土木工程专业毕业设计 钢框架.docx
《土木工程专业毕业设计 钢框架.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土木工程专业毕业设计 钢框架.docx(140页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![土木工程专业毕业设计 钢框架.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-1/31/70362671-cf01-4e50-bb88-1198f323ffdd/70362671-cf01-4e50-bb88-1198f323ffdd1.gif)
土木工程专业毕业设计钢框架
第一章绪论
1.1工程概况
该工程一栋六层框架结构某高校教学楼,横向框架不少于三跨,总建筑面积为5427m2。
设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,环境类别为一类。
抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,第二组。
建筑室内外高差600mm,室外标高即为现有自然地面标高。
不考虑风荷载设计,其他条件如下:
1、气象资料
(1)基本雪压值:
s0=0.65kN/m2
2、水文地质资料
场地条件:
拟建场地地表平整,土层分布见表,场地土类别为Ⅱ类
场地土层物理力学指标如下:
土层号
天然含水量
W(%)
天然空隙比
e
塑性指数Ip
液限指数IL
压缩指标
Es1-2
承载力特征值
Fak(kpa)
①
∕
0.803
∕
0.61
7.5
/
②
23.1
1.147
∕
0.62
2.5
220
③
15.2
0.805
∕
0.50
2.5
320
3、抗震设防烈度
7度(0.15g)第一组
4、荷载资料
(1)办公楼楼面活载,查《建筑结构荷载规范》(GB5000g-2001)。
确定楼面活载标准值,办公室为2.0kN/m2,走廊2.5kN/m2,楼梯2.5kN/m2,卫生间4.0kN/m2。
(2)不上人屋面:
活载标准值为0.7kN/m2。
(3)屋面构造
35mm厚490mm×490mm的C20预制钢筋混凝土架空板、防水层、20mm厚水泥砂浆找平层、现浇钢筋混凝土屋面板、12mm厚纸筋石灰粉平顶。
(4)楼面构造:
水磨石面层、现浇钢筋混凝土楼面板、12mm厚纸筋石灰粉平顶。
(5)维护墙:
采用200厚非承重空心砖(190mm×190mm×190mm),外墙重度3.6kN/m2,内墙重度3.2kN/m2,M5混合砌筑砂浆,双面粉刷(重度3.6kN/m2)。
本工程采用全现浇框架结构,由于开间较大,双向板的跨度超过经济跨度较多,在楼面设次梁。
1.2建筑与基础设计型式、框架计算方法
本工程为横向框架结构,采用柱下独立基础,在基础顶面设置基础连梁,增强结构的整体刚度。
框架是典型的杆件体系,近似计算的方法很多,工程中最实用的是力矩分配法及D值法,前者多用于竖向作用下求解,后者用于水平作用下求解。
本工程采用力矩分配法。
该方法的使用都作了以下几点的假定:
[1]忽略粱,柱轴向变形及剪切变形。
[2]杆件为等截面(等刚度),以杆件轴线作为框架计算轴线。
[3]在竖向荷载下结构的侧移很小,因此在做竖向荷载下计算时,假定结构无侧移。
1.3主要进程安排
(0)外文资料翻译、调研、复习相关主干课程——寒假;
(1)建筑设计,绘制建筑施工图——第6~7周;
(2)结构平面布置(楼盖布置、估算构件截面尺寸)和荷载计算——第8周;
(3)竖向荷载作用下横向框架内力计算(采用弯矩二次分配法)、计算结构力学程序核算——第9周;
(4)水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算(采用D值法)、计算结构力学程序核算——第10周;
(5)横向框架梁、柱内力组合(列表进行)和截面设计——第11~12周;
(6)主楼梯的结构设计——第13周;
(7)柱下基础设计——第14周;
(8)绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图——第12~14周;
(9)用PKPM软件对整栋框架结构进行SATWE电算并绘制出标准层结构平面图(板配筋图)和梁配筋平面图——第15~16周;
(10)电子版毕业设计文件的输入、打印和装订——第8~16周
第二章建筑结构布置与荷载计算
2.1基本理论
2.1.1计算单元
一般取中间具有代表性的一榀框架进行分析,本工程选取第4榀框架进行分析现浇框架梁柱的连接点简化为钢接,框架柱与基础的连接简化为固结。
2.1.2跨度、层高
框架梁跨度取柱子轴线之间的距离。
框架层高,底层取基础顶面到二层楼板结构顶面的距离,本工程取为5m,其余层取下层结构楼面到上层结构楼面的距离,本工程取3.6m。
2.1.3构件材料选择:
(1)混凝土:
本工程取C30
(2)钢筋:
本工程纵向受力钢筋采用HRB335、构造钢筋采用HPB235、箍筋采用HPB235。
2.1.4构件截面估算及弯曲刚度的确定
(1)柱:
初步估算柱截面
中柱:
AC=1.1×12×4.5×9.0×6/0.8×14.3=224300mm2
边柱:
AC=1.2×12×4.5×9.0×26/0.8×14.3=244700mm2
取柱截面500mm×600mm
(2)梁(估算)
框架纵梁:
h=(1/12~1/8)l=(1/12~1/8)×9000=750mm,b=300mm
框架横梁:
h=(1/12~1/8)l=(1/12~1/8)×6300=500mm,b=300mm
次梁:
h=(1/18~1/15)l=(1/18~1/15)×6300=400mm,b=250mm
现浇板:
连续单向板,取=110mm,走道取100mm
2.2设计计算
2.2.1确定计算简图
在计算梁柱弯曲刚度时,应考虑楼盖对框架梁的影响,在现浇楼盖中,中框架的截面惯性矩取I=2I0,边框架梁取I=1.5I0。
I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。
框架柱的惯性矩按实际截面尺寸确定。
选取一榀框架的三跨分别为:
l=6300、2400、6300。
计算简图如下:
图2-8计算简图
2.2.2梁柱截面尺寸
框架柱:
本工程均为500mm×600mm。
梁:
横向框架梁AB、CD跨:
300mm×750mm,BC跨:
300mm×550mm,纵向连系
梁:
300mm×400mm,次梁:
250mm×450mm。
2.2.3材料强度等级
混凝土等级:
均采用C30级;
钢筋直径≥12mm采用HRB335钢筋,其余采用HPB235钢筋。
2.2.4荷载计算
本工程以④轴线横向框架为计算分析对象
恒载图(D-L.T)活载图(L-L.T)
(a)(b)
荷载计算简图
(a)恒载作用下结构计算简图;(b)活载作用下结构计算简图
屋面横梁竖向线荷载标准值
(1)恒载
屋面恒载标准值:
40厚架空隔热板0.04×25=1KN/㎡
防水层0.4KN/㎡
20厚1:
3水泥砂浆找平层0.02×20=0.4KN/㎡
120(100)厚钢混凝土现浇板0.12×25=3KN/㎡
(AB、CD跨板厚取120;BC跨取100)(0.10×25=2.5KN/㎡)
12厚纸筋石灰粉平顶0.012×16=0.192KN/㎡
______________________________________________________________________________________
屋面恒载标准值:
4.99KN/㎡
(4.5KN/㎡)
梁自重
边跨AB、CD跨:
0.3×0.75×25=5.63KN/m
梁侧粉刷:
2×(0.75-0.12)×0.02×17=0.43KN/m
______________________________________________________________________________________
6.06KN/m
中跨BC跨:
0.33×0.55×25=4.13KN/m
梁侧粉刷:
2×(0.55-0.1)×0.02×17=0.31KN/m
______________________________________________________________________________________
4.44KN/m
作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值:
梁自重:
g6AB1=g6CD1=6.06KN/mg6BC1=4.44KN/m
板传来的荷载:
g6AB2=g6CD2=4.99×4.5=22.46KN/m
g6BC2=4.5×2.4=10.8KN/m
(2)活载
作用在顶层框架梁上的线活载标准值为:
q6AB=q6CD=0.5×4.5=2.25KN/m
q6BC=0.5×2.4=1.2KN/m
2.楼面横梁竖向线荷载标准值
(1)恒载
硬木地板0.2KN/㎡
15厚水泥砂浆面层0.015×20=0.3KN/㎡
120(100)厚钢筋混凝土现浇板0.12×25=3KN/㎡
(0.10×25=2.5KN/㎡)
12厚板底粉刷0.012×16=0.192KN/㎡
______________________________________________________________________________________
楼面恒载标准值:
3.692KN/㎡
(3.192KN/㎡)
边跨(AB、CD跨)框架梁自重:
6.06KN/m
中跨(BC跨)梁自重:
4.44KN/m
作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为:
梁自重+墙自重:
gAB1=gCD1=6.06+3.2×3.6=17.58KN/m
gBC1=4.44KN/m
板传来荷载:
gAB2=gCD2=3.692×4.5=16.61KN/m
gBC2=3.192×2.4=7.66KN/m
(2)活载(图2-9b)
楼面活载:
qAB=qCD=2.0×4.5=9.0KN/m
qBC=2.5×2.4=6.0KN/m
3.屋面框架节点集中荷载标准值(图2-10)
G6BG6CG6DG6E
图2-10恒载顶层集中力
(1)恒载
边柱连系梁自重0.3×0.4×4.5×25=13.5KN
粉刷2×(0.4-0.12)×0.02×4.5×17=0.86KN
1m高女儿墙1.0×4.5×3.6=16.2KN
粉刷1.0×2×0.02×4.5×17=3.06KN
次梁自重1/2×(0.35×0.45×6.3×25)=12.4KN
连系梁传来屋面的自重2×(4.5×0.5×4.5×0.5)×4.05=41.01KN
次梁粉刷1/2×(0.45-0.1)×2×0.02×17××6.3=0.75KN
次梁传来屋面的自重1/2×(6.3+6.3-4.5)×4.5/2×4.05=36.91KN
______________________________________________________________________________________
顶层边节点集中荷载G6A=G6D=124.69KN
中柱连系梁自重0.35×0.45×4.5×25=17.72KN
粉刷(0.5-0.1)×0.02×6.3×17×2=1.71KN
连系梁传来屋面自重
2×(4.5×0.5×4.5×0.5)×4.05+2×1/2(4.5+4.5-2.4)×1.2×4.05=73.09KN
次梁自重1/2[﹙0.3×0.4×2.4×25﹚﹢﹙0.35×0.45×6.3×25﹚]=16.01KN
次梁传来屋面的自重
1/2[﹙6.3+6.3-4.5﹚×4.5/2×4.05+(2.4×0.5×2.4×0.5)×4.05)]=39.83KN
______________________________________________________________________________________
顶层中节点集中荷载148.36KN
(2)活载
Q6A=Q6D=(1/2×0.5×4.5×1/2×4.5×2)+1/2×(6.3+6.3-4.5)×4.5/2×0.5=9.62KN
Q6B=Q6C=1/2×(6.3+6.3-4.5)×4.5/2+2×(4.5×0.5×4.5×0.5)×0.5+(2.4×0.5×2.4×0.5)×0.5×2+1/2×(4.5+4.5-2.4)×1.2×0.5=17.58KN
四、楼面框架节点集中荷载标准值(如下图)
GAGBGcGD
图2-11恒载中间层节点集中力
(1)恒载(此处未考虑填充墙自重)
边柱连系梁自重:
13.5kN
粉刷:
0.86kN
连系梁传来楼面自重:
2×(4.5×0.5×4.5×0.5)×3.34×=3.44KN次梁传来的自重:
12.4KN
次梁粉刷:
0.75KN次梁传来的屋面自重:
(6.3+6.3-4.5)/2×4.5/2×3.34=30.43KN
______________________________________________________________________________________
61.38KN
中间层边节点集中荷载:
GA=GD=61.38KN
框架柱自重:
GA/=GD/=0.5×0.5×3.6×25=22.5KN
___________________________________________________________________________
连系梁传来楼面自重:
2×(4.5×0.5×4.5×0.5)×3.34+2×1/2×(4.5+4.5-2.4)×1.2×3.34=60.27KN
连系梁自重:
0.5×0.5×4.5×25=28.13KN
粉刷:
0.86KN
次梁自重:
1/2[(0.35×0.45×25×6.3)+(0.3×0.4×25×2.4)]=16.01KN
次梁传来的屋面自重:
1/2×[(6.3+6.3-4.5)×4.5/2×3.34+(2.4×0.5×2.4×0.5)×3.34]=32.84KN
___________________________________________________________________________
138.11KN
中间层中节点集中荷载:
GB=GC=138.11KN
GB/=GC/=22.5KN
(1)活载
中间层边节点集中荷载
QA=QD=(2×0.5×4.5×0.5×4.5)+1/2(6.3+6.3-4.5)×4.5/2×2=28.36KN
中间层中节点集中荷载:
QB=QC=1/2(6.3+6.3-4.5)×4.5/2×2+2×(4.5×0.5×4.5×0.5)+(2.4×0.5×2.4×0.5)×2+1/2×2×(4.5+4.5-2.4)×1.2=34.43KN
5、地震作用
(1)建筑物总重力荷载代表值Gī的计算:
1)集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G6:
50%雪载:
0.5×0.45×15×25.8=96.75KN
屋面恒载:
4.99×25.8×15=1931.13KN
横梁:
4×(6.06×6.3×2+4.44×2.4)=348.08KN
纵梁:
(13.5+0.86)×6×2+(28.13+0.86)×6×2=520.2KN
女儿墙:
1×3.6×(15+25.8)×2=293.76KN
柱重:
0.5×0.6×25×1.8×16=216KN
横墙:
3.6×[(14×6.3×1.8)+(2.4×1.8-1.5×2/2)×2]=591.84KN
纵墙:
(9×1.8-2.7×2/2)×6×3.2+4.5×1.8×3.2×6=414.72KN
(忽略内纵横墙的门窗按墙重量算)
钢窗:
24×2×2.7/2×0.4=9.6KN
G6=4983.09KN
2)集中于三、四、五、六层处的质点重力荷载代表值G5-G2:
50%楼面活载:
0.5×2.0×15×25.8=387KN
横梁:
348.08KN
纵梁:
520.2KN
柱重:
216×2=432KN
横墙:
591.84×2=1183.68KN
纵墙:
414.72×2=829.44KN
钢窗:
24×2×2.7×0.4=51.84KN
楼面恒载:
15×25.8×3.692=1428.80KN
G5=G4=G3=G2=5742.05KN
(3)集中于二层处的质点重力荷载标准值G1:
50%楼面活载:
387KN
楼面恒载:
1428.80KN横梁:
348.08KN纵梁:
520.2KN
次梁:
561.01KN
柱重:
0.5×0.6×25×(2.6+1.8)×28=924KN
横墙:
591.84+591.84×2.6/1.8=1446.72KN
纵墙:
414.72+414.72×2.6/1.8=1013.76KN
钢窗:
9.6×2=19.2KN
G1=6648.77KN
(2)地震作用计算
1)框架柱的抗侧移刚度
在计算梁、柱线刚度时,应考虑楼盖对框架梁的影响,在现浇楼盖中,中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0,边框架梁取I=1.5I0。
I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩,横梁、柱线刚度见下表。
横梁、柱线刚度表2-8
杆件
截面尺寸
EC
(KN/mm2)
I0
(mm4)
I
(mm4)
L
(mm)
i=ECI/L
(KN·m)
相对刚度
B(mm)
H(mm)
边框架梁
300
750
25.5
1.05×1010
1.58×1010
6300
6.40×107
1
边框架梁
300
550
25.5
4.20×109
6.3×109
2400
6.69×107
1.045
中框架梁
300
750
25.5
1.05×109
2.1×109
6300
8.50×107
1.328
中框架梁
300
550
25.5
4.20×109
8.4×109
2400
8.93×107
1.395
底层框架柱
500
600
25.5
9.0×109
9.0×109
5000
4.59×107
0.717
中层框架柱
500
600
25.5
9.0×109
9.0×109
3600
6.38×107
0.997
每层框架柱总得侧移刚度见下表2-9
框架柱横向侧移刚度D值表2-9
项目
k=∑iC/2iZ(一般层)
k=∑iC/iZ(底层)
aC=k/(2+k)(一般层)
aC=(0.5+k)/(2+k)(底层)
D=aC·iZ(12/h2)
(KN/mm)
根数
层
柱类型及截面
二至六层
边框架边柱(500×600)
2.00
0.5
29.54
4
边框架中住(500×600)
2.05
0.51
30.13
4
中框架边柱(500×600)
2.66
0.57
33.67
10
中框架中柱(500×600)
2.73
0.58
34.26
10
底层
边框架边柱(500×600)
1.37
0.55
12.12
4
边框架中柱(500×600)
2.85
0.69
15.20
4
中框架边柱(500×600)
1.85
0.61
13.44
10
中框架边柱(500×600)
3.80
0.74
16.30
10
注:
iC为梁的线刚度,iZ为柱的线刚度
底层:
∑D=(12.12+15.20)×4+10(13.44+16.30)=406.68kN/mm
二~六层:
∑D=(29.54+30.13)×4+10×(33.67+34.26)=917.68kN/mm
2)框架自振周期的计算:
则自振周期为:
T1=1.70a0△1/2=1.7×0.7×0.17481/2=0.497(S)
其中a0为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数,对于框架取0.7;△为框架顶点假想水平位移,计算见下表
框架顶点假想水平位移△计算表表2-10
层
Gi(KN)
∑Gi(KN)
∑D(KN/mm)
=∑Gi/∑D
(层间相对位移)
总位移△(mm)
6
4983.09
4983.09
917.68
5.43
174.79
5
5742.05
10725.14
917.68
11.69
169.36
4
5742.05
16467.19
917.68
17.94
157.67
3
5742.05
22209.24
917.68
24.20
139.73
2
5742.05
27951.29
917.68
30.45
115.53
1
6648.7
34599.99
406.68
85.08
85.08
楼层地震作用和地震剪力标准值计算表表2-11
层
Hi(m)
Gi(KN)
GiHi
Fi=Fn+△Fn(顶层)
Fi=GiHi/∑GiHi×FEK(1-δn)(其他层)
楼层剪力
Vi(KN)
6
23
4983.09
114611.07
558.31
558.31
5
19.4
5742.05
111395.77
360.27
918.58
4
15.8
5742.05
90724.39
293.42
1212
3
12.2
5742.05
70053.01
226.56
1438.56
2
8.6
5742.05
49381.63
159.71
1598.27
1
5
6648.7
33243.5
107.51
1705.78
3)地震作用计算:
根据本工程设防烈度7度、Ⅱ类场地土,设计地震分组为第一组,查≤建筑抗震设计规范≥特征周期Tg=0.35S,amax=0.08。
a1=(Tg/T1)0.9amax=(0.35/0.497)0.9×0.08=0.058
结构等效总重力荷载:
Geq=0.85GL=0.85×34599.99=29410KN
T1>1.4Tg=1.4×0.35=0.49S,故需考虑框架顶部附加集中力作用
δn=0.12T1+0.07=0.08×0.497+0.07=0.110
框架横向水平地震作用标准值为:
结构底部:
FEK=a1Geq=0.058×29410=1705.78KN
各楼层的地震作用和地震剪力标准值见上表和下图所示
∑GiHi=469409.37
△Fn=δn·FEK=0.11×1705.78=187.64KN
图2-13横向框架上的地震作用
第3章框架内力计算
3.1计算
3.1.1恒载作用下的框架内力
1、弯矩分配系数
由于该框架为对称结构,取