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1、钢结构办公楼计算书 钢结构综合办公楼计算书 目 录摘要41建筑设计611 设计概况612 设计条件713 平面设计714 立面设计715 防火816抗震82结构方案布置与选型921 柱网布置922 荷载计算1023截面初选123竖向恒载作用下的框架内力1531恒载简化1532求各节点节点分配系数1633恒载各节点固端弯矩1734恒载作用下框架弯矩分配1835恒载作用下的弯矩图剪力图轴力图184竖向活载作用下的框架内力2041活载简化2042求各节点节点分配系数2143活载各节点固端弯矩2244活载作用下框架弯矩分配2345活载作用下的弯矩图剪力图轴力图235水平风荷载作用下的框架内力2551风
2、载标准值统计2552风载位移计算2553风荷载标准值作用力的内力计算2854风荷载作用下的弯矩图剪力图轴力图 306地震作用下的框架内力3261重力荷载代表值计算3262梁柱线刚度计算3263各层水平地震作用标准值计算3364各层地震作用及楼层剪力3565框架在水平地震作用下的内力计算3666水平地震作用下的弯矩图剪力图轴力图377内力组合3871梁内力组合3972柱内力组合428结构和构件验算4681框架柱验算4682框架梁验算4783次梁验算499梁柱连接设计5191边柱处的连接5192中柱处的连接5493主次梁连接设计5710柱脚设计6111楼板设计63111荷载内力计算63112压型钢
3、板验算施工阶段65113组合板验算使用阶段65114挠度验算66115自振频率验算6712楼梯设计68121梯段板设计68122平台板设计69123平台梁设计7013基础设计71131 初步确定基础平面尺寸71132 地基承载力验算71133 确定基础剖面尺寸72134基底配筋计算73结束语74参 考 文 献75致谢词76Mst2008计算报告书部分数据77摘要主体采用钢框架结构钢筋混凝土现浇楼板首先确定结构方案并进行荷载统计梁柱截面选择及刚度验算计算恒载活载作用下的框架内力然后计算风载地震作用下的框架内力经内力组合后得出构件的最不利组合内力最后进行梁柱截面验算节点设计楼板楼板配筋计算绘制施工
4、图计算竖向荷载效应时采用分层法计算水平荷载效应时采用D值法在荷载组合时考虑以可变荷载效应控制的组合和以永久荷载效应控制的组合方式在活荷载计算过程中采用满布荷载法框架节点设计采用栓焊混合的连接方式由于钢结构自身的优点钢结构建筑一般具有丰富多变的空间造型因此我们在对多层钢结构办公建筑进行设计时应充分考虑到其结构体系的布置方案是否合理框架结构是其常用的结构形式在设计时通常我们取一榀钢框架进行计算最后选择的框架梁连系梁以及框架柱等结构构件必须满足强度刚度总体稳定性和局部稳定性的要求此外我们还应对梁柱梁梁等细部连接构件进行节点设计使其满足强度的要求最后我们还要对办公建筑进行基础设计关键词建筑设计钢框架内
5、力分析节点设计AbstractSteel frame and reinforce concrete floor were used in the structure Firstlythe size of the beam and column was determined by the type of the structure and the calculation of the loads Secondlythe inner forces of the frame under the wind load and earthquake loadthe dead loadand the liv
6、ing loads were analyzed separately By the combination of the inner forcesthe most dangerous forces can be gotand then the steel beamsteel columnthe frame connections and reinforce concrete floor can be designed After thesethe drawing can be made In the progress of inter force analysisthe vertical fo
7、rces are calculated by the layer-wise methodand the horizontal forces are calculated by the D method In the process of the live load calculationfull load is used Mixed connection with welding and bolts was used in steel frameand independent foundation under column was adoptedGenerallysteel construct
8、ion has variable spatial modellings due to the merits of steel materialsSo when we are designing a multi-layer office building with steel structurewhether the layouts of the structure system is reasonable should be fully consideredFrame structure is the commonly used structure formsWe usually choose
9、 one steel frame to compute when we designAnd the last selected structural components such as frame beamsconnecting beams and columns should satisfy the requirements of strengthstiffness overall and local stabilityIn additionwe should proceed the node design for the detail connected components such
10、as beam-beam and beam-column in order to assure the strength of connecting sectionsFinallywe should design the foundation for the buildings Key Words architecture design steel frame internal force analysis connection design 第一章 建筑设计11设计概况本设计综合办公楼为多层钢结构建筑层主体结构为钢框架或框架-支撑结构含大跨屋盖总建筑面积约m2建筑控制高度为米主要功能为办公及
11、会议主要使用要求大致如下普通办公室约间-30 m2间大型会议室约间80-100 m2间小型会议室约10间40-60 m2间大型综合报告厅一间网壳屋顶 m2间楼梯间卫生间等按照相关规范布置建筑结构安全等级和建筑耐火等级均为二级设计使用年限50年建筑抗震设防烈度为7度01g基础场地类别为类地面粗糙度C设计地震分组为第一组年最高温度39最低温度-20基本风压和基本雪压分别为0kNm2和03kNm2 建筑物所处的场地地下水位高度为地面下m左右地下水为无腐蚀性的一般水土层从上至下分布为第1层填土层厚度100m容重1 kNm3不宜作为拟建建筑物的基础持力层第2层粘土厚度1000m容重1 kNm3fak 0
12、kNm2场地土15深度范围内无液化土层本工程0000相对应的绝对标高为5mm办公楼前后设两个门办公室设一个门满足防火要求室内消火栓设在走廊两侧每层两边及中间设3个消火栓最大间距30m满足间距50m的要求16抗震建筑的平立面布置规则建筑的质量分布和刚度变化均匀楼层没有错层满足抗震要求第二章 结构方案布置与选型21柱网布置柱网尺寸首先应最大限度地满足建筑使用功能的要求然后根据经济原则充分考虑材料加工施工安装等因素综合确定在节约造价的提高的房间的利用率保证结构稳定性的条件下纵向柱网尺寸取为6米横向取为5米com式选择建筑物的结构形式应满足传力可靠受力合理的要求本钢结构办公楼只有5层高度只有183米结
13、构形式比较规则结构刚度要求不太高可采用纯框架结构形式纵横向的框架刚性连接com式选择楼板的方案选择首先要满足建筑设计的要求自重小保证楼盖有足够的刚度要求本工程采用压型钢板组合楼板com择 所有构件及零件均采用Q235B基础混凝土强度等级C25钢筋为HRB335级及HPB235com面布置 结构计算单元22荷载计算com准值1屋面 1厚压型钢板YX51-250-750 01 kN 折算100厚C30钢筋混凝土板 012525 kN 20厚水泥砂浆找平层 0022004 kN 膨胀珍珠岩保温层2找坡均厚120最薄处60048 kN 20厚水泥砂浆找平层 0022004 kN 高分子卷材防水 005
14、 kN 40厚细石混凝土防水层 0042510 kN 吊顶及吊挂荷载 05 kN 合计 517 kN2楼面 1厚压型钢板YX51-250-750 01 kN 折算100厚C30钢筋混凝土板 012525 kN20厚水泥砂浆找平层 0022004 kN5厚楼面装饰层 01 kN 吊顶及吊挂荷载 05 kN 合计 387 kN3 内墙做法 5厚1033水泥石灰膏砂浆粉面 200005 01 kNm2 12厚116水泥石灰膏砂浆打底 200012 024 kNm2 合计 034 kNm2 外墙做法采用泰柏板聚苯板保温层 聚合物砂浆 10mm 20001 02 kNm2 挤塑聚苯板保温层 04 kNm
15、2 20厚13水泥砂浆 找平层 20 002 04 kNm2 合计 1 kNm2 com准值办公室楼面 20 kNm2 屋 面 20 kNm2 办公楼走廊 20kNm2 com准值风压标准值计算公式因结构高度H183 m取115风振系数10风载体形系数13com标准值基本雪压03 kN雪荷载不与活荷载同时考虑取其中的最不利组合本工程雪荷载较小荷载组合时取活荷载进行组合不考虑雪荷载组合com用本工程抗震设防烈度7度01g要考虑地震作用的影响23截面初选com钢框架组次梁主梁均采用H型钢钢材型号为Q235钢柱及钢梁截面按照1tm2主梁高度最小值按梁跨度的115估算次梁高度最小值按照梁跨度的124估
16、算选择型号ABCD段选用HM450mm300mm11mm18mmBC段选用HW250mm250mm9mm14mm按上述方法估算所有主梁截面尺寸估算次梁截面尺寸选择型号HM250mm250mm9mm14mm 按上述方法估算所有次梁截面尺寸com初选柱截面尺寸为HW300mm300mm10mm15mm柱全高采用等截面形式com 梁柱线刚度计算 柱子所选截面尺寸都为HW300mm300mm10mm15mm底层柱高45米其余各层柱高33米查表得柱子惯性矩为20500 cm4横向6米跨主梁HM400mm300mm10mm16mm的惯性矩为38900 cm4横向2米跨主梁HW250mm250mm9mm14
17、mm的惯性矩为10800 cm4 线刚度计算 标准层柱i1 EIL 21105Nmm2205108mm4 33103mm 130104kNm 底层柱i2 EIL 21105Nmm2205108mm4 45103mm 956103kNm ABCD梁i3 EIL 21105Nmm2561108mm4 6103mm 196104kNm BC段梁i4 EIL 21105Nmm2108108mm4 2103mm 113104kNm 线刚度简图令i4 1则i1 115i2 085i3 173 计算单元第三章 竖向恒载作用下的框架内力31恒载简化次梁传来的集中荷载楼面处1点集中力3538772459810次
18、梁自重6160kN 屋面处1点集中力3551772459810次梁自重8110 kN5米跨主梁传来的集中荷载楼面框架中柱处255387625米主梁自重561内墙自重6019 kN屋面框架中柱处255517627083 kN楼面框架边柱处15538762165外墙自重5173 kN屋面框架边柱处155517624498 kN均布荷载楼面处AB段与CD相同 330344米内墙自重12498104米主梁自重 234kNmBC段 72498102米主梁自重 071kNm屋面处AB段与CD相同 12498106米主梁自重 122kNmBC段 72498102米主梁自重 071kNm由此可得框架所受到的恒
19、载标准值如下图所示恒载标准值32求各节点节点分配系数 求各节点分配系数 A5节点 UA5B5 173173115 060 UA5A4 040 A4节点 UA4A5 115115115173 029 UA4A3 UA4B4 042 A2A3同A4 A1节点 UA1A2 115115085173 031 UA1B1 173115085173 046 UA1A 085115085173 023 B5节点 UB5A5 1731731115 045 UB5C5 11731115 026 UB5B4 1151731115 029 B4节点 UB4A4 1731731115115 034UB4B5 UB4B
20、3 1151731115115 023UB4C4 11731115115 02 B2B3同B4B1节点 UB1A1 1731731115085 037 UB1B2 1151731115085 024 UB1C1 11731115085 021 UB1B 0851731115085 018 C5节点 UC5D5 1731731115 045 UC5B5 11731115 026 UC5C4 1151731115 029 C4节点 UC4D4 1731731115115 034UC4C5 UC4C5 1151731115115 023UC4B4 11731115115 02 C2C3同C4 C1节
21、点 UC1D1 1731731115085 037 UC1C2 1151731115085 024 UC1B1 11731115085 021UC1C 0851731115085 018D5节点 UD5C5 173173115 060 UD5D4 040 D4节点 UD4D5 115115115173 029 UD4D3 UD4C4 042 D2D3同D4 D1节点 UD1D2 115115085173 031 UD1C1 173115085173 046 UD1D 085115085173 023 33求各节点固端弯矩 顶层 MA5B5 - ql212fl8 - 1226212811068
22、-com MC5D5 MB5A5 MD5C5 6449 kNm MB5C5 -ql212 -0712212 -com MC5B5 024 kNm 其他层 MAB - ql212fl8 - 2346212616068 -5322 kNm MCDMBA MDC 5322 kNm MBC -ql212 -024 kNmMCB 024 kNm34恒载作用下框架弯矩分配35恒载作用下的弯矩图剪力图轴力图第四章 竖向活载作用下的框架内力41活载简化 次梁传来的集中荷载楼面处1点集中力35230kN屋面处1点集中力35230kN5米跨主梁传来的集中荷载楼面框架中柱处255225 kN屋面框架中柱处25522
23、5kN楼面框架边柱处155215 kN屋面框架边柱处155215kN均布荷载为0kN由此可得框架所受到的活载标准值如下图所示42求各节点分配系数 A5节点 UA5B5 173173115 060 UA5A4 040 A4节点 UA4A5 115115115173 029 UA4A3 UA4B4 042 A2A3同A4 A1节点 UA1A2 115115085173 031 UA1B1 173115085173 046 UA1A 085115085173 023 B5节点 UB5A5 1731731115 045 UB5C5 11731115 026 UB5B4 1151731115 029 B
24、4节点 UB4A4 1731731115115 034UB4B5 UB4B3 1151731115115 023UB4C4 11731115115 02 B2B3同B4B1节点 UB1A1 1731731115085 037 UB1B2 1151731115085 024 UB1C1 11731115085 021 UB1B 0851731115085 018 C5节点 UC5D5 1731731115 045 UC5B5 11731115 026 UC5C4 1151731115 029 C4节点 UC4D4 1731731115115 034UC4C5 UC4C5 115173111511
25、5 023UC4B4 11731115115 02 C2C3同C4 C1节点 UC1D1 1731731115085 037 UC1C2 1151731115085 024 UC1B1 11731115085 021UC1C 0851731115085 018D5节点 UD5C5 173173115 060 UD5D4 040 D4节点 UD4D5 115115115173 029 UD4D3 UD4C4 042 D2D3同D4 D1节点 UD1D2 115115085173 031 UD1C1 173115085173 046 UD1D 085115085173 023 43求各节点固端弯矩
26、 顶层 MA5B5 - ql212fl8 -3068 -com MC5D5 MB5A5 MD5C5 com MB5C5 0kNm MC5B5 0 kNm 其他层 MAB - ql212fl8 -3068 -com MCDMBA MDC 255 kNm MBC 0 kNmMCB 0 kNm44活载作用下框架弯矩分配45活载作用下的弯矩图剪力图轴力图第五章 水平风荷载作用下的框架内力51风载标准值统计 基本风压 045kNm2 风振系数z对于30m以下且高宽比小于15的房屋建筑可以不考虑脉动风压影响此时风振系数取z 10 体型系数u 13 高度变化系数Uz由地面粗糙度为C查表高度变化系数Uz由地面
27、粗糙度为C查表 离地面高度z 5 10 15 20 30Uz 074 074 074 084 10楼层数12 3 4 5高度 m 4578 111144177Uz 074 074 074 07408052风载位移计算 风荷载标准值Wk zUsUz wo W1k W2k W3k W4k 1013074045 0433 kN m2W5k 101308045 0468kN m2 转化为线荷载 W1k W2k W3k W4k 0433332 071kN m W5k 0468332 077 kN m 转化为集中荷载 P1 071 452332 277kN P2 P3 P4 07133 234kN P5
28、077 33212 220kN线荷载简图集中荷载简图com柱侧移刚度构件名称 ib2icc 2 D cic12h2 KMm A轴柱 2173 2115 150043 6160B轴柱 2 1173 2115 2370547736C轴柱 2 1173 2115 237054 7736D轴柱 2173 2115 150043 6160D 27792 kN m com侧移刚度构件名称 ib2icc 2 D cic12h2 kNm A轴柱 173085 2040505267B轴柱 1173 085 3210626531C轴柱 1173 085 3210626531D轴柱 173085 204050526
29、7D 23596 kN m com作用下框架侧移计算 层次 Wj kN Vj kN D kN m m h 52202202780000079 141772 4234454 278000016 120625 3234688278000025113200 2234 922278000033 11000012771199 23600005116470各层的层间位移角均小于1550满足要求 53风荷载标准值作用力的内力计算 框架在风荷载从左向右吹下的内力用D值法进行计算步骤为 1 求各柱反弯点处的剪力值2 有受力特点建筑层数及线刚度查表找反弯点3 求各柱的杆端弯矩和梁端矩 4 求各柱的轴力和梁剪力第i
30、层第m柱所分配的剪力为Vim DimViDVi Wi5 由节点平衡条件梁端弯矩等于柱端弯矩值和节点左右两端弯矩按照左右梁线刚度比例分配 com AD轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi kN Di Nmm Dim Nmm Vim kN yh m kNm kNm 5220 27800 6160 0222 049 124 091 060 4454 27800 6160 0222 101 140 174 141 3688 27800 6160 0222 152 157 240 239 2922 27800 6160 0222 204 165 306 337 11199 23600 5267 0223 2
31、68 248 554 664 com BC轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi kN Di Nmm Dim Nmm Vim kN yh m kNm kNm 5220 27800 7736 0278 061 139 107 085 4454 27800 7736 0278 126 155 201 196 3688 27800 7736 0278 191 172 276 329 2922 27800 7736 0278 257 165 385 423 11199 23600 6531 0277 332 248 687 823 com 框架梁端弯矩剪力及框架柱轴力计算楼层边跨梁AB轴间中间跨梁BC轴间柱
32、轴力N l l 边柱 A轴 中柱 B轴 5091 039 6-022 067 067 2-067 -022 -045 4234 105 6-056 180 180 2-180 -078 -169 3381 173 6-092 297 297 2-297 -170 -374 2546 261 6-135 450 450 2-450 -305 -690 1891 406 6-216 700 700 2-700 -521 -1173 54风荷载作用下的弯矩图剪力图轴力图 第六章 地震作用下的框架内力61重力荷载代表值计算计算地震作用时重力荷载代表值结构自重05活载标准值屋盖结构自重女儿墙屋面梁半层高
33、内外墙半层高柱51122517145250714512226122207120561520561621655093165445644 kN271205214552644 kN2层到5层楼盖结构自重上下层总高05内外墙楼面梁上下层总高05柱2112252112262335387145250714512226122207109333438842kN714305214545842kN 底层楼盖结构自重上下层总高05内外墙楼面梁上下层总高05柱2132652132642395387145250714512226122207109339439584 kN71705214546584 kN62梁柱线刚度计
34、算 由前面计算已得出轴框架柱抗侧刚度D值如下表com柱侧移刚度构件名称 ib2icc 2 D cic12h2 KMm A轴柱 2173 2115 150043 6160B轴柱 2 1173 2115 2370547736C轴柱 2 1173 2115 237054 7736D轴柱 2173 2115 150043 6160D 27792 kN m com侧移刚度构件名称 ib2icc 2 D cic12h2 kNm A轴柱 173085 2040505267B轴柱 1173 085 3210626531C轴柱 1173 085 3210626531D轴柱 173085 2040505267D
35、23596 kN m com点的假想侧移计算楼层Gi kN VGi kN Di Nmm ui mm ui mm 5526 526 27792 1894 27507 4458 985 27792 3544 25613 3458 1443 27792 5193 22069 2458 1902 27792 6843 16876 1466 2368 23596 10034 10034 0802 s 横向框架水平地震作用计算此建筑是高度不超过40m且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阻尼比为002结构等效总重力荷载08508537087201241 kN本工程场地类别为I
36、类设计地震分组为第一组02s02s 0802s55021s0971268 0076结构总水平地震作用等效的底部剪力标准值007620124115294kN顶点附近水平地震作用系数02s0802s141402028s0080010074顶点附近水平地震作用0074152941132kN各层水平地震作用标准值计算以第四层轴为例5607 kN加后494811326080 kN 64各层地震作用及楼层剪力com 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算楼层Hi m Gi kN GiHi kNm Fi kN Vi kN 5177526 9318 03493 6080 6080 4144458 6601
37、02474 3503 9583 3111458 5088 01907 2701 12284 278458 3576 01340 1898 14182 145466 2096 00786 1113 15294 com 剪重比验算楼层12345VEki kN 15294 14182 12284 9583 6080 kN 236754 190170 144328 98486 52644 0065 0075 0085 0097 0115 质点12345Gi46584 45842 45842 45842 52644 楼层Vi kN Di Nmm ui mm 56080 27792 219 49583 2
38、7792 345 312284 27792 442 214182 27792 510 115294 23596 648 轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi kN Di Nmm Dim Nmm Vim kN yh m kNm kNm 56080 27792 6160 0222 1348 124 3032 1668 49583 27792 6160 0222 2124 140 4397 2979 312284 27792 6160 0222 2723 157 5146 4268 214182 27792 6160 0222 3143 165 5658 5187 115294 23596 5267 0
39、223 3414 248 7067 8449 com BC轴框架柱端弯矩及剪力计算楼层Vi kN Di Nmm Dim Nmm Vim kN yh m kNm kNm 56080 27792 7736 0278 1692 139 3534 2346 49583 27792 7736 0278 2668 155 5090 4137 312284 27792 7736 0278 3419 172 5909 5868 214182 27792 7736 0278 3948 165 7106 6513 115294 23596 6531 0277 4233 248 6858 10477 com 框架梁
40、端弯矩剪力及框架柱轴力计算楼层边跨梁AB轴间中间跨梁BC轴间柱轴力N l l 边柱 A轴 中柱 B轴 53032 1293 6-721 2226 2226 2-2226 -721 -1505 46065 2721 6-1464 4684 4684 2-4684 -2185 -4725 38125 3677 6-1967 6329 6329 2-6329 -4152 -9087 29926 4748 6-2446 8173 8173 2-8173 -6598 -14815 112253 4894 6-2858 8424 8424 2-8424 -9456 -20381 66水平地震作用下的弯矩图剪力图轴力图内力组合71梁内力组合层数截面
