 厚 1 1 6 水泥石灰砂漿打底 20 12 5 厚 1 0 3 3 水泥石灰混合砂漿面層 5 k 噴內墻涂料 N 合計 29 內墻自重為 偏于安全地取 5 高 m1 26 m 4 外墻 彩色鋼板夾聚苯乙烯保溫板 2 0 5k 墻面單位面積的功力荷載為 外墻自重為 取 5 1 N 女兒墻 高度為 0 9 自重為 m93 m 2 2 2 活荷載標準值 樓面 2 5 k 消防樓梯 不上人屋面 0 N 2 2 3 風壓標準值 風壓標準值 按 50 年一遇西安地區(qū)值 2 35km 地面粗糙度類別 C 類 風載體形系數 按荷載規(guī)范 2 2 4 雪荷載標準值 雪荷載標準值 按 50 年一遇西安地區(qū)值 2 0 5kNm 準永久分區(qū) 雪荷載不與活荷載同時組合 取其中的最不利組合 由于本工程雪荷 載較小荷載組合時直接取活荷載進行組合 而不考慮與雪荷載的組合 2 2 5 地震作用 本工程抗震設防烈度為 8 度 0 20g 設計地震分組為第一組 在計算中要考慮地震作 用 2 3 豎向荷載計算 根據以上荷載情況和荷載布置圖 荷載按下面原則取值 樓板的恒荷載和活荷載按 照單向板的導荷方式 轉化為均布荷載 傳給次梁 再由次梁傳給主梁 內墻上的荷載以均 布荷載的形式傳給主梁 主梁再把該荷載及其自重導在框架柱上 外墻的荷載以均布荷 載的形式傳給墻梁 墻梁及其自重以集中力的形式導在節(jié)點上 荷載以集中力的形式導 在節(jié)點上 5 軸框架計算簡圖如圖 圖 2 3 1 5 軸框架計算簡 2 3 1 屋面恒荷載 1 集中荷載 1 13 點集中力 0 183 6210 246 39KN 其余點集中力 59 2 3 2 樓面恒荷載 1 集中荷載 1 13 點集中力 4 95102 86KN 其余點集中力 73 2 均布荷載 內墻荷載 8 6 KNm 樓面恒荷載作用下的計算簡圖如圖所示 偏心距 e 邊柱翼緣 2 0 6 2 0 3 力矩 0 34691 2 85 圖 2 3 2 樓面恒荷載作用下的計算簡圖 2 3 3 屋面活荷載 1 13 點集中力 0 512 6 5KN 其余點集中力 2 3 4 樓面活荷載 1 13 點集中力 3 43 7 其余點集中力 510285 偏心距 e 0 3m 力矩 625187KN 4 樓面活荷載作用下的計算簡圖如圖所示 圖 2 3 3 樓面活荷載作用下的計算簡圖 2 4 風荷載計算 風壓標準值計算公式 0z zs 因結構高度 所以 H 4 59 3m 1z 迎風面 背風面 所以風荷載體型系數 s 08s 5s 30 1 s 查荷載規(guī)范 將風荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中力 如表所示 其中 Z 為z 框架節(jié)點至室外地面的高度 A 為一榀框架各層節(jié)點的受風面積 結果如圖表所示 表 2 4 1 風荷載計算 層數 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 圖 2 4 1 左風荷載作用下的計算簡圖 2 5 內力分析 框架梁柱承受的荷載都比較大 故在材料選用時應優(yōu)先考慮強度較高的鋼材 本工 程的內力比較大 可相應的取強度高的鋼材 主梁和柱子采用 Q345 鋼材材料性能應能滿 足 低合金高強度結構鋼 GB T1591 的要求 焊接材料應于鋼材相適用 手工焊采用 E50 系列焊條 滿足 低合金鋼焊條 GB T5118 的要求 自動焊和半自動焊的焊絲應滿 足 熔化焊用鋼絲 GB T14957 的要求 2 5 1 截面初選 2 5 1 1 主梁 工字型梁的截面高而窄 在主軸平面內截面模量較大 樓板可以視為剛性鋪板 沒 有整體穩(wěn)定性問題 截面只需滿足強度 剛度和局部穩(wěn)定的要求 故本工程的主次梁截 面均采用工字型截面 并優(yōu)先采用窄翼緣 H 型鋼 HN 系列 其經濟性好 本工程梁的跨 度均為 810000 高跨比取 1 12 1 20 即為 500 833mm 標準層 L 1 的內力計算如圖所示 圖 2 5 1 標準層 L 1 的內力計算圖 圖 2 5 2 標準層 L 1 彎矩圖 2xM310 nfNmW x1 05 2w75c 選用 HN 500 200 10 16 2nxw87c 頂層 L 2 的內力計算如圖所示 圖 2 5 3 頂層 L 2 的內力計算圖 圖 2 5 4 頂層 L 2 的彎矩圖 2xM310 nfNmW x1 05 2w78 6c 選用 HN450 200 9 14 2nxw 4c 標準層 L 1 選用 HN 500 200 10 16 頂層 L 2 選用 HN450 200 9 14 2 5 1 2 框架柱 柱截面可以通過預先假定柱子的長細比來實現 設計時可以先估算柱在豎向荷載作 用下的軸力 N 以 1 2N 作為設計軸力按照軸心受壓構件來確定框架柱的初始截面 計算 得從屬單元如圖所示 圖 2 5 5 計算得從屬單元 計算柱的從屬單元 1 中柱 Z 1 中柱 Z 1 的從屬面積為 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 作為設計軸力 按照軸心受壓構件來確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 均為 b 類 查表 0 832 N9A f 22483 10 91 65 9m 選用 HW400 408 21 21 A 250 69cm2 對 x y 均為 b 類截面 yi 6 cmi 74c x230 x96 y y 8 故 22 7 f 310 mNAN 2 邊柱 Z 2 邊柱 Z 2 的從屬面積為 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 作為設計軸力 按照軸心受壓構件來確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 均為 b 類 查表 NA f A 1102 56 1000 0 533 0 09 310 7414 31mm 選用 HW400 400 13 21 A 218 69cm2 ix 17 43cm iy 10 12cmxx 0 95 y386 22 1 7 m310 NAN 中柱選用 HW 400 408 21 21 邊柱選用 HW 400 100 13 21 2 6 內力計算 2 6 1 豎向荷載標準值作用下 1 恒荷載作用下的內力計算 豎向荷載下內力計算采用分層法 在豎向荷載作用下 多層框架的側移較小且各層 荷載對其他各層的水平構件的內力影響不大 可忽略側移的影響 把每層按無側移框架 用分層法進行計算 非底層的柱 其實際的約束條件并非完全固定 而是彈性約束 故 對非底層的柱 其線剛度乘以 0 9 的修正系數 同時其傳遞系數為 1 3 底層中柱 Z1 的線剛度為 i EI h1 206 1000000 70722 5 92 100000000 24485 26KNm 標準層中柱 Z1 的線剛度為 i EI h1 206 1000000 70722 4 500000000 32374 96KNm 底層邊柱 Z2 的線剛度為 i EI h1 206 1000000 66455 5 95 100000000 23006 22KNm 標準層中柱 Z2 的線剛度為 i EI h1 206 1000000 66455 4 5 100000000 30419 3KNm 標準層 L 1 梁的線剛度為 i EI h1 206 1000000 45685 10 100000000 9411 11KNm 頂層 L 2 梁的線剛度為 i EI h1 206 1000000 39628 10 100000000 8163 37KNm 框架線剛度如圖所示 圖 2 6 1 框架線剛度圖 頂層 計算簡圖 力矩分配過程力矩圖如圖所示 圖 2 6 2 頂層計算簡圖 圖2 6 3 頂層單跨彎矩圖 圖 2 6 4 頂層力矩分配圖 圖 2 6 5 頂層力矩分配后彎矩圖 標準層 計算簡圖 同樣根據力矩分配求出矩圖 圖 2 6 6 標準層計算簡圖 圖 2 6 7 標準層單跨彎矩圖 圖 2 6 8 標準層力矩分配后彎矩圖 底層 計算簡圖和力矩圖如下 3 圖 2 6 9 底層計算簡圖 圖 2 6 10 底層力矩分配圖 2 樓面活荷載作用下的內力計算 同樣可以做出活載作用下的內力計算可得到活載作用下各層的力矩圖 A 頂層 圖 2 6 11 活載作用下頂層力矩圖 B 標準層 圖 2 6 12 活載作用下標準層力矩圖 C 底層 圖 2 6 13 活載作用下底層力矩圖 2 6 2 風荷載作用下的內力計算 標準值 zsz0 因為高度 H 4 5 2 4 95 13 95 30m H 13 1 5 所以 z1 0s 8迎 風 s 5 背 風 風載體型系數 s 3 0 表 2 6 1 風荷載作用下的內力計算 層數 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 左風荷載作用下的計算簡圖及線剛度如圖所示 圖 2 6 左風荷載作用下的計算簡圖 因為梁柱的線剛度比 所以風荷載的計算方法宜用 D 值法 3 計算各柱剪力 首先計算 D 值 21cjkjih 底層 941 306 4K1邊 5 1 38C 2 0 38 2 59 6 kn m邊 K 9411 11 2 24485 26 0 771D中 07 0 4C 621 4613817 中 二層 K 9411 11 2 30419 3 2 0 312邊 0 3 0 C 62 1 249 1 534 9 DKNM邊 K 9411 11 4 32374 9692 0 582中 c 58 6220 370 0 7 中 三層 D3 邊 K 8163 37 2 30419 3 2 0 27 c 2 1620 1 349 0 5 3 kn m邊3中 K 8163 37 4 32374 96 2 0 5 c 5 623 0 2 1374 9 10 5387 0 DKNM 中 計算剪力 jjkFV V1 邊 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 邊 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 邊 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 計算反彎點高度 表 2 6 2 反彎點高度計算 反彎點高度 層次 層高 Y 邊 Y 中 邊 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 風荷載作用下的位移驗算 表 2 6 3 風荷載作用下位移驗算 風荷載作用下位移驗算 層 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 由表可見 最大的層間位移角發(fā)生在第 1 層 其值為 0 000400959 1 300 0 0033 滿足 要求 經計算由于風荷載造成的彎矩剪力和軸向力相對其他荷載過于小所以在內力組合是 不講風載計算在內 2 7 水平地震作用下結構各層的總重力荷載代表值計算 2 7 1 墻自重 一 外墻 彩色鋼板夾聚苯乙烯保溫板 240 厚 則墻面單位面積的重力荷載為 1 92kn m2 1 底層 1 A D 軸線上的墻面積 8 4 95 8 2 633 6M2 2 1 9 軸線上墻的面積 10 4 95 3 2 297M2 合計 633 6 297 930 6M 2 則底層外墻自重為 930 6 1 92 1734 9KN 2 標準層和頂層 1 A D 軸線上的墻面積 8 4 5 8 2 576M2 2 1 9 軸線上墻的面積 10 4 5 3 2 270M2 合計 576 270 846M2 則標準層外墻自重為 1 92 846 1624 32KN 3 女兒墻 8 0 9 8 2 115 2M2 10 0 9 3 2 54M2 合計 115 2 54 169 2M2 自重 1 92 169 2 324 9kn 二 內隔墻 采用 200 厚蒸壓加氣砼砌塊 兩側均為 20 厚抹灰 噴內墻涂料 墻35 kNmm 面單位面積荷載為 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 柱重力荷載標準值匯總 表 2 7 1 梁 柱重力荷載標準值匯總 類別 層次 H 型鋼規(guī)格 G l Gi Li n Gi 3 層 HN450 200 9 14 0 74 8 10 5 95 7 4 32 27 189 4 199 8 主梁 1 2 層 HN500 200 10 16 0 74 8 10 5 92 7 4 32 27 189 4 199 8 3 層 HN450 150 8 13 0 55 8 4 4 72 316 8 次梁 1 2 層 HN400 150 8 13 0 55 8 4 4 72 316 8 2 3 層 HW400 400 13 21 1 71 4 5 7 69 18 138 42 邊柱 1 層 HW400 400 13 21 1 71 4 5 8 64 18 152 28 2 3 層 HW400 408 21 21 1 96 4 5 8 82 18 158 76 中柱 1 層 HW400 408 21 21 1 96 4 955 9 70 18 174 6 2 7 3 集中于各樓層標高處的重力荷載代表值 Gi 根據 抗震規(guī)范 GB50011 2001 第 5 1 3 條 頂層的荷載代表值包括 屋面荷載 50 的屋面雪荷載 頂層縱墻框架自重 頂層半層墻柱自重 其它層重力荷載代表值包括 樓面恒載 50 樓面均布荷載 該層縱墻框架橫梁自重 該層上下各半層柱及墻體自重 各樓層重力荷載代表值 Gi 確定如下 頂層 梁 G 主梁 次梁 189 4 199 8 316 8 706kn 柱 G 頂層邊柱 頂層中柱 2 138 42 158 76 2 148 59kn 墻 G 女兒墻 頂層外墻 頂層內墻 2 324 9 1624 32 777 6 2 1525 86kn 板 G 3 625 30 64 6958 08kn 雪荷載 G 0 25 30 64 480kn 雪荷載組合系數為 0 5 則頂層重力荷載代表值為 706 148 59 1525 86 6958 08 0 5 480 9578 53kn 底層 梁 G 主梁 次梁 189 4 199 8 316 8 706 柱 G 底層邊柱 底層中柱 2 2 層邊柱 2 層中柱 2 138 42 158 76 2 152 28 174 6 2 311 95KN 墻 G 底層外墻 底層內墻 2 2 層外墻 2 層內墻 2 1734 9 777 6 2 1624 32 777 6 2 2457 21KN 板 G 2 92 30 64 5606 4KN 均布荷載 G 3 5 30 64 6720KN 均布荷載組合系數為 0 5 則底層重力荷載代表值為 合計 706 311 95 2457 2 5606 4 6720 0 5 12441 56KN 2 7 4 水平地震作用下框架內力合側移的計算 2 7 4 1 橫向自振周期 1 質點重力荷載見圖 2 7 1 圖 2 7 1 結構質點重力荷載 單位 KN 2 水平地震力作用下框架的側移驗算 按頂點位移法計算框架的自振周期 頂點位移法是求結構基本頻率的一種近似方法 將結構按質量分布情況簡化為無限 質點的懸臂直桿 導出以直桿頂點位移表示的基頻公式 這樣 只要求出結構的頂點水 平位移 就可以按下式求得結構的基本周期 結構頂點假想位移 可以由下列公式計算 計算過程 TU 如表 2 5 nGikV 1 nijucD 1 nTk 7 式中 基本周期調整系數 考慮填充墻對框架自振周期影響的折減系數 框架結構T 取 0 6 0 7 該框架取 0 56 框架結構的頂點假想位移 在未求出框架的周期前 T 無法求出框架的地震力及位移 是將框架的重力荷載視為水平作用力 求得的假想框 架頂點位移 然后由 求出 再用 求出框架結構的底部剪力 進而求出框架各層剪11 力和結構真正的位移 第 i 層第 j 跟柱的抗側移剛度 ijD 按公式 4 4 計算基本周期 T 其中 Ut 量綱為 取m0 7T 1 7 0 560 89T 表 2 7 2 結構頂點的假想側移計算 層次 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 橫向地震作用計算 根據 建筑設計抗震規(guī)范 GB50011 2001 第 5 1 2 條規(guī)定 對于高度不超過 40 米 以剪切變形為主 且質量和剛度沿著高度方向分布比較均勻的結構 以及近似于單質點 體系的結構 可以采用底部剪力法等簡化方法計算抗震作用 因此本框架采用底部剪力 法計算抗震作用 在 類場地 8 度設防區(qū) 設計地震分組為第一組情況下 由 建筑設計抗震規(guī)范 GB50011 2001 表 5 1 4 1 和表 5 1 4 2 可查得 結構的特征周期 Tg 和水平地震影響系數最大值 max 8 度 多遇地震作用 為 Tg 0 35s max 0 16 1 結構總水平地震作用標準計算 1eqiG nEKF 1 niniijHG 式中 結構基本自振周期的水平地震影響系數值 1 結構等效總重力荷載 多質點可取總重力荷載代表值的 85 eq 頂部附加水平地震作用 nF 頂部附加地震作用系數 結構總水平地震作用標準值 EK 分別為質點 i j 的計算高度 ijH 結構等效總重力荷由公式 7 5 計算得 kNGGieq 98 21 56 124365 9578 08 0 因為 19 4g T 所以考慮頂部附加水平地震作用 其附加地震作用系數 為 n 7 1 規(guī)范 8 2 2 條規(guī)定鋼結構在多遇地震下的阻尼比對不超過 12 層的鋼結構可以采用 0 035 0 92 2 6 1maxg 04T 所以對于多質點體系 結構底部縱向水平地震作用標準值 ek1eq 291 83 FGKN 附加頂部集中力 ekn 0 4 4 kn ek38 2310F 各質點的水平地震作用按公式計算 將 代入式 EKF 1234 7ni iijFGH 各樓層地震剪力按 計算 niKjV 表 2 7 3 各質點橫向水平地震作用 各樓層地震剪力及樓層間位移計算表 層 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 最大位移發(fā)生在第一層 其樓層最大位移與樓層高之比 小于 建筑設計抗震規(guī)范 GB50011 2001 第0 91 30260 365 5 5 1 條規(guī)定的位移極限值 1 300 滿足位移要求 e 2 7 5 水平地震作用下框架內力計算 一 框架第 層 J 柱分配到的剪力 以及該柱上 下端的彎矩 和 分別按下列各式ijVuijMbij 計算 1ijijinjjDV biiMyh ujj 0123 其中 為標準反彎點高度比 可由查表得 本設計中 底層柱只需考慮修正值 第二y 2y 層柱需考慮修正值 3y 二 框架柱剪力和柱端彎矩計算采用 D 值法 計算過程見下表 三 梁端彎矩 剪力及軸力分別按下式計算 lLubbijijrMi ruubbijijli 12bbMVL nribkiNk 由計算簡圖計算得 具體過程見表 表 2 7 4 各層邊柱柱端彎矩及剪力計算 層 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 各層中柱柱端彎矩及剪力計算 層 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 梁端彎矩 剪力及柱軸力的計算 邊梁 中梁 柱軸向力 層次 Mbl Mbr L Vb Mbl Mbr L Vb 邊柱 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 柱軸力中的負號表示拉力 當為地震作用時候 兩側兩根柱為拉力 對應的右側兩根柱為壓 力 2 表中 分別表示節(jié)點在右梁的彎矩單位為 lrbMkNm 3 式中 分別為節(jié)點在左 右梁的線剛度 單位為i 4 N 單位為單位為 L 單位為 單位為kNmbV 圖 2 7 2 橫向水平地震作用及樓層地震剪力 bM bMbVbV 圖 2 7 3 梁端彎矩 剪力計算簡圖LbMrbM1 bijM uijLbirbi 圖 2 7 4 梁端彎矩 剪力計算簡圖 圖 2 7 5 地震作用下的框架彎矩圖 圖 2 7 6 框架結構梁端剪力 軸力圖 2 8 內力組合 在進行荷載組合時 由于風荷載作用下的組合與考慮地震組合相比 一般較小 對于結 構設計不起控制作用 故不考慮 只考慮以下三種組合形式 一 由可變荷載效應控制的組合 12 4GKQSS 二 由永久荷載效應控制的組合 35 07KK 三 豎向荷載與水平地震作用下的組合 12 1 3GKQKESS 按上述原則這里對柱 Z1 Z2 和各層梁進行內力組合 Z1 表示中柱 Z2 表示邊柱 柱的控制界面為上下端截面 梁的控制截面為梁的兩端以及梁的跨中 梁端最不利內力 組合為 Mmax Mmax Vmax 梁跨中最不利內力組合為 Mmax 柱端最不利內力組合 為 Mmax 以及相應的 N V Nmax 以及相應的 M Nmin 以及相應的 M 內力具體組合過程 見表 其中彎矩 剪力 彎矩的上部受拉為負 剪力的產生順時針為正 km k 表 2 8 1 梁內力組合 荷載類別 內力組合 1 2 1 0 5 2 層次 桿件 截面 內力 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 邊跨 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 荷載類別 內力組合 1 2 1 0 5 2 層次 桿件 截面 內力 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 邊跨 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 層次 桿件 截面 內力 荷載類別 內力組合 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 邊跨 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 柱內力組合 荷載類別 內力組合 1 2 1 0 5 2 層次 桿件 截面 內力 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 邊柱 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 荷載類別 內力組合 1 2 1 0 5 2 層次 桿件 截面 內力 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 邊柱 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 荷載類別 內力組合 1 2 1 0 5 2 層次 桿件 截面 內力 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 邊柱