毕业设计 计算书.doc

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1、毕 业 设 计 书题 目 杭州某小区高层钢结构住宅设计 专 业 土木工程 班 级 钢结构xxxx 姓 名 xxxx 指导教师 Xxx（教授级高工） 所在学院 城建学院 完成时间：2013年6月承 诺 书我谨此郑重承诺：本毕业设计（论文）是本人在指导老师指导下独立撰写完成的。凡涉及他人观点和材料，均依据著作规范作了注释。如有抄袭或其它违反知识产权的情况，本人愿接受学校处分。 承诺人（签名）： 2013年 月 日杭州某小区高层钢结构住宅设计城建学院 土木工程专业 王晓涛摘 要：本设计为杭州某小区高层钢结构住宅。该住宅楼为八层结构，结构主体为钢框架结构，采用钢与混凝土组合楼盖。结构设计考虑到了结构的

2、抗震性能，在有关地震效应计算时，主要参考国家现行规范。结构的计算的主要内容如下：初步选取构件尺寸，荷载的计算，内力的计算，构件的验算，构件的连接设计，基础的设计。其中内力考虑了风荷载、地震荷载、雪荷载等多种荷载。根据不同力的作用方式选择计算方法，计算竖向荷载作用下时采用弯矩二次分配法，风荷载作用下时采用D值法。计算中采用了一些合理的假定，如不考虑屋面结构找坡，当作平屋面假定计算。计算中注意对手算结果和电算结果的比较，可以对软件计算和手算各自的特点有更充分的认识。在计算组合梁挠度时，按简支梁简化计算。计算组合板负弯矩时，按单跨两端固支简化计算。在具体的结构计算中以国家现行规范为依据。关键词： 钢

3、结构；住宅结构设计；内力计算；弯矩二次分配法；D值法A high-rise steel structure residential designin HangzhouWang Xiaotao, Major in Civil EngineeringAbstract: The design object is high-rise steel structure residential design located in Hangzhou.This building is eight-strory, and the main form of its structure is steel frame

4、structure, while the floor is steel and concrete composite floor. The structural design bases on graduation project requests, such as the capacity of resisting the earthquake.in the calculation,the solutions about earthquake computing is according to the aseismic code, which is our national noruns.

5、Specificly speaking, the process of the structural design are as follows, judge the size of the member of structure, calculate the load, calculate the internal force, design the conection of members, design the single extended foundation under the column. When calculate the internal force, many load

6、s are taken into consideration, such as the wind load, the seismic load, the snow load and etc; When check the steel member and the connections, the normal situation and seismic situation are both considered.According to different modes of selection method: Seismic levels calculated using Moment Dis

7、tribution Method under vertical load stratified, Wind Load Calculation of internal forces of “D” method.In the calculation, I adopt some reasonable assumptions. For instance, ignore the slope made for draining the water, treat the roof as flat roof. I also compare the results between hand count and

8、software, so that I can know better about the difference between them. When calculate the deformation of the steel-concrete combinated beam, the beam is simplified as a simple supported beam. When calculate the moment of the combinated slab, the slab is simplified as a slab with both ends fixed.In t

9、he specific structural caculations, the prevail codes are used as reference.Keywords: Steel Structure; Residential sturcure design; internal force calculating; Moment Distribution Method; “D” method目 录1工程概况及结构选型11.1工程概况11.2结构选型12结构布置及构件参数12.1结构布置及计算简图12.1.1梁柱布置12.1.2计算简图22.2截面选择32.2.1框架梁42.2.2次梁42.2

10、.3框架柱42.3框架梁柱线刚度计算52.3.1梁线刚度52.3.2柱线刚度53荷载标准值计算53.1恒载标准值计算63.1.1楼面荷载63.1.2屋面荷载63.1.3内墙荷载73.1.4外墙荷载73.1.5女儿墙荷载73.2活载标准值74横向框架内力计算84.1风荷载作用下横向框架内力计算84.2竖向荷载作用下横向框架内力计算144.2.1计算单元144.2.2荷载计算154.2.3固端弯矩计算184.2.4弯矩分配系数计算194.2.5内力计算20致 谢26参考文献27附 录281 工程概况及结构选型1.1 工程概况本工程为杭州某小区高层钢结构住宅设计，层数为8层，1层为社区用房，2-8层

11、为住宅用房。1层层高3.1米，其余各层层高2.9米。女儿墙高为1.4米，屋面层以上有电梯机房层。拟建房屋所在地的设计资料如下：抗震烈度为6度，设计分组第一组，场地类别为三类，基本地震加速度0.05g。基本雪压，基本风压。耐火等级2级，屋面防水等级2级。1.2 结构选型结构体系：钢框架结构屋面和楼面结构：压型钢板组合楼板楼梯结构：钢结构楼梯电梯间：钢框架柱截面：焊接H型钢梁截面：焊接H型钢2 结构布置及构件参数2.1 结构布置及计算简图2.1.1 梁柱布置采用的柱网尺寸为纵向 ，横向。柱、主梁及次梁布置、及尺寸如Error! Reference source not found.所示：图 2.1

12、 标准层梁柱布置简图2.1.2 计算简图选取一榀典型框架：轴线横向框架作为计算单元。由于顶层柱承受的荷载较小，为简化计算，可不考虑顶层柱因结构找坡而引起的细微长度差别。简化后的框架单元见Error! Reference source not found.。图 2.2 横向框架计算简图2.2 截面选择钢梁的截面可根据跨度和荷载条件决定，同时受到建筑设计和使用要求的限制，本设计中采用热轧H型钢，强度为Q345。初始梁高可以根据荷载条件取跨度的1/201/12。而梁的翼缘宽度可以取梁高的1/61/2。柱截面一般凭经验来确定，也可以通过预先假定柱子长细比的方法来实现，设计时先估算柱在竖向荷载作用下的轴

13、力，以作为设计轴力按轴心受压构件来确定框架柱的初始截面，即如果，取；如果1.2N的值为之间，可假定，同时还应满足相应抗震设防烈度下的长细比限制的要求。2.2.1 框架梁 ，取取2.2.2 次梁 ，取取2.2.3 框架柱初选边柱为，中柱为。构件截面尺寸汇总见Error! Reference source not found.。表 2.1 构件选用表项目截面尺寸（）重量（）框架梁0.896次梁0.765边柱1.72中柱2.832.3 框架梁柱线刚度计算2.3.1 梁线刚度考虑现浇混凝土楼板与钢梁的共同作用，对边框架和中框架梁的截面惯性矩取1.2和1.5的放大系数。梁线刚度如Error! Refer

14、ence source not found.所示。表 2.2 梁线刚度计算表类型()()()()中框架()边框架()ABBCCD2.3.2 柱线刚度以边柱为例：2.3.2.1 1层线刚度2.3.2.2 28层线刚度表 2.3 柱线刚度汇总表层次边柱()中柱()1层2-8层3 荷载标准值计算3.1 恒载标准值计算确定屋面及楼面施工做法后，依据建筑结构荷载规范确定楼面和屋面恒荷载及活荷载标准值。3.1.1 楼面荷载厚压型钢板厚C20钢筋混凝土板1:2水泥砂浆找平层厚T910地砖吊顶及吊挂荷载钢结构自重合计3.1.2 屋面荷载厚压型钢板厚C25钢筋混凝土板厚C20防水细石混凝土 1:2水泥砂浆找平层

15、厚膨胀珍珠岩保温层厚水泥砂浆厚改性沥青防水吊顶及吊挂荷载钢结构自重合计3.1.3 内墙荷载厚加气混凝土砌块厚水泥砂浆找平层厚1:1:6水泥石膏砂浆厚1:0.3:3水泥石膏砂浆合计内墙线荷载（偏安全取3100mm高） 3.1.4 外墙荷载 厚加气混凝土砌块 厚1:3水泥砂浆找平层厚1:1:6水泥石膏砂浆厚水泥砂浆抹平合计外墙线荷载（偏安全取高）3.1.5 女儿墙荷载按外墙做法，高度，线荷载为 3.2 活载标准值根据建筑结构荷载规范确定活荷载标准值：住宅楼面 上人屋面 风荷载标准值 雪荷载标准值 4 横向框架内力计算根据建筑结构荷载规范，要考虑如下几种受荷情况：1、恒载计算，2、活荷载满跨布置，3

16、、风荷载作用，4、横向水平地震作用。根据高层民用建筑钢结构技术规程，本结构层高小于40m，可不考虑竖向地震作用。本计算书仅手算1、2、3三种情况。对于1、2两种情况，框架在竖向荷载作用下，采用弯矩二次分配法计算；框架在风荷载作用下，采用D值法计算。符号规定：内力图表示中，轴力取受压为正（梁不考虑轴力），剪力取使构件截面产生顺时针转动趋势为正，弯矩图中不标正负，画在受拉一侧。荷载组合时，弯矩有正负，梁弯矩取下拉为正，柱弯矩取左拉为正。4.1 风荷载作用下横向框架内力计算4.1.1.1 横向框架柱抗侧刚度D值计算D值即两端固定的柱上下端产生相对水平位移时需要在柱顶施加的水平力。本例取轴线处（中框架

17、）的梁柱进行抗侧刚度D值计算。以28层为例：A柱B柱C柱D柱其余柱的抗侧刚度D值以此类推，计算得出的抗侧刚度D值见Error! Reference source not found.表 4.1 抗侧刚度D值层数柱号 () ()28A0.7710.278B0.7880.283C0.6000.231D0.4380.1791A0.8410.472B0.8480.473C0.6460.433D0.4770.3944.1.1.2 风荷载标准值风荷载标准值按计算，基本风压。由荷载规范查得（迎风面）和（背风面），B类地区。由于，取。取轴线横向框架，其负载宽度为，沿房屋高度的分布风荷载标准值：根据各楼层标高处

18、的高度Hi可得各楼层标高处，见Error! Reference source not found.。表 4.2 沿房屋高度的分布风荷载标准值层次 () () ()823.401.001.341.003.622.26720.500.881.251.003.362.10617.600.751.181.003.191.99514.700.631.121.003.031.89411.800.501.051.002.831.7738.900.381.001.002.701.6926.000.261.001.002.701.6913.100.131.001.002.701.694.1.1.3 风荷载作用下

19、水平位移验算根据水平荷载，由式计算层间剪力，依据前面得到的抗侧刚度计算轴线框架的层间侧移刚度，而后由计算各层相对侧移。表 4.3 风载作用下框架层间剪力及侧移计算层次 () () () ()816.8416.84930000.181/16111715.9232.76930000.351/8286615.0547.80930000.511/5686514.2462.05930000.671/4328413.3875.43930000.811/3580312.8288.25930000.951/3053212.72100.98930001.091/2661113.60114.580.831/349

20、4由Error! Reference source not found.可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/2661远小于1/800，满足规范要求。4.1.1.4 风荷载作用下框架结构内力计算在水平荷载作用下，框架内力及位移可采用D值法进行简化计算。根据框架总层数及该层所在的层数，梁柱线刚度比值且荷载近似倒三角形，查得反弯点高度比，求得柱截面弯矩。以第8层为例：层间剪力 A柱剪力 反弯点高度 柱顶截面处弯矩 柱底截面处弯矩 其余柱的弯矩以此类推，横向框架柱弯矩见Error! Reference source not found.、Error! Reference source not

21、found.、Error! Reference source not found.。表 4.4 横向框架柱端弯矩汇总（1）层数1层2层3层柱号ABCDABCDABCD2.604.704.302.201.903.402.801.201.903.402.801.2021.5939.0235.7018.2720.6342.3834.9114.9618.0332.2626.5711.390.650.650.700.760.500.500.500.530.450.450.450.4523.4242.3433.2013.5929.9161.4650.6121.8028.7651.4642.3819.424

22、3.5078.6377.4743.0329.9161.4650.6124.5823.5342.1034.6715.89表 4.5 横向框架柱端弯矩汇总（2）层数4层5层6层柱号ABCDABCDABCD1.903.402.801.201.903.402.801.201.903.402.801.2015.4127.5822.719.7312.6822.6818.688.019.7717.4814.396.170.450.450.450.450.450.450.450.400.440.450.400.3724.5843.9836.2216.5920.2236.1829.8014.8915.8627.

23、8725.0412.0520.1135.9929.6413.5816.5429.6024.389.9312.4622.8116.707.07表 4.6 横向框架柱端弯矩汇总（3）层数7层8层柱号ABCDABCD1.903.402.801.201.903.402.801.206.6911.989.864.233.446.165.072.170.400.400.350.320.300.300.250.1611.6420.8418.598.916.9812.5011.035.667.7613.8910.014.192.995.363.681.08框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算，以第8层AB跨梁为例：

24、其余梁端弯矩、剪力及柱轴力以此类推，横向框架梁端弯矩、剪力及柱轴力见Error! Reference source not found.。表 4.7 横向框架梁端弯矩、剪力及柱轴力汇总跨次AB跨BC跨CD跨柱轴力层数86.986.90-3.475.606.49-2.424.545.66-1.46-3.47-5.893.871.46714.6414.46-7.2811.7313.10-4.979.179.99-2.74-10.75-18.1311.584.19623.6223.06-11.6718.7020.62-7.8614.4316.24-4.38-22.42-37.6623.828.585

25、32.6832.58-16.3126.4127.35-10.7519.1421.97-5.87-38.73-64.7340.4514.45441.1240.64-20.4432.9535.65-13.7224.9526.52-7.35-59.17-98.8961.5221.80348.8748.29-24.2939.1642.36-16.3029.6532.99-8.95-83.46-139.4886.7730.75253.4457.19-27.6646.3750.17-19.3135.1237.68-10.40-111.12-186.45116.4841.15153.3357.32-27.6

26、646.4849.30-19.1635.0138.17-10.45-138.78-233.27146.0951.604.1.1.5 风荷载作用下弯矩图图 4.1 风荷载作用下弯矩图4.2 竖向荷载作用下横向框架内力计算4.2.1 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算宽度为，如图3-12所示：由于房间内布置次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，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。横向框架计算单元见Error! Reference source n

27、ot found.。图 4.2 横向框架计算单元4.2.2 荷载计算4.2.2.1 恒载计算图 4.3 各层梁上作用的恒载在Error! Reference source not found.中，代表横梁自重和横墙线荷载，为均布荷载形式。以第8层为例：至为板直接传递给横梁的线荷载，并折算为均布荷载。以为例： 至为由纵梁和次梁直接传给柱和横梁的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等重力荷载，以为例： 由于边框架柱与轴线未对齐产生的集中力矩：其它各层计算以此类推，各层梁上作用的恒荷载值见Error! Reference source not found.、Error! Reference sourc

28、e not found.。表 4.8 横向框架恒荷汇总表（1）层次()()()()()()84.45614.12910.7257.1510.72514.129178.7669.5847.2754.857.2759.584表 4.9 横向框架恒荷汇总表（2）层次()()()()()()()()894.86120.429100.938100.938120.42994.869.499.4917106.682125.879112.166112.166125.879106.68210.6710.674.2.2.2 活载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如Error! Reference source

29、 not found.。图 4.4 各层梁上作用的活载至为板直接传递给横梁的线荷载，并折算为均布荷载。以第8层的为例： 至为由纵梁和次梁直接传给柱和横梁的活载，以为例： 由于边框架柱与轴线未对齐产生的集中力矩： 其它各层计算以此类推，各层梁上作用的活荷载值见Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.。表 4.10 横向框架活荷汇总表（1）层次()()()()()184.943.752.53.754.94表 4.11 横向框架活荷汇总表（2）层次( )()()()()()()()1820.8837.9

30、831.731.737.9820.882.092.094.2.3 固端弯矩计算4.2.3.1 恒载作用下梁固端弯矩计算以8层AB跨的固端弯矩为例：其它层固端弯矩计算以此类推，各层固端弯矩值见Error! Reference source not found.。表 4.12 恒载作用下固端弯矩汇总表层次 (） (） (） (） (） ()8-24.7824.78-78.74100.39-185.89161.4017-24.4724.67-86.35111.53-192.83165.404.2.3.2 活载作用下梁固端弯矩计算以8层AB跨的固端弯矩为例：其它层固端弯矩以此类推，各层固端弯矩值见Er

31、ror! Reference source not found.。表 4.13 活载作用下固端弯矩汇总表层次 (） (） (） (） (） ()18-6.596.59-22.5629.27-54.5947.044.2.4 弯矩分配系数计算以第8层为例 其余各梁柱分配系数以此类推，见Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.。表 4.14 弯矩分配系数汇总表（1）层次8-0.5650.4350.243-0.5590.198270.3610.3610.2780.1550.3590.3590.12710.

32、3720.3410.2870.1600.3680.3420.130表 4.15 弯矩分配系数汇总表（2）层次80.221-0.6250.1540.304-0.696270.1350.3850.3850.0950.1800.4100.41010.1400.3950.3670.0980.1860.4250.3894.2.5 内力计算4.2.5.1 恒载作用下内力计算用弯矩二次分配法计算梁、柱端的弯矩，见Error! Reference source not found.。以此为依据绘制弯矩图，见Error! Reference source not found.。图 4.5 恒载作用下弯矩二次分配

33、计算注：柱的传递系数均为1/2，对于钢结构，一般不需进行弯矩调幅。 图 4.6 恒载作用下梁柱弯矩图由弯矩图得到梁端剪力和柱轴力，见Error! Reference source not found.。表 4.16 恒载作用下的梁端剪力及柱轴力层次顶底顶底顶底顶底832.19242.14864.547105.146135.276105.036127.052132.052227.124235.364341.360349.600199.896204.896733.77539.62574.435113.087137.308110.094272.509277.509475.303483.543712.

34、161720.401421.672426.672633.49339.90774.641112.880137.702109.700417.684422.684723.970732.2101083.1491091.389643.054648.054533.49339.90774.641112.880137.702109.700562.859567.859972.637980.8771454.1371462.377864.436869.436433.49339.90774.641112.880137.702109.700708.034713.0341221.3041229.5441825.12518

35、33.3651085.8181090.818333.49339.90774.641112.880137.702109.700853.209858.2091469.9711478.2112196.1132204.3531307.2001312.200233.51039.89174.659112.862137.678109.724998.4011003.4011718.6401726.8802567.0592575.2991528.6061533.606132.78940.61273.772113.749138.429108.9741142.8721147.8721967.1431975.3832

36、939.6432947.8831749.2621754.2624.2.5.2 活载作用下内力计算用弯矩二次分配法计算梁、柱端的弯矩，见Error! Reference source not found.。以此为依据绘制弯矩图，见Error! Reference source not found.。图 4.7 活载作用下弯矩二次分配计算注：柱的传递系数均为1/2，对于钢结构，一般不需进行弯矩调幅。 图 4.8 活载作用下梁柱弯矩图由弯矩图得到梁端剪力和柱轴力，见Error! Reference source not found.。表 4.17 活载作用下的梁端剪力及柱轴力层次顶底顶底顶底顶底88

37、.53311.22716.43231.51839.03629.95429.41334.41365.63973.879102.254110.49450.83455.83478.81710.94318.46029.49038.00930.98164.11069.110141.262149.502209.693217.933107.695112.69569.11110.65018.42029.53037.96831.02299.101104.101216.552224.792317.131325.371164.597169.59759.11110.65018.42029.53037.96831.02

38、2134.092139.092291.842300.082424.569432.809221.499226.49949.11110.65018.42029.53037.96831.022169.083174.083367.132375.372532.007540.247278.401283.40139.11110.65018.42029.53037.96831.022204.074209.074442.422450.662639.445647.685335.303340.30329.05010.71018.27829.67238.12630.864239.004244.004517.63052

39、5.870747.183755.423392.047397.04718.98210.77817.87730.07338.33930.651273.866278.866592.505600.745855.535863.775448.578453.578致 谢本论文是在导师张凯声老师的悉心指导下完成的，无论是在论文的选题、课题的研究，还是在论文的撰写中都凝聚着导师辛勤的汗水。导师渊博的学识、严谨的治学态度、积极进取的精神和谦逊务实的工作作风都使我受益匪浅。在学习中，导师悉心指导，循循善诱，使我的学术水平和实践能力都有了很大的提高；在工作中，导师不辞辛劳，以身作则，为我作出了极好的榜样。在此谨向张凯声老师表示我崇高的敬意和深深的感激之情!同时，还要感谢曾给予我关心和帮助的浙江树人大学城建学院的各位老师和同学。最后，对即将参加论文评议、评阅