某八层钢结构住宅设计【毕业论文】

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本科毕业设计土木工程某八层钢结构住宅设计Thedesignofeight-storeyResidentialbuildingsteelstructure 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）某八层钢结构住宅设计摘要；该设计为八层钢结构住宅，每层分为两个住宅单元；户型为三室两厅两卫，面积为112m2，建筑总面积3688.24m2。底层高3.3m，其他标准层高2.9m，建筑总高度24.2m。屋面为平屋面组织排水。住宅结构为钢框架结构，风荷载按A类场地考虑,基本风压0.5kN/m2,雪荷载0.3kN/m2，抗震等级四级。柱截面为H350X350X12X20，梁截面H300X250X8X12，材料为Q345B。在刚度，强度，稳定性验算满足要求下，进行节点设计，柱脚用锚栓与基础连接，与底板采用完全融透坡口焊缝；柱节点，梁柱节点均采用栓焊混合连接。楼梯为钢筋混凝土现浇楼梯，基础采用柱下独立锥形现浇基础。关键词；钢结构；框架结构；节点设计；住宅Thedesignofeight-storeyResidentialbuildingsteelstructureAbstract :Thedesignofeight-storeyResidentialbuildingsteelstructure,eachstoreyisdividedintotworesidentialunits;Residentialmodelfortwobedroomstwobathroomsonestudyonesittingroomonekitchen,areaof112m2,atotalconstructionareaof3688.24m2.Bottom3.3m,otherstandardstorey2.9m,buildingheight24.2m.Flatroofandorganizationdrainage.Residentialstructureissteelframestructure,accordingtoAkindofsite，windload0.5kN/m2,snowload0.3kN/m2.Seismicgradelevel4.ThecolumnsectionforH350X350X12X20,ThebeamsectionforH300X250X8X12,MaterialsforQ345B.Instiffness,strength,stabilitychecking,satisfytherequirementsfornodedesign,Columnfootingconnectionfoundationwithanchor,withflooradoptscompletelymeltthroughgrooveweld。Columnnode,Beam-columnjointsareusedBoltweldingmixedconnection.Thestairsforreinforcedconcretecast-in-situstair,Foundationadoptindependenttaperedcast-in-situbasis.Keywords：Steelstructure；Framestructure；Nodedesign；Residentialbuilding55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）目　录1结构设计总说明…………………………………………………………11.1工程结构概况……………………………………………………………11.2设计依据…………………………………………………………………21.3钢材的选用………………………………………………………………32设计过程…………………………………………………………………62.1利用STS和SATWE建模………………………………………………62.2JCCAD基础设计………………………………………………………73计算书…………………………………………………………………83.1说明……………………………………………………………………83.2荷载取值………………………………………………………………83.3结构计算荷载…………………………………………………………123.4内力计算………………………………………………………………183.5结构位移………………………………………………………………243.6梁挠度…………………………………………………………………303.7构件截面算……………………………………………………………323.8节点设计………………………………………………………………353.9楼梯设计………………………………………………………………493.10基础设计………………………………………………………………51参考文献…………………………………………………………………55致谢……………………………………………………………………56附录……………………………………………………………………5755 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）1结构设计总说明1.1工程结构概况1.1.1结构形式本工程是位于宁波市镇海区某八层钢结构住宅建筑，平面尺寸45.0m×10.0m，建筑高度23.0m，建筑面积3761.6m2，主结构为钢框架体系结构。11榀规则横向框架，楼梯间非规则不能取平面结构，柱距为2.6m，3.6m，3.0m，4.6m.1.1.2层高住宅楼底层高和其他标准层高均为2.8m，屋顶为不上人平屋面。1.1.3楼屋面、墙体屋面采用双层彩钢板中间加保温层;楼面板为压制钢板现浇混凝土组合楼板。压型钢板选用型号为YX-75-230-690-(I)-1.2的压型钢板，其上浇100mm厚C20混凝土。梁柱采用焊接H型钢，牌号Q345B。住宅楼外墙体采用混凝土空心小砌块，内墙体采用加气混凝土砌块。1.1.4梁柱选取根据房屋使用功能及建筑设计的要求，结构体系选为纯钢框架体系。框架梁柱均选焊接H型截面，采用Q345B钢。柱脚采用露出式柱脚，基础为柱下独立锥形现浇基础。1.1.5楼梯楼梯采用现浇楼梯，其强度符合要求，且楼梯自重由其自身柱子承担，不对主体结构产生作用。1.1.6地质条件(1)粘土：褐黄色，可塑状态，中高压缩性，顶部有0.40m耕植土，平均厚度1.2m，(2)粉细砂含粉质粘土：灰色，硬塑状态，中等压缩性，平均厚度6.5m55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）1.1设计依据1.1.1设计参数钢结构设计安全等级为二级，结构重要系数取1.0，设计使用年限为50年。1.1.2设计遵循的主要规范、规程《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）；《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；《钢结构设计规范》（GB500017-2003）；《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；《建筑制图标准》（GB/T50104-2001）；《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82-91）；《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）；《建筑钢结构工程设计构造要点与技术规范使用手册》;1.1.3荷载条件（标准值）静荷载：静荷载取值根据设计规范和材料自重，详见计算书。活荷载：活荷载取值根据设计规范,详见计算书。风荷载：风荷载地面粗糙度按Ｂ类场地考虑、基本风压0.5kN/m2。雪荷载：0.3kN/mm2。1.1.4地震抗震设防烈度6度（设计基本地震加速度为0.05g），建筑场地类别为II类，设计地震分组为第一组；抗震设防类别：丙级雪荷载：0.3kN/mm2。1.1.5建筑防火建筑耐火等级：二级。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）1.1钢材的选用1.1.1各类构件的钢材牌号与性能要求框架柱采用H型钢、梁为工字形，材料为Q345B。该钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值取：f=310N/mm2，抗剪强度设计值取fv=180N/mm2，端面承压设计值取fce=400N/mm2。选用的Q345B钢性能应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）的规定，压型钢板基板材料性能应符合《彩色涂层钢板及钢带》（GB/T12574）的规定。1.1.2连接材料采用Q345钢的焊接匹配E50型焊条，焊缝质量等级为二级。当采用对接焊缝连接时，其抗拉和抗压强度设计值为,其抗剪强度设计值为=fv=180N/mm2。当采用角焊缝连接时，其抗拉、抗压和抗剪强度为。采用埋弧自动焊时应符合《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》（GB/T5293）、《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》（GB/T12470）及《熔脂焊用钢丝》（GB/T14957）的规定。当采用二氧化碳气体保护焊时，应符合《气体保护电弧焊用碳钢、低合金焊丝》（GB/T8110）的规定。高强度螺栓采用8.8级大六角型或扭剪型，应分别符合《钢结构用高强度大六角头、大六角螺母、垫圈技术条件》（GB/T1231）及《钢结构扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》（GB/T3632及GB/T3633）的规定。1.2钢材的选用1.2.1材料管理按设计要求购进的钢材与连接的材料应有出厂保质书，并经订货单位与监理检查验确认，高强度螺栓应按要求抽检和复检。材料代用必须经设计认可，对不同的材质同规格材料，应明确标识，不得混料1.2.2下料与加工加工制作单位应按本设计编制钢结构详图，并经设计单位认可后，作为加工制作与安装的依据。所有连接节点处连接板与构件切边、钻孔等尺寸，均应按实际放样核实确定。所有材料的接长应采用等强接头，每件杆件的拼接点不应多于一处，并选在受力较小部位。下料时，应预留加工与焊接收缩余量，板件切槽外的端头应先钻略打与槽宽的孔再行切割，不允许过切损伤钢板。各框架梁、柱的连接点为重要现场拼接点，该部位梁、柱的板端坡口，焊接间隙与定位、螺栓连接尺寸、弧形切槽尺寸及打磨要求等均应严格保证精度与准确性，以保证构件现场连接的质量。所有梁、柱构件的切割边应平整清除毛刺。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）所有螺栓孔均应钻孔，高强度螺栓的连接孔宜采用套模钻孔。设计中采用的高强度螺栓，施工应遵循《钢结构用高强度螺栓连接设计施工规程》（JGJ82）1.1.1焊接与组装（1）焊接检查接头坡EI角度、钝边、间隙及错口量应符合要求，坡口内和两侧之锈斑、油污、油漆、氧化皮等均应清除干净。（2）预热。焊接前用气焊特制烤枪在坡EI及两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化。（3）装焊垫板或引弧板，要求其表面清洁，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接牢固。（4）重新检查预热温度，如温度不够应重新加热并测量，使之符合要求。（5）焊接。第一层焊道应封焊坡口内母材与垫板之连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。每道焊接层间温度应控制在100至150摄氏度左右，温度太低时应重新预热，太高时暂停焊接。焊接时不得在坡口外的母材上打火引弧。（6）遇雨、雪天时应停焊，环境温度低于0摄氏度时应按规定预热、后热，构件焊口周围及上方应有挡雨棚，风速大于6千米每秒时应停焊。（7）一个接口必须连续焊完，如不得已而中途停焊时，应按规定温度进行后热保温缓冷。再焊以前应重新按规定加热。（8）焊后冷却到环境温度时进行外观检查，焊后24h进行焊缝超声波检查。（9）焊工及检验人员要认真填写作业记录表。（10)各类构件焊缝的质量等级应符合下例要求：对焊接缝：所有材料对接焊缝，所有框架脊柱接头外，梁上下翼缘板与柱的对接焊（现场单面熔透焊）以及相对应处柱加劲肋与柱翼缘内侧的对接焊缝，梁、柱脚处要求熔透的焊接，要求为熔透对接焊缝质量等级不低于无损伤检测的二级焊缝。角焊缝：框架梁、柱腹板与翼缘焊缝，除上述部分外梁柱连接节点、柱脚节点等焊缝要求为外观检查二级焊缝、其他构件或部位角焊缝要求为外观检查三级焊缝。1.1.2钢结构安装施工与防腐（1）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）钢构件全部在工厂车间制作完成，运至现场安装。制作前对所有柱、梁的节点均设计了施工详图，定出了工艺要求质量控制标准。构件出厂前应汇同监理部门进行中间检查预验收。构件运输中应妥善固定，但固定措施不应损伤漆膜与勒伤构件，所有高强螺栓连接摩擦面保护不得损伤或生锈。高跨构件的吊装、拼接定位夹具、高空焊接柱身临时拉结等技术措施应在施工组织设计中妥善考虑。所有框架的安装应采取保证安装精度措施，确保各类构件控制中心线、标高精度及保证安全的措施，严格遵守《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）的规定。（2）钢构件安装顺序如下：钢柱底座与基础预埋件连接----钢柱安装----校正-----高强螺栓连接----焊接----探伤-----补涂。钢结构部分安装完毕，分阶段进行混凝土施工钢结构防腐防火处理。钢材耐火而不耐火，而其在潮湿的环境中极易生锈，这些都会影响结构安全质量。型钢采用喷砂除锈，除锈等级Sa2除锈后经检查合格，立即刷防锈漆，底漆共两遍，每遍厚度不小于5mm，安装后刷面漆两遍。根据设计要求，本工程防火等级为二级。因钢柱已用混凝土包裹，不需在进行防腐防火处理。对钢梁的防火采用了刷防火涂料另加防火板材包裹的措施，其材料均达到设计耐火极限要求。所购进钢材表面锈蚀等级不应低于B级。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2设计过程2.1利用STS和SATWE建模2.1.1STS交互数据输入（1）轴线输入和网格形成：各层平面轴线网格布置相同（2）楼层定义：柱、梁截面数据，本结构为钢框架结构，墙不用定义；在平面网格和节点上的布置，设置两个标准层（3）荷载输入：计算书已经精确算出了梁间恒载，外纵墙取7.5kN/m，山墙取9.0kN/m，内墙取5.0kN/m，电梯间为集中力P1=45kN，P2=55kN（4）楼面恒活：计算书已经精确算出了楼屋面的恒荷载，并根据规范取定活荷载；楼面先设定恒荷载4.2kN/m2，活荷载2.0kN/m2；屋面恒荷载4.7kN/m2，活荷载2.0kN/m2；（5）楼层组装：在这里进行结构标准层和荷载标准层的组装，并确定设计参数2.1.2结构楼面布置（1）洞口布置：本设计对楼梯间和电梯间开洞（2）铺设压型钢板并修改板厚2.1.3楼面荷载传递（1）楼屋面荷载：这里对第一步的楼屋面恒活载进行修改。阳台活荷载改为2.5kN/m2，楼梯间两侧因隔墙折合为活载，改为3.0kN/m2，屋面电梯间改为7.0kN/m2（2）确定导荷方式：均为双向板传递荷载2.1.4画结构平面图楼屋面的配筋及钢材统计2.1.5利用SATWE进行结构计算（1）按PM生成SATWE数据：进行参数检测和修改（2）结构内力计算（3）分析结构图形和文本显示，检查是否满足规范要求2.1.6全楼节点连接设计（1）设置连接的相关参数进行运算，检查计算结果，修改校核，直到结构满足要求（2）画三维框架节点施工图和构件施工图2.1.7形成PK文件进行验算（1）取9轴线和C轴线进行框架的内力计算和节点连接设计55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1JCCAD设计基础2.1.1基础人机交互输入（1）参数输入，确认地基承载力（2）荷载输入，读取结构上部SATWE荷载（3）采用柱下独立基础55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2计算书2.1说明屋面、楼面恒载和活载均按双向板计算。2.2荷载取值2.2.1屋面恒载4mmSBS改性沥青防水卷材防水层一道0.3kN/m2　70厚KGB框架高效保温板结构层：100厚压型钢板非组合楼板混凝土部分　　压型钢板YX-75-230-690(I)-1.21.2kN/m2装饰层：轻刚龙骨石膏板吊顶0.17kN/m2合计：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4.7kN/m2电梯间顶层梁附加两个集中荷载P1=45kN,P2=55kN2.2.2屋面活荷载屋面雪荷载(按《建筑结构荷载规范GB0009-2001》中附表四：全国各城市50年一遇雪压宁波市的取值)0.3kN/m2。屋面活荷载：不上人屋面取0.5kN/m2活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者较大值。即取活荷载0.5kN/m2电梯间屋面活荷载7.0kN/m22.2.3楼面恒荷载20mm厚水泥砂浆找平层　　　　　　　　　　　　　　　　　0.02×18kN/m3=0.36kN/m2　结构层：100厚压型钢板非组合楼板混凝土部分　　0.10×25kN/m3=2.5kN/m2　压型钢板YX-75-230-690(I)-1.21.2kN/m2装饰层：轻刚龙骨石膏板吊顶0.17kN/m2合计：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4.2kN/m22.2.4楼面活荷载楼板2.0kN/m2厕所2.0kN/m2楼梯3.5kN/m255 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）阳台2.5kN/m22.1.1墙体荷载女儿墙自重（墙高600m,0.1m厚的混凝土压顶，双面抹灰）；0.6×0.19×11.8KN/m3+0.1×0.19×25KN/m3+0.02×0.6×17KN/m3=2.0kN/m阳台栏杆折合自重　　1.0kN/m外墙采用290×190×190的混凝土空心小砌块　　　　　　　　　　　　　　　　　　　楼梯间门防盗室内门墙体自重：纵墙有门洞：纵墙有窗：封闭山墙：山墙有窗：铝合金门窗：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水刷石外墙面：纵墙有门洞：纵墙有窗：封闭山墙：山墙有窗：水泥粉刷内墙面：纵墙有门洞：纵墙有窗：55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）封闭山墙：山墙有门窗：　标准层外墙体自重：楼梯间窗其他荷载均如底层荷载取相同数值内部纵横隔墙选用加气混凝土砌块纵墙有门洞：封闭横墙：铝合金门窗：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水泥粉刷内墙面：纵墙有门洞：封闭横墙：墙重量由梁承担。2.1.1风荷载基本风压：按宁波地区50年一遇风荷载取其标准值为：　　　　　　　h(m)22.419.616.814.011.28.45.62.8μz1.291.251.181.111.041.01.01.0注：.表中通过内插法求得由于h<30,故风振系数βz近似取1.0。　　　　　体型系数取值：+0.8迎风面；-0.5背风面。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）-0.5作用在建筑物表面的单位面积上的风荷载为以9-9榀和E-E榀框架为例：迎风面按μz取值不同分别为（单位kN/m）　Q1k=wk×D=(0.8×μz×0.5)×3.6=1.44，1.44，1.44，1.50，1.60，1.70，1.80,1.86背风面按μz取值不同分别为Q2k=wk×D=(-0.5×μz×0.5)×3.6=--0.9，0.9，-0.9，-0.94，-1.0，-1.06，-1.13，-1.16计算按左风和右风分别考虑。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1结构荷载分析考虑平面对称,风荷载作用面积大小,地震作用确定取9-9榀和C-C榀框架进行结构验算。2.1.1横向框架荷载分布图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9框架恒载分布图9-9框架活载分布图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9—9框架风荷载分布图（左风）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9—9框架风荷载分布图（右风）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1.1纵向框架荷载分布图C-C框架恒载分布C-C框架活载分布55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）C-C框架风荷载分布（左风）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）C-C框架风荷载分布（右风）2.1内力计算内力计算及组合分别按照荷载基本组合计算。内力分析采用中国建筑科学研究院研制开发的结构设计软件PKPM，计算模型采用平面框架模型。主梁与主梁，主梁与柱子之间连接为刚接。荷载基本组合的内力计算和组合，应考虑荷载为恒载、活荷载、风荷载及地震荷载。由计算所得的各荷载作用的内力正负号按照PKPM规定，即弯矩、剪力、轴力的符号以右手坐标，弯矩M以杆件逆时针为正，剪力V以是杆件逆时针转为正，轴力N以拉为正。说明：在进行内力组合时，各分项系数取值如下：恒载分项系数为1.2；活载分项系数为1.4，组合系数为0.7；风载分项系数为1.4，组合系数为0.6;地震荷载分项系数为1.355 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1.1横向框架内力9-9榀框架弯矩包络图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9榀框架轴力包络图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9榀框架剪力包络图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1.1纵向框架内力C-C榀内框架弯矩包络图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）C-C榀内框架轴力包络图C-C榀内框架剪力包络图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1结构位移在设计控制参数中，取柱顶位移和柱高度比的容许值为1/400。2.1.1横向框架节点位移9-9榀框架恒载（标准值）+活载节点位移图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9榀框架左风节点位移图（标准值）9-9榀框架右风节点位移图（标准值）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9榀框架左地震作用节点位移图（标准值）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）9-9榀框架右地震作用节点位移图（标准值）2.1.1纵向框架节点位移C-C榀框架恒载（标准值）+活载节点位移图55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）C-C榀框架左风节点位移图（标准值）C-C榀框架右风节点位移图（标准值）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）C-C榀框架左地震作用节点位移图（标准值）C-C榀框架右地震作用节点位移图（标准值）2.1.1结论55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）由以上位移图可知，结构框架的节点位移均符合设计要求2.1梁挠度控制参数取：[VT]/梁跨度＝1/400，[QT]/梁跨度＝1/500。下列图中，梁上数字表示梁挠度/梁跨度的值；梁下数字表示梁挠度。2.1.1横向框架梁挠度9－9榀框架钢梁绝对挠度图（恒+活）55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1.1纵向框架梁挠度C－C榀框架钢梁绝对挠度图（恒+活）2.1.2结论由以上挠度图可知，结构的各框架梁的挠度均符合设计要求。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）2.1构件截面验算2.1.1框架柱截面验算柱选用焊接组合H形截面柱：H350×350×12×20截面特性A=177.2cm2Sx=1299.2cm3Ix=41140.8cm4Iy=14296.2cm4ix=15.23cmiy=8.98cmW1x=2350.9cm3W1y=816.92cm3截面分类：X轴：b类；Y轴：c类截面塑性发展系数γx=1.05经PKPM内力计算后(考虑活载的最不利布置后)：最大弯矩控制组和最大轴力控制组都发生在横向9-9榀底层同一根中柱上：计算长度系数：底层柱与基础刚接，K2=10，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表D-2，得μ=1.32刚计算长度1）内力组合（最大弯矩和最大轴力控制组）M=54.7kN·mN=1101kNV=32.8kN强度，，满足要求。平面内稳定：长细比，满足要求。查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录2得55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），满足要求。平面外稳定：，满足要求。查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录2得整体稳定系数，当时，　，所以取，满足要求。局部稳定：翼缘宽厚比：，满足要求。腹板宽厚比：，腹板高厚比限值为，55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）则，满足要求。2.1.1梁截面验算梁选用焊接组合Ｈ形截面梁(1)横向主梁验算：横向横梁截面特性：H300×250×8×12A=82.1cm2Sx=508.2cm3Ix=13850.43cm4Iy=3126.2cm4ix=13.0cmiy=6.17cmW1x=923.36cm3W1y=250.1cm3截面分类：X轴：b类；Y轴：c类截面塑性发展系数γx=1.05由PKPM软件按活载最不利布置时梁的所受内力为：支座处：M=70.2kN·mN=-2.5kNV=61.9kN跨中最大负弯矩为M=-29.2kN·m，与支座相比，较小，可以只验算支座。强度：整体稳定：由于梁上翼缘有承压板和现浇混凝土板与其可靠连接，所以梁整体稳定可不验算。局部稳定：翼缘宽厚比：，满足要求。腹板宽厚比：，满足要求。(2)纵向主梁验算：纵向主梁截面特性：H300×250×8×12A=82.1cm2Sx=508.2cm3Ix=13850.43cm4Iy=3126.2cm4ix=13.0cmiy=6.17cmW1x=923.36cm3W1y=250.1cm3截面分类：X轴：b类；Y轴：c类截面塑性发展系数γx=1.0555 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）由PKPM软件按活载最不利布置取出最危险截面处梁的内力为：支座处：M=36.1kN·mN=-4.1kNV=43.8kN跨中最大弯矩为M=15.3kN·m，与支座相比，较小，可以只验算支座。强度：，满足要求。由于剪应力和正应力较小，可不验算折算应力。整体稳定：由于梁上翼缘有承压板和现浇混凝土板与其可靠连接，所以梁整体稳定可不验算。局部稳定：翼缘宽厚比：，满足要求。腹板宽厚比：，满足要求。2.1节点设计2.1.1柱脚的设计钢材为Q345B，钢柱截面H350×350×12×20，柱翼缘与柱脚底板采用完全焊透的破口焊缝，腹板采用角焊缝连接，柱脚落在混凝土强度等级C30的承台上。柱脚底板处内力设计值（考虑柱脚设计时，荷载组合时恒载的分项系数取1.0）取最危险的柱内力计算：N=956.24kNV=-31.8kNM=53.8kN·m（1）计算指标：锚栓采用Q235，底板厚度，，柱腹板与柱脚的连接角焊缝：，混凝土采用C30级，轴心抗压强度设计值，，混凝土强度影响系数：（2）柱脚底板尺寸的确定：55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）初定锚栓为M30，则，，加劲板厚tR=12mm，，支承加劲肋个数ns=2。则：　　　　　　按照规范取75mm取　　　　　　　，，则　　　　　　底板尺寸：经计算后，得到的柱脚尺寸及构造详图如图3-1所示。垫板孔d=26图3-1（3）锚栓计算、底板下混凝土局部受压计算、底板下后浇层抗剪承载力计算：，由，55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）得底板下的混凝土最大受压应力：受拉锚栓的总拉力：底板下的混凝土最大受压应力验算：，满足要求。锚栓受拉强度验算：由于受拉锚栓的总拉力：，所以满足要求。柱脚底板水平抗剪承载力验算：（4）柱脚底板厚度计算板段弯矩：；，查表得，两相邻边支承板弯矩系数为（按线性插值插入）其板段弯矩7905.9N/mm2验算柱脚底板厚度：由于受拉锚栓的总拉力：55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），满足要求。为从锚栓中心至底板支承边的距离，D为锚栓的孔径,取锚栓直径加10mm。（5）柱与底板的连接焊缝计算柱腹板与底板焊脚尺寸按构造要求：mm，mm故近似取mm柱板腹与底板焊缝有效截面积柱截面惯性矩柱腹板与底板的连接焊缝计算<（满足要求）<（满足要求）<。（6）支承加劲肋计算：加劲肋参数，，，切角　　　加劲肋板厚；55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），，验算：（），满足要求。支承加劲肋抗剪计算：；，满足要求。支承加劲肋焊缝强度计算：，满足要求。所以柱脚设计满足要求。3.8.2柱与柱的拼接计算55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）图3-2H型截面柱采用栓焊混合拼接接（如图3-2所示），腹板采用M20高强度螺栓孔径d0=22mm，摩擦面采用喷砂处理μ=0.45，螺栓强度等级10.9，螺栓预拉力P=155kN。翼缘为全熔透坡口焊缝连接并采用引弧板，焊缝质量等级为二级。柱子的拼接处为距离楼面1300mm处。设计时偏于安全的考虑，取最危险的柱子内力进行设计，为横向框架柱第一层柱上端内力组合值为设计值M=57.1kN·mN=1095kNV=-39.1kN柱截面：H350×350×12×20（1）螺栓布置及连接板尺寸按螺栓布置构造要求：柱与柱之间间隙d=10mm，螺栓中心至拼接板边缘距离50mm>2d0=44mm，螺栓间距取80mm>=3d0=66mm且<8d0=176mm。腹板连接板尺寸690mm×240mm×12mm（2）截面属性，，H型钢翼缘毛截面惯性矩：55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）H型钢腹板毛截面惯性矩H型钢毛截面惯性矩：H型钢毛截面模量：翼缘毛截面面积：腹板毛截面面积：柱毛截面面积：（3）柱采用内力实用设计法法进行计算翼缘处焊缝验算。每翼缘压力：，满足要求。腹板区拼接验算：高强螺栓单面抗剪承载力设计值（双剪，同时考虑焊接热影响对高强度螺栓预拉力的损失系数0.9）计算螺栓群承接力取连接板验算：每块连接板净截面惯性矩：55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）每块连接板的净截面面积每块连接板的净截面模量抗剪强度验算：，满足要求。抗压强度验算：，满足要求。折算应力验算：,满足要求。所以柱子拼接满足要求。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）3.8.2梁与柱连接计算图3-3第一种情况：梁与横向柱刚性连接（梁通过连接板连于柱翼缘）工型截面梁与H型截面柱采用刚性连接，在主梁的对应位置焊接柱水平加劲板其厚度与主梁翼缘等厚（如图3-4所示）。梁翼缘与柱翼缘板采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，质量级别为二级，梁腹板与柱连接采用高强度螺栓连接。腹板连接采用M20高强度螺栓孔径d0=22mm，摩擦面采用喷砂μ=0.45处理，螺栓强度等级10.9，P＝155kN。柱截面：H350×350×12×20梁截面：H300×250×8×12由于主梁翼缘的抗弯承载力大于主梁整个截面的承载力的70%，采用常用设计法：翼缘承担全部弯矩，腹板只承担剪力。以最危险梁柱连接为计算梁端节点设计弯矩M=70.2kN·m梁端节点设计剪力V=61.9kN在验算梁－柱节点板域的抗剪承载力时，取Mb1=70.2kN·m，Mb2=36.4kN·m，Vc1=61.9kN。（1）螺栓布置和边接板尺寸按螺栓布置构造要求：c至少取（20为安装缝隙）；取c=55mm；切角b=35mm，螺栓中心至拼接板边缘距离50mm>2d0=44mm，螺栓间距取80mm>=3d0=66mm，且<8d0=176mm，螺栓个数取4个。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）连接板尺寸200×200×12图3-4（2）主梁与柱的连接承载力设计梁翼缘与柱对接焊缝的抗拉强度，满足要求梁腹板净截面最大剪应力，满足要求螺栓连接验算高强螺栓预拉力高强螺栓单面抗剪承载力设计值（同时考虑焊接时的预应力损失，乘以折减系数0.9）每一个螺栓承受的剪力55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），满足要求。连接件验算连接板尺寸，连接板与柱腹板连接角焊缝hf=6mm，满足构造要求。连接板的净截面面积连接件净截面最大剪应力，满足要求。连接件与柱之间的角焊缝最大应力，满足要求。按抗震规范8.2.8条进行梁柱连接的极限承载力验算=1.2=1.225012288+（276/2）28310=378.1kN·m加3602306的盖板且满足梁柱连接节点抗震要求（3）腹板抗压承载力的验算为了防止在梁受压翼缘引起的压力作用下，柱腹板由于屈曲而破坏，应满足55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），，其中梁受压翼缘面积；（）是柱（梁）抗拉、抗压强度设计值；是柱腹板高度；柱钢材的屈服强度而实际所以柱腹板需要设置横向水平加劲肋，其厚度与主梁翼缘等厚。为了防止在梁受拉翼缘传来的荷载使柱翼缘与相邻腹板处的焊缝传拉开，导致柱翼缘的过大弯曲，所以按构造要求在柱腹板对应相连梁上下翼缘处设置水平加劲肋，且加劲肋板其厚度与主梁翼缘等厚，水平加劲肋的水平中心线与梁翼缘的水平中心线相互重合。（4）梁－柱节点板域的抗剪承载力验算，满足要求。，满足要求。梁柱节点连接合格。第二种情况：梁与柱纵向刚性连接（梁通过连接板连于柱腹板）工型截面梁与H型截面柱采用刚性连接，在主梁的对应位置焊接柱水平加劲板，其厚度与主梁翼缘等厚(如图3-5所示)。梁翼缘与水平加劲板采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，质量级别为二级，梁腹板与柱连接采用高强度螺栓连接。腹板连接采用M20高强度螺栓孔径d0=22mm，摩擦面采用喷砂μ=0.45处理，螺栓强度等级10.9，P＝155kN。柱截面：H350×350×12×20梁截面：300×250×8×12由于主梁翼缘的抗弯承载力大于主梁整个截面的承载力的70%，采用常用设计法：翼缘承担全部弯矩，腹板只承担剪力。以最危险梁柱连接为计算梁端节点设计弯矩M=36.4kN·m梁端节点设计剪力V=40.0kN（1）螺栓布置和边接板尺寸按螺栓布置构造要求：c至少取（20为安装缝隙）；取c=55mm；切角b=25mm55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），螺栓中心至拼接板边缘距离50mm>2d0=44mm，螺栓间距取80mm>=3d0=66，且<8d0=176，螺栓个数取4个。边接板尺寸470×280×12图3-5（2）主梁与柱的连接承载力设计加劲板厚度与梁翼缘厚度相同，则梁对接焊缝强度为：，满足要求梁腹板净截面最大剪应力，满足要求螺栓连接验算高强螺栓预拉力高强螺栓单面抗剪承载力设计值（同时考虑焊接时的预应力损失，乘以折减系数0.9）每一个螺栓承受的剪力55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），满足要求。连接件验算连接板尺寸，连接板与柱腹板连接角焊缝hf=6mm，满足构造要求连接板的净截面面积（最危险处）连接件净截面最大剪应力，满足要求。连接件与柱之间的角焊缝最大应力（考虑切角25mm），满足要求。所以柱与梁连接满足要求。按抗震规范8.2.8条进行梁柱连接的极限承载力验算=1.2=1.225012288+（276/2）28310=378.1kN·m加3602306的盖板且满足梁柱连接节点抗震要求55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）3.8楼梯设计根据设计要求取一层和二层标准层楼梯进行配筋计算3.9.1楼梯板设计（TB）取板厚h=100mm，板倾斜角，取1m板宽带计算。荷载计算：恒荷载：栏杆自重1.2kN/m水泥砂浆面层三角踏步0.50.260.156251/0.26=1.95kN/m混凝土斜板0.125/0.87=2.87kN/m板底抹灰0.0217/0.87=0.39kN/m合计7.00kN/m活荷载：3.5kN/m总荷载设计值p=1.27.0+1.43.5=13.3kN/m一层TB1：板水平计算跨度，弯矩设计值板有效高度查表得一层TB2：板水平计算跨度，弯矩设计值板有效高度，查表得标准层TB3：板水平计算跨度，弯矩设计板有效高度，查表得55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）3.9.1平台板设计（PTB）取板厚h=100mm，取1m板宽带计算。荷载计算：恒荷载：水泥砂浆面层混凝土板0.125=2.5kN/m板底抹灰0.0217=0.34kN/m合计3.2kN/m活荷载：3.5kN/m总荷载设计值p=1.23.2+1.43.5=8.74kN/m一层PTB1：板水平计算跨度，弯矩设计值板有效高度查表得标准层PTB2：板水平计算跨度，弯矩设计值板有效高度，查表得2.1.1平台梁（TL）该平台梁截面尺寸与主梁相同，采用工300×250×8×12荷载计算：恒荷载：梁自重平台板传来梯段板传来合计55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）活荷载：总荷载设计值p=1.213.23+1.47.28=26.06kN/m截面验算：计算跨度，弯矩设计值和框架梁相比较小，所以满足要求剪力设计值3.9基础设计3.9.1地基承载力特征值设本例地基持力层为中密粗砂层，。地基承载力特征值为。基础埋置深度处标高设为，假定基础宽度小于3m，由《建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）》得到的修正后的地基承载力特征值：基础采用C30混凝土，，；钢筋采用HPB235，(Φ12及Φ12以下)，钢筋的混凝土保护层厚45mm；垫层采用C20混凝土，厚100mm。3.9.2基础底面内力及基础底面积计算取框架柱底截面相应荷载效应基本组合时的内力设计值，相应N、V与相应，V进行基础设计，为同一组内力值。但因为基础底面积计算按的要求进行，内力设计值均应改为相应荷载效应标准组合时的内力值，见下述内力值。基础上墙体荷载标准值，相应设计值为55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文），它直线施加在基础顶面，对基础中心线的偏心距。假设基础高度，基础底面尺寸()按以下步骤估计：（1）基础顶面轴向力最大标值，基础底面至地面高度为，则基础底面以上总轴向力标准值为（20为基础自重及其上土自重的平均重力密度）（2）按轴心受压状态估计：由得：（3）按估计偏心受压偏心受压基础面积A，并求出基底截面抵抗矩W及基底以上基础土自重标准值：，取，，则（4）故按以上作基底面的相应荷载效应标准组合的内力值为：（5）基础底面压力验算：因，均满足要求，故上述假设的基础底面尺寸合理。3.9.1基础高度和抗弯验算按构造要求，假定基础尺寸如下：，锥形基础；钢柱底板，以相应荷载效应基本组合求得的底面基底净反力验算基础高度：甲组：，基础底面合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）（1)Ⅰ－１截面：取，，则<，属于情况，验算：冲切力：抗冲切力：，远大于，高度满足要求。（2）基础底面配筋计算：取基底净反力方向配筋计算：I－１截面：比较上述截面内所需钢筋大小，按构造要求配12@150，。方向配筋计算：Ⅱ－Ⅱ截面取基底净反力55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）比较上述截面内所需钢筋大小，按要求配12@150，。在荷载基本组合作用下计算，柱下独立锥形现浇基础的构造形式及配筋如图3-6所示.图3-6参考文献[1] 沈祖炎，陈扬骥，陈以一. 钢结构设计原理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006；[2] 王新堂. 钢结构设计[M]. 上海：同济大学出版，2005；[3] （GB50017-2003），钢结构设计规范[S].[4] （GB50009-2001），建筑结构荷载规范[S]. 55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）[5] 王松岩，焦红．钢结构设计与应用实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007 ；[6] 朱海宁，王东，赵瑜．轻型钢结构建筑构造设计[M]．南京：东南大学出版社，2003；[7] 《钢结构设计计算示例》编制委员会．钢结构设计计算示例[M]．北京：中国计划出版社，2007；[8] Xintang Wang,Xuejiao Wang. Analytical Formula of the Characteristics of the Top and Seat Angle Connection under High Temperature in Fire[M],Proceeding of the 1Oth International Symposium on Structural Engineering for Young Experts,2008；[9] Wang Xintang．Generalized Model of Buckling Load of One-story Steel Frames with Semi-rigid Joints[M], ADVANCES IN STRUCTURAL ENGINEERING-theory and applications,  2006[10] 《小康住宅建筑结构体系成套技术指南》编委会，《小康住宅建筑结构体系成套技术指南》[M]北京：中国建筑工业出版社，2001。55 建筑工程与环境学院本科毕业设计（论文）附录建筑图，结构图在附件中55