吉林多层钢框架结构商场钢结构毕业设计计算书

'钢结构设计计算书设计长春某公司办公楼，工程概况如下：本建筑为长春某商场，位于长春市区。共四层，全部为办公用房，总建筑面积：6018.48，底层层高5m，其余层均为4.2m。室内外高差0.450m。满足防火要求设四个双跑楼梯、两部扶梯和两部货梯。墙体采用加气混凝土砌块，室内地面采用水泥混凝土地面。屋面为上人屋面。结构形式为钢框架结构体系。设计基准期50年，基本雪压0.35，基本风压：0.55。抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1。地质条件：拟建场地地形平坦，Ⅱ类场地。拟建基础底标高-2.500m，持力层地基承载力特征值：190KN/㎡。第一部分方案设计概述一、建筑方案概述1.设计依据《总图制图标准》GB/T50103-2001《建筑制图标准》GB/T50104-2001《民用建筑设计通则》JGJ37-87（试行）《办公建筑设计规范》JGJ67-89《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95(2001年修订版）《建筑设计防火规范》GBJ16-87(2001版)2．设计说明（1）屋面（上人屋面）防水层：SBC120卷材防水；20mm厚1:3水泥沙浆找平层；水泥珍珠岩预制块找坡每立方米20公斤100厚阻炎苯板保温SBC120卷材隔气层1：3水泥砂浆找平层20厚现浇钢筋混凝土楼板（2）楼面：水泥混凝土楼面（卫生间局部为地砖楼面）120mm厚混凝土板（卫生间局部100mm厚）；（3）门窗详见建筑图门窗表。（4）墙体墙体采用用加气混凝土砌块，外墙墙体均为250厚，外墙面做法详见建筑设计说明；内墙200厚，粉刷石膏抹灰墙面（厕所局部贴面砖防水墙面）。二、结构方案概述1.设计依据本设计依据以下现行国家规范及规程设计。《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003）《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) 2.结构形式及布置采用钢框架结构，框架梁采用焊接工字形截面，框架柱采用焊接箱型截面。楼板采用现浇钢筋混凝土板；楼梯为现浇钢筋混凝土楼梯；基础采用柱下独立基础，结构布置如下：结构布置图底层计算高度为5m+0.45m=5.45m，其中0.45m为初估室内地坪至柱脚底板的距离。3.材料选用所有构件及零件均采用Q345B；楼板混凝土强度等级C30，基础混凝土强度等级C30，钢筋为HRB335级及HPB300。4.主要参数及结构计算方法该建筑抗震设防类别为丙类，地震作用及抗震措施均按设防烈度考虑。具体计算方法如下：采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（D值法）计算水平地震作用下的框架内力；采用弯矩二次分配法，计算竖向荷载作用下框架内力。 结构竖向布置图第二部分结构布置及截面初选一、计算简图及构件截面初选1.计算单元 结构计算单元（5轴为框架计算所选榀）2.结构构件截面初选（1）柱截面按中柱初估：钢框架结构使用功能为公共商场，按每平米8计算竖向荷载，柱的长细比＝（60～120）。轴压力设计值8×6×6×1.3×5＝1872kN；1.3荷载分项系数平均值。取长细比＝60，计算长度系数=1，按b类截面查得稳定系数＝0.688，则所需要面积：A≥考虑弯矩及倾覆压力作用的影响取:（1.3～1.5）A＝（1.3～1.5）×20486.4≈13835mm2所需截面回转半径：iy＝6000/60＝100mm。初估箱型柱截面为600x600x20（2）钢梁截面初估框架梁高＝6000/15～6000/20＝400mm～300mm；柱、梁选用见下表： 构件截面参数结构构件初选截面参数项目截面尺寸构件截面特性重量（kN/m）(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)A()()(mm)(mm)框架柱（箱型）60060020560202618426045867002604586700237.0237.03.642纵向框架梁4002501237610976027018580031281300166.356.60.776横向框架梁4002501237610976027018580031281300166.356.60.776纵向次梁350200123268740816024770016013900147.046.40.582纵向次梁350200123268740816024770016013900147.046.40.582第三部分荷载汇集一、屋面均布荷载1．恒载SBC120卷材防水0.3520mm厚1：3水泥砂浆找平层20×0.02=0.40水泥珍珠岩预制块找坡3.5×0.1=0.35每立方米20公斤100厚阻炎苯板保温0.2×0.1=0.021：3水泥砂浆找平层20厚20×0.02=0.40120mm厚现浇混凝土结构层（折算厚度）25×0.10=3.00合计4.522.活载：上人屋面2.5雪载0.35重力荷载代表值计算时取雪荷载。竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑，取二者较大值考虑。二、楼面均布荷载：1．恒载：混凝土抹面面层0.120mm厚水泥砂浆找平层20×0.02=0.40 120mm厚现浇钢筋混凝土结构层25×0.1=3.00合计3.50（卫生间为地砖楼面，板厚100mm，合计4.0）2.活载：楼面活荷载3.5走廊、楼梯的活荷载3.5为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取3.5计算。三、构件自重（单个）1.柱1层3.642×5.5=20.03kN2-4层3.642×4.2=15.23kN2.梁框架梁0.776×6.0=4.66kN次梁0.582×6.0=3.49kN3.墙体（1）外墙墙体采用用加气混凝土砌块，250厚，仿石涂料墙面2.5合计2.5（2）内墙墙体采用用加气混凝土砌块，200厚，粉刷石膏抹灰墙面2.0合计2.04.门窗木门0.2塑钢窗0.3四、重力荷载代表值计算各楼层重力荷载代表值的具体计算过程略，计算结果如下：13249+298=13547kN12717+1221=13938kN13250+1221=14471kN房屋总重力荷载代表值：＝55894kN 图9.5重力荷载分布图第四部分水平地震作用下结构分析（Ⅰ）横向框架地震作用分析一、地震作用计算1.层间侧移刚度计算（1）梁线刚度计算钢材的弹性模量N/mm2框架梁线刚度表9.3层跨度L(mm)截面惯性矩(mm4)边框架中框架=1.2(mm4)（×kN·m）=1.5(mm4)（×kN·m）1～460002701858003242229601.11324052787001.3915（2）柱线刚度计算柱的线刚度按式计算框架柱线刚度层柱高h(m)轴柱惯性矩(×)轴柱子线刚度（×kN·m）44.22．604612.774934.22．604612.774924.22．604612.774915.52．60469.7554（3）柱侧移刚度计算 一般层：=首层：=框架柱的值表9.5层柱子类别(m)(×104KN·m)(×104KN·m)(×104KN/m)(×104KN/m)2～4中框架中柱(32根)4.244.52812.77491.74280.59922.98384.014边柱(12根)4.28.34912.77490.34270.35970.3522边框架中柱(12根)4.213.358412.77490.52430.40570.6078边柱(4根)4.22.226412.77490.08730.28130.07011中框架中柱(32根)5.544.5289.75542.28220.64973.23514.3485边柱(12根)5.58.3499.75540.44880.38740.3793边框架中柱(12根)5.513.35849.75540.68650.44160.6615边柱(4根)5.52.22649.75540.11430.29050.07242.结构自振周期计算将各层重力荷载代表值集中在相应楼层处作为假想水平荷载计算整体框架的顶点位移。考虑非结构构件的影响取。结构自振周期表9.6层数(kN)(kN)(×104KN/m)（m）（m）413547135474.0140.08430.9761313938274854.0140.17110.8918213938414234.0140.25790.7207114471558944.34850.46280.4628=1.4973.水平地震作用分析（1）采用底部剪力法计算水平地震作用设防烈度7度，设计基本加速度值为0.1g（第一组），则；Ⅱ类场地，，阻尼比；＜=1.497s＜5＝5×0.35=1.75。 ==0.02317（2）结构总水平地震作用:＝0.0237×0.85×55894＝1126.0kN=1.497s＞1.4=1.4×0.35=0.49s，需要考虑顶部附加水平地震作用。=0.08+0.07=0.08×1.497+0.07=0.189顶部附加地震作用213.94kN（3）各层水平地震作用标准值及楼层地震剪力——结构所在层楼板的计算高度。楼层地震剪力：(1ij7)楼层地震剪力计算表9.7层(m)(m)(kN)(KN·m)(kN)(kN)(kN)(kN)44.218.113547245200.70.310803913.19213.94285.66831127.1334.213.913938193738.20.245572—225.71251352.84224.29.713938135198.60.17137—157.51161510.35415.55.51447179590.50.100885—92.726011603.08（4）楼层地震剪力调整按抗震规范规定：各楼层地震剪力（剪力系数）。.（5）楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算如下表：地震剪力作用下横向框架侧移表9.9层（m）(KN)(×104KN/m)(m)44.21127.134.0140.02808034.21352.8424.0140.03370324.21510.3544.0140.03762715.51603.084.34850.036865（6）侧移修正1）考虑节点域剪切变形对侧移的修正 由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下：由横向框架梁的截面参数可知：梁的腹板平均高度：=376mm梁截面的平均惯性矩：=270185800柱的腹板平均高度度：=560mm柱截面的平均惯性矩：=2604586700节点域腹板平均厚度：=16mm=376×560×16×79000=2.6614×=1.375＞1，需要修正。=(17.5×1.375-1.8×1.3752-10.7)×=11.401修正系数：2）考虑节点柔性的侧移修正规范规定修正幅度一般应控制在5%以内，故取修正系数框架侧移及修正表9.10层层高（m）44.20.0280801.1080.050.0038190.0189161/11001/30034.20.0337031.1080.050.0042380.0150971/99124.20.0376271.1080.050.0045350.0108591/92615.50.0368651.1080.050.0063230.0063231/949从上表计算可知层间位移角＜，满足要求。（7）框架的顶点水平侧移框架的顶点水平侧移可分为两部分：由框架梁的弯曲变形产生的侧移和由柱子轴向变形产生的侧移，框架顶端侧移=+。可由值法求的：，的计算如下：将地震作用下折算成倒三角形水平分布荷载，顶端荷载为：===72.39kN/m （边柱截面沿高度没有变化）参数；==0.006179m顶点位移：=+=0.026937+0.006179=0.0331m，满足要求。从以上表计算可知，地震作用下侧移满足要求。（8）框架质心侧移验算规范规定框架顶端侧移不应超过质心侧移的1.3倍，计算如下。1）质心高度==m由于<0.76，满足。4.斜截面抗剪验算 ×=16.77kN>1.87kN，满足。5.支座负弯矩配筋计算=<51.73，满足。实配：6.挠度计算截面惯性矩：=30.605×荷载标准组合下的挠度计算：=0.21mm＜，满足。荷载准永久组合下的挠度计算：=0.18mm＜，满足。二、横向框架梁设计1.截面参数横向框架梁及纵向次梁的截面参数见截面表。2.截面控制内力由于各层的横向框架梁截面相同取以下两组最不利内力进行截面验算：无震：-384.28，=206.84kN（风载起控制作用的组合，中跨梁左端）有震：-312.32，=174.91kN（地震作用参与组合，中跨梁左端）1）抗弯强度无震时，= ，满足。上式中的系数0.9是考虑螺栓连接时的截面削弱，余同。有震时，，，满足。2）抗剪强度无震：＜有震：＜3）整体稳定＜10.5，满足。4）局部稳定翼缘：＜，满足。腹板：梁的轴力等于柱端剪力：＜，满足。三、框架柱设计1.计算长度系数计算由于横向框架属于有侧移的框架，故计算长度系数按下式计算：有侧移框架一般层：底层柱（固结）：上式中：，，边柱取，顶层柱取。 图9.17柱的计算长度模型边柱的计算长度系数表9.56层()()()()()()()4—23414—2341456875609380.4120.1991.9503—23414—234146093860938609380.1920.1922.2722—23414—234146093860938426560.1920.2262.1991—23414—234146093842656—0.22610.0001.479中柱的计算长度系数表9.57层()()()()()()()423414234142341423414—568750.0000.8230.8231.4043234142341423414234146093860938609380.3840.3841.7562234142341423414234146093860938426560.3840.4521.7091234142341423414234146093842656—0.45210.0001.3202.强度计算以底层中柱为例：最不利内力：无震：298.10，3117.84，77.33＜，满足。有震：203.09，2794.23，52.85 ＜，满足。3.整体稳定验算以底层中柱为例：无震组合：298.10，3117.84，77.33有震组合：203.09，2794.23，52.85（1）平面内稳定=1.32×5.5=7.92m=＜=，满足。b类截面，查表=0.913=36569.78kN=1）无震组合=175.15＜，满足。2）有震组合==152.12＜，满足。（2）平面外的稳定=＜=，满足。b类截面，查表=0.842=0.84,1）无震组合　　　　　　　=191.79＜，满足。2）有震组合 =126.74＜，满足。其余柱计算略，亦满足要求。4.局部稳定计算翼缘：＜，满足。腹板：298.10，3117.84时另，抗震规范要求设防烈度为7度时腹板高厚比限值为52，二者取小值，故:＜，满足。第九部分节点设计一、框架节点设计1.梁柱节点梁柱节点采用全焊接点：翼缘采用全熔透坡口对接焊缝（设引弧板），腹板与柱翼缘采用角焊缝连接，采用E43型焊条，手工焊。以一层中跨梁端节点为例计算如下：图9.20梁柱节点 无震组合：，有震组合：，（1）弹性设计翼缘惯性矩：=2×200×12×=429876720腹板惯性矩：=×10×=43309872翼缘承担的弯矩：349.07腹板承担的弯矩：梁翼缘焊缝抗弯承载力验算：＜，满足。腹板与柱翼缘的角焊缝承载力验算mmmm取mm，满足构造要求。mm==126.60=114.27＜，满足。按腹板净截面面积抗剪承载力的50%，验算角焊缝：＜，满足。有震组合计算略，亦满足。2.梁的拼接节点梁拼接采用M20高强度螺栓，摩擦面喷砂处理，螺栓的强度等级10.9级，，梁翼缘采用坡口全熔透焊缝。螺栓孔mm，接头一侧布置3列共12个，拼接板厚度6mm，如图9.19所示。梁的拼接位置距柱翼缘800mm。 梁的拼接一层中跨梁端设计内力：无震组合：，有震组合：，弹性设计翼缘惯性矩：=2×200×12×=429876720腹板惯性矩：=×10×-2×10×24×()=60502699翼缘承担的弯矩：336.87腹板承担的弯矩：=4×(502+1502+2×802)+2×(502+1502)=201200＜，满足。梁翼缘焊缝抗弯：＜，满足。有震组合计算略，亦满足。（2）极限承载力验算 1）翼缘的抗弯极限承载力：=2×(260×14×243+236×8×118)×235=520.43=260×14×(500-14)×375=663.39＞，满足。2）腹板的极限抗剪承载力：取螺栓拼接的极限抗剪承载力、腹板净截面极限抗剪承载力、拼接板净截面极限抗剪承载力的较小值。螺栓拼接的极限抗剪承载力=0.58×2×303×1040=365.54=22×8×1.5×375=99腹板净截面极限抗剪承载力拼接板净截面极限抗剪承载力＞且＞=0.58×472×8×235=514.67满足要求。螺栓的极限受剪承载力尚应满足构件屈服时的剪力：77.0593.30＜＝99，满足。梁的拼接满足要求3.主、次梁节点 主次梁节点为铰接连接。次梁腹板采用M20高强度螺栓与框架梁加劲肋相连，承压型连接，加劲肋厚度8mm，螺栓的强度等级10.9级，。螺栓孔mm，螺栓如图9.21所示。由前面计算可知纵向次梁梁端剪力=1.2×95.42+1.4×47.25=180.65。螺栓群所受偏心弯矩：=180.65×(130-50)×=14.45图9.21主、次梁铰接连接（1）螺栓布置验算：安装缝隙取25mm＞15mm，切角25mm，满足；端距（边距）取50mm＞mm，满足；螺栓中矩取70mm＞mm，满足。（2）螺栓的抗剪验算=1×=75.81=20×8×470=75.2单栓承载力：＜，满足。（3）框架梁加劲肋验算加劲肋宽度：mm加劲肋厚度取mm＞mm，满足。5.柱脚设计 采用整体外露式柱脚，与基础刚性连接。按较大的轴心压力，较大的弯矩的组合来计算基础混凝土的最大压力和设计底板。按同时发生的较小的轴心压力和较大的弯矩组合来设计锚栓和支撑托座。混凝土强度等级为C30，.焊缝统一采用E43型焊条，采用引弧板施焊。横向纵向（1）底板设计1)底面积计算：箱型柱底板宽与长相等，即B=L。按底板下压应力为直线分布，底板对基础混凝土的最大应力为：，即横向14.3解得B=L=519mm，实际取L=550mm，B=550mm纵向14.3解得L=837mm，实际取L=B=840mm底板两侧所受应力：横向纵向即底板与基础之间产生了拉应力。2）锚栓计算因为，所以锚栓承受全部拉力。 840横向a=L/2-c/3=840/2-519.9/3=101.7mm840-60-60550=535mm纵向a=L/2-c/3=840/2-535/3=96.7mm840-60-60所需受拉锚栓有效截面面积为：横向纵向在柱脚两侧各设置M27锚栓，其有效截面面积，符合要求。3）底板厚度计算取底板每一区格最大压应力按均匀分布计算：横向，纵向横向纵向区格①为三边支撑板：，查表 区格②为两相邻边支撑板：，，查表板底最大弯矩：板底厚度：，取t=28mm（2)肋板与底板水平连接焊缝肋板厚度取15mm1）肋板与柱身竖向焊缝竖向焊缝共有12条，每条焊缝的截面面积为：取，肋板高度取140mm2）肋板与底板水平连接焊缝焊缝总长度所需焊缝尺寸采用满足。 柱脚详图第十部分基础设计一、中柱基础底层中柱下端设计内力：无震组合：298.10，3117.84，77.33有震组合：203.09，2794.23，52.85基础顶面至室外地坪的高度为1.5mm，室内外高差600mm，则底层基础梁以上砖墙高度为2.4m（出室内地坪300mm）。1.基础梁传至基础顶面的荷载基础梁重：25×0.55×0.30×6=27.23kN墙重：6×0.3×2.4×19=90.29kN=27.23+90.29=117.52kN基础顶面的内力设计值：298.103117.84+1.35×117.52=3276.4977.332.确定基础底边尺寸 基础持力层地基承载力kPa，=4.4，基础埋深m，土的加权平均重度kPa，则地基承载力设计值：190+4.4×22×(2.5-0.5)=383.6=8.08考虑弯矩作用取：A=1.2=9.6取：.1m，3.1m，9.613.基底应力验算：314.5063.60+68.2=＜=551.684.基础高度确定取基础高度m，基础底面积全部落在冲切锥体以内，因此基础的抗冲切满足。5.基底配筋基地净反力计算：314.5063.60=柱根处及变阶的地基土净反力=431.49=453.57=441.24=139.71 选HRB335钢筋21根16（），即16@150。第十一部分楼梯设计一、梯梁设计楼梯间高度4.2m（标准层），。梯间宽为2.5m，梯段宽1.2m，13级踏步，踏步高为150mm，宽为300mm。=3.5KN/㎡踏步面层用20mm的混合砂浆找平。采用混凝土强度等级为C30（），梁中纵向钢筋采用HRB335级，其余采用HRB335级。活荷载标准值为。3.10.1梯段板设计①确定板厚=130.3+0.6=4.5m=4500/25=180mm②荷载计算（取1m宽的板带为计算单元）楼梯斜板的倾斜角：，恒荷载：踏步重1/0.30.50.30.1525=1.875KN/m斜板重：20mm厚找平层重：恒荷载标准值：恒荷载设计值：1.43.5=4.2KN/m活荷载设计值：总荷载：q=7.2+4.2=11.4KN/m③内力计算11.44.5²=7.97KNm④配筋计算 16@200。选用钢筋为（标准层）3.10.3平台梁设计①荷载计算梯段板传来：平台板传来：梁自重：②内力计算⑸配筋计算选用钢筋。箍筋计算： 箍筋按构造配筋φ8@200。'