xx市xx区6层xx宾馆 土木工程钢结构毕业设计论文

'第一章建筑设计说明1.1工程概况1.1.1工程名称xx宾馆1.1.2结构形式钢结构框架形式，楼板采用组合楼板，围护结构采用ALC板及其它夹心板。1.1.3工程地点位于xx市南区xx路与xx路交叉口处，东邻xxx，北邻xxxx。拟建万豪宾馆（6F）1.1.4建筑规模：建筑面积约5000平方米，土建总投资900万元1.1.5工程地质条件（1）地形平坦，自然地表标高36.0m。（2）根据勘察报告，场区土层按自上而下顺序表述如下：含沙粘土，土层平均厚度0.4m，可塑，标准地基承载力特征值fak第141页 =150kPa，不宜作为天然地基持力层；残积土，土层平均厚度0.5m，可塑，标准地基承载力特征值fak=180kPa，不宜作为天然地基持力层；全风化角砾岩，土层平均厚度2.1m，遇水软化，地基承载力特征值fak=220kPa，可作为天然地基持力层；强风化角砾岩，土层平均厚度2.2m，遇水不易软化，地基承载力特征fak=400kPa，良好的地基持力层和下卧层；中风化角砾岩，土层厚度大，遇水不软化，地基承载力特征值fak=1000kPa，良好的地基持力层和下卧层。（3）拟建场地地下水为基岩裂隙水，勘查期间在勘探深度内各孔均未见地下水。（4）地基基础方案分析：宜采用天然地基，全风化角砾岩、强风化角砾岩或中风化角砾岩为地基持力层，建议采用-1.0m～－3.0m柱下独立基础。（5）抗震设防烈度为6度，拟建场地土类型为中硬场地土，场地类别为II类。（6）最大冻土深0.5m.1.1.6气象条件（1）气温（见下表）：月份123456789101112平均气温/℃-5-241318202428242013-3平均最低气温/℃-8-5.5-1-1-5（2）降水平均年降雨量：550mm雨量集中期：7月中旬至8月中旬基本雪压：0.20kN/m2（3）主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风。基本风压：0.60kN/m21.1.7其它技术条件建筑等级：耐久等级为II级,耐火等级II级，采光等级为III级。1.2使用功能说明第141页 本工程拟在xx市xx区建造一幢6层xx宾馆。本建筑为钢结构框架形式。平面形式为中心对称的Y型。本公寓从使用功能上可以分为私人住房和公共活动部分。私人住房部分房间开间4.2m，进深7.2m。南北通透，干湿分离。任一方位的房间均有窗。一层设置大型宴会厅，可容纳50人左右。小宴会厅可容纳10人左右。电梯正对正门，方便快捷。电梯两侧分别为两个双跑楼梯，楼梯间有窗可方便采光和通风。1.3结构设计造型本建筑结构设计平面上造型采用Y型。平面图和立面图如图1-1、2-2所示：图1-1平面图第141页 图1-2立面图1.4采光通风设计1.4.1建筑采光设计采用采光系数作为采光的评价指标，是因为它比用窗地面积比作为评价指标能更客观、准确地反映建筑采光的状况，因为采光除窗洞口外，还受诸多因素的影响，窗洞口大，并非一定比窗洞口小的房间采光好；比如一个室内表面为白色的房间比装修前的采光系数就能高出一倍，这说明建筑采光的好坏是由与采光有关的各个因素决定的，在建筑采光设计时应进行采光计算，窗地面积比只能作为在建筑方案设计时对采光进行估算。本工程建筑采光设计依据建筑采光设计标准_GBT50033—2001中窗地比来选择窗的大小。本工程要求采光等级为Ⅲ级，依据下表1-1所示，对于民用建筑侧面采光所用侧窗的采光比最小为1/5。第141页 表1-1采光等级侧面采光顶部采光侧窗矩形天窗锯齿形天窗平天窗民用建筑工业建筑民用建筑工业建筑民用建筑工业建筑民用建筑工业建筑Ⅰ1/2.51/2.51/31/31/41/41/61/6Ⅱ1/3.51/31/41/3.51/61/51/8.51/8Ⅲ1/51/41/61/4.51/81/71/111/10Ⅳ1/71/61/101/81/121/101/181/13Ⅴ1/121/101/141/111/191/151/271/23因此，选择各侧窗尺寸大小如表1-2所示：表1-2门窗表1.4.2建筑通风设计为了防止大量热、蒸汽或有害物质向人员活动区散发，防止有害物质对环境的污染，必须从总体规划、工艺、建筑和通风等方面采取有效的综合预防和治理措施。本工程建筑通风设计依据《GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范》进行设计。第141页 确定建筑物方位和形式时，宜减少东西向的日晒。以自然通风为主的建筑物，其方位还应根据主要进风面和建筑物形式，按夏季最多风向布置。本地区主导风向夏季为东南风，主体部分迎合进风面，以自然通风为主，在一定程度上达到节能减排的效果。设计局部排风或全面排风时，宜采用自然通风。当自然通风不能满足卫生、环保或生产工艺要求时，应采用机械通风或自然与机械的联合通风。凡属设有机械通风系统的房间，人员所需的进风量应满足规定。人员所在房间不设机械通风系统时，应有可开启外窗。住宅建筑无外窗的卫生间，应设置机械排风排入有防回流设施的竖向排风道，且应留有必要的进风面积，所以，本工程除了卫生间之外的房间，都设有可开启的外窗，而且大都满足门窗对应，易于空气对流。1.5防火安全疏散设计对于钢结构建筑物，由于钢材在高温作用下其强度会有明显的下降，所以为了保护人身和财产安全，进行防火安全设计是极其重要的。对于属于民用建筑的本工程，依据建筑设计防火规范（GBJ16－87）进行相关设计。1.5.1防火设计本工程的耐火等级为二级，根据《建筑设计防火规范》（GBJ16-87），耐火等级、层数、长度和建筑面积，防火分区的划分规定见表1-3所示。本工程每层楼梯口均设有防火门，满足火灾意外时安全疏散的作用，并且本工程共设有四个安全出口，满足民用建筑的安全出口分散布置的要求。每个防火分区、一个防火分区的每个楼层，其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不小于5.0m，满足要求。表1-3防火分区划分耐火等级最多允许层数防火分区的最大允许建筑面积（m2）备注按本规范第25001.第141页 一、二级1.0.2条规定体育馆、剧院的观众厅，展览建筑的展厅，其防火分区最大允许建筑面积可适当放宽。2.托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所不应超过3层或设置在四层及四层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。三级5层12001.托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所、老年人建筑和医院、疗养院的住院部分不应超过2层或设置在三层及三层以上楼层或地下、半地下建筑（室）内。2.商店、学校、电影院、剧院、礼堂、食堂、菜市场不应超过2层或设置在三层及三层以上楼层。四级2层600学校、食堂、菜市场、托儿所、幼儿园、老年人建筑、医院等不应设置在二层。地下、半地下建筑（室）500－防火分区最大建筑面积，而本工程单层最大建筑面积为919㎡，满足耐火等级二级的要求。1.5.2疏散设计在进行安全疏散设计时应该遵行的原则：(1)疏散路线要简洁明了，便于寻找、辨别;(2)疏散路线要做到步步安全。疏散路线一般可分为四个阶段：第一阶段，从房间内到房间门；第二阶段，公共走道中的疏散；第三阶段，在楼梯间内的疏散；第四阶段，出楼梯间到室外等安全区域的疏散。这四个阶段每一步都得安全设计，以保证不出现“逆流”，疏散路线的尽端必须是安全区域。(3)疏散路线设计时要符合人们的习惯性要求；(4)尽量不使疏散路线和扑救路线相交叉，安全疏散门要外开。根据《建筑设计防火规范》（GBJ16-87），民用建筑的安全出口应该分散布置。每个防火分区、一个防火分区的每个楼层，其相邻2第141页 个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5m。本工程在首层设了四个安全出口，满足规范要求，安全疏散距离的规定如表1-4所示。表1-4安全疏散距离名称位于两个安全出口之间的疏散门位于袋形走道两侧或尽端的疏散门耐火等级耐火等级一、二级三级四级一、二级三级四级托儿所、幼儿园2520—2015—医院、疗养院3530─2015─学校3530—2220—其它民用建筑403525222015安全疏散距离是指房门至外部出口或封闭楼梯间的最大距离：(1)当房间位于两个外部出口或楼梯间之间的房间，此最大距离应小于等于40m;(2)位于袋形走道两侧或尽端的房间，此最大距离应小于等于22m。本工程满足规范要求。规范规定：疏散走道、楼梯最小宽度不应小于1.1m，本工程的走道净宽1.6米,梯段宽度1.2米,均满足要求。首层疏散外门每个外门净宽不小于1.20米，本工程设计是满足要求的。规范规定：疏散楼梯间为封闭楼梯间，应设乙级防火门，并向疏散方向开启，疏散楼梯的最小净宽为1.20米，不需设消防电梯。本工程设的是封闭楼梯间，楼梯净宽1.20米，所以不用设消防电梯。1.6排水设计1.6.1屋面排水内天沟断面尺寸300×200mm（）其中一侧汇水面积为，查青岛暴雨降水强度约为101mm/h，设计流量为，屋面天沟排水属于明渠排水，天沟水流流速可按明渠均匀流公式计算：，其中—天沟水流速，；—天沟粗糙系数，与天沟材料及施工情况有关，对于普通水泥砂浆抹面取；第141页 —水力半径，m，，为积水深度；—天沟坡度，构造要求需要大于0.003，此处取0.01；所以天沟允许泄流量为1.6.2落水管及落水斗落水管采用PVC材料，管径为100mm的圆管，此管径雨水落管最大允许排水量为，落水管间距一般为18—24m,该建筑的落水管最大间距为16m<24m,满足要求，且满足单根落水管汇水面积不超过的要求。雨水斗采用87型雨水斗，直径取100mm，此雨水斗最大允许泄水量。1.7其它专用的特殊要求的构造设计1.7.1无障碍设计为确保行动不便者能够安全且方便使用建筑物及其设施，应该在建筑物中进行无障碍设计，根据无障碍环境建设的用途和目的，无障碍设计应综合考虑其所获得的经济效益、社会效益和环境效益。根据无障碍环境建设的用途和目的，无障碍设计应综合考虑其所获得的经济效益、社会效益和环境效益。对于一个建筑物，最能体现无障碍设计的地方就是建筑物无障碍入口，公共建筑与高层、中高层建筑入口设台阶时，必须设轮椅坡道和扶手。建筑入口轮椅通行平台最小宽度符合表1-5的规定。表1-5入口平台宽度建筑类别入口平台最小宽度（m）1大、中型公共建筑≥2.002小型公共建筑≥1.503中、高层建筑、公寓建筑≥2.004多、低层无障碍住宅、公寓建筑≥1.505无障碍宿舍建筑≥1.50第141页 本宾馆属于第四类的多、低层无障碍住宅、公寓建筑，入口坡道平台宽度设计为1.5m，并且无障碍入口和轮椅的通行平台应设雨篷（在建筑图纸中没有表示出入口坡道的雨篷）。不同位置的坡道，其宽度和坡度应符合表1-6的规定。表1-6不同位置的坡度和宽度坡道位置最大坡度最小宽度（m）1有台阶的建筑入口2只设坡道的建筑入口3室内走道4室外通路5困难地段1:121:201:121:201:10~1:8≥1.20≥1.50≥1.00≥1.50≥1.20本宾馆属于有台阶的建筑入口，应满足最大坡度1:12，最小宽度大于等于1.20m，本宾馆设计坡度为1:15宽度为1.5m，均满足规范要求。坡道起点、终点以及中间休息平台的水平长度均不应小于1.5m，本公寓入口坡道的休息平台长度设计为1.5m，满足规范要求。此外，坡道面应平整，不应光滑。1.7.2楼梯设计民用建筑设计通则中要求楼梯设计时，楼梯的数量、位置、宽度以及楼梯间的形式应满足使用方便和安全疏散的要求。本公寓共有两部楼梯，两部楼梯分散布置，方便使用。墙面至扶手中心线或者扶手中心线之间的水平距离叫作楼梯梯段宽度，除了应该符合防火规范的规定外，供日常主要使用的楼梯的梯段宽度应该根据建筑物使用特征，按每股人流为0.55+（0~0.15）m的人流股数确定，并不应少于两股人流。其中0~0.15m为人流在行进中人体摆幅.公共建筑人流众多的场所应该取上限值。本建筑双跑楼梯的梯段宽度取为1.3m，其中井宽取为100mm，均满足规范要求。第141页 规范规定，每个梯段的踏步不应超过18级，而且不应该少于三级。本工程双跑楼梯的每个梯段的踏步均为11级，满足规范的要求。楼梯平台的上部及下部过道处的净高不应该小于2m，梯段净高不宜小于2.20m。本工程的两部楼梯的通道净高均为3.3m，满足规范的要求。楼梯应该至少一侧设扶手，楼梯净宽达到三股人流时应该在两侧设扶手，达到四股人流时宜加设中间扶手。本工程楼梯均考虑两股人流，在楼梯井处设置一侧扶手，且扶手的高度设计为900mm。楼梯踏步的高宽比应符合表1-7的规定。表1-7楼梯踏步最小宽度和最大高度楼梯类别最小宽度（m）最大宽度（m）住宅共用楼梯0.260.175幼儿园、小学校等楼梯0.260.15电影院、剧场、体育馆、商场、医院、旅馆和大中学校等楼梯0.280.16其他建筑楼梯0.260.17专用疏散楼梯0.250.18服务楼梯、住宅套内楼梯0.220.20本公寓的楼梯踏步宽度取为300mm高度取为150mm，并且踏步应采取防滑措施，满足规范的要求。本工程所采用的双跑楼梯的大样图如图1-3所示。图1-3双跑楼梯第141页 楼梯踏步大样图如图1-4所示。图1-4踏步大样图1.7.3细部做法设计本工程屋面采用上人屋面，其做法如下图1-5所示。散水大样图如图1-6所示。第141页 图1-5屋面大样图图1-6散水大样图第141页 1.8立面造型及材料选择立面设计应遵循下面三个原则：完整均衡、比例适当；层次分明，交接明确；体形简洁，环境协调。外墙面砖的优点在于坚固耐用，具备很好的耐久性和质感，色彩鲜艳且具有丰富的装饰效果，易清洗、防火、抗水、耐磨、耐腐蚀和维护费用低等。外墙砖的耐久性包括耐脏、耐旧、耐擦洗、寿命长，特别是在环境污染较大、空气灰尘多的北方，具有极大的优势。本工程交界处采用相切连接，过渡自然。梁柱均采用热轧H型钢，墙体选用ALC板，厚为200mm，内墙采用蒸压加气混凝土砌块，室内隔墙采用轻质隔墙C形轻钢龙骨隔墙（两层12mm纸面石膏板，无保温层，0.27），ALC板的导热系数（含水率5%）为,仅为混凝土的1/11，为砖砌体的1/7,是一种高效的保温隔热维护结构材料，在确保必要隔热保温性能的前提下，ALC可比其它材料做成的墙体薄很多，通常可提高使用面积6%~10%。1.9技术经济分析伴随着科学技术的日新月异，迅猛发展，目前我国钢产量已经是世界第一。与之相适应，我国钢结构也得到了飞速发展，特别是近20年，网架结构、单层轻型门式钢架、高层钢结构得到了广泛的应用，多层民用钢结构也开始兴起。钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构。钢结构住宅以其自重轻、基础造价低，适用于软弱地基，安装容易、施工快、周期短、投资回收快，施工污染少，抗震性能良好（材料均匀，塑性、韧性好）等综合优势而受到重视。钢结构房屋的优点主要体现在以下几个方面：(1)强度高，质量轻第141页 钢结构材料强度大，弹性模量高，因此构件质量轻且截面小，柱网布置灵活，使建筑平面能够分隔合理，特别适用于跨度较大、荷载较大的构件和结构形式。钢材的强度与密度的比值较混凝土和木材大得多，从而在同样受力条件下的钢结构自重轻。研究数据显示，多高层钢结构自重一般是混凝土自重的1/2～3/5。再以构件为例，同样跨度和荷载的条件下，钢构件的重量是混凝土构件重量的1/4～1/3。结构自重的降低，可以减小地震的作用，进而减小结构的内力。此外，构件轻巧也便于运输和安装。(2)有效空间大，构件截面小由于钢材强度大，截面小，所占空间也就小。以同等受力条件的简支梁为例。混凝土梁的高度通常是跨度的1/10～1/8，而钢梁约是1/16～1/12，如果钢梁有足够的侧向支承，甚至可以达到1/20，有效增加了房屋的层间净高。在梁高相同的条件下，钢结构的开间可以比混凝土结构的开间大50%，能更好地满足建筑上大开间、灵活分割的要求。另外，多层民用建筑中的管道很多，如果采用钢结构，可在梁腹板上开洞以穿越管道，如果采用混凝土结构，则不宜开洞，管道一般从梁下通过，从而要占用一定的空间。因此在楼层净高相同的条件下，钢结构楼层高度要比混凝土的小，可以减小墙体高度，并节约室内空调所需能源，减小房屋维护和使用费用。钢柱的截面面积占建筑面积的3%～5%，而混凝土柱的截面积占建筑面积6%～9%。由于梁柱截面小，避免了“粗柱笨梁”的现象，室内视觉开阔美观。(3)制造简单，施工周期短钢结构构件多是成品或半成品，加工较简单，并能使用机械操作；钢构件在工地拼接，多采用简单、方便的焊接或螺栓连接；有时钢构件还可以在地面拼装成较大单元后再进行吊装，以降低高空作业量。另外，钢结构房屋一般采用压型钢板组合楼板，压型钢板可兼做施工时的模板和使用时的受拉钢筋。(4)节能环保与传统的砌体结构和混凝土结构相比，钢结构属于绿色建筑结构体系。钢结构房屋的墙体多采用新型轻质复合墙板或轻质砌块，如高性能ALC板（轻质加气混凝土板），NALC板（配筋加气混凝土板），复合夹心墙板，幕墙等。楼（屋）面多采用复合楼板，如压型钢板-混凝土组合楼板，轻钢龙骨楼盖等，符合建筑节能和环保的要求，可以达到节能50%的目标，极大解决了我国相对人均短缺的能源。钢结构施工方式为干式施工，可避免混凝土湿式施工所造成的环境污染。另外，对于已建成的钢结构比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的钢结构还可以根据需要进行拆迁，有利于环境保护。第141页 第2章框架结构设计2.1结构方案布置2.1.1结构平面布置图2-1框架计算单元由于框架式多层房屋钢结构的最基本结构单元，应规则地布置柱网，避免零乱。进行结构平面布置时，应结合建筑的平面形状，将抗侧力构件沿房屋纵、横主轴方向布置，尽可能地做到“分散、均匀、对称”，使各层的抗侧力中心与水平作用合力的中心重合或者是接近，以避免或减少扭转转动。平面尺寸关系应符合的要求，进行平面设计时，应尽量避免扭转不规则、凹凸不规则以及楼板不连续或刚度突变。2.1.2结构竖向布置第141页 建筑立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度和承载力宜上下相同，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变，更应该避免上柔下刚。结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。要强调建筑开间、进深的尽量统一。强风地区的小高层建筑，宜采用有利于减小风荷载的立面造型，如无棱角的流线形、沿高度均匀变化的简单几何图形，还可降低质心，减小地震倾覆力矩。2.2楼板设计根据柱网设计要求，选择一平面尺寸为2.1m×7.2m的典型楼盖进行设计计算，采用压型钢板与混凝土组合楼板，压型钢板采用的是Q235钢镀锌钢板，根据构造要求，组合板用的压型钢板，其浇筑混凝土的平均槽宽不应小于50mm。组合楼板的总厚度不应小于90mm，压型钢板的板肋顶部以上浇筑的混凝土厚度不应小于50mm，混凝土的强度等级不宜低于C20，据于此，压型钢板上现浇C30混凝土90mm厚，使用抗剪栓钉使压型钢板和混凝土形成组合工作断面。据于此，压型钢板上现浇C30混凝土，使用抗剪栓钉使压型钢板和混凝土形成组合工作面，选用YX75-230-690(Ⅱ)，混凝土组合板厚165mm。该压型钢板最大无支撑简支跨度为3518mm。按照《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）的要求，在施工阶段，应该对作为浇筑混凝土底模的压型钢板进行强度和变形验算；在使用阶段，应该对组合楼板在全部荷载作用下的强度和变形进行验算。2.2.1施工阶段的验算2.2.1.1荷载计算：恒载：主要指压型钢板、钢筋及湿混凝土等重量查表得厚为1.6mm的YX75-230-690(Ⅱ)镀锌压型钢板的重为20.3，所以其恒载为。确定混凝土的自重时，应考虑挠曲引起的“坑凹”效应，当压型钢板挠度时，在全跨应增加0.7w的混凝土均布荷载。压型钢板取0.29钢筋混凝土可变荷载：主要是施工荷载，宜取不小于1.5,当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵的荷载时应增加相应的附加荷载。此处取1.5。第141页 2.2.1.2内力计算：1）施工阶段恒载：活载：2）使用阶段面层自重0.6恒载：活载：2.2.2压型钢板验算：1）施工验算抗弯强度：挠度计算：2.2.3组合板验算：1）抗弯强度：组合楼板受压区高度：组合截面塑性中和轴在压型钢板顶面以上第141页 2）斜截面抗剪承载力在计算斜截面强度时，板宽取肋的平均宽度，而不是在压型钢板以上的混凝土板板宽。每个肋的平均宽度为：3）变形验算先取一个波宽为计算单元，将该单元的惯性矩乘以每米宽度内的波数即得一米宽的组合截面惯性矩。图2.2截面尺寸①荷载效应标准组合作用下的挠度。在计算组合截面惯性矩时，可将组合截面分成三部分计算，并将混凝土面积换算成钢面积第141页 表2.1组合截面惯性矩计算截面部分①0009125.25②12130.81569.6625③4.107.530.75230.635.7445.1519.5161.551800.239755.99组合截面形心位置和组合截面惯性矩分别为：一个波宽范围内的荷载为（荷载效应标准组合）②荷载效应准永久组合作用下的挠度。考虑长期荷载作用下混凝土的徐变效应，只需将混凝土面积除以2，这时组合截面惯性矩计算见表2.2。表2.2组合截面惯性矩计算截面部分①15.070004562.63②5.461265.4786.24312.5③4.107.515.38230.635.7424.6319.580.781016.874880.88第141页 一个波宽范围内的荷载为（荷载效应准永久组合）：2.3框架内力计算Error!Nobookmarknamegiven.2.3.1计算单元根据结构方案的特点，取一榀典型横向框架作为计算单元。如图2-1中阴影所示。2.3.2框架截面初选·主梁主梁长：主梁高：主梁宽：本工程主梁优先采用窄翼缘热轧型钢（HN系列），查《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T11263）,选用。·次梁次梁长：次梁高：次梁宽：本工程次梁优先采用窄翼缘热轧型钢（HN系列），查《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T11263）,选用。·框架柱本工程框架柱选择宽翼缘H型钢，查《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T11263）,选用。第141页 综上所述将各构件截面尺寸及特性列于表2-3：表2-3构件截面尺寸及特性构件类型截面尺寸（）单位长度重量（kg/m）次梁HN300×150×6.5×917.0147.53735050849067.712.43.27主梁HN500×200×10×16114.289.64780021400191021420.54.33柱HW350×350×12×19173.91374030013600230077615.28.842.3.3框架计算简图框架在竖向荷载的作用下，可以忽略节点的侧移，按照刚性方案设计。在水平荷载的作用下，不能忽略节点侧移，按弹性方案设计。相对线刚度计算如下（考虑组合效应，钢梁一侧有楼板时取，两侧有楼板时取）:底层柱线刚度：其他层柱线刚度：边梁线刚度：中梁线刚度：设，则，，第141页 其计算简图如图2-3所示。图2-3框架计算简图2.4荷载计算2.4.1恒荷载标准值·普通楼面：10厚阻燃型羊毛地毯0.5kN/m2橡胶海绵衬垫5厚0.005×9.3=0.46kN/m220厚1：2.5水泥砂浆粉光20×0.02＝0.40kN/m2钢筋混凝土楼面板刷水泥浆一度0.2kN/m290厚现浇钢筋混凝土楼板25×0.09＝2.25kN/m2压型钢板0.135kN/m220厚天棚抹灰17×0.02＝0.34kN/m2合计4.29kN/m2·屋面：300×300×25水泥砖0.025×19.8=0.50kN/m2第141页 20厚1：2.5水泥砂浆结合层0.02×20=0.40kN/m2高聚物改性沥青防水卷材0.35kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平层0.02×20=0.40kN/m2水泥膨胀珍珠岩找坡层（3%坡度，平均厚度105mm）0.105×13=1.37kN/m290厚钢筋混凝土楼板0.09×25=2.25kN/m215mm厚低筋石灰抹底0.015×136=0.24kN/m2走廊部分加V型龙骨吊顶合计5.63kN/m2·内墙：20厚双面抹灰0.02×17×2=0.68kN/m2200厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块墙5.5×0.20=1.10kN/m2合计1.78kN/m2内墙自重（偏于安全的取3300mm高）1.78×3.3=5.874kN/m·外墙：200mm厚蒸压轻质加气混凝土板（ALC）0.2×6.5=1.30kN/m25mm厚聚合物防水砂浆打底0.005×20=0.10kN/m23mm厚T920瓷砖0.003×19.8=0.06kN/m220mm厚膨胀珍珠岩保温层0.02×2.5=0.05kN/m2合计1.51kN/m2·外墙自重60厚彩色钢板夹聚苯乙烯保温板0.12×0.06=0.0072kN/m2200厚ALC板0.20×6.5＝1.30kN/m220厚抹灰（内面）0.02×20＝0.40kN/m2合计1.707kN/m2·女儿墙：女儿墙做法与外墙相同，高度为0.6m。女儿墙线荷载标准值为。自重为。·厨房、卫生间楼面：10厚防滑地面砖20×0.01＝0.55kN/m220厚建筑胶水泥砂浆粘结层20×0.02＝0.40kN/m2第141页 钢筋混凝土楼板刷纯水泥浆一度0.20kN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板25×0.10＝2.5kN/m220厚天棚抹灰17×0.02＝0.34kN/m2合计：3.99kN/m2·构件自重：次梁自重：主梁自重：框架柱自重：2.4.2活载标准值普通楼面活荷载2.0kN/m2不上人屋面活荷载2.0kN/m2雨篷0.7kN/m22.4.3风压标准值（按50年一遇取青岛地区值）基本风压0.6kN/m22.4.4雪荷载标准值基本雪压0.20kN/m2雪荷载与活荷载同时组合，取其中的最不利组合。本工程雪荷载比较小，荷载组合时直接取活荷载进行内力组合，而不再考虑与雪荷载的组合。2.4.5地震作用本工程抗震设防烈度为6度（0.05g），场地类别为Ⅱ类，查《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）附录A，青岛设计地震分组为第三组，在计算中不考虑地震作用，仅从构造上予以考虑。2.5荷载作用分布图根据以上结构布置和荷载分布的情况，荷载按下面原则取值：次梁承担由屋面板或楼面板传来的荷载形式为矩形，横向框架主梁承担由次梁传来的集中荷载，主梁的自重和梁上的墙体荷载按均布荷载加在主梁上，外墙的荷载按集中荷载加在梁柱节点处，对于有阳台的地方可以简化为集中荷载加于梁柱节点上。2.5.1一榀框架恒载计算简图：=第141页 所以，一榀框架的恒载计算简图如图2-4所示。图2-4恒载计算简图2.5.2一榀框架活载计算简图：第141页 所以，一榀框架的恒载计算简图如图2-5所示。图2-5恒载计算简图2.5.3一榀框架风载计算简图：基本风压值：第141页 高度Z处的风振系数值：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。由于本建筑物总高度H不超过30m。所以取。风荷载体型系数：类同对于封闭式双坡屋面如图2-6所示。注：1）中间值按线性插值法计算；2）的绝对值不小于0.1。-0.60.0+0.8图2-6封闭式双坡屋面取值所以，迎风面，背风面，取。风压高度变化系数本工程地面粗糙度为B类，查《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），如表2-4所示。第141页 表2-4风压高度变化系数离地面或海平面高度地面粗糙度类别ABCD51.091.000.650.51101.281.000.650.51151.421.130.650.51201.521.230.740.51301.671.390.880.51一至六层及女儿墙高度分别为4.55m,7.85m,11.15m,14.45m,17.75m,21.05m,0.6m。查规范得：一层，二层，三层，四层，五层，六层。将均布风载折算成集中荷载作用于各层楼板处。将计算结果列于表2-5中。表2-5风载计算表层数离地高度Z/m//////621.051.311.250.60.984.123.31.29.27517.751.311.180.60.923.863.33.312.74414.451.311.120.60.873.653.33.312.05311.151.311.030.60.803.363.33.311.0927.851.311.000.60.783.283.33.310.8214.551.311.000.60.783.284.553.312.87其中，,,,分别为下柱、上柱的高度（顶层取女儿墙高的两倍），为风荷载的线荷载标准值。风载计算简图如图2-7所示。第141页 图2-7风载计算简图2.6荷载内力分析2.6.1节点分配系数的计算底层分配系数的计算：节点:第141页 其他层的节点都是采用类似算法，在此不再赘述。根据计算所得节点分配系数，列于表2-5中。表2-5节点分配系数计算表节点A节点B节点A节点B六层0.390.15五层0.380.180.610.220.380.120.240.180.630.52四层0.380.18三层0.380.180.380.120.380.120.240.180.240.180.520.52二层0.380.18一层0.420.190.300.120.380.120.280.140.240.180.550.52第141页 2.6.2恒载作用下内力分析2.6.2.1恒载作用下固端弯矩计算·顶层梁固端弯矩计算如下：固端弯矩受力如图2-8所示。图2-8梁固端弯矩受力图图2-9梁固端弯矩分解图()利用叠加法，单独计算在均布荷载和集中荷载作用下的弯矩图，然后再进行叠加。分解为图2-9所示。第141页 所以，，顶层梁固端弯矩如图2-10所示。图2-10顶层梁固端弯矩()·顶层梁的固端弯矩计算如下图2-11所示：图2-11顶层梁的固端弯矩()·五层（四、三、二、一层相同）固端弯矩计算如下：第141页 固端弯矩受力如图2-12所示。图2-12梁固端弯矩受力图利用叠加法，单独计算在均布荷载和集中荷载作用下的弯矩图，然后再进行叠加。分解为图2-13所示。图2-13梁固端弯矩分解图()第141页 所以，，，梁固端弯矩如图2-14所示。图2-14梁固端弯矩()·五层梁的固端弯矩计算如下图2-15所示：图2-15梁固端弯矩()2.6.2.2恒载作用下内力计算及内力图：恒载作用下的内力的计算采用力矩二次分配法，由结构和恒荷载的对称性，可取对称进行计算，计算过程如下图2-16所示。第141页 上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.000.610.39　0.150.000.220.63　-81.8181.81　-0.290.0049.9131.91　-12.230.00-17.93-51.3616.90-6.1115.95-7.9825.680.00-6.58-4.21　-5.050.00-7.40-21.200.0060.23-60.2380.490.00-33.32-47.170.380.380.24　0.120.180.180.52　-88.9488.94　-0.2933.8033.8021.35　-10.64-15.96-15.96-46.1024.9516.90-5.3210.67-8.97-7.9823.05-12.63-13.88-8.77　-2.01-3.02-3.02-8.7246.1236.81-81.6886.96-27.94-26.95-32.060.380.380.24　0.120.180.180.52　-88.9488.94　-0.2933.8033.8021.35　-10.64-15.96-15.96-46.1016.9016.90-5.3210.67-7.98-7.9823.05-10.82-10.82-6.83　-2.13-3.20-3.20-9.2439.8739.87-79.7586.84-27.13-27.13-32.580.380.380.24　0.120.180.180.52　-88.9488.94　-0.2933.8033.8021.35　-10.64-15.96-15.96-46.1016.9016.90-5.3210.67-7.98-7.9823.05-10.82-10.82-6.83　-2.13-3.20-3.20-9.2439.8739.87-79.7586.84-27.13-27.13-32.580.380.380.24　0.120.180.180.52　-88.9488.94　-0.2933.8033.8021.35　-10.64-15.96-15.96-46.1016.9018.68-5.3210.67-7.98-8.4223.05-11.50-11.50-7.26　-2.08-3.12-3.12-9.0139.2040.98-80.1786.90-27.05-27.50-32.350.420.300.28　0.120.190.140.55第141页 　-88.9488.94　-0.2937.3526.6824.90　-10.64-16.84-12.41-48.7616.900.00-5.3212.45-7.980.0024.38-4.86-3.47-3.24　-3.46-5.48-4.04-15.8749.3923.21-72.6087.29-30.30-16.45-40.54图2-16恒载作用下弯矩二次分配()恒载作用下的框架节点处的弯矩可以根据图2-15得知，其中弯矩正负号规定为相应于固端弯矩，相对于相应杆件顺时针为正逆时针为负。跨中弯矩根据叠加法计算而得。由此可以画出框架在恒载作用下的弯矩图，如图2-17所示。第141页 图2-17恒载弯矩图（）第141页 图2-18恒载剪力图（）第141页 图2-19恒载轴力图（）根据恒载弯矩图，利用杆件和节点的平衡，可以画出相应的恒载作用下的剪力图和轴力图，如图2-18和2-19所示。节点平衡时应注意恒载作用在节点处的集中荷载以及剪力和轴力的正负。第141页 其中正负号规定为，剪力以绕杆件顺时针为正逆时针为负，轴力以拉力为正压力为负。2.6.3活载作用下内力分析2.6.3.1活载作用下固端弯矩计算由于每一层只有边跨梁承受由次梁传来的相同的活载集中荷载，所以只需计算任一处边跨梁的固端弯矩，受力如图2-20所示。以为例。中跨只在梁端受集中力作用，所以固端弯矩为零。图2-20活载固端弯矩（）2.6.3.2活载作用下内力计算及内力图：活载作用下弯矩图依然采用弯矩二次分配法，根据对成性取框架一半进行计算。如图2-21所示。上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁00.60.39　0.1400.220.63　-27.21627.216　　016.329610.61424　-3.810240-5.98752-17.14615.17104-1.905125.30712-2.449448.573040-1.95955-1.27371　-1.60030-2.51476-7.20135019.54109-19.780627.112580-10.9517-15.77440.380.380.25　0.120.180.180.53　-27.21627.216　　第141页 10.3420810.342086.804　-3.26592-4.89888-4.89888-14.42458.16485.17104-1.632963.402-2.99376-2.449447.21224-4.44709-4.44709-2.92572　-0.62052-0.93079-0.93079-2.7406514.0597911.06603-24.970726.73156-8.82343-8.27911-9.952890.380.380.25　0.120.180.180.53　-27.21627.216　　10.3420810.342086.804　-3.26592-4.89888-4.89888-14.42455.171045.17104-1.632963.402-2.44944-2.449447.21224-3.30947-3.30947-2.17728　-0.68584-1.02876-1.02876-3.0291412.2036512.20365-24.222226.66624-8.37708-8.37708-10.24140.380.380.25　0.120.180.180.53　-27.21627.216　　10.3420810.342086.804　-3.26592-4.89888-4.89888-14.42455.171045.17104-1.632963.402-2.44944-2.449447.21224-3.30947-3.30947-2.17728　-0.68584-1.02876-1.02876-3.0291412.2036512.20365-24.222226.66624-8.37708-8.37708-10.24140.380.380.25　0.120.180.180.53　-27.21627.216　　10.3420810.342086.804　-3.26592-4.89888-4.89888-14.42455.171045.71536-1.632963.402-2.44944-2.585527.21224-3.51631-3.51631-2.31336　-0.66951-1.00427-1.00427-2.9570211.9968112.54113-24.358326.68257-8.35259-8.48867-10.16930.420.30.27　0.120.190.140.55　-27.21627.216　　11.430728.16487.34832　-3.26592-5.17104-3.81024-14.96885.171040-1.632963.67416-2.4494407.4844-1.48599-1.06142-0.95528　-1.04509-1.65473-1.21928-4.7900215.115777.103376-22.455926.57915-9.27521-5.02952-12.2744图2-21活载作用下弯矩二次分配()恒载作用下的框架节点处的弯矩可以根据图2-20得知，其中弯矩正负号规定为相应于固端弯矩，相对于相应杆件顺时针为正逆时针为负。跨中弯矩根据叠加法计算而得。由此可以画出框架在恒载作用下的弯矩图，如图2-21所示。第141页 根据恒载弯矩图，利用杆件和节点的平衡，可以画出相应的恒载作用下的剪力图和轴力图，如图2-22和2-23所示。节点平衡时应注意恒载作用在节点处的集中荷载以及剪力和轴力的正负。图2-22活载弯矩图（）第141页 图2-23活载剪力图（）第141页 图2-24活载轴力图（）其中正负号规定为，剪力以绕杆件顺时针为正逆时针为负，轴力以拉力为正压力为负。2.6.4风载作用下内力分析2.6.4.1各柱的D值及剪力分配系数的计算：风荷载作用下需要考虑框架节点的侧移，采用D值法。各柱的D值及剪力分配系数如表2-6所示。其中和值的计算式由下表2-7所示。第141页 表2-6和取值楼层简图一般层底层注：边柱情况下，式中取0值。表2-7D值及剪力分配系数层位及层高柱号六层（3.3m）A0.650.256942.14949428.10.140B3.580.6417771.9010.360C3.580.6417771.9010.360D0.650.256942.1490.140五层（3.3m）A0.650.256942.14949428.10.140B3.580.6417771.9010.360C3.580.6417771.9010.360D0.650.256942.1490.140四层（3.3m）A0.650.256942.14949428.10.140B3.580.6417771.9010.360C3.580.6417771.9010.360D0.650.256942.1490.140三层（3.3m）A0.650.256942.14949428.10.140B3.580.6417771.9010.360C3.580.6417771.9010.360D0.650.256942.1490.140二层（3.3m）A0.650.256942.14949428.10.140B3.580.6417771.9010.360C3.580.6417771.9010.360D0.650.256942.1490.140第141页 一层（4.55m）A0.450.394114.28624685.70.167B4.970.788228.5710.333C4.970.788228.5710.333D0.450.394114.2860.167f2.6.4.2各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩计算：①为修正后的柱反弯点高度比各个柱的反弯点的位置取决于该柱上、下端转角的比值。如果柱上。下端转角相同，反弯点就在柱高的中间；如果柱上、下端的转角不同，则反弯点偏向转角较大的一端，即偏向约束较小的一端。影响柱两端转角大小的因素主要有：梁柱线刚度比、结构总层数及该柱所在的层次、柱上下横梁的线刚度比、上层层高的变化以及下层层高的变化。梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响，风荷载分布较接近于均布荷载，因此查表2-8。表2-80.40.50.60.73.04.0660.200.250.250.300.450.4550.300.350.350.400.450.5040.350.400.400.400.500.5030.400.450.450.450.500.5020.500.500.500.500.500.5010.800.750.700.700.550.55按照线性内插法计算各反弯点高度比,计算结果列于表2-9中。第141页 表2-9层号柱号(mm)六AD0.14049428.19.271.300.2750000.2753.111.180.188BC0.3603.340.4500000.4506.064.96五AD0.14049428.122.013.080.3750000.3756.363.810.445BC0.3607.920.4790000.47916.3412.53四AD0.14049428.134.064.770.4000000.4009.446.290.689BC0.36012.260.5000000.50020.2320.23三AD0.14049428.145.156.320.4500000.45011.479.390.913BC0.36016.250.5000000.50026.8226.82二AD0.14049428.155.977.840.5000-0.0500.45014.2211.641.132第141页 BC0.36020.150.5000000.50033.2533.25一AD0.14024685.768.8411.500.7000-0.02500.67517.0035.311.393BC0.36022.920.5500000.55046.9457.37有了D值后，根据平面框架内各柱侧移相等，即可得各柱剪力按刚度分配的计算公式为式中为该平面框架层总剪力为层第根柱分配到的剪力②修正后柱的反弯点位置框架各层柱经过修正后的反弯点位置可由下式计算得到：式中：-反弯点高度比-计算层柱高-各层柱标准反弯点高度比，查表得-考虑上下层梁刚度不同时的修正值，可根据上下横梁线刚度比、梁柱线刚度比，查表得、-考虑上下层层高不同时的修正值，可查表得本工程上下层梁刚度相同，故若某柱所在层高与相邻的上层或下层的层高不同，则该柱的反弯点位置就不同于标准反弯点的位置而需要修正。当上层层高发生变化时，反弯点高度的上移增量为；当下层层高发生变化时，反弯点高度的上移增量为。与可以查表得到。对于顶层住不考虑修正值，即取为第141页 ；对于底层柱，不考虑修正值，即取为。对于二层：A(D)查表可知对于一层：A(D)查表得③杆端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置计算第层第根柱端弯矩上端弯矩下端弯矩④框架柱侧移计算层间侧移为层间总剪力与一层中各柱侧移刚度之和，即。柱顶侧移为。⑤两端弯矩计算梁端弯矩的计算根据节点平衡理论，按各节点上梁的线刚度进行分配，以第六层A、B节点为例，其余各节点类似。A节点：已知,所以,B节点：已知,所以,。因此，可以画出风载作用下的弯矩图，如图2-25所示。第141页 图2-25风载（左风）弯矩图根据风载（左风）弯矩图，利用杆件和节点的平衡，可以画出相应的恒载作用下的剪力图和轴力图，如图2-26和2-27所示。节点平衡时应注意恒载作用在节点处的集中荷载以及剪力和轴力的正负。其中正负号规定为，剪力以绕杆件顺时针为正逆时针为负，轴力以拉力为正压力为负。第141页 图2-26风载（左风）剪力图（）第141页 图2-27风载（左风）轴力图（）⑥层间位移第j层框架层间水平位移与层间剪力之间的关系：，其中为第j层第k号柱侧向刚度，m为框架第j层总柱数。第六层：第五层：第四层：第141页 第三层：第二层：第一层：层间相对最大位移,满足要求。框架柱柱顶水平位移，满足要求。2.7内力组合本建筑的荷载组合采用《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中的一般排架、框架结构的基本组合简化规则，荷载效应组合一般可考虑三种组合：①1.2×恒荷+1.4×活荷②1.0×恒荷+1.4×风荷③1.35×恒荷+0.98×活荷④1.2×恒荷+0.90（1.4×活荷+1.4×风荷）内力组合中内力正负号的规定：弯矩M相对于构件下侧受拉为正；剪力V相对于构件顺时针为正逆时针为负；轴力N拉力为正压力为负。柱的内力组合如表2-10所示。梁的梁端内力组合及跨中内力组合分别如表2-11及2-12所示。2.8结构构件验算2.8.1框架柱验算框架柱的验算包括强度、整体稳定性和局部稳定性验算。计算不考虑抗震设防要求，按照钢结构设计规范计算。在层高范围内框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力，而框架柱的弯矩、轴力等内力沿柱高为线性变化，因此可取各层柱的上下端截面做为控制截面。2.8.1.1一、二、三层边柱验算·截面特性柱截面为，其截面特性：第141页 ，，，，，根据截面形式查表得塑性发展系数·控制内力对于钢柱的控制内力为最大弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩。根据内力组合表2-11，强度验算可能由以下组合控制：组合Ⅰ：（，柱，组合号⑤）组合Ⅱ：（，柱，组合号③）组合Ⅲ：（，柱，组合号④）（1）强度验算内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。内力组合Ⅲ：满足要求（2）弯矩作用平面内的稳定验算：弯矩作用平面内的稳定性应满足：第141页 N—所计算构件段范围内的轴心压力；—参数，；—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量。—等效弯矩系数，对于选择构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，，所以此处。柱计算长度，计算长度查表确定。柱查表并插值得：，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅰ：，满足要求。柱第141页 查表并插值得：，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅱ：，满足要求。柱对底层框架，当柱与基础刚接时，。查表并插值得：，满足要求。（3）弯矩作用平面外的稳定验算：第141页 式中—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；—均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—截面影响系数，闭口截面，其他截面；—等效弯矩系数，弯矩作用平面外为悬臂的构件，对于有侧移纯框架柱取。柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅰ：满足要求柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅱ：满足要求第141页 柱内力组合Ⅲ满足要求(4)局部稳定验算：本设计选用的是热轧型钢，局部稳定不需验算。2.8.1.2四、五、六层边柱验算·截面特性柱截面为，其截面特性：，，，，，根据截面形式查表得塑性发展系数·控制内力对于钢柱的控制内力为最大弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩。根据内力组合表2-11，强度验算可能由以下组合控制：组合Ⅰ：（，柱，组合号⑤）组合Ⅱ：（，柱，组合号④）（1）强度验算内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。第141页 （2）弯矩作用平面内的稳定验算：弯矩作用平面内的稳定性应满足：N—所计算构件段范围内的轴心压力；—参数，；—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量。—等效弯矩系数，对于选择构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，，所以此处。柱计算长度，计算长度查表确定。柱查表并插值得：，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅰ：第141页 ，满足要求。柱查表并插值得：，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅱ：，满足要求。（3）弯矩作用平面外的稳定验算：式中—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；—均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—截面影响系数，闭口截面，其他截面；第141页 —等效弯矩系数，弯矩作用平面外为悬臂的构件，对于有侧移纯框架柱取。柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅰ：满足要求柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅱ：满足要求(4)局部稳定验算：本设计选用的是热轧型钢，局部稳定不需验算。2.8.1.3一、二、三层中柱验算·截面特性柱截面为，其截面特性：，，，，第141页 ，根据截面形式查表得塑性发展系数·控制内力对于钢柱的控制内力为最大弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩。根据内力组合表2-11，强度验算可能由以下组合控制：组合Ⅰ：（，柱，组合号⑥）组合Ⅱ：（，柱，组合号⑤）（1）强度验算内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。（2）弯矩作用平面内的稳定验算：弯矩作用平面内的稳定性应满足：N—所计算构件段范围内的轴心压力；—参数，；—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量。第141页 —等效弯矩系数，对于选择构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，，所以此处。柱计算长度，计算长度查表确定。柱查表并插值得：，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅰ：，满足要求。柱查表并插值得：第141页 ，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅱ：，满足要求。（3）弯矩作用平面外的稳定验算：式中—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；—均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—截面影响系数，闭口截面，其他截面；—等效弯矩系数，弯矩作用平面外为悬臂的构件，对于有侧移纯框架柱取。柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅰ：第141页 满足要求柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。，取。截面形状系数。内力组合Ⅱ：满足要求(4)局部稳定验算：本设计选用的是热轧型钢，局部稳定不需验算。2.8.1.4四、五、六层中柱验算·截面特性柱截面为，其截面特性：，，，，，根据截面形式查表得塑性发展系数·控制内力对于钢柱的控制内力为最大弯矩及相应的轴力、最大轴力及相应的弯矩。根据内力组合表2-11，强度验算可能由以下组合控制：组合Ⅰ：（，柱，组合号⑥）组合Ⅱ：（，柱，组合号⑤）（1）强度验算内力组合Ⅰ：第141页 满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。（2）弯矩作用平面内的稳定验算：弯矩作用平面内的稳定性应满足：N—所计算构件段范围内的轴心压力；—参数，；—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量。—等效弯矩系数，对于选择构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架柱，，所以此处。柱计算长度，计算长度查表确定。柱查表并插值得：第141页 ，查表得b类截面稳定性系数，，内力组合Ⅰ：，满足要求。内力组合Ⅱ：，满足要求。（3）弯矩作用平面外的稳定验算：式中—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数；—均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数；—所计算构件段范围内的最大弯矩；—截面影响系数，闭口截面，其他截面；—等效弯矩系数，弯矩作用平面外为悬臂的构件，对于有侧移纯框架柱取。柱由柱长细比，查表得b类截面稳定性系数。第141页 ，取。截面形状系数。内力组合Ⅰ：满足要求内力组合Ⅱ：满足要求(4)局部稳定验算：本设计选用的是热轧型钢，局部稳定不需验算。2.8.2主梁验算框架梁验算包括强度、稳定和挠度验算。当采用组合楼板时，楼板密铺在梁的受压翼缘上，并与其牢固连接，能阻止梁上翼缘的侧向失稳，可不计算梁的整体稳定。且轧制H型钢的组成板件宽厚比较小，无局部稳定问题。因此主梁只需进行强度和挠度验算。框架梁在一定范围内也是等截面的，两端的剪力和负弯矩最大，跨中的正弯矩最大，因而控制截面有三个：左、右端截面和跨中截面。2.8.2.1一、二、三层边跨主梁的验算·截面特性主梁的截面为，截面特性为，，，，，，。·控制内力框架梁属于受弯构件，控制内力为弯矩弯矩和剪力，最不利内力组合有：梁端截面的最大弯矩及最大剪力、跨中截面的最大弯矩。根据内力组合表2-11和表2-12，选取最不利内力组合。第141页 组合Ⅰ：（，梁端，组合号⑤）组合Ⅱ：（，梁端，组合号⑥）组合Ⅲ：（，梁中，组合号⑥）（1）强度验算1）梁翼缘承受的正应力：内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：2）梁腹板承受的剪力：腹板中性轴处的面积距内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。内力组合Ⅲ：第141页 满足要求。3）局部压应力按压弯构件验算正应力，在主梁与次梁的连接处主梁腹板设置加劲肋，因此不必验算局部压应力。4）折算应力内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：（2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度第141页 。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。计算恒载挠度，使用图乘法如图2-28所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。恒载作用下：第141页 图2-28恒载挠度图乘法活载作用下：计算活载挠度使用图乘法如图2-29所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-29活载挠度图乘法第141页 2.8.2.2四、五、六层边跨主梁的验算·截面特性主梁的截面为，截面特性为，，，，，，。·控制内力框架梁属于受弯构件，控制内力为弯矩弯矩和剪力，最不利内力组合有：梁端截面的最大弯矩及最大剪力、跨中截面的最大弯矩。根据内力组合表2-11和表2-12，选取最不利内力组合。组合Ⅰ：（，梁端，组合号④）组合Ⅱ：（，梁端，组合号④）组合Ⅲ：（，梁中，组合号⑤）（1）强度验算1）梁翼缘承受的正应力：第141页 内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：2）梁腹板承受的剪力：腹板中性轴处的面积距内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。内力组合Ⅲ：满足要求。3）局部压应力按压弯构件验算正应力，在主梁与次梁的连接处主梁腹板设置加劲肋，因此不必验算局部压应力。4）折算应力内力组合Ⅰ：第141页 内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：（2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。计算恒载挠度，使用图乘法如图2-29所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。内力组合Ⅰ：梁恒载作用下：第141页 第141页 图2-30恒载挠度图乘法活载作用下：计算活载挠度使用图乘法如图2-31所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-31活载挠度图乘法第141页 内力组合Ⅱ：梁恒载作用下：第141页 图2-32恒载挠度图乘法活载作用下：计算活载挠度使用图乘法如图2-33所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-33活载挠度图乘法第141页 2.8.2.3一、二、三层中跨主梁验算·截面特性主梁的截面为，截面特性为，，，，，，。·控制内力框架梁属于受弯构件，控制内力为弯矩弯矩和剪力，最不利内力组合有：梁端截面的最大弯矩及最大剪力、跨中截面的最大弯矩。根据内力组合表2-11和表2-12，选取最不利内力组合。组合Ⅰ：（，梁端，组合号⑤）组合Ⅱ：（，梁端，组合号②）组合Ⅲ：（，梁中，组合号④）（1）强度验算1）梁翼缘承受的正应力：内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：第141页 内力组合Ⅲ：2）梁腹板承受的剪力：腹板中性轴处的面积距内力组合Ⅰ：满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。内力组合Ⅲ：3）局部压应力按压弯构件验算正应力，在主梁与次梁的连接处主梁腹板设置加劲肋，因此不必验算局部压应力。4）折算应力内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：第141页 内力组合Ⅲ：（2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。计算恒载挠度，使用图乘法如图2-34所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。内力组合Ⅰ：梁恒载作用下：第141页 图2-34恒载挠度图乘法活载作用下：梁计算活载挠度使用图乘法如图2-35所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-35活载挠度图乘法2.8.2.4四、五、六层中跨主梁验算·截面特性主梁的截面为，截面特性为，，，，，，第141页 。·控制内力框架梁属于受弯构件，控制内力为弯矩弯矩和剪力，最不利内力组合有：梁端截面的最大弯矩及最大剪力、跨中截面的最大弯矩。根据内力组合表2-11和表2-12，选取最不利内力组合。组合Ⅰ：（，梁端，组合号④）组合Ⅱ：（，梁端，组合号②）组合Ⅲ：（，梁中，组合号⑤）（1）强度验算1）梁翼缘承受的正应力：内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：2）梁腹板承受的剪力：腹板中性轴处的面积距内力组合Ⅰ：第141页 满足要求。内力组合Ⅱ：满足要求。内力组合Ⅲ：3）局部压应力按压弯构件验算正应力，在主梁与次梁的连接处主梁腹板设置加劲肋，因此不必验算局部压应力。4）折算应力内力组合Ⅰ：内力组合Ⅱ：内力组合Ⅲ：第141页 （2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。计算恒载挠度，使用图乘法如图2-36所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。内力组合Ⅰ：梁恒载作用下：图2-36恒载挠度图乘法活载作用下：梁计算活载挠度使用图乘法如图2-37所示。外荷载作用下的弯矩图为第141页 ，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-37活载挠度图乘法内力组合Ⅲ：梁恒载作用下：图2-38恒载挠度图乘法第141页 活载作用下：梁计算活载挠度使用图乘法如图2-39所示。外荷载作用下的弯矩图为，单位荷载作用在跨中时的弯矩图为，两图利用叠加法分别图乘想加。图乘时应注意同侧受拉为正，异侧受拉为负。图2-39活载挠度图乘法2.8.3次梁验算次梁与主梁加劲肋采用铰接连接，按照简支梁计算。边跨跨中的次梁所受的荷载较大，所以取边跨跨中次梁进行验算。2.8.3.1次梁CL01验算·截面特性：次梁截面为，截面特性为，，，，，，。·荷载标准值计算：计算简图2-40如下：第141页 图2-40次梁CL01荷载分布图恒荷载标准值：活荷载标准值：恒荷载跨中最大弯矩：活荷载跨中最大弯矩：恒荷载支座处最大剪力：活荷载支座处最大剪力：（1）次梁CLO1的控制内力（基本组合）：跨中最大弯矩设计值：支座处最大剪力设计值：1）次梁CLO1的强度验算：翼缘承受的正应力验算：满足要求。腹板承受的剪应力验算：截面中性轴处的面积矩为中心轴处的剪应力为第141页 满足要求。（2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。满足要求。2.8.3.2次梁CL02验算·截面特性：次梁截面为，截面特性为，，，，，，。·荷载标准值计算：计算简图2-41如下：图2-41次梁CL02荷载分布图恒荷载标准值：第141页 活荷载标准值：恒荷载跨中最大弯矩：活荷载跨中最大弯矩：恒荷载支座处最大剪力：活荷载支座处最大剪力：（1）次梁CLO2的控制内力（基本组合）：跨中最大弯矩设计值：支座处最大剪力设计值：1）次梁CLO2的强度验算：翼缘承受的正应力验算满足要求。2）腹板承受的剪应力验算：截面中性轴处的面积矩为中心轴处的剪应力为满足要求。（2）挠度验算（取荷载标准值计算）梁的最大挠度发生在跨中位置，包括两部分，一部分由恒荷载产生，另一部分由活载产生的，将两部分叠加即为总的挠度。查《钢结构设计规范》附录A可知，，，为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的两倍）。第141页 满足要求满足要求。2.9框架连接设计框架连接的设计包括主梁与柱、次梁与主梁的连接以及柱脚设计。连接设计必须满足刚度和强度的要求，同时还需与计算简图一致。此外，还要尽量简化构造方便施工。本设计中，主梁与柱为刚接连接，次梁与主梁为铰接连接，次梁通过主梁腹板加劲肋与主梁相连，为了方便压型钢板的铺设，次梁和主梁上表面齐平放置。框架的柱脚为双向刚接，刚接柱脚与混凝土的连接方式有外包式、埋入式、外露式三种，多层钢结构房屋的刚接柱脚优先选用外露式，构造简单施工方便且经济，所以本工程采用外露式柱脚。2.9.1主梁与柱的连接设计主梁与柱采用的是刚接方案，采用“精确设计法”，即腹板承担全部的剪力和按惯性矩比例分配的弯矩。由于翼缘采用对接焊缝连接，为等强设计，翼缘焊缝不必再计算。2.9.1.1主梁与柱栓焊连接设计主梁与柱、柱的连接节点采用同一节点设计，因为主梁左右截面的控制内力相差不大，可以选取控制内力为：（1）计算指标高强度螺栓采用8.8级M20，连接为摩擦型，孔径（1.5为安装空隙），摩擦面做喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，螺栓预拉应力。翼缘钢材腹板钢材第141页 焊缝：焊条为E43系列手工焊，对接焊缝，角焊缝。（2）螺栓布置及计算按螺栓布置要求：螺栓布置简图如图2-42所示图2-42螺栓布置简图螺栓至连接板端部，取为45mm。连接板端与翼缘外侧的距离，取为40mm，螺栓间距，且取为100mm。边距最小容许距离，取为40mm。,设螺栓每排数。（3）判断是否需要双排螺栓翼缘的塑性截面模量第141页 梁全截面塑性截面模量：因为，所以梁腹板与柱的连接螺栓可以采用单排。（4）螺栓数量的确定一个摩擦型高强度螺栓受剪承载力设计值，考虑连接螺栓承载力调整系数取；且由于施工时先栓后焊，考虑焊接时对螺栓引起的预拉力损失，乘以折减系数0.9；双剪连接得：根据剪力确定高强螺栓数目：个根据试算和经验，选取双排（），螺栓数量总计8个，两排螺栓之间的最小距离为，取为70mm。（5）螺栓群计算梁全截面惯性矩梁腹板的惯性矩梁腹板的弯矩螺栓群如图2-43所示第141页 （6）螺栓群在外荷载作用下的内力计算为：，满足要求。其中为所验算螺栓到螺栓群形心的水平和竖向距离，为任一个螺栓到螺栓形心的水平和竖向距离。（7）节点弹性设计计算1）梁翼缘完全焊透的梁翼缘与柱翼缘对接焊缝强度验算：，满足要求。2）连接板厚度确定：连接板净截面与梁腹板净截面相等计算：根据螺栓间距最大要求确定连接板厚度t：根据支撑板的宽度，求连接板厚度t：综合以上数值，取连接板厚度为，则，。第141页 3）验算连接板的强度：螺栓连接处的连接板净截面面积连接板剪应力满足要求。验算连接板在作用下的抗弯强度：螺栓连接处的连接板净截面模量近似为：连接板正应力满足要求。连接板的折算应力：4）连接板与柱相连的双面角焊缝抗剪强度：构造要求：双面角焊缝焊脚尺寸取。根据受力验算则：有效焊缝长度为有效焊缝截面模量正面角焊缝的强度设计值增大系数。第141页 (（8）节点域验算1）节点域的柱腹板厚度验算：，满足要求。2）梁柱节点域的抗剪承载力：当柱受到极不平衡的梁端弯矩时，在梁翼缘中引起相当大的集中力，在上下水平加劲肋和柱翼缘所包围的节点板域，上述集中力将作为剪力传到节点板域的柱腹板上。需要满足其中为节点两侧梁端弯矩设计值，为节点板域腹板的体积，对于H形柱，为节点域板的厚度。，满足要求。2.9.1.2主梁与柱焊接连接设计选取控制内力为：（1）计算指标高强度螺栓采用8.8级M20，连接为摩擦型，孔径（1.5为安装空隙），摩擦面做喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，螺栓预拉应力。第141页 翼缘钢材腹板钢材焊缝：焊条为E43系列手工焊，对接焊缝，角焊缝。（2）螺栓布置及计算按螺栓布置要求：螺栓布置简图如图2-44所示。图2-44螺栓布置简图螺栓至连接板端部，取为45mm。连接板端与翼缘外侧的距离，取为40mm，螺栓间距，且取为100mm。边距最小容许距离，取为40mm。,设螺栓每排数。（3）判断是否需要双排螺栓第141页 翼缘的塑性截面模量梁全截面塑性截面模量：因为，所以梁腹板与柱的连接螺栓可以采用单排。（4）螺栓数量的确定一个摩擦型高强度螺栓受剪承载力设计值，考虑连接螺栓承载力调整系数取；且由于施工时先栓后焊，考虑焊接时对螺栓引起的预拉力损失，乘以折减系数0.9；双剪连接得：根据剪力确定高强螺栓数目：个根据试算和经验，选取单排（），螺栓数量总计4个。（5）螺栓群计算梁全截面惯性矩梁腹板的惯性矩梁腹板的弯矩螺栓群如图2-45所示第141页 （6）螺栓群在外荷载作用下的内力计算为：，满足要求。其中为所验算螺栓到螺栓群形心的水平和竖向距离，为任一个螺栓到螺栓形心的水平和竖向距离。（7）节点弹性设计计算1）梁翼缘完全焊透的梁翼缘与柱翼缘对接焊缝强度验算：，满足要求。2）连接板厚度确定：连接板净截面与梁腹板净截面相等计算：根据螺栓间距最大要求确定连接板厚度t：根据支撑板的宽度，求连接板厚度t：综合以上数值，取连接板厚度为，则，。3）验算连接板的强度：螺栓连接处的连接板净截面面积第141页 连接板剪应力满足要求。验算连接板在作用下的抗弯强度：螺栓连接处的连接板净截面模量近似为：连接板正应力满足要求。连接板的折算应力：4）连接板与柱相连的双面角焊缝抗剪强度：构造要求：双面角焊缝焊脚尺寸取。根据受力验算则：有效焊缝长度为有效焊缝截面模量正面角焊缝的强度设计值增大系数。第141页 （8）节点域验算1）节点域的柱腹板厚度验算：，满足要求。2）梁柱节点域的抗剪承载力：当柱受到极不平衡的梁端弯矩时，在梁翼缘中引起相当大的集中力，在上下水平加劲肋和柱翼缘所包围的节点板域，上述集中力将作为剪力传到节点板域的柱腹板上。需要满足其中为节点两侧梁端弯矩设计值，为节点板域腹板的体积，对于H形柱，为节点域板的厚度。，满足要求。2.9.1.3主梁与柱栓焊连接设计选取控制内力为：（1）计算指标高强度螺栓采用8.8级M20，连接为摩擦型，孔径，摩擦面做喷砂处理，摩擦面抗滑移系数，螺栓预拉应力，第141页 翼缘钢材腹板钢材焊缝：焊条为E43系列手工焊，对接焊缝，角焊缝。（2）螺栓布置及计算按螺栓布置要求：螺栓布置简图如图2-46所示。图2-46螺栓布置简图螺栓至连接板端部，取为45mm。连接板端与翼缘外侧的距离，螺栓间距，且取为。边距最小容许距离取为40mm。，满足要求。第141页 （3）判断是否需要双排螺栓翼缘的塑性截面模量梁全截面塑性截面模量：因为，所以梁腹板与柱的连接螺栓可以采用单排。（4）螺栓数量的确定一个摩擦型高强度螺栓受剪承载力设计值，考虑连接螺栓承载力调整系数取；且由于施工时先栓后焊，考虑焊接时对螺栓引起的预拉力损失，乘以折减系数0.9；双剪连接得：根据剪力确定高强螺栓数目：个根据试算和经验，选取三排（），螺栓数量总计12个。每排之间最小距离为，取70mm。（5）螺栓群计算梁全截面惯性矩梁腹板的惯性矩梁腹板的弯矩螺栓群如图2-47所第141页 （6）螺栓群在外荷载作用下的内力计算为：，满足要求。其中为所验算螺栓到螺栓群形心的水平和竖向距离，为任一个螺栓到螺栓形心的水平和竖向距离。（7）节点弹性设计计算1）梁翼缘完全焊透的梁翼缘与柱翼缘对接焊缝强度验算：，满足要求。2）连接板厚度确定：连接板净截面与梁腹板净截面相等计算：第141页 根据螺栓间距最大要求确定连接板厚度t：根据支撑板的宽度，求连接板厚度t：综合以上数值，取连接板厚度为，则，。3）验算连接板的强度：螺栓连接处的连接板净截面面积连接板剪应力满足要求。验算连接板在作用下的抗弯强度：螺栓连接处的连接板净截面模量近似为：连接板正应力满足要求。连接板的折算应力：4）连接板与柱相连的双面角焊缝抗剪强度：构造要求：双面角焊缝焊脚尺寸取。根据受力验算则：有效焊缝长度为第141页 有效焊缝截面模量正面角焊缝的强度设计值增大系数。（8）节点域验算1）节点域的柱腹板厚度验算：，满足要求。2）梁柱节点域的抗剪承载力：当柱受到极不平衡的梁端弯矩时，在梁翼缘中引起相当大的集中力，在上下水平加劲肋和柱翼缘所包围的节点板域，上述集中力将作为剪力传到节点板域的柱腹板上。需要满足其中为节点两侧梁端弯矩设计值，为节点板域腹板的体积，对于H形柱，为节点域板的厚度。，满足要求。第141页 2.9.1.4主梁与柱栓焊连接设计主梁的控制内力取为：与主梁的控制内力相差很小，可采取相同的节点设计。2.9.2主梁与次梁的连接设计次梁与主梁的连接应将主梁作为次梁的支点，可有两种做法，即简支连接和刚性连接，本工程采用简支连接，在计算连接螺栓或焊缝时，除了考虑作用在次梁端部的剪力外，尚应考虑由于偏心产生的附加扭矩，在铰接设计中剪力起绝对的控制作用。顶层次梁CL02：（1）计算指标设高强螺栓采用8.8级M20，承压型连接，孔径(1.5mm为安装空隙)。，，，次梁腹板，。焊缝：焊条为E43系列手工焊，对接焊缝，角焊缝。（2）设计假定次梁为简支连接，不考虑地震作用，次梁支点在主梁的中心线上，连接螺栓和连接板除承受次梁的剪力外，尚应考虑由于连接偏心所产生的偏心扭矩的作用。（3）螺栓布置、主梁加劲肋板厚度的确定及计算·螺栓布置要求按照螺栓布置的构造要求，安装缝隙，切角；螺栓至连接板端部，取为45mm；螺栓间距，且；设螺栓两个单排设置，取为100mm，满足要求。第141页 次梁腹板高度次梁腹板外伸部分高度所以安装缝隙，满足要求1）主梁加劲肋板厚度的确定加劲肋厚度应和次梁腹板厚度相同，可不进行强度计算，加劲肋厚度应满足构造要求，即：采用双剪时，t不宜小于6mm，可取，取。，，满足要求。2）螺栓抗剪验算单个螺栓抗剪承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓的承载力设计值在偏心弯矩作用下，边行受力最大的一个高强度螺栓所受的剪力为。在剪力和偏心弯矩共同作用下，边行受力最大的一个高强螺栓所受的剪力为（4）主梁加劲肋的连接焊缝计算1）按构造要求求：（加劲肋与主梁腹板、翼缘相连）第141页 双面角焊缝焊脚尺寸取。2）验算焊缝强度焊缝长度为有效焊缝长度有效焊缝截面模量正面角焊缝的强度设计值增大系数。（5）连接板计算1）连接板净截面惯性矩：（下列式中，t为连接板厚度）2）连接板净截面面积：3）连接板净截面模量：4）抗剪承载力求t：所以5）抗弯承载力求t：所以第141页 6）折算应力求t：所以7）根据连接板的净截面面积等于梁腹板的净截面面积求t：8）根据螺栓间距最带要求确定连接板厚度t：综上所述，取，满足要求。2.10柱脚设计压弯构件与基础的连接有铰接和刚接柱脚两种类型。铰接柱脚不抵抗弯矩，刚接柱脚因能同时承受弯矩、轴力和剪力，构造上要保证传力明确，柱脚与基础之间的连接要兼顾强度和刚度，并要便于制造和安装。本柱脚设计采用外露式刚性柱脚，外露式柱脚的弯矩、轴力直接传给下部混凝土，此时应验算基础混凝土的抗压强度及锚栓的抗拉强度。柱底板的尺寸由底板反力和底板区格边界条件计算确定，当底板压力出现负值时，应有锚栓承受拉力。为使传到基础上的力分布开来，提高柱脚底板的刚度和减小底板的厚度，本设计通过设置加劲肋达到这一要求。2.10.1设计资料钢材为Q235，钢柱为，柱翼缘与柱脚底板采用完全焊透的对接焊缝，腹板采用角焊缝连接，柱脚落在混凝土强度等级为C30的700×700基础短柱上。1）柱脚底板处的控制内力2）计算指标锚栓采用Q235，底板厚度：不应小于柱子较厚板件的厚度，并且不宜小于30mm，取，用Q235钢材，，。柱腹板与柱脚的连接角焊缝：焊条为E43型系列手工焊，。第141页 混凝土，采用C30等级，轴心抗压强度设计值，混凝土弹性模量，混凝土强度影响系数。2.10.2柱脚底板尺寸的确定初定锚栓直径为30mm，查表得：。底板宽度按构造初步确定：取，，底板尺寸：柱脚设计简图如图2-48所示。图2-48柱脚简图第141页 2.10.3柱脚底板厚度计算根据底板所受弯矩确定底板厚度，计算底板各部分弯矩。悬臂部分：三边支撑部分：，查表得：，四边支撑部分：，查表得：，底板厚度综上所述，取。2.10.4锚栓、底板下混凝土局部受压计算以及底板下后浇层抗剪承载力计算（1）混凝土局部受压计算：混凝土局部受压时的强度提高系数：，则：，满足要求。（2）锚栓受拉强度验算初定锚栓为Ⅰ型，，，故受拉锚栓的总拉力，柱脚底板全截面受压：第141页 ，满足要求。2.10.5柱与底板的连接焊缝计算（1）柱腹板与底板焊脚尺寸：按构造要求：，取焊脚焊缝尺寸为。（2)柱腹板与底板焊缝有效截面积：（3)柱腹板与底板连接焊缝计算:柱截面惯性矩：（为单侧翼缘截面面积）折算应力：综上所述，柱腹板与底板的角焊缝满足要求。2.10.6支撑加劲肋的计算（1）加劲肋参数：，，，切角，加劲肋板厚第141页 ，，故，支撑加劲肋简图如图2-49所示。图2-49支撑加劲肋简图（2）验算：，满足要求。（3）支撑加劲肋的抗剪计算：加劲肋所承受的底板区格宽度：加劲肋所承受的底板区格长度：第141页 ，满足要求。(4）支撑加劲肋焊缝强度验算：，满足要求。2.11基础设计2.11.1基础梁设计(1）设计资料纵向受拉钢筋选用，混凝土强度等级为C30，。查表得：，。（2）截面尺寸，选用。，选用。（3）弯矩计算基础梁主要承受上部高的蒸压加气混凝土砌块的重量，其容重为，基础梁尺寸初选为。砌体传给基础的荷载：基础梁自重：故基础梁上的荷载设计值为：把基础梁视为简支梁，则计算简图如下图2-50所示。第141页 图2-50基础梁计算简图（4）计算系数、按梁内只有一排受拉钢筋考虑：取，则。，（5）计算钢筋面积，由计算面积查表可知，选用，。可采用一排布置。，满足要求。（6）斜截面抗剪配筋计算剪力设计值：1）验算截面尺寸：对矩形截面取有效高度，，属于厚腹梁，，截面符合要求。由于混凝土，取。2）验算是否需要配置箍筋：，故可不进行斜截面受剪承载力计算，但应设置构造筋。箍筋钢筋选用Ⅰ级钢筋HPB300，第141页 。2.11.2柱下独立基础A设计基础顶部设有基础短柱，截面尺寸为700×700mm,高为300mm，垫层混凝土采用C15,厚度取100mm，基础混凝土等级采用C30,钢筋采用Ⅰ级筋HRB335，保护层厚度（有垫层时混凝土保护层厚度不小于40mm）。取基础顶面到室外地坪为0.6m，初选基础高度0.7m，基础埋深距室内地面为1.95m,根据设计资料，1.95m处基础底面处的地基承载力特征值。（1）荷载计算1）由柱传至基础顶面的荷载（按标准组合取）：，，2）由基础梁传至基础顶面的荷载：相对于基础底面中心的偏心距，相应的偏心弯矩标准值为：3）作用于基底的弯矩与相应基顶的轴向力标准值分别为(2)基底尺寸确定1）求修正后的地基承载力：查表得，，，由于基础宽度，按3m计算，故：。2）初步确定基底尺寸：此处埋深为平均埋深。设，，可得，取第141页 ，则。（3）验算荷载偏心矩，满足要求。（4）验算基底边缘最大压力，满足要求。，满足要求，所以确定基础尺寸为：。（5）验算基础的高度采用锥形基础，其边缘高度不宜小于200mm，顶部每边应沿柱边放出50mm。基础高度选取的为400mm高，边缘高度初选为300mm，基础上混凝土短柱高为300mm，其简图如图2-51所示。图2-51基础尺寸图第141页 1）计算按荷载效应基本组合确定的基底弯矩和相应基顶轴向力设计值为：2）求最大地基净反力：。3）基础柱截面边缘抗冲切验算：应满足式中—相应于荷载效应基本组合的地基净反力；—冲切力的作用面积—受冲切承载力截面高度影响系数，基础高度h不大于800mm，取1.0；—混凝土轴心抗拉强度设计值；—冲切破坏锥体斜裂面上下边长的平均值；—基础的有效高度，此处。，所以冲切截面如图2-52所示。图2-52冲切截面示意图第141页 （6）配筋计算1）计算基础长边方向基础底板所受的基底反力如图2-53所示。根据相似三角形可以求出混凝土短柱侧Ⅰ-Ⅰ截面的基底净反力。Ⅰ-Ⅰ截面的弯矩为图2-53基础底板净反力，所以可以在1800mm内配置第141页 的钢筋，，满足要求。2）计算基础短边方向在短边方向，认为是轴压作用，Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为，所以可以在2700mm内配置构造钢筋的钢筋，，满足要求。同时应注意在双向配筋的时候应使短钢筋在上部长钢筋在下部。2.11.3柱B和C联合基础设计（1）内力计算由于B和C柱间距很小，所以采用联合基础进行设计。初选基础上混凝土短柱高为400mm，基础高度初选为300mm。根据内力组合表2-11可知柱脚处的内力如下所示：B柱脚的设计值和标准值分别为，C柱脚的设计值和标准值分别为：，所以，作用在联合基础上的荷载简化为，，第141页 联合基础截面初选及受理示意图如图2-54所示。图2-54B、C联合基础示意图（2）计算基底形心位置及基础长度对柱B的中心取矩，由得：所以（3）计算基础底面宽度（荷载采用荷载效应标准组合）：（4）计算基础内力净反力设计值：第141页 由此可以画出图如图2-55所示：图2-55剪力和弯矩图（5）基础高度验算取，则1）受冲切承载力验算：由柱冲切破坏锥体形状可知，B柱右侧处的剪力较大，选此柱进行验算。，满足要求。（6）配筋验算1）纵向配筋（采用HRB335）：柱间负弯矩，所需要的钢筋面积为基础顶面配，，其中1/3（3根）通长布置。基础底面采用HRB335级钢筋，第141页 选用的钢筋，，其中四根通长布置。2）横向钢筋（采用HRB335钢筋）：柱B处的等效梁宽为：折成每米板宽内的配筋面积为柱C处的等效梁宽：折成每米板宽内的配筋面积为。现沿基础全长配置（），基础顶面配横向构造钢筋16@80的钢筋。第141页 结束语毕业设计即将结束，静下心来回想毕业设计的这几周，过得真的很充实。从毕业设计开始为期一周的实习，到后来的建筑设计及结构设计阶段，我的每一天都在不断地学习，丰富自己的头脑。通过此次毕业设计，我对土木工程专业，对钢结构有了更深层次的认识。最大的收获可能是培养了一种主动学习的态度。通过毕业设计，我由原来的被动去学习，变成现在的主动探索。我感觉这是最大的进步。在毕设过程中，会遇到很多困难，我们学会了查规范，问经验，主动探索答案。我见识到了知识海洋的广阔。仅仅钢结构设计一个方向，就有那么多东西要学，我深知自己现在还很浅薄，要去不断学习。同时，要学会总结，善于思考。要总结学习别人的观点，抓住精髓，并要考虑其中的合理性，有时甚至要摒弃他的观点，通过思考总结变为自己的知识。再次，要充分认识到解决疑问的重要性，切不可有得过且过的观点。最后，作为一个工程师，必须时刻保持严谨求实的态度，切忌浮躁。做任何设计都必须统筹规划，既有长期规划又应有具体规划。毕业设计结束了，但是我要学习的还有很多，在接下来的生活和学习中，我会继续学习，把头脑中的知识继续深化。毕业设计的过程虽然是艰辛的，常常加班加点，但当看到自己的成果时，感觉一切都是值得的。这是一份自己交给自己的大学四年的答卷，不求完美，问心无愧就好。杨春旭2014年6月第141页 外文文献翻译SteelConnections1GeneralInthedesignofasteelstructuralsystemconnectionsareoftenrelegatedtoasecondarystatuswhencomparedtotheselectionandarrangementofthemainstructuralelements.Connectiondesigniseasilyoversimplifiedwhichcanleadto,onoppositeendsofthedesignconsiderationspectrum,unsafeconditionsandmemberinefficiencies(Thornton1995).Whilethefunctionofsteelconnectionsisfundamentallytoserveasaloadconduitfromintersectingcomponentsofastructuralsystem,achievingthistransferwhiletakingintoaccountallgeometrical,strength,andserviceabilityconsiderationscanprovequitecomplex.Ultimatelyaconnectiondesignwillcompriseconnectionelements(angles,structuraltees,gussetplates,etc.)andameansoffasteningthemtotheintersectingmembers:bolts,welds,orsomecombinationofthetwo.Howeveraclearunderstandingofthepropertiesinteraction,andfunctionofeveryconstituentelementisessentialtothedesignandapplicationofanyconnection,renderingmanyconnectionsanythingbut“typical”.Steelconnectionscanbecategorizedinseveralwaysdependingontheirintended.function,geometry,ormethodinwhichtheyareemployed.Generally,connectionscanbeseparatedintotension,compression,orframingsheartypes,withseveralsubsetsofeach.Tensionconnectionsoftenmanifestthemselvesassplicesorhangertypes,whilecompressionconnectionsaregenerallyfoundwhensplicingoranchoringcolumns.Framingconnectionsrefertobeam-to-columnorbeam-to-girderwebconnections.AISC(1999)definestwoclassificationsofframingconnections:partiallyrestrained(PR),andfullyrestrained(FR).PR(pinned)orsimpleshearconnectionsareintendedtocarryonlytheendreactionofthebeamandareassumedtoprovidenorotationalresistance,orinotherwordstheyexhibitinfiniteflexibility.FRandPR(moment)connectionsaremomentresistingand,astheirnamesindicate,refertothepramountofrotationalresistanceprovidedbyeach.FRconnectionspossesssufficientrigiditytopreservetheoriginalanglesofintersectingmembersduringloadingwhiledevelopingtherequiredstrengthoftheintersectingbeam.PRreferstothespectrumofconnectionsofferingsome第141页 degreeofmomentresistancewhileallowingforconnectionrotation.FullPRconnectionscandevelopthefullplasticmomentoftheconnectingstrengthbeamwhileatthesameallowingsomeconnectionrotation.RexandGoverdhan(2000)reportthatalthoughPRbuildingshavepotentialadvantagesofquickererectionandreducedsteelweight,theyarerarelyutilizedduetoalackofdesignguidanceandrelevantsoftware.Alternatively,AISC(1999)allowstheuseofflexiblemomentconnections,whicharenottechnicallyPRconnectionsbutofferamorestraightforwarddesign.HoweverrecentworktounderstandtheapplicabilityandlimitationsofPRconnectionsaswellastoprovidedesignrecommendationscouldinitiateanindustrywidechangeinattitude.1.1BoltedConnectionsinTensionConnectingelementscanbejoinedbywelds,high-strengthbolts,orthetwousedinconjunction.Shopweldingefficientlyproducesahigh-qualityweld,howeverfieldweldingcanbeawkward,expensive,andtimeconsuming.Althougheaseoferectionisnottheonlyconsiderationinconnectiondesign,boltingoffersafaster,easiererection.Themajorityofboltedconnectionsutilizeboltgroupsloadedinshear.Whilethedesignofboltsinshearisoftenassimpleasselectinganappropriatenumberofboltstoresistthebeamendreaction,thedesignofconnectionsinwhichboltsaresubjectedtotensileforcesiscomplicatedbyaphenomenonknownasprying.Pryingresultsfromthedeformationofelementswithinthegripofaboltedconnectionintensionandinducesadditionalboltforcesabovethoseimposedbythedirecttensileforce.Pryingactioncanbeprevented;however,itisnotalwaysnecessarytodoso(AISC1999).Thetreatmentofpryingactioninconnectiondesignwillbeaddressedinmoredetaillaterinthischapter.1.2End-PlateConnectionsTheend-platemomentconnectionisoneexampleofaboltedconnectioninwhichtheboltsaresubjectedtotensileloads.End-plateconnectionsconsistofaplateshopweldedtotheendofabeamandthenboltedtoeitheracolumnflangeoranotherend-plateasameansofsplicingbeams.Thistypeofconnectionconsistsoftwomaincategories,flushandextended(Sumner2003).Flushend-platesterminateattheoutsideedgesoftheconnectingbeamflangesandallconstituentboltrowsarecontainedwithinthesameflanges.Alternatively,extendedend-plateconnectionsfeatureend-platesthatextendoutsidetheconnectingbeamflangeswithatleastoneboltrowoutsidethebeamflanges.Forend-plateconnectionssubjecttoloadreversals,theconnectionissymmetricaboutthebeamcenterline,andconsequentlybothbeam第141页 flangesaredesignedfortension.End-plateconnectionsarealsodifferentiatedbythearrangementandnumberofboltsatthetensionflange(Sumner2003).TheseconnectionstendtobestrongandstiffandthisrobustnessallowsthemtobedesignedaseitherPRorFR.1.3T-StubandFlangeAngleConnectionsT-stubsandflange-angles(clip-angles)canbecompletelyboltedconnectionsthat,likeend-plates,featureboltgroupsloadedintension.Whiletheabsenceofweldsiscertainlyadvantageousfromanerectionandqualitycontrolperspective,thesePRconnectionsgenerallyofferlessstiffnessandstrengththanend-plates.T-stubconnectionsconsistofstructuralteesboltedthroughtheirwebtotheconnectingbeamflangeandthroughtheirflangetothecolumnflange.Flange-anglesarestructuralanglesthatareboltedthroughbothlegstotheflangesoftheintersectingbeamandcolumn.Bothconnectionsemployboltedstructuralanglesbetweenthebeamwebandcolumnflangetocarrytheshearforceoftheconnection.FEMA(2000a)prequalifiest-stubconnectionsforusewithsmallerconnectingbeamsinhighseismicregionsprovidedtheconnectionmeetsa“fullstrength/partialstiffness”criterion.Duetotheirinherentlylowstiffnessandstrengthflange-angleconnectionsarenotrecommendedforuseinhighseismicareas,andmayhavelimitedapplicabilitytolowseismicregions(FEMA2000i).1.4HSSFlange-PlateSplicesHollowStructuralSections(HSS)arecommonlyusedasstructuralelementsoftrussesduetotheirlightweightandhighstrength-to-weightratios.Oftenitisnecessarytosplicethesesectionstoincreasetheirspanandtheuseofboltedflangeplatesisanattractiveoptiontoaccomplishthistask.Thismethodofsplicingcanbeappliedtocircular,rectangular,andsquareHSSsectionsandinvolvesshop-weldingaflangeplatetotheendoftwosectionsandthenboltingtheflangeplatestogether.Splicinginthismannernotonlyallowsadesignertoovercomespanlimitationsimposedbytransportationandfabricationbutalsotochangecross-sectionswhileensuringcontinuity.Flange-platesplicesaregenerallydescribedbythetypeofHSSsectionbeingsplicedandthenumberofboltsintheconnection.Thoughthisconnectionisnotmomentresisting,itisstillsubjecttothesamedesignconsiderationsregardingtheuseofboltsintensionasthepreviouslydiscussedframingconnections.2MotivationforRecentResearchConcerningBoltsinTensionAftertheacceptanceofhigh-strengthboltsasviablestructuralfastenersbytheBoltCouncilin1951,theperformanceofboltedmomentconnectionsinhighseismic第141页 regionswasnotfullyunderstood,comprehensivelycodified,orextremelyrelevantduetotheperceivedadvantagesofwelds.Researchinboltedconnectionsfocusedonthepryingphenomenonanditsaffectondifferentconfigurationsofboltrows.Beginninginthe1960’sdesignersbegantofavorweldedmomentconnections,especiallyinlargeandimportantstructures.Theseweldedconnectionsappearedtooffereconomic,strength,andductilityadvantagesovertheirboltedcounterparts(FEMA2000e).By1988flange-welded,web-boltedconnectionswere“prequalified”bytheUniformBuildingCode(UBC)(Malley,2000).However,failureofweldedmomentconnectionsinthe1994NorthridgeearthquakeinCaliforniaandthe1995KobeearthquakeinJapanservedasindustrywidecatalyststoreexamineweldedmomentconnections.2.1SACJointVentureThe1994Northridgeand1995Kobeearthquakesrevealedbrittlefracturesofsupposedlyductileweldedconnectionsinnumeroussteelbuildings.Althoughnobuildingscollapsed,thesefailuresservedastheimpetusforareevaluationofsteelmomentconnectionsasawhole.Inlate1994threeconcernedentities,SEAOC,ATC,andCUREe,joinedtogethertoformtheSACJointVenture.ThisorganizationproceededtoenlistFEMAtofundthemajorityofthesixyear,two-phase,$12millionSACSteelProject.PhaseIoftheprojectdealtwithinspection,repair,andupgradeofexistingvulnerablebuildingsaswellasrecommendingfuturedesignchanges.PhaseIIwasacomprehensiveevaluationofseveralboltedandweldedsteelmomentconnectionsincludingfullscaleconnectiontestsofendplate,t-stub,andflange-angleconnections(FEMA,2000i).ThegoaloftheSACSteelProjectwithrespecttoboltedmomentconnectionswastoevaluatetheirsuitabilityforserviceinintermediateandhighseismiczonesandtopresentarationaldesignphilosophyforsuchapplications.ThephysicalproductofPhaseIIwasFEMA’spublicationofsixstate-ofthe-artreportsandfourseismicdesignguidestoassistengineersinthedesignofsteelmomentconnections.Acompleteunderstandingofthestrengthanddeformationcapacityofhigh-strengthboltsloadedinaxialtensionhasbecomesignificantasaresultofthelossoffavorofweldedmomentconnectionscombinedwithanimprovedunderstandingoftheabilitiesofboltedconnectionstoaccommodatelargeplasticrotationsassociatedwithserviceinhighseismicregions.2.2IncreasingHSSSpansTheimportanceofagoodunderstandingoftheperformanceofhigh-strengthboltsintensionmanifestsitselfinflange-platesplices.Aspreviouslydiscussed,the第141页 primaryutilityofHSSflange-platesplicesistoincreasethetubespan.Fabricatedmemberlengthscanbelimitedbytheirabilitytobetransported.Howeverlargetrussesandspaceframesrequirethesesectionstobesplicedtogether.Thissplicecanbeaccomplishedinacoupleofways,onebeingaweldedconnectionwhereaplateisplacedalongthesection’saxisintoprecutnotches.However,thismethodrequiresfieldweldingonatleastonesideofthesplice,meaningaboltedsolutionwouldbelesstimeconsuming.Recentworkwithboltedflangeplateshasfocusedonthenumberandarrangementoftheflangebolts(Willibald2003,Willibaldetal.2003).Knowledgeoftheload-deformationpropertiesofthetensionboltsiscentraltodevelopingacomprehensiveconnectionmodelcapableofaccuratelypredictingtheboltforceswhentheconnectionisloaded,particularlyinoverloadscenarios.2.3FullyThreadedBoltsHigh-strengthsteelbolts(ASTMA325andASTMA490)aremanufacturedwithastandardthreadlengthdependentonthediameterofthebolt.Thiscanleadtothespecificationofseveraldifferentlengthsofthesamediameterboltsonaproject.Acomplicatedboltscheduleissusceptibletoorderingandinstallationerrorsandthereforerequiresmoresupervision.Consequentlytheuseofasingle,fullythreadedfasteneronanentirestructurecouldreducecostsonmanyfronts(Owens,1992).Theuseofasinglefastenerwouldprovideadequatestrengthforallitsapplicationsaswellashavingenoughlengthtoaccommodatethegripofallconnections.Whiletheperformanceofsuchfastenersinshearwouldbeverysimilartonormalhigh-strengthbolts,theiruseintensionwouldrequireathoroughunderstandingoftheirload-deformationcapacity.ForexampletheuseoftheseboltsinPRmomentconnectionswouldrequirethemtoofferthesameacceptablestrengthunderplasticconnectiondeformationthattheirstandardcounterpartsdo.Whiletheuseoffullythreadedboltscouldsimplifybothsteeldesignandconstruction,moreinformationabouttheirperformanceintensionisrequired.3HeavyHexStructuralBoltsHigh-strengthboltsarethreadedmechanicalfastenerswithhexagonshapedheadsusedinstructuralsteelworktojoinintersectingelements.Theuseofboltsasfastenerswasfirstseriouslyconsideredinthe1940’sandrefinedoverthenexttwodecades.Boltseventuallysupplantedrivetsasthepreferredmethodoffasteningduetoeaseofinstallationandtheirabilitytoprovideareliableclampingforcewithinsteelconnections(Kulak,2002).In1947theentitywhichistodayknownastheResearchCouncilonStructuralConnections(RCSC)wasfoundedtoserveasagoverningbody第141页 tosupervisetheacceptanceanduseofhigh-strengthbolts.FouryearslatertheRCSCpublishedthefirsteditionofitsspecification.TodayRCSC(2004)providesguidelinesfortheproperuse,installation,andinspectionofhigh-strengthboltsandthecomponentsrequiredfortheirinstallation.3.1CharacterizationofHigh-StrengthBoltsRCSC(2004)references,bothdirectlyandimplicitly,severalspecificationstocompletelydefinehigh-strengthbolts,theircomponents,andtheiruseinstructuraljoints.Thesespecificationsaddresschemicalcomposition,manufacturing,strength,geometry,ordering,washers,andnuts.Anoverviewoftheprincipalboltspecificationsiscontainedherein.3.2StrengthGradesThecurrenteditionoftheRCSCSpecificationrecognizestwoprimarygradesofheavyhexstructuralbolts,ASTMA325andASTMA490.ThesegradesarereferredtobytheAmericanSocietyforTestingandMaterials(ASTM)specificationswhichdefinetheirrespectivematerialandmechanicalproperties.BothgradesofboltscanbespecifiedaseitherTypeI(mediumcarbonsteel)orTypeIII(weatheringsteel).Thetwoboltgradesdifferfundamentallyinchemicalcompositionandthisvariationmanifestsitselfforstructuralapplicationsintheresultingminimumtensilestrengthofeachgrade.ASTM(2004b)specifiesthatA325boltsofdiameterslessthanorequalto1in.meetaminimumtensilestressof120ksiwhilediameterslargerthan1in.mustbeatleast105ksi.ASTM(2004a)requiresA490boltstomeettherequirementsofaminimumtensilestressof150ksiandamaximumtensilestressof170ksi.ThecommentaryofRCSC(2004)explainsthismaximumlimitationisimposedonA490boltsbecausesteelsapproaching200ksibecomeunacceptablybrittleforuseasfastenersduetotheirsusceptibilitytothepresenceofhydrogen.ThereforeA490boltsoffermorestrengththanidenticallysizedA325bolts,butatthecostofdeformationcapacity.3.3GeometryRCSC(2004)deferstotheAmericanSocietyofMechanicalEngineersspecificationonstructuralfasteners,ASME(1996),foralldimensionaldataforheavyhexbolts,nuts,andhardenedwashers.Alldimensionsareprovidedininchesalthoughmetrichigh-strengthboltscanbespecified.Boltsarecommonlymanufacturedindiametersrangingfrom0.5to1.5inandlengthsuptoapproximately8in.dependingonsizeandsupplier.Typicallyboltslessthan5in.longareavailableinincrementsof0.25in.,whilelongerboltsaresuppliedin0.5in.increments.Boltsaresuppliedwith第141页 astandardthreadlengthdependantontheirdiameter,althoughfullythreadedboltscangenerallybemadeavailablethroughspecialarrangementwithamanufacturer.ASME(2003)providesstandardthreaddimensionsanddiameterdependantthreadpitch(threads/in.),whichdecreaseswithincreasingboltsizes.Acommonthreaddesignationis“UNC”indicatingtheboltthreadsmeettheunifiedthreadcriteriaandarecoarsewithrespecttotheirpitch.第141页 钢连接1前言与选择和安排的主要结构构件相比，设计一个钢结构系统连接设计往往降级到次要的地位。连接设计是很容易过分简单化，导致设计考虑的范围的另一端，产生不安全的条件和构件的低效率（桑顿1995年）。而钢连接的功能是从根本上充当了结构体系交叉组成部分的负荷导线，要实现这一转移，需同时考虑到所有的几何、强度及可靠性的要求，那可是相当复杂的。最终的连接设计将包括连接元件（角钢，结构T型板，节点板等）以及紧固他们与交叉部分的构件：螺栓、焊接或一些两者的组合的一种手段。但对相互作用的每一个组成部分功能的清醒认识是对设计与应用必不可少的，表现为许多并非“典型”的连接。钢连接可以根据自己的目标功能、几何或它们所用的方法分为几类。一般来说，连接可分为受拉、受压、或将其作为框架剪切类型，以及它们各自的一些子集。受拉连接往往作为拼接板或托板出现，而受压连接一般在连接板或锚固柱时出现。框架连接指梁柱连接或梁与支架的连接。AISC(1999)定义了框架连接的两种分类：部分有约束（PR）和全部受约束(FR)。PR（栓接）或简单剪切连接，只只承担梁端荷载并且被假定为没有抵抗转动能力，或换句话说，他们表现出无限弹性。FR和PR连接的抵抗弯矩，并如它们的名字所表示，指的是每一个FR连接所提供的抵抗转动能力的大小，FR连接拥有足够的刚度，在受荷的同时保持原来交叉部分的角度不变，并且提高所需的结构强度。PR连接是指提供某种程度的弯矩抵抗能力的连接，同时允许连接转动。完全的PR连接，梁的强度可达到完全塑性弯矩，同时也允许连接转动。雷克斯和戈韦尔丹（2000）报告说，虽然PR的建筑物有潜在的优势，能有效地减少钢的重量，由于缺乏设计指导和相关的软件它们很少使用。另外，AISC（1999）允许使用弹性抗弯连接，这在技术上并不是PR连接，但提供了更为直截了当的设计。但最近的工作了解到PR连接的适用性和局限性，以及提供设计建议。可以发起工业的广泛应用。1.1受拉状态下螺栓连接第141页 连接构件可以通过焊缝、高强螺栓或混合使用的方式连接。现场焊接能高效率地生产高品质的焊缝，但现场焊接比较困难、昂贵的和耗费时间。虽然在连接设计中方便应用不是唯一的考虑因素，锚栓提供了更快捷、更方便安装方式。大多数螺栓连接利用螺栓组承担剪力。而在剪力下螺栓的设计往往是那么简单，选择适当数量的螺栓，以对抗梁端的受力。设计连接中螺栓受到抗力由于杠杆力而变的复杂。杠杆力是由于板件变形产生的附加力，在铰接连接中螺栓的受力在外转动的基础上增加了杠杆力。杠杆的力是可以计算的，但它并非总是需要这样做（AISC1999年）。在设计方面对杠杆加以考虑将在稍后在这一章更详细的讨论。1.2端板连接端板连接是螺栓交接连接的一种典型形式。端板的连接是由梁端的板件经工厂焊接与柱的翼缘或另外的端板连接。这种类型的连接包括两个主要类别：平齐式和外伸式（萨姆纳2003年）。平齐式端板连接的梁翼缘外边缘平齐，所有的螺栓排布置在同一翼缘之内。而外伸端板连接，端板伸出梁翼缘之外，至少有一排螺栓布置在梁翼缘之外。因为端板连接的受荷是反向的，且连接是关于梁中线对称，因此两个梁翼缘设计为受拉。端板连接根据受拉翼缘螺栓的布置不同有差别（萨姆纳2003年）。这些连接往往是坚固和刚性的，这使它们在设计上既可为PR也可为FR。1.3T型连接和翼缘角钢连接T型连接和翼缘角钢连接可以完全用螺栓连接，例如端板和受拉螺栓群。虽然施工和质量控制的角度来看，没有焊缝是有利的，这些PR连接一般比端板连接的刚度和强度要低。T型连接中，其腹板与梁翼缘或者其翼缘与柱翼缘用螺栓连接。在角钢连接中，角钢的两肢与相应的梁柱翼缘用螺栓连接。着两种连接都由梁腹板和柱翼缘之间的角钢的螺栓承担。FEMA（2000年）措施的T型连接应用于小于高震区的较小的横梁连接在高地震区提供连线会见了“完全强度/局部刚度”的标准。由于其内在的低刚度和强度，T型连接是不建议使用在高地震区，并可能有限地适用于低地震地区。1.4中空钢管翼缘板的拼接中空钢管截面（高速钢）由于其重量轻，强度高和高的强度与重量比是常用的结构要素。往往用拼接来增加他们的跨度。使用螺栓连接翼缘板是一个具吸引力选择来完成这项任务。这种拼接方法可用于圆形、长方形和正方形的中空钢管，并涉及现场焊接，翼缘板到两截面端部，然后将翼缘板用螺栓连接在一起。这种方式的拼接不仅允许设计人员克服由于运输和制造的大跨度的限制，同时可改变截面，确保连续性。翼缘板接合一般作为中空钢管截面典型连接。虽然这种连接是不抵抗弯矩的，但仍然受到相同的设计考虑特殊螺栓的应用，作为先前讨论的框架连接。2有关受拉螺栓最新研究的动机自从安理会在1951年接受高强度螺栓作为可行的结构紧固件之后，在高地震区螺栓连接的性能还没有得到充分认识和全面整理，或与已知其优点的焊缝连接的直接等同。对螺栓连接的研究侧重于杠杆力的现象和其对不同的配置螺栓构造的影响。1960第141页 年的设计师开始喜爱焊接连接，特别是在大型和重要的结构。这些焊接连接的与螺栓连接相比，表现为提供经济、强度、韧性等优势。1988年翼缘焊接、腹板螺栓混合连接通过“资格预审”，制定了统一的建筑规范（UBC）（malley，2000年）。接着，在1994年在加利福尼亚州northridge地震和1995年阪神大地震中焊接连接的失败作为整个行业的催化剂，使大家重新审视焊接连接。2.1国资委合资企业1994年northridge和1995年神户地震表明，在众多的钢结构建筑物假定为韧性的焊接连接发生了脆性破坏。虽然没有建筑物坍塌，但是这些失败作为动力，作为一个整体重新评价钢结构的连接。在1994年年底的三个有关实体，SEAOC、ATC和CUREe合并，形成国资委合资企业。这个组织建立了一个FEMA基金项目，该项目为六年，分两个阶段，资金为1200万美元。第一阶段的项目处理检查，修复和升级现有的脆弱的建筑物，以及建议未来的设计变化。第二阶段是对若干螺栓和焊接的连接的综合评价，包括全比例的端板连接、T型连接和翼缘角钢连接（FEMA，2000i）。国资委钢项目的目标是评估螺栓连接是否适合在中等和高地震区，并提出一个合理的设计理念。第二阶段目标是FEMA的出版六种状态的报告和4个抗震设计指南，以协助工程师进行钢结构连接设计。对于强度和高强螺栓装在轴向的拉力下的变形的能力一个完整的认识，能更好的理解焊接连接的不利和螺栓连接适应大的塑性变形的能力，可用于高地震的地区。2.2增加中空钢管的跨度对高强度螺栓在受拉情况下的充分认识的重要性的体现在它应用于翼缘板拼接中的连接本身。正如先前讨论，中空钢管翼缘板拼接的实用性可提高管跨度。制造结构的长度由于运输能力的限制。不过，大型桁架和空间框架的要求这些部分被拼接在一起。这拼接可以用混合的方式实现，其中一个为焊接连接。不过，此方法至少在拼接一侧用角焊缝连接。意味着螺栓的设计将用更少的时间。要求螺栓翼缘连接侧重于翼缘螺栓数量和安排，翼缘螺栓（willibald2003年，willibald等人）。受拉螺栓荷载-变形特性处于整个连接模型，模型能计算翼缘荷载作用下的螺栓受力，尤其是在超载情况下。2.3螺纹螺栓高强度螺栓（ASTM标准a325和ASTMa490）与标准螺纹长度是根据直径螺栓制定的。这可能会导致同一种直径的螺栓有集中不同的螺栓长度。相关的螺栓附表可知螺纹长度要求和安装误差。因此，需要更多的监督。因此使用单一的螺栓，螺纹紧固件可以降低成本，使用单一的紧固件将提供足够的强度，以及有足够的长度以布置所有连接。这些紧固件的抗剪强度与高强度螺栓十分相似，在深入了解他们的荷载变形能力之后，可将其应用与翼缘连接。在连接中使用的螺栓，将要求他们提供同样的接受强度下，而使用螺纹螺栓可以简化钢结构的设计与施工，在塑性连接变形下，要求更多的关于受拉性能的信息。第141页 3十六角头螺栓高强螺栓是机械加工螺纹紧固件，并采用大六角头螺栓，用未连接结构中的连接构。最早使用螺栓作为紧固件在1940年，在未来20年间得到完善。螺栓区别于铆钉的主要特性是易于安装和其在连接中的可靠的夹紧力与钢连接（kulak，2002年）。1947年是今天被称为结构连接（RCSC）协会创立是为了作为一个理事机构，以监督接受和使用高强螺栓。四年后推广RCSC的应用发表的首版规范。今天RCSC（2004）提供高强螺栓的正确使用、安装和检验和组件的安装等要求方面的设计指南。3.1高强度螺栓RCSC（2004）给出了包括直接和间接的几本规范，用来界定高强度螺栓，其零部件以及他们在结构连接中的使用。这些规范包括化学成分、制造、强度、几何等。概述了主要螺栓的规格。3.2强度等级当前版的RCSC规范承认两个高强螺栓的基本的等级，美国ASTMA325和ASTMA490。这些等级是根据美国材料和试验中心（ASTM标准）规范，界定其各自的材料和力学性能。这两个等级的螺栓可以用I型（中碳钢）或III型（耐候钢）。两个螺栓等级不同从根本上是化学组成不同，体现了本身结构所产生的最小抗拉强度。美国ASTM（2004）规定，A325螺栓直径小于或等于一英寸时，其符合最低拉应力为120ksi，当直径大于一英寸必须至少为105ksi。美国ASTM（2004）规定A490螺栓，以满足规定的最低拉应力150ksi和最高拉应力170ksi要求。RCSC（2004）解释了给A490螺栓这个最高限制是因为钢材接近200ksi时会变脆。因此，A490螺栓比相同规格的A325螺栓提供更多大的强度，但是变形也更大。3.3几何RCSC（2004年）根据向美国机械工程师学会规范关于结构紧固件的要求，对ASME（1996年）规定了大六角螺栓、螺帽、硬化垫圈的所有的数据为重型。虽然高强度螺以公布尺寸定义，但所有直径都用提供的英寸。螺栓直径介于0.5至一点五英寸，长度大约八英寸是常见的制造，按照其尺寸大小和供应商的要求。通常螺栓长度小于5英寸，可在增量0.25英寸，而更长的螺栓是增长量以0.5英寸递增。螺栓的标准螺纹长依赖于他们的直径，虽然完全螺纹螺栓一般都可以可通过特别布置与制造而获得。ASME（2000年）规定了标准螺纹尺寸和螺纹间距（螺纹/英寸），从而降低与增加螺栓的大小。第141页 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首先，我要感谢我们毕业设计指导老师--郁有升老师。他有着丰富的工程经验，同时对我们的毕业设计非常认真。他不仅指导我们毕设，而且关心我们的生活，经常与我们谈心，和我们分享他的人生经验。他教给我们很多新的知识，我们接触了本科阶段没有学习过的软件。而且转变了我们的思想，让我们的学习态度由被动转变为主动。大学阶段最幸运的莫过于遇见一个能传道授业解惑的恩师。其次，还要感谢毕业设计过程中和我同甘共苦的组员们—李旭、王雯、高文英、苏凯强同学。感谢他们一路的陪伴。我们共同克服困难，解决问题，分享经验。毕业设计的完成，是我们大家共同努力的结果。再次，我还要感谢大学期间给予我帮助和教导的所有老师们，感谢老师们对我的培养，感谢您们辛勤地耕耘和无私的付出，是您们四年如一日孜孜不倦地教诲，让我在专业知识得以积累、人生阅历得以丰富，在各个方面都有了显著的提高。在此离别之际，再次感谢母校对我四年的培养，感谢老师同学们的帮助，大学四年，这份感情是我宝贵的财富。杨春旭2014年6月附录一、建筑图第141页 01.建筑设计总说明02.一层平面图03．二层平面图04.三层平面图05.四层平面图06.五层平面图07.正立面图08.北立面图09.侧立面和剖面图10.屋面排水图11.大样图二、结构图01．结构设计总说明02.基础布置图03.基础、基础梁详图04.结构平面布置图05.节点设计图（1）06.节点设计图（2）07.楼板、楼梯详图第141页'