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          【2015年6月土木專業畢業設計】湖南省邵陽市住宅鋼結構設計【計算書+全套圖紙】【2015年6月土木專業畢業設計】湖南省邵陽市住宅鋼結構設計【計算書+全套圖紙】

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          土木 專業 畢業設計 湖南省 邵陽市 住宅 鋼結構 設計 計算 全套 圖紙
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          資源描述:
          CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科畢業論文(設計) GRADUATION DESIGN(THESIS) 題 目:湖南省邵陽市住宅鋼結構設計湖南省邵陽市住宅鋼結構設計 學生姓名:曾憲锃曾憲锃 指導教師:周期石周期石 學 院:土木工程學院土木工程學院 專業班級:土木工民建土木工民建 11091109 班班 完成時間:2015.62015.6 本科生院制 2015 年 06 月 湖南省邵陽市住宅鋼結構設計 作者:曾憲锃 指導教師:周期石 摘要 本文為高層鋼框架結構住宅樓設計計算書,項目名稱為湖南省邵陽市住宅 鋼結構設計,選址與邵陽某中心地段,層數 11 層,建筑總高度為,建m45.33 筑主體高度,占地面積,建筑總面積為。m45.33 2 2 . 655 m 2 2 . 6756 m 建筑以簡約對稱理念進行設計,建筑施工圖運用天正建筑繪制。結構采用 鋼結構框架體系,結構計算部分包括樓蓋設計、樓梯設計、橫向地震作用下內 里分析、風荷載作用下內力分析、抗震與非抗震設計內力組合、鋼框架梁柱驗 算、節點驗算、基礎設計以及施工組織設計,結構施工圖運用繪制。AutoCAD 通過 PKPM-STS 軟件進行結構建模,利用 SATWE 和 PMSAP 兩種程序對結 構進行分析計算,最后將手算和電算結果進行對比。結構主要力學特性結果誤 差均處于可接受范圍,說明手算結果可以作為結構設計參考依據,兩種分析軟 件結果對比說明其結果基本一致,可作為設計互校依據。 關鍵詞:鋼框架 建筑設計 結構設計 施工組織設計 Steel Frame Residence Design of Hunan Shaoyang Author:Zeng Xianzeng Tutor:Zhou Qishi ABSTRACT This paper is a tall steel frame structure residence design calculations , the project name is Steel Frame Residence Design of Hunan Shaoyang located in a Shaoyang CBD . The structure is a 11-storey office building , building's total height is 33.45, main building's height is 33.45, which covers 655.2, and its' total mm 2 m construction area is . 2 2 . 6756 m The idea of architecture design is brief and symmetry,Using Tangent architectural software to draw the building construction plans . Structure adopts to steel frame system. The section of structural design calculation includes floor and staircase design, internal forces analysis under lateral seismic effect, wind load and vertical loads, the combination of internal forces in seismic and non-seismic design, the checking computation of columns and beams, the checking computation of node and support,construction organization design and infrastructure design. Finally use AutoCad to draw structural construction plans. Use PKPM-STS software to model structural modeling, and use the two procedures, SATWE and PMSAP, to get structural analysis and calculation results, and finally compare the calculation results of man-made and computer . The results' errors of the main structural mechanical properties of are in an acceptable range , indicating that the man-made results can be used as a design reference , the comparison results of the two analysis software shows the results are basically the same, which can be used for mutual checking in the practical engineering. keywords: Steel frame system Architecture design Structural design; Construction organization design 目錄 第一章 建筑設計.....................................................1 1.1 鋼結構介紹 ..................................................1 1.2 多高層鋼結構建筑的優越性 ....................................1 1.3 結構設計條件 ................................................2 1.4 建筑平面設計 ................................................2 1.6 建筑立面圖 ..................................................3 第二章 結構選型及平面布置...........................................4 2.1 結構體系選型 ................................................4 2.3 結構布置圖 ..................................................4 第三章 構件截面初估.................................................8 3.1 荷載參數 ....................................................8 3.2 次梁截面設計 ................................................8 3.3 框架梁截面初估 .............................................10 3.4 框架柱截面估算..............................................11 第四章 橫向水平地震荷載作用計算....................................12 4.1 重力荷載代表值 .............................................12 4.2 框架剛度計算 ...............................................17 4.3 橫向地震水平作用下結構內力和側移計算 .......................20 第五章 風荷載作用計算..............................................27 5.1 風荷載作用下結構內力和側移計算 .............................27 5.2 橫向均布水平風荷載作用下總框架內力計算 .....................29 第六章 豎向荷載作用計算............................................34 6.1 框架梁與框架柱荷載計算 .....................................34 第七章 內力組合....................................................40 7.1 無地震作用時荷載作用效應組合 ...............................40 7.2 地震作用時的荷載作用效應組合 ...............................61 第八章 鋼構件設計驗算..............................................77 8.1 框架梁的驗算 ...............................................77 8.2 框架柱的驗算 ...............................................81 8.3 強柱弱梁檢驗 ...............................................99 第九章 節點設計...................................................100 9.1 梁柱節點設計 ..............................................100 9.2 柱腳設計 ..................................................104 第十章 組合樓蓋設計...............................................107 10.1 組合板截面尺寸初估........................................107 10.2 壓型鋼板施工階段的驗算 ...................................108 10.3 壓型鋼板組合板使用階段的驗算 .............................109 第十一章 樓梯設計.................................................112 11.1 基本資料 .................................................112 11.2 樓梯板設計 ...............................................112 11.3 平臺板設計 ...............................................113 11.4 平臺梁設計 ...............................................114 第十二章 基礎設計.................................................115 12.1 基礎類型的選擇 ...........................................115 12.2 地基承載力特征值計算 .....................................115 12.3 豎向荷載作用下地基承載力驗算 .............................116 12.4 水平地震作用下地基承載力驗算 .............................116 12.5 基礎板內力計算及配筋 .....................................117 12.6 地基梁內力計算及配筋 .....................................119 12.7 梁板式筏形基礎底板受沖切承載力驗算 .......................123 12.8 受沖切底板厚度驗算 .......................................124 12.9 底板斜截面受剪承載力驗算 .................................125 第十三章 施工組織設計.............................................126 13.1 編制依據 .................................................126 13.2 工程概況及施工條件 .......................................126 13.3 施工準備工作 .............................................128 13.4 施工部屬與施工順序 .......................................129 13.5 主要項目施工方法 .........................................129 13.6 施工進度計劃 .............................................134 13.7 施工平面圖 ...............................................134 13.8 質量保證措施 .............................................134 第十四章 結構設計特點與不足.......................................137 14.1 結構設計特點 .............................................137 14.2 結構設計不足 .............................................137 結束語............................................................138 參考文獻..........................................................139 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 0 第一章 建筑設計 1.1 鋼結構介紹 鋼結構主要由鋼制材料組成的結構,是主要的建筑結構類型之一。新中國 成立之后,鋼結構的應用有很大的發展,在數量上和質量上都遠遠超過了過去。 鋼結構建筑的多少,標志著一個國家或一個地區的經濟實力和經濟發達程 度。進入 2000 年以后,我國國民經濟顯著增長,國力明顯增強,鋼產量成為世 界大國。特別是 2008 年前后,在奧運會的推動下,鋼結構建筑迅猛發展,強勁 的市場需求,使得鋼結構建筑進一步發展,建成了一大批鋼結構場館、機場、 車站和高層建筑,其中,有的鋼結構建筑在制作安裝技術方面具有世界一流水 平,如奧運會國家體育場等建筑。 1.2 多高層鋼結構建筑的優越性 1.2.1 鋼結構經濟性能的優越性 高層建筑采用鋼結構與傳統混凝土結構相比,在以下面具有優越性: 1.鋼結構的自重輕。高層鋼的結構自重一般為高層混凝土結構自重的 。結構自重的降低,可以減小地震作用力,從而減小結構設計內力。5/1~2/1 此外,結構自重的減輕,還可使基礎的造價降低,這個在南方軟土地區更為明 顯。 2.鋼結構材料強度高。與傳統是混凝土結構相比,鋼結構柱截面面積小, 從而可增加建筑有效使用面積。一般高層鋼結構柱的截面面積占建筑面積的 左右,而高層混凝土結構柱的截面面積占建筑面積的。 %3%9~%7 3.鋼結構施工速度快。一般高層鋼結構工程的速度為平均每 4 天完成一層, 而高層混凝土結構速度為平均每 6 天完成一層,即鋼結構的施工速度約為混凝 土結構施工速度的 1.5 倍,使得工程的施工周期明顯縮短。 1.2.2 鋼結構結構性能的優越性 與傳統的混凝土結構相比,鋼結構的結構性能具有下列優越性: 1.在梁高相同的情況下,鋼結構的開間可比混凝土結構的開間大 50%,從 而可使建筑布置更加靈活。 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 1 2.鋼結構的延性比混凝土結構的延性好很多,從而鋼結構的抗震性能比鋼 筋混凝土結構好。 3.鋼結構因為先在工廠加工制作,精度高,質量也好,與混凝土結構現場 施工相比,更加能夠達到結構設計要求。 1.3 結構設計條件 本建筑結構安全等級為二級,使用年限為 50 年,邵陽市防烈度為 6 度,地 震加速度為,地震分組為第一組,二類建筑場地,,g05 . 0 sTg35 . 0 ? 。08 . 0 max ?? 根據任務書給出的地質條件,場地土層自上而下分布如下: ①.人工雜填土,厚;m60 . 0 ②.淤泥質粘土:厚,,;m0 . 2kPafk80?MPaEs0 . 2? ③.粉質粘土,厚,,,;m5 . 2kPafk120?MPaEs6 . 5?kPafc15? ④.粉砂,厚,,,;m1 . 9kPafk130?MPaEs7 . 9?kPafc18? ⑤.微風化巖,粉砂以下均為微風化巖。 1.4 建筑平面設計 在建筑平面設計中,本工程從底層到頂層全部作為住宅,可設臥室、廚房、 餐廳、客廳、衛生間、樓梯、電梯等。每層共設兩臺電梯、兩個雙跑板式樓梯, 樓梯開間為樓梯單跑寬度為,滿足消防疏散要求。建筑平面設計簡圖m7 . 2m2 . 1 如圖 1-1 所示。 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 2 圖 1-1 建筑平面簡圖 1.5 建筑構造用料做法 1.5.1 吊頂 吊頂采用《中南地區建筑標準設計建筑圖集》輕鋼龍骨紙面石膏板吊頂做 法; 1.5.2 屋面 屋面采用《中南地區建筑標準設計建筑圖集》屋 合成高分??11100105ZJ5 子卷材和涂膜防水屋面(上人,有保溫層)做法; 1.5.3 地面 地面采用《中南地區建筑標準設計建筑圖集》地陶瓷地??2500111ZJ202 磚地面做法: 1)8~10 厚地磚鋪實拍平,水泥漿擦縫或 1:1 水泥砂漿填縫; 2)20 厚 1:4 干硬性水泥砂漿; 3)素水泥漿結合層刷一遍; 4)80 厚混凝土; 15C 5)素土夯實。 1.6 建筑立面圖 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 3 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 4 第二章 結構選型及平面布置 2.1 結構體系選型 鋼結構體系分為純鋼框架結構、鋼框架—支撐結構、鋼框架—剪力墻結構、 鋼框架筒體結構以及鋼骨混凝土結構,本工程采用純鋼框架結構體系。 2.2 結構體系布置 2.2.1 框架柱布置 根據寫字樓各方面的需要,除樓梯和電梯處單獨設柱外,其他柱距為,m9 . 3 ,。每層縱向有 A、B、C、D 四軸,橫向有 15 個框架,共 60 跟柱。m5 . 4m4 . 5 2.2.2 框架梁布置 由于框架柱的分布較規則,故框架梁的布置較為簡單。 1.框架主梁布置 梁兩端與框架柱連接的梁定義為框架主梁,此部分梁與框架柱采用栓焊混 合連接,即為剛接的一種。 2.框架次梁布置 若梁一端與主梁連接,則將其定義為一級次梁,一級次梁在本工程結構次 梁布置中居多,沿縱向布置且布置較規則,跨度為,,與壓型鋼板板m9 . 3m5 . 4 肋垂直相交,利用抗剪連接件連接形成組合樓板。 2.2.3 壓型鋼板布置 結構樓板采用壓型鋼板組合樓板,其中壓型鋼板采用 YX70-200-600,厚度 選為為 1.2mm,壓型鋼板板肋布置方向平行于結構橫向,垂直于結構縱向。組 合樓板中混凝土板厚度為 80mm。 2.2.4 樓梯布置 樓梯采用現澆混凝土板式樓梯,樓板厚度為 100mm。 2.3 結構布置圖 結構布置圖見圖 2-1—圖 2-3。 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 5 圖 2-1 底層結構平面布置圖 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 6 圖 2-2 中間層結構平面布置圖 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 7 圖 2-3 頂層結構平面布置圖 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 8 第三章 構件截面初估 3.1 荷載參數 根據《建筑結構荷載規范》查詢可得住宅各功能分區的可變荷載值,可變 荷載值統計如表 3-1 所示 表 3-1 可變荷載統計 3.2 次梁截面設計 次梁截面按施工階段進行初估,施工階段即可變荷載只計入施工荷載,永 久荷載和可變荷載均有鋼梁全部承擔;當構件進入使用階段,可變荷載則會改 變,但此時由鋼梁和壓型鋼板組合樓板形成的組合梁一起承擔,故在進行截面 初估時按施工階段進行計算。 3.2.1 次梁跨 度4.5m 次梁計算如圖所示 q 圖3-1 次梁計 算簡圖 荷載(取一個波寬,)mmb200? 混凝土自重 mkN /505 . 0 2508 . 0 2 . 007 . 0 2 05 . 0 07 . 0 ??? ? ? ? ? ? ??? ? 名稱標準值組合值系數頻遇值系數準永久值系數 臥室2.0 0.70.50.4 通風、電梯機房7.0 0.90.90.8 廚房2.0 0.70.60.5 餐廳4.0 0.70.70.7 浴室、衛生間2.5 0.70.60.5 走廊、門廳2.0 0.70.50.4 樓梯3.5 0.70.50.4 陽臺2.5 0.70.60.5 屋面(上人)2.0 0.70.50.4 施工荷載1.0 0.70.50 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 9 壓型鋼板自重 mm2 . 1mkN /031 . 0 8 . 910 6 . 0 2 . 0 2 . 185 . 7 3 ????? ? 組合板自重標準值 ??mkN /23 . 5 95 . 1 5031 . 0 505 . 0 ???? 厚空心砌塊墻自重 mm200mkN /2 . 48 . 22 . 05 . 7??? 抹灰層自重(兩面) mm20mkN /24 . 2 28 . 22002 . 0 ???? 永久荷載標準值 mkNgk/64.1124 . 2 2 . 423 . 5 ???? 施工荷載標準值 mkNqk/95 . 1 95 . 1 0 . 1??? 荷載標準組合 mkNgqp kkk /59.1364.1195 . 1 ????? 荷載基本組合 永久荷載控制: mkNqgp kkk /63.1795 . 1 4 . 17 . 064.1135 . 1 4 . 17 . 035 . 1 ????????? 可變荷載控制: mkNqgp kkk /70.1695 . 1 4 . 164.112 . 14 . 12 . 1??????? 跨中彎矩計算 mkNqlM??????63.445 . 463.17 8 1 8 1 22 max 選用寬翼緣型鋼,強度,梁驗算過程如下:H128200200HW???235Q 抗彎強度計算 2 5 6 max /11.89 1077 . 4 05 . 1 1063.44 mmN W M x ? ?? ? ?? ? ? 撓度計算 mmmm EI ql 18 250 4500 73 . 4 1077 . 4 1006 . 2 384 450063.175 384 5 75 44 ??? ???? ?? ??? 3.2.2 次梁跨 度3.9m 組合板自重標準值 ??mkN /23 . 5 95 . 1 5031 . 0 505 . 0 ???? 厚空心砌塊墻自重 mm200mkN /13 . 4 75 . 2 2 . 05 . 7??? 抹灰層自重(兩面) mm20mkN /24 . 2 28 . 22002 . 0 ???? 永久荷載標準值 mkNgk/57.1124 . 2 13 . 4 23 . 5 ???? 施工荷載標準值 mkNqk/95 . 1 95 . 1 0 . 1??? CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 10 荷載標準組合 mkNgqp kkk /52.1357.1195 . 1 ????? 荷載基本組合 永久荷載控制 mkNqgp kkk /53.1795 . 1 4 . 17 . 057.1135 . 1 4 . 17 . 035 . 1 ????????? 可變荷載控制 mkNqgp kkk /62.1695 . 1 4 . 157.112 . 14 . 12 . 1??????? 跨中彎矩計算 mkNqlM??????33.339 . 353.17 8 1 8 1 22 max 選用寬翼緣型鋼,強度,梁驗算過程如下H117175244HW???235Q 抗彎強度計算: 2 5 6 max /23.63 1002 . 5 05 . 1 1033.33 mmN W M x ? ?? ? ?? ? ? 撓度計算: .mmmm EI ql 6 . 15 250 3900 77 . 2 1012 . 6 1006 . 2 384 390063.175 384 5 75 44 ??? ???? ?? ??? 3.3 框架梁截面初估 框架梁的估算按使用階段進行計算,框架梁所承受的力由三部分組成,次 梁傳來的集中力,內墻自重以及鋼梁自重,在此部分計算中忽略鋼梁自重,此 處以跨度為的縱向框架梁為例進行估算。m4 . 5 次梁傳來的集中力 ??kNqabp35.447 . 25 . 424 . 175. 32 . 1 2 1 2 1 1 ????????? ??kNqabP44.387 . 29 . 324 . 175 . 3 2 . 1 2 1 2 1 2 ????????? 厚空心砌塊墻自重 mm200mkN /98 . 3 65 . 2 2 . 05 . 7??? 抹灰層自重(兩面) mm20mkN /24 . 2 28 . 22002 . 0 ???? 通過力學求解器可得跨中最大彎矩為mmNM?? 63440550 max 選用型鋼,強度,梁驗算過程如下H149250340HM???235Q 抗彎強度計算: CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 11 2 5 max / 2 . 47 10 8 . 1205 . 1 63440550 mmN W M x ? ?? ?? ? ? 撓度計算: mmmm EI Ml 6 .21 250 5400 16 . 2 107 .211006. 210 390063440550 10 75 22 ??? ???? ? ??? 跨度為的框架梁則選用,強度,估算以及驗m5 . 4128200200HW???235Q 算過程與上述框架梁相似,在此不再贅述。結構平面中其他位置的框架梁布置 詳見結構施工圖中的各層結構布置圖。 3.4 框架柱截面估算 本工程框架柱截面采用熱軋型鋼截面,取柱軸力負荷面積較大的③軸中H 柱進行估算。 柱的負荷面積 ?? ?? 2 01.1795 . 1 25 . 2 35 . 1 7 . 2mabA?????? 標準樓層產生的軸力 ??kNN17.12401.1724 . 175 . 3 2 . 1 1 ?????? 底層柱軸力 kNNN 7 . 124117.1241010 1 ???? 5 層柱軸力 kNNN02.74517.12466 1 ???? 8 層柱軸力 kNNN51.37217.12433 1 ???? 由于自重、地震以及風荷載等沒有考慮進去,初估框架柱應當適當擴大截 面。 所以 1 至 4 層框架柱選用型鋼,5 至 7 層選用型鋼H2020400500???H ,8 至 10 層選用型鋼.1811300488HM???H1610300390HM??? CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 12 第四章 橫向水平地震荷載作用計算 4.1 重力荷載代表值 4.1.1 結構各組成部分荷載計算 1.屋面永久荷載標準值 壓型鋼板組合樓板 2 /79 . 2 5558 . 0 mkN?? 三氈四油綠豆砂防火卷材 2 /4 . 0mkN 厚水泥砂漿找平層 mm203:1 2 /4 . 02002 . 0 mkN?? 厚水泥膨脹珍珠巖板保溫層 mm70 2 /28 . 0 407 . 0 mkN?? 水泥珍珠巖找坡 8:1%2 2 /6 . 0415 . 0 mkN?? 輕型龍骨紙面石膏板吊頂 2 /14. 0mkN 小計 2 /73 . 4 mkN 2.樓面永久荷載值 壓型鋼板組合樓板 2 /79 . 2 5558 . 0 mkN?? 輕型龍骨紙面石膏板吊頂 2 /14. 0mkN 陶瓷地磚地面 2 /6 . 0mkN 小計 2 /53 . 3 mkN 3.外墻自重 墻體為粉煤灰輕渣空心砌塊mm240 外表面為厚水泥砂漿外噴砂涂料 mm20 2 /4 . 02002 . 0 mkN?? 內表面為厚混合砂漿 mm20 2 /34 . 0 1702 . 0 mkN?? 墻體 2 /8 . 124. 05 . 7mkN?? CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 13 小計 2 /54 . 2 mkN CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 湖南邵陽鋼結構住宅設計 14 4.內墻自重 墻體為粉煤灰輕渣空心砌塊mm200 內外表面為厚混合砂漿 mm20 2 /68 . 0 1702 . 0 2mkN??? 墻體 2 /5 . 12 . 05 . 7mkN?? 小計 2 /18 . 2 mkN 5.鋼梁自重 1GL149250340???HmkN /791 . 0 108 . 9 7 . 79 3 ??? ? 2GL117175244???HmkN /432 . 0 108 . 9 1 . 44 3 ??? ? 3GL128200200???HmkN /495 . 0 108 . 9 5 . 50 3 ??? ? 4GL96150194???HmkN /306 . 0 108 . 9 2 . 31 3 ??? ? 6.鋼柱自重 1GZ2020400500???HmkN /939 . 1 1025200108 . 985 . 7 33 ????? ?? 2GZ1811300488???HmkN /264 . 1 108 . 9129 3 ??? ? 3GZ1810300390???HmkN /049 . 1 108 . 9107 3 ??? ? 4.1.2 重力荷載代表值計算 單位面積樓面、墻面荷載標準值乘以面積,單位長度梁、柱重量乘以長度 就可以得到相應的永久荷載標準值,各樓層重力荷載代表值等于該層樓板標高 處上、下各取半層層高范圍內的永久荷載標準值和樓面可變荷載組合值之和, 不考慮地震作用,屋面均布荷載不應與雪荷載同時考慮;考慮地震作用,屋面 取雪荷載,計算重力代表值時雪荷載取,樓面活載取。%50%50
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