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1、中文摘要:钢结构是目前世界上发展快速并且应用广泛的建筑结构形式，钢结构在中国将来成为最主要的结构形式已成为可能。目前探讨新农村的建筑形式是个热点，本设计旨在为新农村的建设提出建筑方案，设计了一11层的板式高层住宅，结构方案采纳钢框架。该建筑的同一个建筑方案采纳了三种柱截面形式，比较这三种方案的优缺点。为完成这项设计我做了以下工作。确定建筑方案，进行结构的分体系设计。采纳平面结构分析模型，选取一楹横向框架，初选框架构件截面，计算该幅框架的各种内力，进行内力组合，选取其中最不利组合，验算结构的整体稳定性，构件的承载力，构件的稳定性。再进行节点设计，选典型节点，设计构件的连接方式，验算节点的强度。设
2、计出基础，验算基础的承载力。本设计中采纳H形钢柱，再参考同组人采纳箱型和圆钢管的柱截面的数据比较，得出了如下结论：用箱形截面柱和圆钢管截面柱的双向抗弯实力强，但对于板式楼H形截面足以满意这些要求，而且其用钢量较小；对于塔式建筑来说H形截面柱就不合理，其它两种截面较为适合。关键词：钢结构住宅、设计、H型钢Abstract:Steelstructurewhichistheworld,srapiddevelopmentandbroadapplicationformstructures,structuralsteelworkinChinawillbecomethemainformofthestruct
3、ureispossible.Currentlyexploringnewformsofruralconstructionisahotspot,theruraldesignedforthenewbuildingconstructionprogrammes,thedesignofa1I-beamhigh-riseresidential,structuralsteelframeworkfortheintroductionoftheprogramme.Theconstructionofaconstructionprogrammewiththeintroductionofacross-sectionoft
4、hethreepillarsformthecomparativeadvantagesanddisadvantagesofthethreeprogrammes.ToaccomplishthisdesignIhavedonethefollowing.Determineconstructionprogramme,thestructureofthesub-systemdesign.HorizontalstructureanalysisusingmodelsasaPinhorizontalframeworkprimaryframeworkcomponentscross-section,thecalcul
5、ationofthevariousendogenousforcePinframeworkforendogenousforceportfolio,selectthemostadversemixwhocheckedthestructureoftheoverallstabilityofthesupportingcomponents,componentstability.Anothernodedesign,thetypicalnode,linkingdesignelements,whocheckednodesintensity.Designbasis,checkingcomputationsbased
6、bear.ThedesignoftheH-shapedtubeused,withreferencetoagroupbo-YuanSteelPipeandthepillarcross-sectionofdatacompareddrawthefollowingconclusions:abox-shapedcross-sectionpillarandpillarYuanSteelPipecross-sectionofthetwo-waycapacity,butfortheH-beam,cross-sectiontomeettheserequirements,anditssteeltobeusedby
7、smaller;TheTowerBuilding,H-shapedcross-sectionpillaronunreasonabletheothertwocross-sectionismoreappropriate.Keywords:residenceofsteelstructure,design,HTypesteel书目1绪论72 设计资料和结构选料82.1 建筑概况82.2 结构设计条件82.3 3结构选料83 名吉构方案81. 1抗震设防标准的确定83. 2结构体系与布置94. 3不规则检验95. 4结构布置94结构分析模型与计算简图io5分体系结构设计105.1 楼盖设计io屋盖板的设
8、计10屋盖次梁的设计145.1.3楼盖板的设计155.1.4楼盖次梁的设计175. 3阳台设计18板式阳台的设计18梁式阳台的设计215.4楼梯的设计23梯梁计算23平台梁计算246主框架荷载计算与内力分析256.1 构件截面尺寸的初步确定256.1.1 框架梁截面型号的确定256.1.2 框架柱截面型号的确定266.2 计算框架梁、框架柱的刚度27框架梁刚度的计算27框架柱的刚度的计算276.3 计算荷载及作用276.3.1荷载计算276.4各项荷载单独作用下的内力图和位移表31恒荷载标准值作用下的内力图和位移图31活荷载标准值作用下的内力图和位移图32风荷载标准值作用下的内力图和位移图32
9、6.5 验算顶点侧移和层间位移386.6 各种工况下的内力组合38第一工况下的内力组合386.7 验算风荷载作用下的顶点风振加速度39顺风向顶点最大加速度397主框架的设计407.1 验算框架的整体稳定性40计算各构件的线刚度及回转半径407.1.2P一效应427.2 框架梁的设计437.2.1按无震组合下的内力计算437. 3框架柱的设计44按无震组合下的内力计算448节点设计488.1 梁柱节点的设计48按弹性阶段设计48按塑性阶段极限承载力验算49柱腹板或翼缘的承载力498.1.4梁柱节点的抗剪承载力501.1 2次梁与主梁的连接518.3 柱与柱的连接51柱拼接接头的计算518.4 柱
10、脚设计52验算柱翼远处的混凝土的承压力538.4.3柱脚配筋计算539涂装和防火设计549.1 涂装设计549.2 防火设计559. 2.1建筑构件的耐火极限559. 2.2各构件防火爱护层厚度的计算和保证55梁防火爱护层56楼盖的防火爱护5610基础设计5610. 1基础受力计算5610. 2基础的内力计算和配筋57验算持力层强度57计算基地反力57冲切验算5910. 2.4配筋计算5911对设计中几个问题的思索611.1 关于对本建筑的结构选型6111.2 风载在高层建筑的重要作用6111.3 关于本设计中地震作用61水平地震荷载的计算61内力及位移计算6511.4 关于柱截面的选取68小
11、结69致谢70参考文献711绪论建设社会主义新农村是目前我国政府提出的促进农村发展的总的方针。建设社会主义新农村就是要将农村建设成为生产发展、生活富裕、乡村文明、村容整齐的新农村。建设社会主义新农村包括的着诸多方面的内容总的来说就是对农村进行城镇化的建设。最近中心一号文件将村庄规划正式纳入各级政府的工作范畴，加强村庄规划和人居环境治理。随着生活水平提高和全面建设小康社会的推动，农夫迫切要求改善农村生活环境和村容村貌。很明显，基于农村生产生活的具体特点，我们生搬硬套以前城市发展的模式是行不通的。首先，我们要克服很多以往城市建设中的诸多不合理之处，例如，由于规划不到位造成的很多设施建设的不合，对于
12、住宅来讲它经验了从底层到多层再到高层，而且目前随着城市人口的不断增加，住宅要往高层方向发展，在此过程中就会有不少资源奢侈，对于新农村的建设中要克服这些不合理之处，削减不必要的奢侈。另外，我们要充分考虑到农村居民生产生活的特点，做到以人为本。从以上分析来看，我们进行新农村的建设最好做到一步到位，尽量用最经济的建筑形式来满意农村居民生产生活的须要，以免不必要的奢侈。在这次毕业设计中，在*老师的引导下我们一组对新农村建设比较感爱好的搞了个新农村房屋设计的系列，在我们组内探讨中我比较主见新农村房屋建设的一步到位，所以我选择作钢结构的高层住宅。随着我国钢材产量的不断增长，其价格也不断降低，使钢材大量的用
13、于住宅成为可能。最近几年，国家始终提倡城市建立钢结构小高层住宅，当然用在新农村的建设中也未尝不行。特殊是在经济基础较好的地区，建立高层钢结构住宅也是完全可行的。如仅考虑造价，钢材比混凝土贵是明显的，但要真正评判一个结构系统的优越性,需全面系统地考虑问题，考察其综合效益。高层建筑采纳钢结构具有良好的综合经济效益和力学性能，其特点主要主要表现在：（I）.钢结构自重轻。结构自重的降低可以减小地震作用力，进而削减设计内力。此外结构自重的减轻还可以使基础的造价降低。（2）钢结构材料强度高。与混凝土结构相比，钢结构截面积小，从而增加建筑有效运用面积。（3）钢结构施工速度快。结构施工周期的缩短，可使整个建筑
14、更早投入运用，缩短贷款建设的运用周期，从而削减借贷利息。（4）钢结构的延性比混凝土的延性好得多，从而钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构好。（5）钢结构的环保性能比较好。钢结构为干性施工，可避开混凝土湿性施工造成的环境污染。钢结构建筑拆除后，钢构件或可以干脆利用，或经冶炼后在运用，对环境没有影响，因此，钢材也成为绿色建材。从以上的分析来看在农村大量利用钢材是完全可行的，当然从长远来看，这也正好本着节约的原则，不仅节约了大量的建筑用地，而且可防止大拆大建，加重农夫负担，扎实稳步推动农村的整体发展。钢结构住宅虽然拥有很多优点，但其本身也存在不少弱点，如防火实力差，易锈蚀等。而在我国，钢结构住宅终归属于
15、初期发展阶段，仍存在很多问题须要解决，如钢结构住宅的综合技术规范不完善、投资过高、技术含量不高、缺少专业技术人才等。不过，随着社会经济的发展，科学技术的进步，上述问题的解决指日可待。2设计资料和结构选料2.1 建筑概况本工程是位于*市*河的一高层住宅（详图见总平面图），地上10层，另有小棚一层。H=32.8m,1.=46.5m,B=18.6mo建筑类别为二类，耐火及防火等级均为二级。屋面做法为：现浇压型钢板-现浇混凝土组合的结构层，刷素水泥砂浆一道，20厚1：3水泥砂浆找平，4后高聚物改性沥青防水涂抹防水层，1：8水泥膨胀珍宝岩找坡，100厚憎水珍宝岩保温，30厚1：2.5水泥砂浆40200双
16、向配筋，25厚1：3水泥砂浆结合层，粘贴10厚铺底缸砖，干水泥擦缝。楼盖做法为压型钢板混凝土组合楼板结构层，下有隔音低板顶棚，20厚水泥砂浆找平，上铺磨光花岗石板（在花岗石板背面刷2.3厚YJ-9型建筑粘结剂后粘贴）。外墙采纳200厚泰柏板，除卫生间和厨房采纳100厚泰柏板外其余均采纳200厚泰柏板。门窗为塑钢门窗，室内部分门为木门。2. 2结构设计条件本建筑结构平安等级为二级，运用年限50年，抗震设防类别为丙类,抗震等级为三级，地震基本烈度为6度，基本地震加速度为0.05g,抗震分组为其次组，场地类比为I类。地面粗糙程度为B类基本风压0.55kNm2,基本雪压为0.15kNm20工程地质概况
17、：杂质土层厚0.8m；粉质粘土层厚88.8m地基承载力fk=260kPll;碎石土层（未钻透），地基承载力fk=300kPa02. 3结构选料钢材选用Q235B,摩擦型高强螺栓采纳8.8级M20。框架梁和次梁选用窄翼缘的H型钢，框架柱选用H型钢截面。屋盖和楼盖均采纳YX-70-200-600型压型钢板和混凝土组合楼板，混凝土强度等级采纳C25。基础混凝土采纳C30,钢筋采纳HPB235。3结构方案3. 1抗震设防标准的确定依据抗震规范（GB500112001）和钢结构规程（JGJ99-98）,本地区抗震设防烈度为6度，抗震设防分类为丙类，处于I类场地，故本工程可不计算地震作用，且可不进行罕遇地
18、震作用下的结构计算。地震作用和抗震措施均按6度考虑。3. 2结构体系与布置本工程的结构类型为钢结构纯框架体系。3. 3不规则检验高宽比验算：由JGJ9998知，6度抗震设防的钢结构最大高宽比为5,HB=32.8/18.6=1.845,满意要求。结构平面布置需满意1.Bma=46.5/18.6=2.5有效计算宽度be=50t=6Omm,取be=60mm计算，而Ws=30.6cm：/m=2536=77.0/mm2205N/加？,满意要求。Ws30.6IO3 2.4刚度验算压型钢板施工阶段按单项单跨简支板验算刚度，E=2.()61()67V三22=115cw4h,楼板跨度取最大值=4.0m,则-5q
19、r50.2(3.162+1.5)(4.0103)4SCo-=：=13.2W7711384EZ53842.0610r,115104=min-,20=竺四,20=20w?,满意要求。180180运用阶段验算.3.1荷载计算压型钢板组合楼板0.162+240.125=3.162kNm小计5.67kNm2V型轻钢龙骨吊顶0.17kN/m?素水泥浆一道（厚）20厚1：3水泥砂浆找平4厚高聚物改性沥青防水涂膜防水层1：8水泥膨胀珍宝岩找坡2%最薄处40厚100厚憎水膨胀珍宝岩块保温层200.01=0.2kNm2200.02=0.4kNm20.05kNm20.052=0.1kNm20.1X25=0.25kN
20、m230厚1：25水泥砂浆4200双向配筋，6X6m分格0.03X25=0.75kNm2缝宽10,油膏嵌缝4厚高聚物改性沥青防水卷材防水层（SBS,APP）0.05kNm225厚1：3水泥砂浆结合层0.025X20=0.5kNm2粘贴10厚铺地缸砖（铺地砖），干水泥擦缝，0.0121=0.21kNm2设计值可变荷载限制的组合永久荷载限制的组合3.2内力计算取一个波距的计算宽度1.25.84+1.42.0=9.81kNm21.35X5.84+1.0X2.0=9.89kNm29.884.028X0.2=3.923kNm3X6m留10宽缝，1：3石灰砂浆勾缝v=(+V02=989恒载：0x02=3.
21、923kN22.3.3正截面受弯承载力计算/=2O57Vww2,E=2,O6lO84kNm2活载2.0kNm2Vww2,=11.97V三?2,7;=1.27N制？，hc=90nm,h0=160-70/2=125vn,Ap=4Q0mm1b=200nvt,a=1.0AJ=400x205=824VVajcheh=1.011.990200=214.2kN故塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土中，组合楼板受压区高度为A/_400x205axfcb1.011.9200=34A5mnM=3.923ZNm故满意要求。.3.4斜截面抗剪承载力计算Vu=0.7flhhn=0.71.27200125=22.225R
22、NV=3.923ZN故满意要求。 3.5刚度验算单元板宽度内截面惯性矩/=也=200X1253=32.610674,每延米宽度内截面惯性矩Isk=590=163106三4,a20001卬卷=81.5x105,荷载短期效应组合下Q=gti+qk=5.84+2.0=7.84AN/机5x7.84400043842.061051631060.78mm=3604000360=11.Xmtn荷载长期效应组合下Q=g*+-夕纵=5.84+0.4X2.0=6.64ZN/机荷载短期效应组合下的挠度荷载长期效应组合下的挠度5ql4384E，P56.64x400043842.0610581.5106=1Slmm15
23、Hz0.178JvV0.1780.078故自振频率满意要求。 3.6组合楼板的构造要求前面的计算中将组合楼板简化成剪支板来验算施工及正常运用过程中的承载力与挠度，但事实上在简支板的端部确定受负弯矩的作用，故在此处要按构造配置负弯矩筋以满意此处的承载力要求。依据连续组合楼板按简支板设计时需配置的抗裂钢筋截面面积应大于相应混凝土截面的最小配筋率为0.2%的要求，配。6100的抗裂钢筋，一米宽板带的配筋面积为2830.2%1000125=250W的要求，顺肋方向抗裂钢筋的爱护层厚度为206机。与抗裂钢筋垂直的分布钢筋同样按构造要求，取为。6150。抗裂钢筋的配置长度从边缘算起为800“*能够满意抗裂
24、钢筋与不小于5根分布钢筋相交的要求。为阻挡压型钢板与混凝土之间的滑移，在组合楼板的端部均设栓钉，栓钉应设置在端支座的压型钢板凹肋处穿透压型钢板，并将栓钉和压型钢板均焊于钢梁翼缘上。栓钉的直径均取为d=16帆加。在压型钢板端部每一个凹肋处设置栓钉，栓钉还应符合下列要求：沿梁轴方向满意s5d,取S=100/丽；沿垂直于梁轴方向满意s4,取S=80。屋盖次梁的设计 1荷载计算次梁截面选用MV400x200x8xl3,f=215N/mm2,fv=25N/nm2,次梁最大跨度/=7.36。截面力学特征，自重66.(Ugm=0.66ZN丸匕=11905=23700c7t次梁承受的线荷载为恒载活载标准组合设
25、计值可变荷载限制的组合永久荷载限制的组合.2内力计算次梁的计算简图如图5.2所示。39+22gk=5.84X+0.66=18.3ZNm6人23922%=2.0=6kNmk2Qk=gli+qi=18.3+6.1=24.4ZN/m1.218.3+1.46.1=30.5ZN/m1.3518.3+1.06.1=30.8Nm30.8uuuuuuuuuuuuuuuuuu7.30图5.2次梁的计算简图按简支板计算最大弯矩设计值M=308x73.=205.2ZMm.3强度验算抗弯强度验算Mx205.2106Iw2CCIUW2-=7=164.27V/tnm/=215N/mm2xWttx1.051190103抗剪
26、强度验算，由于型钢的腹板较厚，不必验算抗剪强度。4整体稳定验算将次梁连于主梁的加劲肋上，不必验算次梁支座处局部承压强度。.5刚度验算全部荷载标准值作用下5ql4384Ev5x24.473004384x2.06x1()5X23700lO7300=1SAmm=29.2mm250可变荷载标准值作用下“7300=4.6w?=24.3mm300_5.尸_5x6.1x73004Jq384E7v3842.0610523700104均满意要求。楼盖板的设计楼盖板的设计资料和施工阶段的验算均同屋盖板的，不再赘述，下面进行楼盖板运用阶段的验算。.1楼盖板运用阶段的验算.1.1荷载计算恒载磨光花岗石板20厚1:3干
27、硬性水泥砂浆结合层20厚水泥砂浆一道1.00kNm2压型钢板与混凝土组合楼板0.162+24x0.125=3.162kN112V型轻钢龙骨吊顶0.17kN/n?小计4.332kNm2活载2.0kNm2设计值可变荷载限制的组合1.2X4.33+1.4X2.0=8.00kNm2永久荷载限制的组合1.354.33+1.02.0=7.85kNm212内力计算取一个波距计算宽度a”(g+q)l8.004.02”MM=1x.2=X0.2=3.2kNm88V=*xO.2=8ox4x02=3.2kN2213正截面受弯承载力计算f=205Nfwt,E=2.061O5NfW7ifc=11.9Nmm2,fr=12J
28、Nnnhc=9Own,o=160-70/2=125mm,Ap=400ww,Z?=200run%=1.0Apf=400205=82RNVa1fehcb=1.011.990200=214.27V故塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土中，组合楼板受压区高度为Ap400205X=-=34.45/WnM=3.2(UNm故满意要求。.1.4斜截面抗剪承载力计算Vu=0.7裁=0.7x1.27x200xl25=22.225-NV=3.201N故满意要求。.1.5刚度验算单元板宽度内截面惯性矩0=200X1253=32.6IO。,削4,01212每延米宽度内截面惯性矩1.k=l=1631O6W,“200=81
29、.5106Wt荷载短期效应组合下Q=g+/=4.33+2.0=6.33ZNm荷载长期效应组合下Q=g%+忆,/=4.33+0.4X2.0=5.13ZNz荷载短期效应组合下的挠度5ql4_56.3340004384WP-384x2.06x10X163x1()6=0.63加15Hz0.178J卬0.1780.063故自振频率满意要求。17组合楼板设计的构造要求标准层的楼盖板所需配置的抗裂钢筋和分布钢筋及压型钢板与混凝土的连接栓钉的设置均与屋盖板一样，在此不再余赘。楼盖次梁的设计,1荷载计算次梁截面选用“N350x175x7xll，f=25N/mm2yfv=1257Vz三2,次梁最大跨度/=7.3?
30、。次梁承受的线荷载为恒载活载标准组合设计值可变荷载限制的组合永久荷载限制的组合.2内力计算计算简图如图5.3所示。截面力学特征，自重50.0kgm=0.50ZNzn,WA=782c=3700cz39+?gk=4.332+0.50=13.7kN/m3922qk=2.0X=6kNmQk=gfi+qi=13.7+6.1=T9.8kN/m1.213.7+1.46.I=25.0ZN/m1.3513.7+I.06.1=24.6ZMm25!川W川WlWmW川WlI川wqX73X图5.3楼盖次梁的计算简图按简支板计算最大弯矩设计值.zfcfl225.07.32、在aM=-=166.5ZNm883强度验算抗弯强
31、度验算%八叱次166.51061.05782IO3=202.87V/mm2f=25N/mm2抗剪强度验算，由于型钢的腹板较厚，不必验算抗剪强度。4整体稳定验算将次梁连于主梁的加劲肋上，不必验算次梁支座处局部承压强度。.5刚度验算全部荷载标准值作用下fk=Sql4384Ev5x19.873004384X2.06XIOXi3700xlO“c7300=25.9mm=29.2mm250可变荷载标准值作用下5ql4384Ea.56.1x73004384x2.0610513700104C八7300=8.0/777?Mmax=17.1Nm,不须要加大混凝土层的厚度。由式子aJ6=和bx(%-卞=Mn,得、二
32、四工协-J%?%?-ZafbM“aJeb1.011.9250125-1.0211.9225021252-21.011.925()17.19IO6-C=Ol.2nn1.011.92500.5a.fbx1.011.925061.2，1.A1=-l-l=S67mtnA.210选用如4160,As=961.9wn2o.3栏板配筋计算12.3.1荷载计算：栏板所受的水平荷载为0.5kN设计值：1.40.5=0.7kN图5.8栏板的计算简图取1米宽栏板计算：（栏板高12米）最大弯矩设计值：M=0.71.2=0.84kN-m板厚为12OmIn,环境类别为一类,混凝土强度等级为C25,钢筋爱护层厚度为15mm
33、,ae=20trunfe=11.9/V/mm2,h=100mn1f=1.272V/rwn2t,fsy,=21ON/nm2,b0.614,1=1.0o=0.007,=1-Jl-24=0.007M0.84106afcbh1.O11.91O5s=0.5(1+l-2v)=0.996,A,MfyYs0.841062100.996100=40.14/2/222按最小配筋率配筋：0.2%Xl(Mx)XI20=240加机2,只需按构造配筋,选四200,A$=2527加2,满意要求。梁式阳台的设计,1荷载计算3.96kNm22.5kNm21.2X3.96+1.4X2.5=8.25kNm21.35X3.96+1.
34、0X2.5=7.85kNm2恒载：活载：均布荷载设计值：由可变效应限制的组合:由永久效应限制的组合:取8.25kNm2o栏板自重：3.56kNmj2连梁的设计先选连梁的截面为HNl75X90X5X8,其截面参数为：A,=23.2cm2=0S2kNmJx=220cmWx=40cm3连梁所受荷载的设计值为：Q=(3.561.2+0.182)1.4=6.24kN/m跨中最大弯矩为：Mmax=-ql2=16.245.32=21.9GNm88由强度公式：MYJ21.91061.05215=97cm3故选截面HNI75X90X5X8,梁跨中无孔眼减弱,两的抗弯强度满意要求。由于剪力不大,腹板较厚,不必验算
35、抗剪强度。又连梁上部与悬臂梁的加劲肋相连,不必验算支座处的局部承压强度。验算挠度：在全部荷载标准值作用下：出=2X4个X530Q3-1=-lI3842061031220XIO4292I250则连梁的挠度满意要求。.3悬臂梁的设计.3.1荷载计算3.96(1.5+2.65)=16.434kNm(1.23.56+0.182)(1.5+2.65)=18.48kN2.5(1.5+2.65)=10.375kN1.216.434+1.410.375=34.25kN/m1.218.48=22.176kN71.80ANm阳台板传来的恒载：栏板及连梁传来的集中力：活荷载：线荷载的设计值：集中荷载设计值：悬臂梁根
36、部所受到的最大弯矩为:M=-34.251.52+22.1761.5=2V=1.534.25+22.176=73.55ZN3.2强度和稳定性的验算用抗弯刚度来设计悬臂梁的截面：%=7l8-06=318.0573”xf1.05215选HN3001506.59的截面,其截面反抗矩为Wnx=490cm3,重量为夕=0.373kNIm,则梁的抗弯刚度满意要求。又由该截面的腹板较厚,不必验算其抗剪强度。其上部与楼板连牢,整体稳定性可以保证,不必验算。.1.4刚度验算悬臂梁跨度1.=I5(XMm全部线荷载标准值作用下ql4(16.434+10.38)15004一CVt=-7=1MSEI82.061057350104全部集中荷载标准值作用下Fl318.4815003v=1.37run23EI32.061057350104全部荷载标准值作用下mr12x1500V7-=V7.+vl2=2A9mmyJ=-=Ylmm可变线荷载标准值作用下ql410.3815004
