昆工结构毕业设计书

'设计（论文）专用纸摘要本设计为昆明市某局综合办公楼的建筑与结构设计计算书，该设计为一栋五层全框架结构的办公楼，防火等级为二级，抗震设防烈度为8度。本设计在确定框架布局之后先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用独立基础，对基础进行了受力和配筋计算。整个结构在设计过程中严格遵循相关的专业规范的要求，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。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。关键词：框架结构，抗震设计，荷载计算，内力计算，计算配筋-115- 设计（论文）专用纸Abstract：ThedesignistheKunmingsomebureauofficebuildingandstructuraldesigncalculations.Thedesignwasasix-storyframestructureofthebuilding.FireratingoftwoandSeismicintensityof8degrees.Indeterminingthedistributionframework,thefirstlayerofrepresentativevalueoftheload,Thenusevertexfromthedisplacementmethodforearthquakecycle,andthenatthebottomofshearhorizontalseismicloadcalculationundersize,thencalculatedthelevelofloadundertheInternalForces(bendingmoment,shearandaxialforce).Thencalculateverticalload(constantloadandliveload)undertheInternalForces.Identifythemostdisadvantagedgrouporaninternalforceseveralcombinations.SelectthebestsafetyresultsofthereinforcementandMapping.Inaddition,thestructureoftheprogramindoorstaircasedesign.Completionoftheplatformboards,boardsoftheladder,platformbeamcomponentandthereinforcementofinternalforcescalculationandconstructionmapping.Onthefloorreinforcementcalculation,theuseofindependentbasis,thebasicforcesandreinforcementcalculation.Inthedesign,Thewholestructureofthedesignprocess,instrictcompliancewiththerelevantprofessionalstandard,referencetorelevantinformationandthelatestnationalstandardsand-115- 设计（论文）专用纸specifications,anddesignofthevariouscomponentsofacomprehensivescientificconsiderations.Inshort,application,security,economicanduser-friendlydesignistheprinciple.Designreasonableandworkablestructureoftheprogramistheconstructionsiteoftheimportantbasisfortheconstruction.Keywords:FrameStructure,SeismicDesign，LoadCalculation，Internalforcecalculation，Calculationreinforcement-115- 设计（论文）专用纸前言土木工程是一门与生活息息相关的学科，因为人类生活的基本条件衣食住行中的住和行就离不开这门科学，既然与生活很息息相关，所以设计应该与实际工程接轨，我们的设计是昆明市某局办公楼，我们从实际工程出发，本着“适用、安全、经济、适用”的原则设计，为今后成为合格的工程师打基础。设计的目的：毕业设计是在大学最后一个学期的一个教学环节，通过毕业设计我们可能综合的回顾在大学期间所学到的很多知识，这些知识既有基础的理论、专业的知识，还需要有分析解决实际工程技术问题的能里，我们将其运用在整个设计之中，能明白今后的设计工作的整套思路，掌握设计方法，完成工程师的基本训练。意义：毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。通过毕业设计，培养了我们正确-115- 设计（论文）专用纸的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。 因此毕业设计对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。还需要我们更好的了解国内外建筑设计的发展的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的土木工程专业发展的方向。同时积极、独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的必要的准备。钢筋混凝土多层框架结构作为一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。随着社会的发展，多层框架结构的建筑越来越多了。但随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而的结构体系。适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。-115- 设计（论文）专用纸正文一、建筑部分根据设计要求，设计为一栋办公楼，在设计时不仅要考虑功能要求，还要满足经济、美观、安全适用的各种要求，因此在设计方面从开始的框架柱网布置都认真考虑，并在计算过程中不断演算，以下为我的方案选择。方案：方案一考虑到办公楼的基本功能要求设置了办公室、保卫室、档案室、休息厅，因为根据规范要求，办公楼达到五层以上需要设置电梯，本工程为五层框架结构，所以不需要设置电梯。另外在外观上外部的墙体未做偏移，柱子会在外观上显露出来，我认为突出的柱子可起到美观外观的作用，让建筑更有层次感，在设置活动室的时候，由于单间面积过大，所以我选择了设置办公副楼的设计，这样在建筑布置上就可以简洁美观。所以综合考虑我设计了一套方案。-115- 设计（论文）专用纸二、结构设计计算说明书1.基本资料（1）设计题目:昆明市某局综合办公楼（2）工程概况昆明市拟建一座五层现浇钢筋混凝土框架结构综合办公楼，总建筑面积为5000㎡，五层全框架结构，室内外高差0.45米。防火等级为二级，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。除办公室、会议室外，需设辅助用房满足办公楼建筑设计相关规范要求。（3）主要建筑做法（供参考）屋面做法：建筑找坡3‰、做防水层、保温层。楼面做法：贴瓷砖砖、现浇混凝土结构层、抹灰。墙体：框架结构的墙体为填充墙，应采用粘土空心砖。内外纵墙采用粘土空心砖、外墙贴面砖、内墙抹灰。（4）材料供应：框架梁、柱、楼面板、屋面板均为现浇。梁、板、柱混凝土可采用C20、C25、C30、C35。基础可采用C15、C20、C25。素混凝土垫层可采用C7.5、C10。钢筋可采用HPB235、HRB335、HRB400。填充墙体可采用粘土空心砖或多孔砖用M5.0砂浆砌筑，墙厚190mm、240mm，建议采用铝合金窗，钢板门或木门。建筑材料全部由建材公司提供，品种规格齐全，质量符合要求。-115- 设计（论文）专用纸（5）气象条件：气温：最高月平均温度20.1℃绝对最高温度31.5℃最低月平均温度8.2℃绝对最低温度-5.4℃降雨量：年降雨量996.8mm最大降雨强度53.1mm/h暴雨阵雨强度196mm/h风暴：310KN/㎡主导风向：西南风基本雪压：0.4KN/㎡（6）工程地质条件：根据钻探，建筑所在区域的地质情况如下：第一层土：城市杂填土厚0～1.0m.[R]=260KN/M2第二层土：亚粘土厚3.5～4.0m。[R]=260KN/M2第三层土：轻亚粘土厚4.0～4.6m。[R]=260KN/M2该场地属中软场地土，Ⅱ类建筑场地，根据地层结构，建筑特征，荷重情况，建议采用独立基础，其岩土设计参数综合取值建议表如下：2．结构布置根据该办公楼的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面立面及剖面设计，其剖面示意图、标准层建筑平面和结构平面分别见图一、图二、图三。主体结构共5层，层高第一层为3.6m，其余均为3.3m。-115- 设计（论文）专用纸-115- 设计（论文）专用纸-115- 设计（论文）专用纸-115- 设计（论文）专用纸楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取100mm。梁截面高度按梁跨度的1/12~1/8估算，宽度按1/2~1/3估算，由此估算的梁截面尺寸为:层次混凝土强度等级横梁（b×h）纵梁（b×h）次梁（b×h）次梁2（b×h）AB跨，CD跨BC跨2-5C30300×600300×600300×600300×600150×3001C35300×600300×600300×600300×600150×300C35混凝土fc=16.7N/mm2,ft=1.57N/mm2C30混凝土fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2柱截面尺寸根据下式估算:Ac≥N/[µN]fcN=β×F×gE×n查表知该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值[µN]=0.8，各层的重力荷载代表值近似取12KN/mm2，由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为6.6×3.6㎡和5.1×6.6㎡，按最不利因素确定柱截面，故按受力面积教大的中柱来确定柱截面，由上式得第一层柱截面面积为中柱：N=β×F×gE×n=1.25×5.1×6.6×12×5=2524.5KNAc≥N/[µN]fc=2524.5×/0.8×16.7=188959.58mm2边柱：N=β×F×gE×n=1.3×6.6×3.6×12×5=1853.28KNAc≥N/[µN]fc=1853.28×/0.8×16.7=138718.56mm2取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为372mm和435-115- 设计（论文）专用纸mm。根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下:1层：600mm×600mm2－5层：500mm×500mm取顶层柱的形心作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2~5层柱高即为层高，取3.3m，底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，即h1=3.6+0.45+0.5=4.55m框架结构计算简图如下图所示：3．重力荷载代表值计算（1）屋面及楼面的永久荷载标准值1~4层楼面荷载的永久荷载标准值瓷砖地面（包括水泥粗沙打底）0.55KN/m2结构层：100厚钢筋混凝土板25×0.1=2.5KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆抹灰0.01×17=0.17KN/m2合计3.22KN/m2-115- 设计（论文）专用纸屋面（不上人）楼面荷载标准值：防水层：三毡四油防水层0.4KN/m2找平层：20厚水泥沙浆找平层20×0.02=0.4KN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3‰找平14×0.04=0.56KN/m2保温层：150厚水泥轾石保温层5×0.15=0.75KN/m2结构层：100厚钢筋混凝土板25×0.1=2.5KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆0.01×17=0.17KN/m2合计4.78KN/m2（2）屋面及楼面可变荷载标准值不上人屋面均布活荷载标准值0.5KN/m2楼面活荷载标准值楼梯、门厅、走廊2.5KN/m2浴室、厕所2.5KN/m2办公楼2.0KN/m2，昆明屋面雪荷载标准值0.4KN/m2（50年一遇）（3）梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。具体计算过程如下：-115- 设计（论文）专用纸层次构件b/mh/mγ(KN/m³)βg(KN/m)li/mnGi/KN∑Gi/KN1边横梁0.30.5251.053.9386.620519.751738.09中横梁0.30.5251.053.9382.41094.50次梁0.30.5251.053.9386.914380.36次梁20.150.3251.051.1812.726.38纵梁0.30.5251.053.9386.68207.90纵梁0.30.5251.053.9385.420425.25纵梁0.30.5251.053.9383.38103.95柱0.60.6251.19.9004.45401762.22~5边横梁0.30.5251.053.9386.720527.631764.07875中横梁0.30.5251.053.9382.51098.44次梁0.30.5251.053.9386.914380.36次梁20.150.3251.051.1812.726.38纵梁0.30.5251.053.9386.78211.05纵梁0.30.5251.053.9385.520433.13纵梁0.30.5251.053.9383.48107.10柱0.50.5251.16.8753.240880梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。具体计算过程如下：表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量；梁长度取净长，柱长度取层高。墙体做法：所有外墙体均为240粘土空心砖，外墙面贴瓷砖0.5-115- 设计（论文）专用纸KN/㎡，内墙面为20毫米厚的抹灰；内墙体为240粘土空心砖，则外墙的单位重力荷载为：0.5+17×0.02+15×0.24=4.44KN/㎡，内墙双面抹灰：15×0.24+0.02×17×2=4.28KN/㎡木门单位面积重力荷载为0.2KN/㎡，铝合金门及防盗门单位面积重力荷载为0.45KN/㎡；铝合金窗单位面积重力荷载为0.45KN/㎡。女儿墙做法：900高粘土空心砖0.9×15×0.24=3.24KN/m100厚混凝土压顶0.1×0.24×25=0.60KN/m贴瓷砖墙面1×0.5=0.5KN/m20厚混合砂浆抹灰0.02×17×0.9=0.4KN/m合计4.74KN/m由上可知女儿墙总重：G=2×（52.2+17.4）×4.74=659.81KN屋面板总重：S=52.2×17.4=908.28㎡G=4.78×908.28=4341.58KN楼面板总重：S=52.3×17.4－2×3.66×6.96=859.07㎡G=3.22×859.07=2766.20KN屋面活荷载重（雪荷载）：0.4×52.2×17.4=363.31KN一至五楼面活荷载重：2.0×52.2×17.4＝1816.56KN-115- 设计（论文）专用纸（4）重力荷载代表值计算1)底层墙体门窗自重计算：外墙：墙：［（52.2－9×0.6）×3.00－10×1.8×2.1－8×2.4×2.5］×4.44＝242.424KN窗：10×1.8×2.1×0.45＝17.01KN门：8×2.4×2.5×0.45＝21.6KN墙：［（52.2－9×0.6）×3.00－14×1.8×2.1－2×1.2×2.1］×4.44＝366.03KN窗：（14×1.8×2.1＋2×1.2×2.1）×0.45＝26.08KN墙：［（17.4－3×0.6）×3.00－2.4×2.5］×4.44＝181.15KN门：1.8×2.5×0.45＝2.025KN墙：［（17.4－3×0.6）×3.00－2.4×2.5］×4.44＝181.15KN门：1.8×2.5×0.45＝2.025KN内墙：［（7.2－0.6）×3.00×14+（7.2－0.24）×3.00×1+（6.0－0.6）×3×7－9×1.1×2.1－2×1.5×2.1－3.3×2.1］×4.28＝1615.529KN内门：9×1.1×2.1×0.2＋2×1.5×2.1×0.45＝6.993KN内窗：1×3.3×2.1×0.45=3.118∑＝242.424＋17.010＋21.600＋366.030＋26.080＋2×（181.150＋2.025＋181.15）＋1615.529＋6.993+3.118＝3027.434KN2)二层墙体门窗自重计算：外墙：墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－16×1.8×2.1］×4.44＝-115- 设计（论文）专用纸303.296KN窗：16×1.8×2.1×0.45＝27.216KN墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－14×1.8×2.1－2×1.2×2.1］×4.44＝314.485KN窗：（14×1.8×2.1＋2×1.2×2.1）×0.45＝26.082KN墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.1］×4.44＝173.826KN窗：1.8×2.1×0.45＝1.701KN墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.5］×4.44＝170.629KN门：1.8×2.5×0.45＝2.025KN内墙：［（7.2－0.5）×2.7×15＋（7.2－0.24）×2.7×3+（6.0－0.5）×2.7×10+（3.6－0.24）×3.0×2+（3.9－0.5）×2.7×2－11×1.1×2.1－4×1.5×2.1－2×0.9×2.1］×4.28＝2024.252KN内门：［11×1.1×2.1＋4×1.5×2.1+2×0.9×2.1］×0.2＝8.358KN∑＝303.296＋27.216＋314.485＋26.082＋173.826＋1.701＋170.629＋2.025＋2024.252＋8.358＝3051.87KN2)三、四层墙体门窗自重计算：外墙：墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－16×1.8×2.1］×4.44＝303.296KN窗：16×1.8×2.1×0.45＝27.216KN墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－14×1.8×2.1－2×1.2×2.1］×4.44＝314.485KN窗：（14×1.8×2.1＋2×1.2×2.1）×0.45＝26.082KN-115- 设计（论文）专用纸墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.1］×4.44＝173.826KN窗：1.8×2.1×0.45＝1.701KN墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.1］×4.44＝173.826KN窗：1.8×2.5×0.45＝2.025KN内墙：［（7.2－0.5）×2.7×15＋（7.2－0.24）×2.7×3+（6.0－0.5）×2.7×10+（3.6－0.24）×3.0×2+（3.9－0.5）×2.7×2－11×1.1×2.1－4×1.5×2.1－2×0.9×2.1］×4.28＝2024.252KN内门：［11×1.1×2.1＋4×1.5×2.1+2×0.9×2.1］×0.2＝8.358KN∑＝303.296＋27.216＋314.485＋26.082＋173.826＋1.701＋170.629＋2.025＋2024.252＋8.358＝3051.87KN3)顶层墙体门窗自重计算：外墙：墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－16×1.8×2.1］×4.44＝303.296KN窗：16×1.8×2.1×0.45＝27.216KN墙：［（52.2－9×0.5）×2.70－14×1.8×2.1－2×1.2×2.1］×4.44＝314.485KN窗：（14×1.8×2.1＋2×1.2×2.1）×0.45＝26.082KN墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.1］×4.44＝173.826KN窗：1.8×2.1×0.45＝1.701KN墙：［（17.4－3×0.5）×2.70－1.8×2.1］×4.44＝173.826KN窗：1.8×2.5×0.45＝2.025KN内墙：［（7.2－0.5）×2.7×16＋（7.2－0.24）×2.7×3+（6.0-115- 设计（论文）专用纸－0.5）×2.7×10+（3.6－0.24）×3.0×2+（3.9－0.5）×2.7×2－9×1.1×2.1－4×1.5×2.1－2×0.9×2.1］×4.28＝2121.451KN内门：［9×1.1×2.1＋4×1.5×2.1+2×0.9×2.1］×0.2＝7.434KN∑＝303.296＋27.216＋314.485＋26.082＋173.826＋1.701＋170.629＋2.025＋2121.451＋7.434＝3148.145KN由以上的计算结果可以根据以下公式求出重力荷载代表值二层~五层的重力荷载代表值＝楼面永久荷载＋50%楼面活荷载＋纵横梁自重＋楼面下半层自重＋楼面上半层自重＋下半层柱重+上半层柱重G1＝2766.20＋50%×1816.56＋1738.09＋×3027.434＋×3051.87＋×1762.20＋×880＝9773.322KNG2＝2766.20＋50%×1816.56＋1764.08＋×3051.87＋×3051.87＋×880＋×880＝9370.43KNG3＝2766.20＋50%×1816.56＋1764.08＋×3051.87＋×3051.87＋×880＋×880＝9370.43KNG4＝2766.20＋50%×1816.56＋1764.08＋×3051.87＋×-115- 设计（论文）专用纸3148.145＋×880＋×880＝9418.568KN各质点的重力荷载代表顶层重力荷载代表值＝屋面永久荷载＋50%雪荷载＋纵横梁自重＋楼面下层的一半自重＋下半层柱重＋女儿墙自重G5＝4341.58＋50%×363.31＋1722.46＋×3148.145＋×880+659.81＝8961.198KN3、框架侧移刚度计算表3横梁线刚度计算表类别层次ECb*hI0lECI0/l1.5ECI0/l2ECI0/l边横梁13.15×104300×6005.40×10972002.362×10103.543×10104.724×10102~53.0×104300×6005.40×1092.250×10103.375×10104.500×1010走道梁13.15×104300×6005.40×10930002.362×10103.543×10104.724×10102~53.0×104300×6005.40×1092.250×10103.375×10104.500×1010表4柱线刚度Ic计算表层次hcEcb×hIcEcIc/hc145503.15×104600×6001.08×10107.477×1010-115- 设计（论文）专用纸2~533003.0×104500×5005.21×1094.736×1010中框架柱侧移刚度D值层次边柱（12根）中柱（12根）∑DiacDi1acDi110.6320.430186361.2640.5402392651074420.9740.328171171.9480.620323565936763~50.9500.322168041.9000.61532095586788边框架柱侧移刚度D值层次A1、A10、D1、D10B1、C1、B10、C10∑DiacDi1acDi110.4740.394170760.9480.4912128015342420.7300.267139341.4600.422220231438283~50.7130.263137251.4260.58830686177644楼梯、门厅框架柱侧移刚度D值层次柱类别acDi1∑Di1D3、D4、D7、D80.4740.39417076153424C3、C4、C7、C80.9480.491212802D3、D4、D7、D80.7300.26713934143828C3、C4、C7、C81.4600.422220233~5D3、D4、D7、D80.7130.26313725177644C3、C4、C7、C81.4260.58830686横向框架层间侧移刚度层次12345∑Di817592881332942076942076942076由此可见，∑D1/∑D2=817592/881332=0.928-115- 设计（论文）专用纸>0.7，故该框架为规则框架。4.横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算(1)横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算1)横向自振周期计算结构顶点的假想侧移计算见下表:表6结构顶点的假想侧移计算层次GiVGi∑Di∆uiui58961.1988961.1989420769.51157.9549418.56818379.76694207619.51148.4439370.4327750.19694207629.46128.9329370.4337120.62688133242.1299.4719773.32246893.94881759257.3657.36计算基本周期T1，其中uT的量纲为m，取ψT=0.7，则T1=1.7×0.7×=0.54s2)水平地震作用及楼层地震剪力计算。本设计中，结构高度不超过40m，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水平地震作用。结构总水平地震作用标准值FEk=α1Geq，即Geq=0.85∑Gi=0.85×(9773.322+9370.43×2+9418.568+8961.198)＝39859.856KNα1＝＝×0.16＝0.122FEk=α1Geq=0.122×39859.856＝4862.902KN因1.4Tg=1.4×0.4=0.56＞T1=0.54-115- 设计（论文）专用纸s，所以不考虑顶部附加水平地震作用。各质点的水平地震作用按下式计算：Fi＝具体计算过程见下表：表7各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次HiGiHiGiFiVi517.758961.198159061.26450.3071494.2041494.204414.459418.568136098.30760.2631278.4932772.697311.159370.430104480.29450.202981.4773754.17427.859370.43073557.87550.142690.9954445.16914.559773.32244468.61510.086417.7334862.902各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图：-115- 设计（论文）专用纸横向水平地震作用及楼层地震剪力3)水平地震作用下的位移验算。水平地震作用下框架结构的层间位移∆ui和顶点位移ui计算过程见下表。表中还计算了各层的层间弹性位移角θe=∆ui/hi。表8横向水平地震作用下的位移验算层次Vi∑Di∆uiuihiθe51494.2049420761.5919.5133001/207542772.6979420762.9417.9233001/112233754.1749420763.9914.9833001/82724445.1698813325.0410.9933001/65514862.9028175925.955.9545501/765由上表可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为1/655<1/550满足∆ue≥［θe］h的要求，其中）［∆u/h］=1/550由表1.21查得。4)水平地震作用下框架内力计算。-115- 设计（论文）专用纸本设计中第2层柱需考虑修正值y1，其余柱均无修正。具体计算过程及结果见下表。表9各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/KN∑Dij/(N/mm)边柱中柱Di1Vi1kyMbi1Mui1Di2Vi2kyMbi2Mui253.31494.2049420761680426.650.950.3530.7857.173209550.911.90.3965.51102.4743.32772.6979420761680449.460.950.4370.1893.033209594.461.90.45140.28171.4533.33754.1749420761680466.960.950.4599.44121.5432095127.901.90.49206.81215.2523.34445.1698813321711786.330.9740.50142.45142.4532356163.191.9480.50269.27269.2714.554862.90281759218636110.840.6320.65327.82176.5223926142.311.2640.61394.98252.53表10梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力lVblVb边柱N中柱N557.1751.247.215.0651.2451.24334.1615.0619.104123.81118.487.233.65118.48118.48378.9948.7164.443191.72177.767.251.32177.76177.763118.51100.03131.632241.89238.047.266.66238.04238.043158.69166.68223.671318.97260.907.280.54260.90260.903173.93247.22317.065.竖向荷载作用下框架结构的内力计算(1)横向框架内力计算-115- 设计（论文）专用纸1)计算单元。取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度6.0m，如图所示。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。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。横向框架计算单元2)荷载计算恒载计算。-115- 设计（论文）专用纸在下图中，、代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第5层q1=3.938KN/m，=3.938KN/mq2和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由上个图几何关系可得q2=4.78×3.0=14.34KN/m，=4.78×3.0=14.34KN/m各层梁上作用的恒载P1和P2分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：P1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×4.78+3.938×6.0+3.938×+4.74×6.0=128.62KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×4.78+3.938×6.0+3.938×=132.45KN对2~4层，q1-115- 设计（论文）专用纸包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其他荷载计算方法同第5层，结果为q1=3.938+2.7×4.28=15.494KN/m，=3.938KN/mq2=3.22×3.0=9.66KN/m，=3.22×3.0=9.66KN/mP1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×3.22+3.938×6.0+3.938×+(2.7×6.0-1.8×2.1×2)×4.44+1.8×2.1×2×0.45=121.589KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×3.22+3.938×6.0+3.938×+(6.0×2.7-1.5×2.1×2)×4.28+1.5×2.1×2×0.2=145.192KN对1层q1=3.938+2.7×4.28=15.494KN/m，=3.938KN/mq2=3.22×3.0=9.66KN/m，=3.22×3.0=9.66KN/mP1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×3.22+3.938×6.0+3.938×+(2.7×6.0-1.8×2.1×2)×4.44+1.8×2.1×2×0.45=121.589KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×3.22+3.938×6.0+3.938×+(6.0×2.7-1.5×2.1×2)×4.28+1.5×2.1×2×0.2=145.192KN活荷载计算。活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示。-115- 设计（论文）专用纸各层梁上作用的活载对于第5层q2=3.0×0.5=1.50KN/m，=3.0×0.5=1.50KN/mP1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×0.5=6.525KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×0.5=9.9KN同理，在屋面雪荷载作用下q2=3.0×0.3=0.9KN/m，=3.0×0.3=0.9KN/mP1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×0.3=3.915KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×0.3=5.94KN对2~4层q2=3.0×2.0=6.0KN/m，=3.0×2.0=6.0KN/m-115- 设计（论文）专用纸P1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×2.0=26.1KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×2.0=39.6KN对1层q2=3.0×2.0=6.0KN/m，=3.0×2.0=6.0KN/mP1=［（3.0×1.5×）×2+×1.5］×2.0=26.1KNP2=［（3.0×1.5×）×2+×1.5+×1.5×2］×2.0=39.6KN表11横向框架恒载汇总表层次q1q1"q2q2"P1P253.9383.93814.3414.34128.620132.4502~415.4943.9389.669.66121.589145.192115.4943.9389.669.66121.589145.192表12横向框架活载汇总表层次q2q2"P1P251.5(0.9)1.5(0.9)6.525(3.915)9.9(5.94)2~46.06.026.139.616.06.026.139.6注：表中括号内数值对应于屋面雪荷载作用的情况3)内力计算。梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端M引起的剪力叠加得到。-115- 设计（论文）专用纸梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重，如表13和表14所列。表13恒载作用下梁端剪力及柱轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱VAVBVB=VCN顶N底N顶N底574.5257.0827.42203.14225.83216.95239.644105.2575.8620.40429.98452.67458.40481.093106.4742.4520.40658.04680.73698.62721.312103.7477.3720.40883.37906.06941.58964.271100.0981.0220.401105.051150.101188.191233.24表14活载作用下梁端剪力及柱轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱VAVBVB=VCN顶=N底N顶=N底510.07(7.78)0.73(1.30)2.2516.59(11.69)12.88(5.99)428.14(27.89)15.6(15.31)9.0070.83(65.68)76.54(69.91)328.56(28.33)14.64(14.87)9.00125.50(120.11)139.78(133.38)227.64(27.49)15.56(15.71)9.00179.24(173.70)203.94(197.69)126.05(25.96)17.15(17.24)9.00231.38(225.76)269.69(263.52)竖向荷载作用下框架弯矩图如下图所示：-115- 设计（论文）专用纸-115- 设计（论文）专用纸(b)恒载作用下的轴力图(a)恒载下弯矩图-115- 设计（论文）专用纸(a)活载作用下的弯矩图(c)恒载作用下的剪力图-115- 设计（论文）专用纸(c)活载作用下的剪力图(b)活载作用下的轴力图-115- 设计（论文）专用纸(b)雪载作用下的轴力图(a)雪载作用下的弯矩图-115- 设计（论文）专用纸(c)雪载作用下的剪力图6.横向框架内力组合（1）结构的抗震等级可根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素由表查出。该工程结构的抗震等级为二级抗震等级。（2）框架梁内力组合：本设计考虑了三种内力组合，即1.2SGK+1.4SGK，1.35SGK+1.0SQK及1.2SGE+1.3SEK。其计算过程见内力计算及组合表（见附录中附表一、附表二、附表三），表中SGK、SQK两列中的梁端弯矩M为经过调幅后的弯矩（调幅系数取0.8）-115- 设计（论文）专用纸-115- 设计（论文）专用纸表15、横向框架A柱柱端组合弯矩设计值的调整：层次54321截面柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底------134.6172.78182.38215.58188.99234.71235.69520.46------464.03484.45743.81764.241035.711056.131337.181377.72表16、横向框架A柱剪力组合：层次恒载SGK活载SQ1K雪荷载SQ2K水平地震作用SEK永久荷载控制的组合可变荷载控制的组合地震作用控制的组合γRE[ηVC(Mbc+Mlb)/Hn]1.35SGK+SQ1K1.2SGK+1.4SQ1KγRE[1.2(SGK+0.5SQ2K)+1.3SEK]左右左右5-43.08-11.47-10.7926.65-26.65-69.63-67.75-19.99-78.8987.924-51.53-15.42-14.9949.46-49.46-84.99-83.42-5.55-114.86116.123-48.42-14.89-14.6766.96-66.96-80.26-78.9517.12-130.86150.262-40.67-12.34-12.2386.33-86.33-67.24-66.0847.67-143.11160.061-26.57-8.12-8.06110.84-110.84-43.99-43.2691.26-153.69257.09-115- 设计（论文）专用纸表17、横向框架B柱柱端组合弯矩设计值的调整：层次54321截面柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底------------289.30326.09317.62356.60248.70489.20------------560.44580.86718.30738.73878.82919.37层次恒载SGK活载SQ1K雪荷载SQ2K水平地震作用SEK永久荷载控制的组合可变荷载控制的组合地震作用控制的组合γRE[ηVC(Mbc+Mlb)/Hn]1.35SGK+SQ1K1.2SGK+1.4SQ1KγRE[1.2(SGK+0.5SQ2K)+1.3SEK]左右左右510.042.512.6750.91-50.9116.0715.5767.86-44.65122.6748.911.381.1494.46-94.4613.4112.63114.05-94.71125.4439.970.940.75127.9-127.9014.4013.28151.88-130.78232.48213.390.370.47163.19-163.1918.4516.59194.23-166.42254.7114.920.090.05142.31-142.316.736.02162.29-152.21250.89表18、横向框架B柱剪力组合:-115- 设计（论文）专用纸7.截面设计（1）框架梁框架梁纵向钢筋计算表层次截面MAs实配钢筋ASρ5支座A-105.04551418(1017)0.60支座Bl-57.72303418(1017)0.60支座Br-46.43241418(1017)0.60AB跨间95.64470418(1017)0.60BC跨间78.93388418(1017)0.604支座A-159.17834418(1017)0.60支座Bl-119.22625418(1017)0.60支座Br-99.32521418(1017)0.60AB跨间141.38695418(1017)0.60BC跨间108.07532418(1017)0.603支座A-277.471454620（1884）1.11支座Bl-180.451261620（1884）1.11支座Br-244.15960620（1884）1.11AB跨间153.56755422（1520）0.89BC跨间155.11763418（1017）0.602支座A-316.071656620（1884）1.11支座Bl-235.421233620（1884）1.11支座Br-267.481051620（1884）1.11AB跨间197.571293422（1520）0.89BC跨间201.08989418（1017）0.601支座A-367.731927622(2281)1.34支座Bl-256.691345622(2281)1.34支座Br-216.201133622(2281)1.34AB跨间211.331006422（1520）0.89BC跨间205.49996418（1017）0.60-115- 设计（论文）专用纸框架梁箍筋数量计算表层次截面γREV0.2βcfcbh0梁端加密区非加密区实配钢筋实配钢筋（ρsv%）5A、Bl110.81484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)Br95.19484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)4A、Bl188.86484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)Br160.50484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)3A、Bl216.33484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)Br224.62484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)2A、Bl231.90484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)Br291.84484.77＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.209)1A、Bl244.35566.13＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.174)Br335.70566.13＞γREV双肢Ф10@100(1.57)双肢Ф10@150(0.174)-115- 设计（论文）专用纸第一层AB跨1）.梁的正截面受弯承载力计算从表11中分别选出AB跨跨间截面及支座截面的最不利内力，并将支座中心处的弯矩换算为支座边缘控制截面的弯矩进行配筋计算。支座弯矩MA=562.43-240.39×（0.6/2)=490.313kN·mγ"REMA=0.75×490.313=367.73kN·mMB=405.93-212.27×（0.6/2)=342.249kN·mγREMB=0.75×342.249=256.69kN·m跨间弯矩取控制截面，即支座边缘处的正弯矩。由表11，求得相应的剪力V=1.3×80.54-(100.09+0.5×26.05)=-8.41kN则支座边缘处Mmax=279.25-(-8.41×0.3)=281.77kN·mγREMmax=0.75×281.77=211.33kN·m当梁下部受拉时，按T形截面设计，当梁上部受拉时，按矩形截面设计。翼缘计算宽度当按跨度考虑时，==2.4m=2400mm；按翼缘厚度考虑时，h0=h－as=600－35=565mm，==0.18＞0.1，故取2400.-115- 设计（论文）专用纸梁内纵向钢筋选HRB400级钢（=360N/㎜2），εb=0.518，下部跨间截面按T形截面计算。因为=1.0×16.7×2400×100×（565－）=2064.12KN·m＞211.33KN属于第一类T形截面==㎜2实配422（As=1520㎜2）ρ=%>0.25%满足要求将下部跨间截面422钢筋伸入支座作为支座负弯矩作用下的受压钢筋（s=1520㎜2），再计算相应的受拉钢筋As，即A支座的上部ε==0.048ε=0.048＜==0.124说明A′s富裕，且达不到屈服，可近似取=mm2实取622，满足（mm2）。-115- 设计（论文）专用纸支座B左上部=mm2须满足配筋率＞0.3%，ρ=2281/(300×565)=1.34%＞0.3%,则取622，且满足As’/=0.67＞0.3，满足要求。第一层BC跨从表11中分别选出BC跨跨间截面及支座截面的最不利内力，并将支座中心处的弯矩换算为支座边缘控制截面的弯矩进行配筋计算。支座弯矩MB=365.07-255.99×（0.6/2)=288.27kN·mγ"REMA=0.75×288.27=216.20kN·m跨间弯矩取控制截面，即支座边缘处的正弯矩。由表11，求得相应的剪力V=1.3×173.93-(20.4+0.5×9.0)=201.21kN则支座边缘处Mmax=334.35-(201.21×0.3)=273.99kN·mγREMmax=0.75×273.99=205.49kN·m当梁下部受拉时，按T形截面设计，当梁上部受拉时，按矩形截面设计。-115- 设计（论文）专用纸翼缘计算宽度当按跨度考虑时，==1m=1000mm；按翼缘厚度考虑时，h0=h－as=600－35=565mm，==0.18＞0.1，故取1000.梁内纵向钢筋选HRB400级钢（=360N/㎜2），εb=0.518，下部跨间截面按T形截面计算。因为=1.0×16.7×1000×100×（565－）=693.05KN·m＞205.49KN属于第一类T形截面==㎜2实配418（As=1017㎜2）ρ=%>0.25%支座B右上部=mm2须满足配筋率＞0.3%，ρ=2281/(300×565)=1.34%＞0.3%,则取622，且满足As’/=0.67＞0.3，满足要求。-115- 设计（论文）专用纸2）梁斜截面受剪承载力计算REV=244.35KN＜=566.13KN截面尺寸满足要求。梁端加密区箍筋取2肢Φ10＠100，箍筋用HPB235级钢筋（则＞244.35KN·m。加密区长度0.95m，非加密区取2肢Φ10＠150,箍筋设置满足要求。（2）框架柱1)剪跨比和轴压比验算:柱的剪跨比和轴压比验算柱号层次bh0fcMcVcNMC/VCH0N/fcbhA柱550046514.3180.1692.81428.614.17＞20.12＜0.8450046514.3235.93135.13645.933.75＞20.18＜0.8350046514.3254.96153.951018.993.56＞20.29＜0.8250046514.3264.70168.361408.173.38＞20.39＜0.8160056516.7520.46180.811836.965.09＞20.31＜0.8B柱550046514.3305.1379.83266.338.22＞20.07＜0.8450046514.3225.68134.18535.483.62＞20.15＜0.8350046514.3279.85178.68774.483.37＞20.22＜0.8250046514.3348.76228.51986.973.28＞20.28＜0.8160056516.7489.20190.931225.834.53＞20.20＜0.8-115- 设计（论文）专用纸2）柱正截面承载力计算以第二层B轴柱为例说明。根据B柱内力组合表，将支座中心处的弯矩换算至支座边缘，并与柱端组合弯矩的调整值比较后，选出最不利内力，进行配筋计算。B节点左、右梁端弯矩－405.93+212.27×0.6/2=－342.25kN·m313.28－196.22×0.6/2=254.41kN·mB节点上、下柱端弯矩358.18－228.51×0.1=335.33kN·m－325.68+190.93×(0.6－0.1)=－230.22kN·m=335.33+230.22=565.55kN·m=342.25+254.41=596.66kN·m/=0.951.2=715.99kN·m,=715.99－565.55=150.44kN·m,在节点处将其按弹性弯矩分配给上、下柱端，即=715.99×=424.53kN·m=715.99×=291.46kN·m=0.8×424.53=339.62kN·m，-115- 设计（论文）专用纸取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值，即500/30=16.67mm,故取=20mm。柱的计算长度如下，其中因为＞5，故应考虑偏心矩增大系数。取<15；取＜，故为大偏心受压==1515再按Nmax及相应的M一组计算。N=1505.70kN,节点上、下柱端弯矩36.44－18.45×0.1=34.60kN·m231.90－6.73×0.5=228.53kN·m-115- 设计（论文）专用纸此组内力是非地震组合情况，且无水平荷载效应，故不必进行调整，且取。H，同理求得，mm，故为小偏心受压。，按上试计算时，应满足N＞及Ne＞,因为N=1505.70kN＜=0.518×14.3×500×465=1722.22kN故按构造钢筋，且应满足。单侧配筋率故，选422（As==1520㎜2）,经计算满足配筋要求。3）柱斜截面承载力计算以第一层B柱柱底为例说明计算过程，其余见表所示。由前可知，上柱柱端弯矩设计值kN·m对二级抗震等级，柱底弯矩设计值-115- 设计（论文）专用纸489.20=611.5kN·m则框架柱的剪力设计值：，满足要求。，（取）与相应的轴力N=1225.83KN＜0.3=0.3×16.7×600×600=1803.6KN，取N=1225.83KN。故该层应按构造配筋，选用4Ф8＠100（）取Φ8，，，取加密区箍筋4Ф8@100，加密区及长度按规定要求确定；非加密区应满足S≤10d=200㎜故取4Ф8＠150㎜。各层柱箍筋、纵筋计算结果见表所示。（3）框架梁柱节点核心区截面抗震验算-115- 设计（论文）专用纸经过比较，取出最不利情况来验算，由组合可知一层中节点左震处最不利。，本框架为二级抗震等级。m剪力设计值，故取，，=1.5则满足要求节点核心区的受压承载力按式(2.51)计算，其中N二层柱底N=986.97KN和，故取较小值N=986.97KN，该节点区配箍为4Φ10＠100，则故承载力满足要求。-115- 设计（论文）专用纸8.板式楼梯计算(1)、设计示意图(2)、基本资料1．设计规范《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）2．几何参数楼梯类型:板式D型楼梯(＿/￣)约束条件:两端固定斜梯段水平投影长度:L1=3900mm-115- 设计（论文）专用纸梯段净跨:Ln=L1=3900=3900mm楼梯高度:H=1680mm楼梯宽度:W=1770mm踏步高度:h=150mm踏步宽度:b=300mm楼梯级数:n=11（级）梯段板厚:C=100mm面层厚度:C2=30mm上部平台梯梁宽度:b1=300mm下部平台梯梁宽度:b2=300mm3．荷载参数楼梯混凝土容重:gb=25.00kN/m3楼梯面层容重:gc1=25.00kN/m3楼梯栏杆自重:qf=0.20kN/m楼梯均布活荷载标准值:q=2.50kN/m2可变荷载组合值系数:yc=0.70可变荷载准永久值系数:yq=0.504．材料参数混凝土强度等级:C20混凝土抗压强度设计值:fc=14.30N/mm2混凝土抗拉强度标准值:ftk=2.01N/mm2混凝土抗拉强度设计值:ft=1.43N/mm2混凝土弹性模量:Ec=3.00×104N/mm2-115- 设计（论文）专用纸钢筋强度等级:HPB235(Q235)fy=210.00N/mm2钢筋弹性模量:Es=210000N/mm2受拉纵筋合力点到斜梯段板底边的距离:as=15mm(3)、荷载计算过程1．楼梯几何参数梯段板与水平方向夹角余弦值:cosa==0.93斜梯段的计算跨度:L0=Min{Ln+(b1+b2)/2,1.05Ln}=Min{3900+(300+300)/2,1.05×3900}=Min{4200,4095}=4095mm梯段板折算到水平投影后的计算厚度:T=(h+C/cosa×2)/2=(120+100/0.93×2)/2=168mm2．荷载设计值2.1均布恒载标准值2.1.1L1段梯板自重gk1"=gb×T/1000=25.00×168/1000=4.19kN/m2gk1=gk1"×L1/Ln=4.19×3900/3900=4.19kN/m22.1.2L1段梯板面层自重gk3"=gc1×C2×(H+L1)/L1/1000=25.00×30×(1680+3900)/3900/1000=1.07kN/m2-115- 设计（论文）专用纸gk3=gk3"×L1/Ln=1.07×3900/3900=1.07kN/m22.1.5将栏杆自重由线荷载折算成面荷载gk6=qf/W×1000=0.20/1770×1000=0.11kN/m2永久荷载标准值gk=gk1+gk2+gk3+gk4+gk6=4.19+0.01+1.07+-0.00+0.11=5.38kN/m22.2均布荷载设计值由活荷载控制的梯段斜板荷载设计值:pL=1.2gk+1.4q=1.2×5.38+1.4×2.50=9.95kN/m2由恒荷载控制的梯段斜板荷载设计值:pD=1.35gk+1.4ycq=1.35×5.38+1.4×0.70×2.50=9.71kN/m2最不利的梯段斜板荷载设计值:p=Max{pL,pD}=Max{9.95,9.71}=9.95kN/m2(4)、正截面承载能力计算1．斜梯段配筋计算h0=T-as=100-15=85mm跨中最大弯矩,Mmax=×10-6=6.96kN·m-115- 设计（论文）专用纸1)相对界限受压区高度xbecu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5=0.0033-(30-50)×10-5=0.0035>0.0033取ecu=0.0033按规范公式(7.1.4-1)xb=2)受压区高度x按规范公式(7.2.1-1),=0,=0M0.0033取ecu=0.0033按规范公式(7.1.4-1)xb=2)受压区高度x按规范公式(7.2.1-1),=0,=0|M|-115- 设计（论文）专用纸V=20.4kN斜截面承载力满足要求(6)、跨中挠度验算1．荷载效应的标准组合值pk=gk+q=5.38+2.50=7.88kN/mMk=×10-6=5.50kN·m2．荷载效应的准永久组合值pq=gk+yqq=5.38+0.50×2.50=6.63kN/mMq=×10-6=4.63kN·m3．挠度验算1)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数y:由规范公式（8.1.3-3）,纵向受拉钢筋的应力:-115- 设计（论文）专用纸ssk===180.08N/mm2对矩形截面受弯构件,有效受拉混凝土截面面积:Ate=0.5bh=0.5×1000×100=50000mm2按规范公式（8.1.2-4）计算纵向钢筋配筋率:rte==8.2674×10-3混凝土抗拉强度标准值:ftk=2.01N/mm2按规范公式（8.1.2-2）y=1.1-0.65=0.222)钢筋弹性模量和混凝土弹性模量的比值:aEaE==7.003)受压翼缘面积与腹板有效面积的比值:gf"对于矩形截面,gf"=0.004)纵向受拉钢筋配筋率:rr==0.0048635)受弯构件的短期刚度:Bs由规范公式（8.2.3-1）,Bs=-115- 设计（论文）专用纸==950.17kN·m26)考虑荷载长期效应组合对挠度增大的影响系数:q根据混凝土结构设计规范8.2.5条规定:r"=0,取q=2.007)受弯构件的长期刚度:B根据规范公式（8.2.2）,可得B===516.02kN·m28)跨中挠度:ff==11.18mm9)容许挠度:因计算跨度L0小于7000mm,所以容许挠度[L0]==20.48mm跨中最大挠度小于容许挠度,满足要求。(7)、裂缝宽度验算1．裂缝宽度验算1)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数y:-115- 设计（论文）专用纸由规范公式（8.1.3-3）,纵向受拉钢筋的应力:ssk===180.08N/mm2对矩形截面受弯构件,有效受拉混凝土截面面积:Ate=0.5bh=0.5×1000×100=50000mm2按规范公式（8.1.2-4）计算纵向钢筋配筋率:rte==8.27×10-3当rte<0.01时,取rte=0.01混凝土抗拉强度标准值:ftk=2.01N/mm2按规范公式（8.1.2-2）y=1.1-0.65=0.372)构件受力特征系数acr根据表8.1.2-1,对于受弯的钢筋混凝土构件,其构件受力特征系数acr取为2.13)受拉区纵向钢筋的等效直径deq根据表8.1.2-2,对于光面钢筋,其相对粘结特性系数n=0.7根据规范公式（8.1.2-3）,deq==14.29mm4)最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离c-115- 设计（论文）专用纸取钢筋保护层厚度20mm5)最大裂缝宽度wmax根据规范公式8.1.2-1得wmax===0.0610mm6)容许裂缝宽度[w]根据规范第3.3.4条,楼梯所处环境取为一类环境,裂缝控制等级取为三级,所以容许裂缝宽度[w]=0.3mm最大裂缝宽度小于裂缝宽度限值,满足要求。(8)、施工配筋图-115- 设计（论文）专用纸9.基础计算：A、D线柱采用独立基础，计算过程如下：一、基础类型及计算形式基础类型：阶梯柱基二、依据规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）《混凝土结构设计规范》（GB50010--2002）三、几何数据及材料特性自动计算所得尺寸：B1=1300mm,W1=1300mmH1=300mm,H2=300mmB=600mm,H=600mmB3=1600mm,W3=1600mm-115- 设计（论文）专用纸基础沿x方向的长度l=2B1=2.60m基础沿y方向的长度b=2W1=2.60m埋深d=2000mmas=80mm材料特性：混凝土：C25钢筋：HPB235(Q235)考虑最小配筋率四、荷载数据1．作用在基础顶部的基本组合荷载竖向荷载F=1377.72kN基础自重和基础上的土重为:G=1.35×γm×l×b×d=1.35×20.0×2.60×2.60×2.00=365.04kNMx=0.00kN·mMy=520.46kN·mVx=257.09kNVy=0.00kN2．作用在基础底部的弯矩设计值绕X轴弯矩:M0x=Mx-Vy×(H1+H2)=0.00-0.00×(0.30+0.30)=0.00kN·m绕Y轴弯矩:M0y=My+Vx×(H1+H2)=520.46+257.09×(0.30+0.30)=674.71kN·m3．折减系数Ks=1.35五、修正地基承载力-115- 设计（论文）专用纸计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）(5.2.4)fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)(式5.2.4)式中:fak=260.00kPaηb=0.30，ηd=1.60γ=18.00kN/m3γm=18.00kN/m3b=2.60m,d=2.00m如果b＜3m，按b=3m;如果b>6m，按b=6m如果d＜0.5m,按d=0.5mfa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=260.00+0.30×18.00×(3.00-3.00)+1.60×18.00×(2.00-0.50)=303.20kPa修正后的地基承载力特征值fa=303.20kPa六、轴心荷载作用下地基承载力验算pk=(Fk＋Gk)/A其中：A=2.60×2.60=6.76m2Fk=F/Ks=1377.72/1.35=1020.53kNGk=G/1.35=365.04/1.35=270.40kNpk=190.97kPa≤fa,满足要求七、偏心荷载作用下地基承载力验算-115- 设计（论文）专用纸荷载仅在X方向存在偏心Myk=My/Ks=674.71/1.35=499.79kN·mx方向的偏心距为:ex=0.387m≤l/6=0.433m绕y轴的截面抗弯模量为Wy=2.93m3按《建筑地基基础设计规范》(GB50007--2002）(5.2.2-2)和(5.2.2-3)=20.35kPa=361.58kPa≤1.2fa=363.84kPa满足要求八、基础抗冲切验算计算公式：按《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）下列公式验算：Fl≤0.7bhpftamh0(8.2.7-1)am=(at＋ab)/2(8.2.7-2)Fl=pjAl(8.2.7-3)1．基底最大净反力-115- 设计（论文）专用纸基底平均净反力pc=203.80kPa基底最大净反力pj=pjx+pjy-pc=434.13+203.80-203.80=434.13kPa2．柱子对基础的冲切验算：X方向：Alx=1.0176m2Flx=pj×Alx=434.13×1.0176=441.78kNab=Min{bc+2×h0,b}=Min{0.60+2×0.52,2.60}=1.64mamx=(at+ab)/2=(0.60+1.64)/2=1.12mFlx≤0.7×βhp×ft×amx×h0=0.7×1.00×1.27×1.12×0.52×1000=517.75kN,满足要求Y方向：Aly=1.0176m2Fly=pj×Aly=434.13×1.0176=441.78kNab=Min{ac+2×h0,a}=Min{0.60+2×0.52,2.60}=1.64mamy=(at+ab)/2=(0.60+1.64)/2=1.12m-115- 设计（论文）专用纸Fly≤0.7×βhp×ft×amy×h0=0.7×1.00×1.27×1.12×0.52×1000=517.75kN,满足要求3．变阶处基础的冲切验算：X方向：Alx=0.6496m2Flx=pj×Alx=434.13×0.6496=282.01kNab=Min{bc+2×h0,b}=Min{1.60+2×0.22,2.60}=2.04mamx=(at+ab)/2=(1.60+2.04)/2=1.82mFlx≤0.7×βhp×ft×amx×h0=0.7×1.00×1.27×1.82×0.22×1000=355.96kN,满足要求Y方向：Aly=0.6496m2Fly=pj×Aly=434.13×0.6496=282.01kNab=Min{ac+2×h0,a}=Min{1.60+2×0.22,2.60}=2.04mamy=(at+ab)/2=(1.60+2.04)/2=1.82mFly≤0.7×βhp×ft×amy×h0=0.7×1.00×1.27×1.82×0.22×1000=355.96kN,满足要求九、基础局部受压验算计算公式：《混凝土结构设计规范》（A.5.1-1）Fl≤w×βl×fcc×Aln-115- 设计（论文）专用纸局部荷载设计值：Fl=1377.72kN混凝土局部受压面积：Aln=bc×hc=0.60×0.60=0.36m2混凝土受压时计算底面积：Ab=2.56m2混凝土受压时强度提高系数：w×bl×fcc×Aln=0.75×2.67×10115.00×0.36=7282.80kN>Fl=1377.72kN满足要求！十、受弯计算结果计算公式：按《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）下列公式验算：(8.2.7-4)(8.2.7-5)1．柱根部受弯计算：X方向受弯截面基底反力设计值：-115- 设计（论文）专用纸pnx=pminx+(pmaxx-pminx)×(l/2.0＋l0/2.0)/l=27.47+(488.13-27.47)×(2.60/2+0.60/2)/2.60=310.96kPaⅠ-Ⅰ截面处弯矩设计值：a1=2.60/2-0.60/2=1.00=115.25kN·mX方向计算面积：3789.34mm2Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩设计值：=57.74kN·mY方向计算面积：2004.59mm22．变阶处受弯计算：-115- 设计（论文）专用纸X方向受弯截面基底反力设计值：pnx=pminx+(pmaxx-pminx)×(l/2.0＋l0/2.0)/l=27.47+(488.13-27.47)×(2.60/2+1.60/2)/2.60=399.55kPaⅠ-Ⅰ截面处弯矩设计值：a1=2.60/2-1.60/2=0.50=115.25kN·mX方向计算面积：2771.85mm2Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩设计值：=57.74kN·mY方向计算面积：1388.76mm2-115- 设计（论文）专用纸X方向弯矩计算结果:计算面积：3789.34mm2采用方案：A20@200X方向钢筋总根数为:14实配面积：4398.23mm2Y方向弯矩计算结果:计算面积：2004.59mm2采用方案：A14@200Y方向钢筋总根数为:14实配面积：2155.13mm2十一、施工配筋图-115- 设计（论文）专用纸C、D轴线柱采用多柱基础，计算过程如下：一、设计资料柱子数量:双柱基础类型:阶梯型基础基础阶数:二阶基础埋深d:2000mmas:80mm转换系数Ks:1.35基础及其上覆土平均容重g0:20.00kN/m3混凝土强度等级:C25,fc=11.90N/mm2,ft=1.27N/mm2钢筋强度等级:HPB235(Q235),fy=210.00N/mm2作用在基础顶部的荷载:N(kN)MxMyVx(kN)Vy(kN)-115- 设计（论文）专用纸柱子编号(kN·m)(kN·m)柱子a919.370.00489.20250.890.00柱子b919.370.00489.20250.890.00计算形式:截面尺寸设计指定基础L1/B1:0.60自动计算所得基础几何尺寸为:B=600mmH=600mmCb=3000mmB1=5370mmL1=3220mmB11=1190mmL11=1610mmB2=4480mmL2=1920mmB21=740mmL21=960mmh1=450mmh2=450mm基础总高度h=900mm二、依据规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）《混凝土结构设计规范》（GB50010--2002）三、修正地基承载力计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）(5.2.4)fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)(式5.2.4)-115- 设计（论文）专用纸式中:fak=260.00kPaηb=0.30,ηd=1.60γ=18.00kN/m3,γm=18.00kN/m3b=3.22m,d=2.00m如果b＜3m,按b=3m;如果b>6m,按b=6m如果d＜0.5m,按d=0.5mfa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=260.00+0.30×18.00×(3.22-3.00)+1.60×18.00×(2.00-0.50)=304.39kPa抗震情况下地基抗震承载力faE=zafa=1.00×304.39=304.39kPa四、用户荷载转化将用户输入的荷载转化到基础形心处转化后的荷载作用点离基础左边界距离Xc=2685mm转化后的荷载作用点离基础下边界距离Yc=1610mm此时荷载的设计值采用以下公式计算:N=Na+NbMx=Max+Mbx+(Na+Nb)×Y1-(Vay+Vby)×hMy=May+Mby-Na×X1+Nb×X2+(Vax+Vbx)×h其中X1=Xc-B11=1495mm-115- 设计（论文）专用纸X2=B11+Cb-Xc=1505mmY1=Yc-L11=0mm代入数值,可得作用在基础底部形心处的荷载为:N=1838.74kN,Mx=0.00kN·m,My=1439.20kN·m荷载的标准值取荷载的设计值除以荷载转换系数Ks,所以可得Nk=1362.03kN,Mkx=0.00kN·m,Mky=1066.07kN·m五、地基承载力验算基础底面积A=B1×L1=5370.000×3220.000=17.14m2基础及其上覆土自重标准值Gk=g0Ad=20.00×17.14×2.000=685.66kN基础及其上覆土自重设计值G=1.35Gk=1.35×685.66=925.64kN≤faE=304.39kPa≤B1/6≤L1/6其中Wx=-115- 设计（论文）专用纸pkmax≤1.2faE=365.27kPa六、基础抗冲切验算计算公式：按《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）下列公式验算：Fl≤0.7bhpftamh0(8.2.7－1)am=(at+ab)/2(8.2.7－2)Fl=pjmaxAl-∑N其中N为作用在Al上的柱子对基础的轴向作用力1．求基底净反力最大值≤B1/6≤L1/62．X方向冲切验算-115- 设计（论文）专用纸截面hmmpjmaxkN/m^2atmabmammAlm^2FlkN0.7bhpftamh0kN验算结果截面1450201.611.922.662.290.2244.19753.25满足要求截面2900201.610.602.241.420.1632.601026.53满足要求截面3900201.610.602.241.429.611018.691026.53满足要求截面4900201.610.602.241.429.651025.181026.53满足要求截面900201.6127.821026.53满足要求-115- 设计（论文）专用纸50.602.241.420.14截面6450201.611.922.662.290.1938.53753.25满足要求3．Y方向冲切验算截面hmmpjmaxkN/m^2atmabmammAlm^2FlkN0.7bhpftamh0kN验算结果截面1450201.614.485.224.851.50302.001595.31满足要求截面2900201.610.602.241.421.25251.911026.53满足要求截面900201.61251.91满足要求-115- 设计（论文）专用纸30.602.241.421.251026.53截面4900201.610.602.241.421.25251.051026.53满足要求截面5900201.610.602.241.421.25251.051026.53满足要求截面6450201.614.485.224.851.50302.001595.31满足要求七、基础局部受压验算计算公式:《混凝土结构设计规范》中公式Fl≤1.35×βc×βl×fc×Aln（7.8.1-1）混凝土局部受压强度提高系数(7.8.1-2)柱子Fl(kN)Ab(m^2)Al(m^2)bl1.35bcblfcAln(kN)验算结果柱子a919.372.660.362.7215732.55满足要求柱子b919.372.660.362.7215732.55满足要求八、截面抗弯计算1．计算公式基础抗弯计算采用倒置的悬臂板的计算模型,承受一个梯形分布荷载,其等效-115- 设计（论文）专用纸均布荷载计算公式为:peq=(2p1+p2)/3其中p1为悬臂端梯形荷载的荷载设计值,取基础边界上基底净反力设计值的平均值p2为固定端梯形荷载的荷载设计值,取为轴心荷载作用下基底净反力的设计值基础四个边界上基底净反力设计值分别为:2．基础底部钢筋计算X方向基础底部钢筋-115- 设计（论文）专用纸截面等效peq(kN/m^2)弯矩M(kN·m)截面宽度b(m)截面高度h(mm)计算面积As1(mm^2)配筋面积As2(mm^2)截面144.3814.422450206.252173.50截面244.3856.422900364.033469.50截面344.38597.3229003854.163854.16截面4170.16-392.6029002533.213469.50截面5170.16211.4929001364.663469.50截面6170.1652.872450756.092173.50Y方向基础底部钢筋-115- 设计（论文）专用纸截面等效peq(kN/m^2)弯矩M(kN·m)截面宽度b(m)截面高度h(mm)计算面积As1(mm^2)配筋面积As2(mm^2)截面1107.27121.0144501730.413624.75截面2107.27491.5049003171.416648.75截面3107.27491.5049003171.416648.75截面4107.27121.0144501730.413624.75其中计算面积As1表示未考虑最小配筋率前钢筋的计算面积配筋面积As2表示考虑最小配筋率后钢筋的计算面积-115- 设计（论文）专用纸X方向底部实际配置钢筋为:A14@120钢筋总根数为：27实配面积：4156.33mm2Y方向底部实际配置钢筋为:A14@120钢筋总根数为：45实配面积：6927.21mm2手算和电算比较本设计通过手算对结构进行计算，并使用电算方法进行辅助计算，在使用了两者方法后，比较一下，两者还是有一定的差距，这种差距出现的原因有以下几点：-115- 设计（论文）专用纸从手算，PKPM计算结果看，在结构总体计算信息中主要参数基本一致的情况下，手算结果对各种电算有比较好的参考价值。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有足够的承载力、刚度和延性。手算是概念设计阶段一种很好的方法，对于软件的依靠，应采用分析性接受的方式。PKPM的结果似乎对各种结果的参考价值不大。在对比工程中我发现使用PKPM建模的时候荷载输入不精确，手算的时候精确到了门窗，而PKPM在计算时都是按墙体计算；而软件考虑的条件较全面，而手算往往会忽略了一些条件。PKPM软件程序计算是根据模型按相应的算法进行可以考虑空间作用，而手算则简化了；电算在取值时一般采取取整的方法，而手算时使用电子表格则在精度方面要求较高；电算可能在配筋上出现超筋，而手算则在演算过程或考虑的时候会避免这种现象。结论-115- 设计（论文）专用纸对于一般多层民用建筑，根据使用和工艺要求，材料供应情况和施工技术条件，常选用的结构形式有混合结构、钢筋混凝土框架结构和框架剪力墙结构等结构体系，但由于混合结构整体性差，难于满足大空间的使用要求，而框架剪力墙结构多用于10--25层的高层建筑。而框架结构强度高、结构自重轻，可以承受较大楼面荷载，在水平作用下具有较大的延性。次外框架结构平面布置灵活，能设置大空间，易于满足建筑功能要求。故该五层办公楼选用了框架结构。整个设计包含了建筑部分、结构部分。前者和后者相比并不是本次设计的重点，因为我们主要学习的还是结构部分。在结构部分笔算了恒载作用下，地震作用下的框架受力情况，而楼梯和基础部分则采用的计算机软件计算，这样既加深了我对结构计算的理解，用熟悉了计算机程序。总体来说，通过毕业前的这次毕业设计，让我学到了很多，也系统的了解了结构概念设计。总结与体会通过这段时间的毕业设计，总的体会可以用一句话来表达，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！。-115- 设计（论文）专用纸以往的课程设计都是单独的构件或建筑物的某一部分的设计，而毕业设计则不一样，它需要综合考虑各个方面的工程因素，诸如布局的合理，安全，经济，美观，还要兼顾施工的方便。这是一个综合性系统性的工程，因而要求我们分别从建筑，结构等不同角度去思考问题。在设计的过程中，遇到的问题是不断的。前期的建筑方案由于考虑不周是，此后在樊长林老师及各位老师和同学们的帮助下，通过参考建筑图集，建筑规范以及各种设计资料，使我的设计渐渐趋于合理。在计算机制图的过程中，我更熟练AutoCAD、天正建筑等建筑设计软件。在此过程中，我对制图规范有了较为深入地了解，对平、立、剖面图的内容、线形、尺寸标注等问题上有了更为清楚地认识。中期进行对选取的一榀框架进行结构手算更是重头戏，对各门专业课程知识贯穿起来加以运用，比如恒载，活载与抗震的综合考虑进行内力组合等。开始的计算是错误百出，稍有不慎，就会出现与规范不符的现象，此外还时不时出现笔误，于是反复参阅各种规范，设计例题等，把课本上的知识转化为自己的东西。后期的计算书电脑输入，由于以前对各种办公软件应用不多，以致开始的输入速度相当的慢，不过经过一段时间的练习，逐渐熟练。紧张的毕业设计终于划上了一个满意的句号，回想起过去这段时间的设计收获是很大的，看到展现在眼前的毕业设计成果，不仅使我对两年来大学所学专业知识的进行了一次比较系统的复习和总结归纳，而且使我真正体会了设计的艰辛和一种付出后得到了回报的满足感和成就感。同时也为以后的工作打下了坚实的基础，也为以后的人生作好了铺垫。-115- 设计（论文）专用纸因此，通过本毕业设计，掌握了结构设计的内容、步骤、和方法，全面了解设计的全过程；培养正确、熟练的结构方案、结构设计计算、构造处理及绘制结构施工图的能力；培养我们在建筑工程设计中的配合意识；培养正确、熟练运用规范、手册、标准图集及参考书的能力；通过实际工程训练，建立功能设计、施工、经济全面协调的思想，进一步建立建筑、结构工程师的责任意识。谢辞-115- 设计（论文）专用纸毕业设计的三个月很快就过去了，我顺利的完成了毕业设计，我们这一次是系统的设计一昆明某局办公楼，这还是在大学里的第一次这样做完整的设计，所以出现了不少的难题，能顺利完成这次的毕业设计，首先与王老师的辛苦指导是分不开的，是她的耐心讲解和殷切的教导让我顺利的解决了设计中遇到的各种难题，在次期间，我不仅学习到了科学知识，更重要是是学到了做人的道理，这必将是我人生的一大财富，将使我收益一生，在设计过程中我得到了很多组内组外同学的大力帮助和支持，没有他们的帮助，我也不能顺利的完成这个设计。最后，我要感谢陪伴我四年的老师和同学们，没有他们四年来的一点点的指导和帮助，我也就没有用来做这设计的知识的积累，也将无法拥有以后立足社会的资本，感谢大家对我的关心。谢谢大家!参考文献1、腾智明，朱金铨编著.《混凝土结构及砌体结构》.中国建筑工业出版社,1992、黄棠.王效通主编.《结构设计原理(上册)》.中国铁道出版社,19993、邵全，韦敏才.《土力学与基础工程》.重庆大学出版社出版，19974、王祖华主编.《混凝土及砌体结构》.华南理工大学出版社,19935、王萍主编.《混凝土结构及砌体结构》.大连理工大学出版社,2000-115- 设计（论文）专用纸6、李国强.《建筑结构抗震设计》.中国建筑工业出版社，20027、朱彦鹏主编.《混凝土结构设计原理》.重庆大学出版社,20028、黄双华主编.《房屋结构设计》.重庆大学出版社，20019、陈树华主编.《建筑地基基础》.哈尔滨工程大学出版社，200310、侯治国主编.《砼结构》.武汉工业大学出版社，199911、胡乃君主编.《建筑结构课程设计指导》武汉工业大学出版社，200112、沈满生、苏三庆主编.《高等学校建筑工程专业毕业设计指导》.中国建筑工业出版社，200013、贾韵绮、王毅红主编.《工业与民用建筑专业课程设计指南》.中国建筑工业出版社，199414、陈登鳌主编.《建筑设计资料集（1、2、3、8、9）》.中国建筑工业出版社出版，199415、《新版建筑工程勘察设计规范汇编》.北京：中国建筑工业出版社，200216、同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆建筑大学编.《房屋建筑学》中国建筑工业出版社，199717、《建筑抗震设计规范》GB50011-200118、《混凝土结构设计规范》GB50010－200219、《建筑地基基础设计规范》GB50007－200220、《建筑抗震设防分类标准》GB50223－95-115- 设计（论文）专用纸21、《建筑结构荷载规范》GB50009－200122。、《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002附录英文原文：TallingbuildingandSteelconstruction　　Althoughtherehavebeenmanyadvancementsinbuildingconstructiontechnologyingeneral.Spectaculararchievementshavebeenmadeinthedesignandconstructionofultrahigh-risebuildings.　　Theearlydevelopmentofhigh-risebuildingsbeganwithstructuralsteel-115- 设计（论文）专用纸framing.Reinforcedconcreteandstressed-skintubesystemshavesincebeeneconomicallyandcompetitivelyusedinanumberofstructuresforbothresidentialandcommercialpurposes.Thehigh-risebuildingsrangingfrom50to110storiesthatarebeingbuiltallovertheUnitedStatesaretheresultofinnovationsanddevelopmentofnewstructualsystems.　　Greaterheightentailsincreasedcolumnandbeamsizestomakebuildingsmorerigidsothatunderwindloadtheywillnotswaybeyondanacceptablelimit.Excessivelateralswaymaycauseseriousrecurringdamagetopartitions,ceilings.andotherarchitecturaldetails.Inaddition,excessiveswaymaycausediscomforttotheoccupantsofthebuildingbecausetheirperceptionofsuchmotion.Structuralsystemsofreinforcedconcrete,aswellassteel,takefulladvantageofinherentpotentialstiffnessofthetotalbuildingandthereforerequireadditionalstiffeningtolimitthesway.　　Inasteelstructure,forexample,theeconomycanbedefinedintermsofthetotalaveragequantityofsteelpersquarefootoffloorareaofthebuilding.CurveAinFig.1representstheaverageunitweightofaconventionalframewithincreasingnumbersofstories.CurveBrepresentstheaveragesteelweightiftheframeisprotectedfromalllateralloads.Thegapbetweentheupperboundaryandthelowerboundaryrepresentsthepremiumforheightforthetraditionalcolumn-and-beamframe.Structural-115- 设计（论文）专用纸engineershavedevelopedstructuralsystemswithaviewtoeliminatingthispremium.　　Systemsinsteel.Tallbuildingsinsteeldevelopedasaresultofseveraltypesofstructuralinnovations.Theinnovationshavebeenappliedtotheconstructionofbothofficeandapartmentbuildings.　　Framewithrigidbelttrusses.Inordertotietheexteriorcolumnsofaframestructuretotheinteriorverticaltrusses,asystemofrigidbelttrussesatmid-heightandatthetopofthebuildingmaybeused.AgoodexampleofthissystemistheFirstWisconsinBankBuilding(1974)inMilwaukee.　　Framedtube.Themaximumefficiencyofthetotalstructureofatallbuilding,forbothstrengthandstiffness,toresistwindloadcanbeachievedonlyifallcolumnelementcanbeconnectedtoeachotherinsuchawaythattheentirebuildingactsasahollowtubeorrigidboxinprojectingoutoftheground.Thisparticularstructuralsystemwasprobablyusedforthefirsttimeinthe43-storyreinforcedconcreteDeWittChestnutApartmentBuildinginChicago.Themostsignificantuseofthissystemisinthetwinstructuralsteeltowersofthe110-storyWorldTradeCenterbuildinginNewYork　　Column-diagonaltrusstube.Theexteriorcolumnsofabuildingcanbespacedreasonablyfarapartandyetbemadetoworktogetherasatubebyconnectingthemwithdiagonalmembersinterestingatthecentrelineofthe-115- 设计（论文）专用纸columnsandbeams.ThissimpleyetextremelyefficientsystemwasusedforthefirsttimeontheJohnHancockCentreinChicago,usingasmuchsteelasisnormallyneededforatraditional40-storybuilding.　　Bundledtube.Withthecontinuingneedforlargerandtallerbuildings,theframedtubeorthecolumn-diagonaltrusstubemaybeusedinabundledformtocreatelargertubeenvelopeswhilemaintaininghighefficiency.The110-storySearsRoebuckHeadquartersBuildinginChicagohasninetube,bundledatthebaseofthebuildinginthreerows.Someoftheseindividualtubesterminateatdifferentheightsofthebuilding,demonstratingtheunlimitedarchitecturalpossibilitiesofthislateststructuralconcept.TheSearstower,ataheightof1450ft(442m),istheworld’stallestbuilding.　　Stressed-skintubesystem.Thetubestructuralsystemwasdevelopedforimprovingtheresistancetolateralforces(windandearthquake)andthecontrolofdrift(lateralbuildingmovement)inhigh-risebuilding.Thestressed-skintubetakesthetubesystemastepfurther.Thedevelopmentofthestressed-skintubeutilizesthefaçadeofthebuildingasastructuralelementwhichactswiththeframedtube,thusprovidinganefficientwayofresistinglateralloadsinhigh-risebuildings,andresultingincost-effectivecolumn-freeinteriorspacewithahighratioofnettogrossfloorarea.　　Becauseofthecontributionofthestressed-skinfaçade,theframed-115- 设计（论文）专用纸membersofthetuberequirelessmass,andarethuslighterandlessexpensive.Allthetypicalcolumnsandspandrelbeamsarestandardrolledshapes,minimizingtheuseandcostofspecialbuilt-upmembers.Thedepthrequirementfortheperimeterspandrelbeamsisalsoreduced,andtheneedforupsetbeamsabovefloors,whichwouldencroachonvaluablespace,isminimized.Thestructuralsystemhasbeenusedonthe54-storyOneMellonBankCenterinPittburgh.　　Systemsinconcrete.Whiletallbuildingsconstructedofsteelhadanearlystart,developmentoftallbuildingsofreinforcedconcreteprogressedatafastenoughratetoprovideacompetitivechanllengetostructuralsteelsystemsforbothofficeandapartmentbuildings.　　Framedtube.Asdiscussedabove,thefirstframedtubeconceptfortallbuildingswasusedforthe43-storyDeWittChestnutApartmentBuilding.Inthisbuilding,exteriorcolumnswerespacedat5.5ft(1.68m)centers,andinteriorcolumnswereusedasneededtosupportthe8-in.-thick(20-m)flat-plateconcreteslabs.　　Tubeintube.Anothersysteminreinforcedconcreteforofficebuildingscombinesthetraditionalshearwallconstructionwithanexteriorframedtube.Thesystemconsistsofanouterframedtubeofverycloselyspacedcolumnsandaninteriorrigidshearwalltubeenclosingthecentralservicearea.The-115- 设计（论文）专用纸system(Fig.2),knownasthetube-in-tubesystem,madeitpossibletodesigntheworld’spresenttallest(714ftor218m)lightweightconcretebuilding(the52-storyOneShellPlazaBuildinginHouston)fortheunitpriceofatraditionalshearwallstructureofonly35stories.　　Systemscombiningbothconcreteandsteelhavealsobeendeveloped,anexamleofwhichisthecompositesystemdevelopedbyskidmore,Owings&Merrilinwhichanexteriorcloselyspacedframedtubeinconcreteenvelopsaninteriorsteelframing,therebycombiningtheadvantagesofbothreinforcedconcreteandstructuralsteelsystems.The52-storyOneShellSquareBuildinginNewOrleansisbasedonthissystem.　　Steelconstructionreferstoabroadrangeofbuildingconstructioninwhichsteelplaystheleadingrole.Moststeelconstructionconsistsoflarge-scalebuildingsorengineeringworks,withthesteelgenerallyintheformofbeams,girders,bars,plates,andothermembersshapedthroughthehot-rolledprocess.Despitetheincreaseduseofothermaterials,steelconstructionremainedamajoroutletforthesteelindustriesoftheU.S,U.K,U.S.S.R,Japan,WestGerman,France,andothersteelproducersinthe1970s.　　Earlyhistory.ThehistoryofsteelconstructionbeginsparadoxicallyseveraldecadesbeforetheintroductionoftheBessemerandtheSiemens-Martin(openj-hearth)processesmadeitpossibletoproducesteelin-115- 设计（论文）专用纸quantitiessufficientforstructureuse.Manyofproblemsofsteelconstructionwerestudiedearlierinconnectionwithironconstruction,whichbeganwiththeCoalbrookdaleBridge,builtincastironovertheSevernRiverinEnglandin1777.Thisandsubsequentironbridgework,inadditiontotheconstructionofsteamboilersandironshiphulls,spurredthedevelopmentoftechniquesforfabricating,designing,andjioning.Theadvantagesofironovermasonrylayinthemuchsmalleramountsofmaterialrequired.Thetrussform,basedontheresistanceofthetriangletodeformation,longusedintimber,wastranslatedeffectivelyintoiron,withcastironbeingusedforcompressionmembers-i.e,thosebearingtheweightofdirectloading-andwroughtironbeingusedfortensionmembers-i.e,thosebearingthepullofsuspendedloading.　　Thetechniqueforpassingiron,heatedtotheplasticstate,betweenrollstoformflatandroundedbars,wasdevelopedasearlyas1800;by1819angleironswererolled;andin1849thefirstIbeams,17.7feet(5.4m)long,werefabricatedasroofgirdersforaParisrailroadstation.　　TwoyearslaterJosephPaxtonofEnglandbuilttheCrystalPalacefortheLondonExpositionof1851.Heissaidtohaveconceivedtheideaofcageconstruction-usingrelativelyslenderironbeamsasaskeletonfortheglasswallsofalarge,openstructure.ResistancetowindforcesintheCrystal-115- 设计（论文）专用纸palacewasprovidedbydiagonalironrods.Twofeatureareparticularlyimportantinthehistoryofmetalconstruction;first,theuseoflatticedgirder,whicharesmalltrusses,aformfirstdevelopedintimberbridgesandotherstructuresandtranslatedintometalbyPaxton;andsecond,thejoiningofwrought-irontensionmembersandcast-ironcompressionmembersbymeansofrivetsinsertedwhilehot.　　In1853thefirstmetalfloorbeamswererolledfortheCooperUnionBuildinginNewYork.Inthelightoftheprincipalmarketdemandforironbeamsatthetime,itisnotsurprisingthattheCooperUnionbeamscloselyresembledrailroadrails.　　ThedevelopmentoftheBessemerandSiemens-Martinprocessesinthe1850sand1860ssuddenlyopenthewaytotheuseofsteelforstructuralpurpose.Strongerthanironinbothtensionandcompression,thenewlyavailablemetalwasseizedonbyimaginativeengineers,notablybythoseinvolvedinbuildingthegreatnumberofheavyrailroadbridgesthenindemandinBritain,Europe,andtheU.S.　　AnotableexamplewastheEadsBridge,alsoknownastheSt.LouisBridge,inSt.Louis(1867-1874),inwhichtubularsteelribswereusedtoformarcheswithaspanofmorethan500ft(152.5m).InBritain,theFirthofForthcantileverbridge(1883-90)employedtubularstruts,some12ft(3.66m)-115- 设计（论文）专用纸indiameterand350ft(107m)long.Suchbridgesandotherstructureswereimportantinleadingtothedevelopmentandenforcementofstandardsandcodificationofpermissibledesignstresses.Thelackofadequatetheoreticalknowledge,andevenofanadequatebasisfortheoreticalstudies,limitedthevalueofstressanalysisduringtheearlyyearsofthe20thcentury,asiccasionallyfailures,suchasthatofacantileverbridgeinQuebecin1907,revealed.Butfailureswererareinthemetal-skeletonofficebuildings;thesimplicityoftheirdesignprovedhighlypracticalevenintheabsenceofsophisticatedanalysistechniques.Throughoutthefirstthirdofthecentury,ordinarycarbonsteel,withoutanyspecialalloystrengtheningorhardening,wasuniversallyused.　　Thepossibilitiesinherentinmetalconstructionforhigh-risebuildingwasdemonstratedtotheworldbytheParisExpositionof1889.forwhichAlexandre-GustaveEiffel,aleadingFrenchbridgeengineer,erectedanopenworkmetaltower300m(984ft)high.Notonlywastheheight-morethandoublethatoftheGreatPyramid-remarkable,butthespeedoferectionandlowcostwereevenmoreso,asmallcrewcompletedtheworkinafewmonths.　　Thefirstskyscrapers.Meantime,intheUnitedStatesanotherimportantdevelopmentwastakingplace.In1884-85Maj.WilliamLeBaronJenney,a-115- 设计（论文）专用纸Chicagoengineer,haddesignedtheHomeInsuranceBuilding,tenstorieshigh,withametalskeleton.Jenney’sbeamswereofBessemersteel,thoughhiscolumnswerecastiron.Castironlintelssupportingmasonryoverwindowopeningswere,inturn,supportedonthecastironcolumns.Soildmasonrycourtandpartywallsprovidedlateralsupportagainstwindloading.Withinadecadethesametypeofconstructionhadbeenusedinmorethan30officebuildingsinChicagoandNewYork.Steelplayedalargerandlargerroleinthese,withrivetedconnectionsforbeamsandcolumns,sometimesstrengthenedforwindbracingbyoverlayinggussetplatesatthejunctionofverticalandhorizontalmembers.Lightmasonrycurtainwalls,supportedateachfloorlevel,replacedtheoldheavymasonrycurtainwalls,supportedateachfloorlevel,replacedtheoldheavymasonry.　　ThoughthenewconstructionformwastoremaincentredalmostentirelyinAmericaforseveraldecade,itsimpactonthesteelindustrywasworldwide.Bythelastyearsofthe19thcentury,thebasicstructuralshapes-Ibeamsupto20in.(0.508m)indepthandZandTshapesoflesserproportionswerereadilyavailable,tocombinewithplatesofseveralwidthsandthicknessestomakeefficientmembersofanyrequiredsizeandstrength.In1885theheavieststructuralshapeproducedthroughhot-rollingweighedlessthan100pounds(45kilograms)perfoot;decadebydecadethisfigureroseuntilinthe-115- 设计（论文）专用纸1960sitexceeded700pounds(320kilograms)perfoot.　　CoincidentwiththeintroductionofstructuralsteelcametheintroductionoftheOtiselectricelevatorin1889.Thedemonstrationofasafepassengerelevator,togetherwiththatofasafeandeconomicalsteelconstructionmethod,sentbuildingheightssoaring.InNewYorkthe286-ft(87.2-m)FlatironBuildingof1902wassurpassedin1904bythe375-ft(115-m)TimesBuilding(renamedtheAlliedChemicalBuilding),the468-ft(143-m)CityInvestingCompanyBuildinginWallStreet,the612-ft(187-m)SingerBuilding(1908),the700-ft(214-m)MetropolitanTower(1909)and,in1913,the780-ft(232-m)WoolworthBuilding.　　Therapidincreaseinheightandtheheight-to-widthratiobroughtproblems.Tolimitstreetcongestion,buildingsetbackdesignwasprescribed.Onthetechnicalside,theproblemoflateralsupportwasstudied.Adiagonalbracingsystem,suchasthatusedintheEiffelTower,wasnotarchitecturallydesirableinofficesrelyingonsunlightforillumination.Theanswerwasfoundingreaterrelianceonthebendingresistanceofcertainindividualbeamsandcolumnsstrategicallydesignedintotheskeletnframe,togetherwithahighdegreeofrigiditysoughtatthejunctionofthebeamsandcolumns.Withtoday’smoderninteriorlightingsystems,however,diagonalbracingagainstwindloadshasreturned;onenotableexampleistheJohnHancockCenterin-115- 设计（论文）专用纸Chicago,wheretheexternalX-bracesformadramaticpartofthestructure’sfaçade.　　WorldWarIbroughtaninterruptiontotheboominwhathadcometobecalledskyscrapers(theoriginofthewordisuncertain),butinthe1920sNewYorksawaresumptionoftheheightrace,culminatingintheEmpireStateBuildinginthe1931.TheEmpireState’s102stories(1,250ft.[381m])weretokeepitestablishedasthehightestbuildingintheworldforthenext40years.Itsspeedoftheerectiondemonstratedhowthoroughlythenewconstructiontechniquehadbeenmastered.AdepotacrossthebayatBayonne,N.J.,suppliedthegirdersbylighterandtruckonascheduleoperatedwithmillitaryprecision;ninederrickspowerdebyelectrichoistsliftedthegirderstoposition;anindustrial-railwaysetupmovedsteelandothermaterialoneachfloor.Initialconnectionsweremadebybolting,closelyfollowedbyriveting,followedbymasonryandfinishing.Theentirejobwascompletedinoneyearand45days.　　Theworldwidedepressionofthe1930sandWorldWarIIprovidedanotherinterruptiontosteelconstructiondevelopment,butatthesametimetheintroductionofweldingtoreplacerivetingprovidedanimportantadvance.　　Joiningofsteelpartsbymetalareweldinghadbeensuccessfullyachievedbytheendofthe19thcenturyandwasusedinemergencyship-115- 设计（论文）专用纸repairsduringWorldWarI,butitsapplicationtoconstructionwaslimiteduntilafterWorldWarII.Anotheradvanceinthesameareahadbeentheintroductionofhigh-strengthboltstoreplacerivetsinfieldconnections.　　SincethecloseofWorldWarII,researchinEurope,theU.S.,andJapanhasgreatlyextendedknowledgeofthebehaviorofdifferenttypesofstructuralsteelundervaryingstresses,includingthoseexceedingtheyieldpoint,makingpossiblemorerefinedandsystematicanalysis.Thisinturnhasledtotheadoptionofmoreliberaldesigncodesinmostcountries,moreimaginativedesignmadepossiblebyso-calledplasticdesign?Theintroductionofthecomputerbyshort-cuttingtediouspaperwork,madefurtheradvancesandsavingspossible.中文译文：高层结构与钢结构　　近年来，尽管一般的建筑结构设计取得了很大的进步，但是取得显著成绩的还要属超高层建筑结构设计。-115- 设计（论文）专用纸　　最初的高层建筑设计是从钢结构的设计开始的。钢筋混凝土和受力外包钢筒系统运用起来是比较经济的系统，被有效地运用于大批的民用建筑和商业建筑中。50层到100层的建筑被定义为超高层建筑。而这种建筑在美国得广泛的应用是由于新的结构系统的发展和创新。　　这样的高度需要增大柱和梁的尺寸，这样以来可以使建筑物更加坚固以至于在允许的限度范围内承受风荷载而不产生弯曲和倾斜。过分的倾斜会导致建筑的隔离构件、顶棚以及其他建筑细部产生循环破坏。除此之外，过大的摇动也会使建筑的使用者们因感觉到这样的的晃动而产生不舒服的感觉。无论是钢筋混凝土结构系统还是钢结构系统都充分利用了整个建筑的刚度潜力，因此不能指望利用多余的刚度来限制侧向位移。　　在钢结构系统设计中，经济预算是根据每平方英寸地板面积上的钢材的数量确定的。图示1中的曲线A显示了常规框架的平均单位的重量随着楼层数的增加而增加的情况。而曲线B显示则显示的是在框架被保护而不受任何侧向荷载的情况下的钢材的平均重量。上界和下界之间的区域显示的是传统梁柱框架的造价随高度而变化的情况。而结构工程师改进结构系统的目的就是减少这部分造价。　　钢结构中的体系：钢结构的高层建筑的发展是几种结构体系创新的结果。这些创新的结构已经被广泛地应用于办公大楼和公寓建筑中。　　刚性带式桁架的框架结构：为了联系框架结构的外柱和内部带式桁架，可以在建筑物的中间和顶部设置刚性带式桁架。1974年在米望基建造的威斯康森银行大楼就是一个很好的例子。　　框架筒结构：-115- 设计（论文）专用纸如果所有的构件都用某种方式互相联系在一起，整个建筑就像是从地面发射出的一个空心筒体或是一个刚性盒子一样。这个时候此高层建筑的整个结构抵抗风荷载的所有强度和刚度将达到最大的效率。这种特殊的结构体系首次被芝加哥的43层钢筋混凝土的德威特红棕色的公寓大楼所采用。但是这种结构体系的的所有应用中最引人注目的还要属在纽约建造的100层的双筒结构的世界贸易中心大厦。　　斜撑桁架筒体：建筑物的外柱可以彼此独立的间隔布置，也可以借助于通过梁柱中心线的交叉的斜撑构件联系在一起，形成一个共同工作的筒体结构。这种高度的结构体系首次被芝加哥的JohnHancock中心大厦采用。这项工程所耗用的刚才量与传统的四十层高楼的用钢量相当。　　筒体：随着对更高层建筑的要求不断地增大。筒体结构和斜撑桁架筒体被设计成捆束状以形成更大的筒体来保持建筑物的高效能。芝加哥的110层的SearsRoebuck总部大楼有9个筒体，从基础开始分成三个部分。这些独立筒体中的终端处在不同高度的建筑体中，这充分体现出了这种新式结构观念的建筑风格自由化的潜能。这座建筑物1450英尺（442米）高，是世界上最高的大厦。-115- 设计（论文）专用纸　　薄壳筒体系统：这种筒体结构系统的设计是为了增强超高层建筑抵抗侧力的能力（风荷载和地震荷载）以及建筑的抗侧移能力。薄壳筒体是筒体系统的又一大飞跃。薄壳筒体的进步是利用高层建筑的正面（墙体和板）作为与筒体共同作用的结构构件，为高层建筑抵抗侧向荷载提供了一个有效的途径，而且可获得不用设柱，成本较低，使用面积与建筑面积之比又大的室内空间。　　由于薄壳立面的贡献，整个框架筒的构件无需过大的质量。这样以来使得结构既轻巧又经济。所有的典型柱和窗下墙托梁都是轧制型材，最大程度上减小了组合构件的使用和耗费。托梁周围的厚度也可适当的减小。而可能占据宝贵空间的墙上镦梁的尺寸也可以最大程度地得到控制。这种结构体系已被建造在匹兹堡洲的OneMellon银行中心所运用。　　钢筋混凝土中的各体系：虽然钢结构的高层建筑起步比较早，但是钢筋混凝土的高层建筑的发展非常快，无论在办公大楼还是公寓住宅方面都成为刚结构体系的有力竞争对手。　　框架筒：像上面所提到的，框架筒构思首次被43层的迪威斯公寓大楼所采用。在这座大楼中，外柱的柱距为5.5英尺（1.68米）。而内柱则需要支撑8英寸厚的无梁板。　　筒中筒结构：另一种针对于办公大楼的钢筋混凝土体系把传统的剪力墙结构与外框架筒相结合。该体系由柱距很小的外框架与围绕中心设备区的刚性剪力墙筒组成。这种筒中筒结构（如插图2）使得当前世界上最高的轻质混凝土大楼（在休斯顿建造的独壳购物中心大厦）的整体造价只与35层的传统剪力墙结构相当。　　钢结构与混凝土结构的联合体系也有所发展。Skidmore,Owings-115- 设计（论文）专用纸和Merrill共同设计的混合体系就是一个好例子。在此体系中，外部的混凝土框架筒包围着内部的钢框架，从而结合了钢筋混凝土体系与钢结构体系各自的优点。在新奥尔良建造的52层的独壳广场大厦就是运用了这种体系。　　钢结构是指在建筑物结构中钢材起着主导作用的结构，是一个很宽泛的概念。大部分的钢结构都包括建筑设计，工程技术、工艺。通常还包括以主梁、次梁、杆件，板等形式存在的钢的热轧加工工艺。上个世纪七十年代，除了对其他材料的需求在增长，钢结构仍然保持着对于来自美国、英国、日本、西德、法国等国家的钢材厂钢材的大量需求。　　发展历史：早在Bessemer和Siemens-Marton(开放式炉)工艺出现以前，钢结构就已经有几十年的历史了。而直到此工艺问世之后才使得钢材可以大批生产出来供结构所用。对钢结构诸多问题的研究开始于铁结构的使用，当时很著名的研究对象是1977年在英国建造的横跨斯沃河的Coalbrookdale大桥。这座大桥以及后来的铁桥设计再加上蒸汽锅炉、铁船身的设计都刺激了建筑安装设计以及连接工艺的发展。铁结构对材料的需求量较小是优胜于砖石结构的主要方面。长久以来一直用木材制作的三角桁架也换成铁制的了。承受由直接荷载产生的重力作用的受压构件常用铸铁制造，而承受由悬挂荷载产生的推力作用的受拉构件常用熟铁制造。-115- 设计（论文）专用纸　　把铁加热到塑性状态，使之从卷状转化为扁平状与圆状之间的某一状态的工艺，早在1800年就得以发展了。随后，1819年角钢问世，1894年第一个工字钢被建造出来作为巴黎火车站的顶梁。此工字钢长17.7英尺）（5.4米）。　　1851年英国的JosephPaxtond为伦敦博览会建造了水晶宫。据说当时他已有这样的骨架结构构思：用比较细的铁梁作为玻璃幕墙的骨架。此建筑的风荷载抵抗力是由对角拉杆所提供的。在金属结构的发展历史中，有两个标志性事件：首先是从木桥发展而来的格构梁由木制转化为铁制；其次是锻铁制的受拉构件与铸铁制的受压构件受热后通过铆钉连接工艺的发展。　　十九世纪五六十年代，Bessemer与Siemens-Martin工艺的发展使钢材的生产能满足结构的需求。钢的受拉强度与受压强度都好于铁。这种新型的金属常被有想象力的工程师所利用，尤其倍受那些参与过英国、欧洲以及美国的道桥建设的工程师的喜爱。　　其中一个很好的例子就是Eads大桥（也被称为路易斯洲大桥）（1867-1874）。在这座大桥中，每隔500英尺（152.5米）设有由钢管加强肋形成的拱。英国的Firthof-115- 设计（论文）专用纸Forth悬索桥设有管件支撑，直径大约为12英尺（3.66米），长度为350英尺（107）米。这些大桥以及其他结构在引导钢结构的发展，规范的实施，许用应力的设计方面起到了很重要的作用。1907年Quebec悬索大桥的偶然破坏揭露了二十世纪初期由于缺乏足够的理论知识，甚至是缺乏足够的理论研究的基础知识，而导致在应力分析方面出现了很多的不足。但是，这样的损坏却很少出现在金属骨架的办公大楼中。因为尽管在缺乏缜密的分析的情况下，这些建筑也表现出了很高的实用性。在上个世纪中叶，没有经过任何特殊合金强化、硬化过的普通碳素钢已经被广泛地使用了。　　在1889年巴黎召开的世界博览会上，金属结构表现出了在超高层建筑运用上的内在潜力。在这次会上，法国著名的桥梁设计师埃非尔展示了他的杰作-300米高的露天开挖的铁塔。无论是它的高度（比著名的金字塔的两倍还高），架设的速度-人数不多的工作人员仅用几个月的时间就完成了整个工程任务，还是很低的工程造价都使它脱颖而出。　　首批摩天大厦：在刚结构发展的同时，美国的另一个是也蓬勃的发展起来了。1884-1885年，芝加哥的工程师Maj.WilliamLeBaronJennny设计了家庭保险公司大厦。这座大厦也是金属结构的，有十层高。大厦的梁是钢制的，而柱是铸铁所制。铸铁制的过梁支撑着窗洞口上方的砌体，同时也需要铸铁制的柱支撑着。实心砌体的天井与界墙提供抵抗风载的侧向支撑。不到十年的功夫，芝加哥和纽约已经有超过30座办公大楼是利用这种结构。钢材在这些结构中起了非常大的作用。这种结构利用铆钉把梁与柱连接在一起。有时为了抵抗风荷载还是在竖向构件和横向构件的连接点出贴覆上节点板来加固结构。此外，轻型的玻璃幕墙结构代替了老式的重质砌体结构。-115- 设计（论文）专用纸　　尽管几十年来之中建筑形式主要是在美国发展的，但是它却影响着全世界钢材工业的发展。十九世纪的最后几年，基本结构形状工字型钢的厚度已经达到20英寸（0.508米），非对称的Z字型钢和T型钢可以与有一定宽度和厚度的板相联结，使得构件具体符合要求的尺寸和强度。1885年最重的型钢通过热轧生产出来，每英寸不到100磅（45千克）。到二十世纪六十年代这个数字已经达到每英寸700磅（320千克）。　　紧随着钢结构的发展，1988年第一部电梯问世了。安全载客电梯诞生，以及安全经济的钢结构设计方法的发展促使建筑高度迅猛增加。1902年在纽约建造的高286英寸（87.2米）的Flatiron大厦不断地被后来的建筑所超越。这些建筑分别是高375英尺（115米）的时代大厦（1904），（后来改名为联合化工制品大厦）。1908年在华尔街建造的高468英尺（143米）的城市投资公司大厦，高612英尺（187米）的星尔大厦，以及700英尺（214米）的都市塔和780英尺高（232米）的Wollworth大厦。 　　房屋高度与高宽比的不断增加也带来了许多的问题。为了控制道路的阻塞，要对建筑的缩进设计进行限定。侧向支撑的设置也是其中一项技术问题，例如，埃非尔铁塔所采用的对角支撑体系对于要靠太阳光来照明的办公大厦就不实用了。而只有考虑到具体的单独梁与单独柱的抗弯能力以及梁柱相交处的刚度的框架设计才是可靠的。随着现代内部采光体系的不断发展，抵抗风荷载的对角支撑又重新被利用起来了。芝加哥的JohnHancock中心就是一个很显著的例子。外部的对角支撑成为此结构立面的一个很显眼的部分。-115- 设计（论文）专用纸　　第一次世界大战暂时中断了所谓摩天大厦（当时这个词并没有确定）的蓬勃发展，但是二十世纪二十年代又恢复了这一趋势。1931年建造的帝国大厦把词潮流推向了顶峰。102层高1250英尺（381米）的帝国大厦在后来的40年一直保持着世界最高的地位。它的建造速度充分证明了这种新的结构形式已经被当时的技术所掌握。次项工程所需要的梁是由Bayonne海湾对岸的军械库所提供的。是由用精密仪器控制的驳船和卡车负责运输的。由九架起重机将这些梁提升到指定的位置。由工业轨道装置把钢材和其他材料移到每一层上去。先是螺栓连接紧接着铆钉连接，最后是装修，整个工程的最终完成只用了一年零45天。　　二十世纪三十年代席卷全世界的大萧条以及第而次世界大战使钢结构的发展又一次受到了阻碍。但是与此同时，焊接代替了铆钉连接则是一个很重要的发展。　　十九世纪末，利用焊接把各个钢零件相连接已取得了很好的成绩，并在第一次世界大战中被运用于救生船的修理。但直到第二次世界大战后才用于建筑结构中。同时在连接领域中又一进步就是高强螺栓代替了铆钉。-115- 设计（论文）专用纸　　二战结束后，欧洲，美国，日本等国都扩大了对在不定应力（包括超过屈服点的情况）作用下各种结构钢的性质的研究，并进行了更为精确、系统的分析。此后，许多国家采用了一些更为自由灵活的设计规范和更为理想化的弹性设计规范。计算机在工程上的运用代替了冗长的手工计算，从而更加促进了钢结构的发展，并大大的减低了造价。-115-'