北京某综合商场钢框架结构毕业设计.doc

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1、引 言在此次毕业设计中，设计内容包括建筑设计、结构设计和预算三部分。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。结构计算的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用性要求。在建筑设计中，通过查找各种资料并结合自己工程本身的功能和特点初步确定建筑方

2、案。在设计过程中，要考虑它的使用功能，建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观。 在结构设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行计算和分析(主要包括结构的 布置和选型、一榀主框架的设计、楼梯的设计、楼板的设计、基础的设计)。在结构设计后期，主要进行设计手稿的电脑输入和手画图和 PKPM 及 AUTUCAD 计算出图。 第一章 工程概况、工程名称：北京某综合商场钢框架结构设计、建筑面积：18000平方米、结构型式：钢框架结构、总层数为四层，无地下室、抗震设防烈度8度，近震、建筑场地类，基

3、本风压W0=0.45KN/M2 ，基本雪压 S0=0.4KN/M2 ， 、地面粗糙度B类，属甲类建筑。、层高：首层5.4米，标准层5.1米、钢材等级：Q235、Q345型钢或焊接工字型、基础型式：柱下独立基础、地质条件：天然地基，以粉质粘土为持力层，基础埋深2.0米。地基承载力的特征值、建筑物等级：二级、耐火等级：二级第二章 结构布置及计算简图根据房屋使用功能及建筑设计的要求，结构体系选为钢框架支撑体系，横向为框架结构体系，纵向为支撑体系。框架梁均选用工形截面，框架柱选用箱形截面,采用Q235钢。框架柱与框架梁刚接，主梁与次梁铰接。楼板为压型钢板现浇混凝土组合楼板，选用Q235钢，压型钢板型号

4、为YX-75-230-690，其上浇100mm厚C20混凝土。柱脚采用埋入式柱脚，柱下为钢筋混凝土独立基础。2.1、构件截面尺寸（1）框架梁的截面尺寸主梁ZL1：，=700mm 主梁ZL2:次梁： =500mm主梁ZL1选用：主梁ZL2采用：框架次梁选用：（2）框架柱的截面尺寸框架柱选用箱形柱取 壁厚t=20mm2.2、荷载计算（1）、屋面 恒荷载： 0.8厚压型钢板 0.12kN/m2 30mm厚细石混凝土保护层 0.03250.75 kN/m2 三毡四油防水层 0.5kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kN/m2 平均厚120mm的膨胀珍珠岩保护层 250.12=0

5、.3kN/m2 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kN/m2 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5kN/m2 吊顶及吊荷载 0.3 kN/m2 底粉 0.1 kN/m2 总计：5.37 KN/m2 活荷载： 0.5 KN/m2 雪荷载：0.4 KN/m2 （2）、楼面 恒荷载：20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02200.4 kN/m2 100厚钢筋混凝土板 0.1252.5 kN/m2 0.8厚压型钢板 0.12kN/m2 吊顶及吊荷载 0.3 kN/m2 底粉 0.1 kN/m2 总计：3.42 KN/m2 活荷载：3.5 KN/m2 （3）、墙体 内墙: 混凝土小型空心砌

6、块 11.80.192.24 kN/m2 内外侧各20mm厚水泥砂浆抹灰 170.022=0.68kN/m2 总计：2.92 kN/m2 外墙: 混凝土小型空心砌块 11.80.192.24 kN/m2 内侧各20mm厚水泥砂浆抹灰 170.02=0.34kN/m2 总计：2.58 kN/m2 女儿墙： 100厚钢筋混凝土板 0.1252.5 kN/m2 20mm厚水泥砂浆抹灰 170.02=0.34kN/m2 总计：2.84 kN/m2 玻璃幕墙： 1 kN/m2（4）、结构自重主梁ZL1自重：181.89.8/1000=1.78 KN/m主梁ZL2自重：240.19.8/1000=2.35

7、KN/m次梁自重：117.259.8/1000=1.15 KN/m钢柱自重：(6060-5656) 7.859.8/1000=3.57 KN/m2.3、计算简图取轴横向框架作为计算单元，则四层荷载：恒荷载 活荷载一三层荷载：恒荷载 活荷载计算简图结构布置第三章 竖向荷载作用下横向框架的内力计算3.1、分配系数计算1234567891011121314151617181920( 4 )( 7)( 6 )( 5 )( 11 )( 12 )( 13 )( 14 )( 15 )( 19 )( 20 )( 21 )( 22 )( 28 )( 27 )(26 )( 24 )( 16 )(9 )( 3 )(

8、 23 )( 17 )( 10 )( 2 )( 18 )( 1)( 25 )( 8 ) 得 = 得 = = 得 = 得 得 = = 得 = = 3.2、荷载计算 固端弯矩计算：以四层AB跨恒载为例计算框架梁固端弯矩为： 计算结果列入表3.1中 表3.1 梁固端弯矩计算位置恒载（KN/m）活载（KN/m）恒载固端弯矩（KN/m）活载固端弯矩（KN/m）AB跨BC跨AB跨BC跨4层43.54.05237.84237.8422.1422.143层27.728.35151.45151.451551552层27.728.35151.45151.451551551层27.728.35151.45151.4

9、51551553.3、用二次分配法计算框架弯矩考虑对称框架在对称荷载作用下，取半框架进行计算，切断的横梁刚度为原来的二倍，恒载作用下，框架的弯矩分配计算见表3.2，弯矩图如图所示。活载作用下，框架的弯矩分配计算见表3.3，弯矩图如图所示。3.4、梁端剪力及柱轴力计算梁端剪力 式中：Vq梁上荷载引起的剪力， Vm梁端弯矩引起的剪力，表3.2 恒载作用下的弯矩分配表3.3 活载作用下的弯矩分配恒载作用下的弯矩图活载作用下的弯矩图柱轴力 式中：V梁端剪力 P梁上集中力以AB跨四层梁在恒载作用下梁端剪力及柱轴力为例：柱自重：3.575.1=18.21KN 主梁重：1.788.1=14.42KN 次梁重

10、：1.158.1=9.32KN四层梁端弯矩： 四层梁上荷载引起剪力：四层梁端弯矩引起剪力：四层A柱柱顶及柱底轴力：柱顶:柱底:梁端剪力及柱轴力见表3.43.8表3.4 恒载作用下梁端剪力（KN）位置荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨4层176.18176.18-12.571.65163.61188.75177.83174.533层112.18112.18-2.04-0.15110.14114.22112.03112.332层112.18112.18-4.130.33108.05116.31112.51111.851层112.18112.18-4.230.3010

11、7.95116.41112.48111.88位置荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力CD跨DE跨CD跨DE跨CD跨DE跨4层176.18176.18-1.750174.43177.93176.183层112.18112.180.010112.19112.07112.182层112.18112.180.020112.2112.16112.181层112.18112.18-0.020112.16112.18112.18表3.5 活载作用下梁端剪力（KN）位置荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨4层16.416.40.37-0.1516.7716.0316.2516.553层

12、114.82114.82-4.670.38110.15119.49115.2114.442层114.82114.82-3.750.19111.07118.57115.01114.631层114.82114.82-4.720.32110.1119.54115.14114.5位置荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力CD跨DE跨CD跨DE跨CD跨DE跨4层16.416.40.07016.4716.3316.43层114.82114.82-0.030114.79114.85114.822层114.82114.82-0.010114.81114.83114.821层114.82114.82-0.010114.

13、81114.83114.82表3.6 恒载作用下A、B、C、D柱轴力（KN）楼层截面位置主梁重次梁重柱自重A柱轴力4柱顶163.6121.634.66189.9柱底163.6121.634.6618.21208.113柱顶110.1421.634.66344.54柱底110.1421.634.6618.21362.752柱顶108.0521.634.66497.09柱底108.0521.634.6618.21515.31柱顶107.9521.634.66649.54柱底107.9521.634.6619.28668.82楼层截面位置主梁重次梁重柱自重B柱轴力4柱顶188.75177.8328.

14、849.32404.74柱底188.75177.8328.849.3218.21422.953柱顶114.22112.0328.849.32687.36柱底114.22112.0328.849.3218.21705.572柱顶116.31112.5128.849.32972.55柱底116.31112.5128.849.3218.21990.761柱顶116.41112.4828.849.321257.81柱底116.41112.4828.849.3219.281277.09楼层截面位置主梁重次梁重柱自重C柱轴力4柱顶174.53174.4328.849.32387.12柱底174.53174

15、.4328.849.3218.21405.333柱顶112.33112.1928.849.32668.01柱底112.33112.1928.849.3218.21686.222柱顶111.85112.228.849.32948.43柱底111.85112.228.849.3218.21966.641柱顶111.88112.1628.849.321228.84柱底111.88112.1628.849.3219.281248.12楼层截面位置主梁重次梁重柱自重D柱轴力4柱顶177.93176.1828.849.32392.27柱底177.93176.1828.849.3218.21410.483柱

16、顶112.07112.1828.849.32672.89柱底112.07112.1828.849.3218.21691.12柱顶112.16112.1828.849.32953.6柱底112.16112.1828.849.3218.21971.811柱顶112.18112.1828.849.321234.33柱底112.18112.1828.849.3219.281253.61表3.8 活载作用下A、B、C、D柱轴力（KN）楼层A柱B柱柱轴力柱轴力416.7716.7716.0316.2532.283110.15126.92119.49115.2266.972111.07237.99118.5

17、7115.01500.551110.1348.09119.54115.14735.23楼层C柱D柱柱轴力柱轴力416.5516.4733.0216.3316.432.733114.44114.79262.25114.85114.82262.42114.63114.81491.69114.83114.82492.051114.5114.81721114.83114.82721.7第四章 水平地震作用下框架的侧移计算4.1、柱刚度修正系数楼层简图一般层柱底层柱一般层： 底层： 故该框架为规则框架4.2、重力荷载代表值（1） 顶层荷载屋面：5.378156.7=24662.80kN女儿墙：2.841

18、.2（8.17+8.110）2=938.56kN 外墙: 2.58(5.1-0.7)（8.17+8.110）2=3126.34kN 内墙：2.92(5.1-0.5)8.14=435.2kN 柱：3.575.185=1547.6kN 主梁：1.78(56.711-16.23)+(818-32.4)+ 2.3516.23=2233.66kN 次梁：1.15(56.711-16.23)+(818-32.4)=1369.34kN 恒载标准值统计：恒载=31758.93kN 活载标准值统计：活载=0.58156.7=2296.35kN 荷载代表值：恒载+0.5活载=31758.93+0.52296.35

19、=32907.12kN（2） 二、三标准层荷载楼面：3.428156.7=15707.0kN外墙: 2.58(5.1-0.7)（8.17+8.110）2=3126.34kN 内墙：2.92(5.1-0.5)8.18=870.4kN 柱：3.575.185=1547.6kN 主梁：1.78(56.711-16.23)+(818-32.4)=2119.45kN次梁：1.15(56.711-16.23)+(818-32.4)=1369.34kN 恒载标准值统计：恒载=24740.13kN活载标准值统计：活载=3.58156.7=16074.45kN荷载代表值：恒载+0.5活载=24740.13+0.

20、516074.45=32777.36kN（3） 首层荷载楼面：3.428156.7=15707.0kN外墙:2.58(5.4-0.7)（81+56.72）+14.781=2737.99kN 内墙：2.92(5.1-0.5)8.124=2611.2kN 柱：3.575.485=1638.63kN 主梁：1.78(56.711-16.23)+(818-32.4)=2119.45kN次梁：1.15(56.711-16.23)+(818-32.4)=1369.34kN 恒载标准值统计：恒载=22689.7kN活载标准值统计：活载=3.58156.7=16074.45kN荷载代表值：恒载+0.5活载=2

21、2689.7+0.516074.45=30726.93kN4.3、横向框架结构自振周期按顶点位移法计算框架基本自振周期按弹性静力方法计算所得到的顶层侧移，计算见表4.1表4.1 横向框架顶点位移计算层次Gi(kN)VGi(kN)Di(N/mm) (mm) (mm)432907.1232907.121.0710630.75264.9332777.3665684.481.0710661.39234.15232777.3698461.841.0710692.02172.76130726.93129188.771.6010680.7480.744.4、横向框架水平地震作用计算此建筑是高度不超过40m且

22、平面和竖向较规则的以剪切变形为主的建筑，故地震作用计算采用底部剪力法查抗震规范，得 结构等效总重力荷载结构总水平地震作用等效的底部剪力标准值 顶点附加水平地震作用系数 取顶点附加水平地震作用 各层水平地震作用标准值计算：以第四层为例 加后， （1）、各层地震作用及楼层剪力各层地震作用及楼层剪力见表4.2。楼层地震作用如图所示，地震作用下楼层剪力如图所示。表4.2 横向框架各层地震作用及楼层地震剪力层数45.120.732907.12681177.380.44612.924612.9235.115.632777.36511326.820.32580.117193.0325.110.532777.

23、36344162.280.2021737.288930.3115.45.430726.93165925.420.098842.839773.14注：表中第四层加入了（2）、各楼层地震剪力最小取值验算各楼层地震剪力最小取值验算见表4.3，满足表4.3 楼层地震剪力最小取值验算层数44612.9232907.121053.0337193.0332777.362101.928930.3132777.363150.7819773.1430726.934134.04注：表中4.5、横向框架侧移计算框架的水平位移可分为两部分：由框架梁弯曲变形产生的位移和柱子轴向变形产生的位移。 由柱子轴向变形产生的位移可

24、忽略不计由框架梁弯曲变形产生的位移可由D值法求得，见表4.4以四层为例： 层间位移： 表4.4 层间位移计算层数层间剪力层间刚度层间位移层高44612.920.004315.10.0254937193.030.006725.10.0211828930.310.008355.10.0144619773.140.006115.40.00611框架的层间相对位移如图所示（，。满足）第五章 框架在水平地震作用下的内力计算5.1、反弯点高度比根据该框架总层数及该层所在层数、梁柱线刚度比k值，且荷载近似倒三角形，查出反弯点高度比y，结果见表5.15.2、框架柱剪力及弯矩计算在水平荷载作用下,框架内力及位移

25、可采用D值法进行简化计算.以四层边柱为例:层间剪力 每柱剪力 弯点高度:柱顶截面处弯矩为 柱底截面处弯矩为 横向框架柱弯矩计算见表5.15.3、框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算以四层AB跨梁为例： 四层边柱轴力：梁端弯矩、剪力及柱轴力计算见表5.2。地震作用下框架梁弯矩、剪力及柱轴力如图所示。 表5.1 横向框柱弯矩计算 楼层柱位层间剪力每柱剪力yyh(m)柱弯矩柱顶柱底4边柱4612.929.1731.0739.550.2601.33149.10 52.60 中柱14.8564.020.3521.80211.27 115.24 3边柱7193.039.1731.0761.670.3601.84

26、201.04 113.47 中柱14.8599.830.4502.30279.52 229.61 2边柱8930.319.1731.0776.560.4502.30214.37 176.09 中柱14.85123.940.4522.31345.79 286.30 1边柱9773.1416.36 1.6099.930.7003.78161.89 377.74 中柱20.44124.850.6053.27265.93 408.26 表5.2 横向框架梁端弯矩、剪力及柱轴力位置AB跨BC跨柱轴力4层8.1149.10105.6031.44105.60105.6026.07-31.445.373层8.

27、1253.64197.3855.68197.38197.3848.74-87.1212.312层8.1327.84287.7075.99287.70287.7071.04-163.1117.261层8.1337.98273.1275.44273.12273.1267.44-238.5525.26位置CD跨DE跨柱轴力4层8.1105.60105.6026.07105.60105.6026.07003层8.1197.38197.3848.74197.38197.3848.74002层8.1287.70287.7071.04287.70287.7071.04001层8.1273.12273.126

28、7.44273.12273.1267.4400水平地震作用下的弯矩图水平地震作用下梁端剪力图水平地震作用下的柱轴力图第六章 内力组合6.1、框架梁内力组合对于本设计,取梁端和跨中三分点作为梁承载力设计的控制截面.因此,梁的最不利组合内力是:梁端截面:、梁跨中截面:梁的内力组合见表6.16.2、框架柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面组合结果见表6.2和表6.3第七章 构件验算7.1、框架梁验算最不利内力的组合: 组合1: 组合2: (1) ZL1的验算1) ZL1的抗弯强度梁的抗弯强度应满足 组合1 组合2 2) ZL1的抗剪强度梁的抗剪强度应满足 组合一 组合二3) ZL1的宽厚比验

29、算翼缘部分: 满足要求腹板部分: 满足要求4) ZL1的整体稳定 由于本例中楼板可视为刚性铺板，能够阻止梁上翼缘的侧向失稳，因此梁的整体稳定可不验算。5) ZL1的挠度验算 满足要求(2) ZL2的验算1) ZL2的抗弯强度梁的抗弯强度应满足 组合1 组合2 2) ZL2的抗剪强度梁的抗剪强度应满足 组合一 组合二3) ZL2的宽厚比验算翼缘部分: 满足要求腹板部分: 满足要求4) ZL2的整体稳定 由于本例中楼板可视为刚性铺板，能够阻止梁上翼缘的侧向失稳，因此梁的整体稳定可不验算。5) ZL2的挠度验算 满足要求7.2、框架柱验算（1）、柱的计算长度1) 边柱以底层柱为例: 上端梁线刚度和

30、柱线刚度 则系数 柱下端与基础为刚接,则 由、可查得:柱计算长度系数为,则此柱计算长度为 2) 中柱以底层柱为例: 上端梁线刚度和 柱线刚度 则系数 柱下端与基础为刚接,则 由、可查得:柱计算长度系数为,则此柱计算长度为 (2) 边柱截面验算框架柱截面采用箱形截面：bh=600600mm , 壁厚：t=20mm，其截面特性: 。此压弯构件的截面为箱形截面,查表得: =1.05, =1.05。 最不利内力的组合: 组合一: 组合二: 1)、强度验算组合一组合二2)、平面内稳定验算 查表(b类截面)得稳定系数:欧拉力: 等效弯矩系数,截面塑性发展系数,则组合一组合二 4)、局部稳定验算(腹板高厚比

31、)组合一内力：应力梯度：腹板的允许高厚比： 高厚比，满足要求。组合二内力：应力梯度：腹板的允许高厚比：高厚比，满足要求。因柱均采用同一截面形式，其它柱段的局稳可不用再计算。（3）、中柱截面验算框架柱截面采用箱形截面：bh=600600mm , 壁厚：t=20mm,其截面特： 。此压弯构件的截面为箱形截面,查表得: =1.05, =1.05。最不利内力的组合: 组合一： 组合二： 1）、强度验算组合一组合二2)、平面内稳定验算 查表(b类截面)得稳定系数:欧拉力: 等效弯矩系数,截面塑性发展系数,则组合一 组合二 4)、局部稳定验算（腹板高厚比）组合一内力：应力梯度：腹板的允许高厚比：高厚比，满

32、足要求。组合二内力：应力梯度：腹板的允许高厚比：高厚比，满足要求。因柱均采用同一截面形式，其它柱段的局稳可不用再计算。7.3、次梁验算次梁与主梁加劲肋采用铰接连接，按简支梁计算。 7.3.1标准层次梁验算(1) 次梁截面特性 次梁截面为HN，其截面特性为：A=112.25，(2) 荷载标准值计算图7.1 次梁荷载计算简图恒荷载标准值：活荷载标准值：恒荷载跨中最大弯矩：活荷载跨中最大弯矩：恒荷载支座最大剪力：活荷载支座最大剪力：(3) 次梁的控制内力（用荷载的基本组合）：跨中最大弯矩设计值：支座最大剪力设计值：(4) 强度验算1)抗弯强度验算满足要求。2）抗剪强度验算（5）稳定性验算同理主梁验算，不需进行验算。（6）挠度验算由梁自重及楼板荷载的挠度： 活载引起的挠度： 满足要求。恒、活引起的挠度： ，满足要求。7.3.2 顶层次梁验算(1) 次梁截面特性次梁截面为HN，其截面特性为：A=112.25，(2) 荷载标准值计算恒荷载标准值：活荷载标准值：恒荷载跨中最大弯矩：活荷载跨中最大弯矩：恒荷载支座最大剪力：活荷载支座最大剪力：(3) 次梁的控制内力（用荷载的基本组合）：跨中最大弯矩设计值：支座最大剪力设计值：(4) 强度验算1)抗弯强度验算满足要求。2）抗剪强度验算（5）