江蘇省鎮(zhèn)江市某高校教學樓設計和實現(xiàn)土木工程專業(yè)

1、PAGE 中文摘要本工程為江蘇省鎮(zhèn)江市某高校教學樓設計，面積為42.220.7平方米，設計基準期為五十年，耐火等級為二級，抗震設防烈度為7度。 本工程占地面積約873.54平方米，建筑面積3586.44多平方米。本建筑共4層，總高度14.7米，室內(nèi)外高差為0.45 米，女兒墻高0.90米。建筑采用矩形形，總長度為42.2米，總寬度為20.4米。建筑立面規(guī)整，墻體均采用加氣混凝土砌塊砌筑,主要起填充作用。門均采用塑鋼，窗均采用塑鋼窗。本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C30，框架柱截面為HW，框架梁截面為HW和HW。建筑地點地質(zhì)條件良好，采用獨立基礎(chǔ)和聯(lián)合基礎(chǔ)。本設計以工程實例為研究對

2、象，設計過程包括建筑設計和結(jié)構(gòu)設計兩部分。設計嚴格遵守我國現(xiàn)行規(guī)范，計算中包括地震荷載計算， 內(nèi)力組合，框架梁設計, 框架柱設計, 基礎(chǔ)設計，樓板設計, 樓梯設計。關(guān)鍵詞：鋼框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)力計算，內(nèi)力組合外文摘要Title The building of a six-tier design of steel frameAbstractThis project is a four-layer steel frame structure in the city of Zhen Jiang, an area of 42.2 20.7 square meters, the design of the b

3、ase period of fifty years, security level for the second, the seismic intensity is seven degrees. The project covers an area of about 873.54 square meters, construction area of 3586.44 square meters. A total of four floor of the buildings, with a total height of 14.7 meters, 0.45 meters height diffe

4、rence between inside and outside,roof parapet is 0.9 meters high which can forbid rainwater seepage from outside. The Rectangular building is very length whose total length is 42.2 meters, the total width is 20.7 meters. Structured building facade is put in order, walls which made of shale brick bui

5、lding play a filler role. Doors made of steel wood , steel windows high are often used. The project structure is steel frame, concrete strength grade of C30, frame column section for the HW, frame beam cross-section of HW and HW . Good geological conditions, construction sites, using an independent

6、basis and cooperative basis. Examples of this design project as the research object, the project process include architectural design and structural design . Strict compliance with our current design standards including seismic load calculation calculation, the internal force combination, frame beam

7、 design, frame column design, foundation design, floor design, staircase design.Key words: Steel frame structure, force calculation, combination of internal forces目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc263516118 前 言 PAGEREF _Toc263516118 h 1 HYPERLINK l _Toc263516119 第1章 建筑設計 PAGEREF _Toc263516119 h 2 H

8、YPERLINK l _Toc263516120 1.1 工程概況 PAGEREF _Toc263516120 h 2 HYPERLINK l _Toc263516121 1.2 采光通風設計3 HYPERLINK l _Toc263516122 1.3 防火安全疏散設計5 HYPERLINK l _Toc263516123 1.4 排水設計6 HYPERLINK l _Toc263516124 1.5 細部做法 PAGEREF _Toc263516124 h 7 HYPERLINK l _Toc263516125 1.6 材料選擇及節(jié)能設計8 HYPERLINK l _Toc26351612

9、6 1.7 技術(shù)經(jīng)濟分析 PAGEREF _Toc263516126 h 9 HYPERLINK l _Toc263516127 第二章 框架結(jié)構(gòu)布置及計算簡圖 PAGEREF _Toc263516127 h 10 HYPERLINK l _Toc263516128 2.1 柱網(wǎng)尺寸布置 PAGEREF _Toc263516128 h 10 HYPERLINK l _Toc263516129 2.2 框架結(jié)構(gòu)承重方案的選擇 PAGEREF _Toc263516129 h 11 HYPERLINK l _Toc263516130 2.3 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖（取軸線處） PAGEREF _Toc2

10、63516130 h 11 HYPERLINK l _Toc263516131 2.4 梁、柱截面尺寸的初步確定 PAGEREF _Toc263516131 h 11 HYPERLINK l _Toc263516132 第三章 工程做法及荷載統(tǒng)計 PAGEREF _Toc263516132 h 13 HYPERLINK l _Toc263516133 3.1 屋面（上人） PAGEREF _Toc263516133 h 13 HYPERLINK l _Toc263516135 3.2 樓面 PAGEREF _Toc263516135 h 13 HYPERLINK l _Toc263516137

11、 3.3 衛(wèi)生間（防水）樓面 PAGEREF _Toc263516137 h 13 HYPERLINK l _Toc263516138 3.4 外墻面 PAGEREF _Toc263516138 h 14 HYPERLINK l _Toc263516139 3.5 內(nèi)墻面 PAGEREF _Toc263516139 h 14 HYPERLINK l _Toc263516140 3.6 地面 PAGEREF _Toc263516140 h 14 HYPERLINK l _Toc263516142 3.7 衛(wèi)生間（防水） PAGEREF _Toc263516142 h 15 HYPERLINK l

12、 _Toc263516142 3.8 超市，門廳及其他地面15 HYPERLINK l _Toc263516143 3.9 地面踢腳 PAGEREF _Toc263516143 h 15 HYPERLINK l _Toc263516144 3.10散水 PAGEREF _Toc263516144 h 16 HYPERLINK l _Toc263516146 3.11常用材料及構(gòu)件單位重量 PAGEREF _Toc263516146 h 16 HYPERLINK l _Toc263516147 第四章 框架側(cè)移剛度的計算 PAGEREF _Toc263516147 h 17 HYPERLINK

13、l _Toc263516148 4.1 框架梁柱線剛度計算 PAGEREF _Toc263516148 h 17 HYPERLINK l _Toc263516149 4.2 柱線剛度D值修正 PAGEREF _Toc263516149 h 18 HYPERLINK l _Toc263516150 4.3 頂點位移計算 PAGEREF _Toc263516150 h 20 HYPERLINK l _Toc263516151 第五章 重力荷載代表值的計算 PAGEREF _Toc263516151 h 21 HYPERLINK l _Toc263516152 5.1 建筑物總重力荷載代表值G1的計

14、算 PAGEREF _Toc263516152 h 21 HYPERLINK l _Toc263516152 5.2 建筑物總重力荷載代表值G2的計算 PAGEREF _Toc263516152 h 21 HYPERLINK l _Toc263516152 5.3 建筑物總重力荷載代表值G3的計算 PAGEREF _Toc263516152 h 22 HYPERLINK l _Toc263516152 5.4 建筑物總重力荷載代表值G4的計算 PAGEREF _Toc263516152 h 22 HYPERLINK l _Toc263516152 5.5 建筑物總重力荷載代表值G5的計算 PA

15、GEREF _Toc263516152 h 23 HYPERLINK l _Toc263516152 5.6 建筑物總重力荷載代表值G6的計算 PAGEREF _Toc263516152 h 23 HYPERLINK l _Toc263516153 第六章 橫向框架水平地震作用下的內(nèi)力和側(cè)移計算 PAGEREF _Toc263516153 h 25 HYPERLINK l _Toc263516154 6.1 計算橫向框架自震周期 PAGEREF _Toc263516154 h 25 HYPERLINK l _Toc263516155 6.2 地震作用計算 PAGEREF _Toc2635161

16、55 h 26 HYPERLINK l _Toc263516157 6.3 多遇水平地震作用下的位移驗算 PAGEREF _Toc263516157 h 26 HYPERLINK l _Toc263516158 6.4 橫向框架在水平地震作用下的內(nèi)力分析 PAGEREF _Toc263516158 h 27 HYPERLINK l _Toc263516159 第七章 豎向荷載作用下橫向框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算 PAGEREF _Toc263516159 h 33 HYPERLINK l _Toc263516160 7.1 荷載作用分析 PAGEREF _Toc263516160 h 33 HYPER

17、LINK l _Toc263516161 7.2荷載作用下內(nèi)力計算 PAGEREF _Toc263516161 h 35 HYPERLINK l _Toc263516167 7.3將柱軸線處梁端的彎矩、剪力折算到柱邊緣處54 HYPERLINK l _Toc263516168 第八章 內(nèi)力組合 PAGEREF _Toc263516168 h 46 HYPERLINK l _Toc263516169 8.1 框架梁的內(nèi)力組合 PAGEREF _Toc263516169 h 46 HYPERLINK l _Toc263516170 8.2 框架柱的內(nèi)力組合 PAGEREF _Toc26351617

18、0 h 50 HYPERLINK l _Toc263516171 第九章 結(jié)構(gòu)截面構(gòu)件驗算 PAGEREF _Toc263516171 h 55 HYPERLINK l _Toc263516172 9.1 框架柱驗算 PAGEREF _Toc263516172 h 55 HYPERLINK l _Toc263516173 9.2 框架橫梁驗算 PAGEREF _Toc263516173 h 62 HYPERLINK l _Toc263516174 9.3 次梁驗算66 HYPERLINK l _Toc263516175 第十章 框架連接設計68 HYPERLINK l _Toc26351617

19、6 10.1 主梁與柱的連接設計68 HYPERLINK l _Toc263516177 10.2 次梁與主梁的連接設計74 HYPERLINK l _Toc263516177 10.3 次梁與次梁的連接設計79 HYPERLINK l _Toc263516178 10.4 柱腳設計 PAGEREF _Toc263516178 h 82 HYPERLINK l _Toc263516179 第十一章 屋蓋、樓蓋設計89 HYPERLINK l _Toc263516180 11.1 屋蓋設計89 HYPERLINK l _Toc263516180 11.2 樓蓋設計96 HYPERLINK l _

20、Toc263516182 第十二章 樓梯設計105 HYPERLINK l _Toc263516183 12.1梯段板的計算105 HYPERLINK l _Toc263516184 12.2平臺板的計算106 HYPERLINK l _Toc263516185 12.3平臺梁的計算107 HYPERLINK l _Toc263516186 第十三章 基礎(chǔ)設計 PAGEREF _Toc263516186 h 110 HYPERLINK l _Toc263516187 13.1 邊柱基礎(chǔ)設計 PAGEREF _Toc263516187 h 110 HYPERLINK l _Toc26351618

21、9 13.2 中柱基礎(chǔ)設計 PAGEREF _Toc263516189 h 115 HYPERLINK l _Toc263516189 結(jié)語116 HYPERLINK l _Toc263516130 致謝117 HYPERLINK l _Toc263516130 參考文獻118前 言畢業(yè)設計是大學本科教育培養(yǎng)卓越工程師目標實現(xiàn)的重要舉措，是提高自我們主創(chuàng)新能力，增強綜合實力的手段，是大學畢業(yè)前對我們學生自主學習能力，自我創(chuàng)新能力的一個完美的檢測,是對大學期間所學專業(yè)知識的全面總結(jié)和深化，是使學生能夠適應社會的一次演習。本次設計使理論（theory）和實際（practice）很好的結(jié)合起來，提高

22、我們學生發(fā)現(xiàn)，分析、解決工程實際問題的能力。培養(yǎng)了我們善于思考，勇于探索，努力奮進，開拓創(chuàng)新的品格。為以后能更好地進一步學習和將所學知識融入工作中打下了堅實的基礎(chǔ)。土木工程是門應用性非常強的工科，是需要不斷積累不斷升華自我的一門學問。本次畢業(yè)設計對培養(yǎng)我們的工程實踐能力和與社會發(fā)展相互接軌十分尤其重要。此次課程設計的工程名稱為江蘇鎮(zhèn)江市某高校教學樓設計。此次設計我們包括兩大類建筑施工圖設計和結(jié)構(gòu)施工圖設計。在建筑施工圖設計中，我們應首先確定建筑體型，規(guī)模，布置和建筑的功能，確定場地的防震等級及地理位置。其次，合理布置樓梯，消防栓，門的個數(shù)，滿足設計防火要求；通過窗地比的設計，確定窗戶的個數(shù)和采

23、光的個數(shù)。在外墻面設計中與內(nèi)墻的裝飾上滿足干凈明亮，簡潔大方，富有時代朝氣感?？紤]屋面的排水與防水充分，設置好雨水管的個數(shù)和制作好散水，采用屋內(nèi)排水方式。大膽采用玻璃幕墻材料，增加美感與時代朝氣感，保護環(huán)境，節(jié)約能源。結(jié)構(gòu)設計是我們土木專業(yè)的重點與難點。我們需要充分理解力學概念，尤其是結(jié)構(gòu)力學結(jié)構(gòu)力學是一門研究桿件強度剛度和穩(wěn)定性的學科。我們結(jié)構(gòu)方案的選擇時，要充分考慮剛度問題，在計算簡圖的確定中，在板中我們要充分理解塑性鉸的概念，充分理解板的套箍作用，在荷載傳遞的時候要充分考慮極度的概念。要充分考慮內(nèi)力組合中最不利荷載位置的確定，這可以借用圖乘法的計算模式，運用高數(shù)將其解決。我們要充分掌握位

24、移法的基本概念，靈活運用彎矩分配法。只有在大腦非常熟悉概念的基礎(chǔ)上，課程設計才算基本或做。由于時間倉促，錯誤和不妥難免，敬請讀者批評指正。 2015年5月第1章 建筑設計1.1 工程概況1.1.1建筑概況建筑地點：江蘇省鎮(zhèn)江市。工程介紹：該建筑是江蘇省鎮(zhèn)江市某高校教學樓，共四層，主體建筑總高度為15.6米，建筑總面積約為3586.44。功能使用要求：門廳，大教室，小教室，繪圖室，教師休息室，廁所等。該教學樓是4層鋼結(jié)構(gòu)學校，其設計理念是節(jié)能環(huán)保，安全，經(jīng)濟，美觀，體現(xiàn)大學生富有朝氣和活力。黃色的玻璃幕墻顯示萬盛的活力與激情。黑色的涂料顯示的是建筑物的厚重與大氣，象征著學識淵博。該建筑物在設計中

25、使得其耐火等級為3級。根據(jù)擬建建筑物選址，其縱向長度為42m與橫向?qū)挾葹?0.7m、建筑面積近似為3586.44m2、建筑在地震荷載作用下，滿足剛度和強度的要求，確定柱網(wǎng)。通過查閱民用建筑設計通則（JB50352-2005），建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2001）現(xiàn)行國家標準建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標準(GBJ2-86）,另外又考慮到建筑體型整齊，平面組合應盡量符合柱網(wǎng)尺寸的規(guī)格、模數(shù)以及經(jīng)濟跨度的要求，建筑的柱網(wǎng)布置如圖1.1所示。柱軸線圖 1.1.2工程地質(zhì)條件經(jīng)東?？h某勘測設計研究院現(xiàn)場實地部分，結(jié)果如下：（1）該建筑場地平坦，沒有不利地質(zhì)情況，無軟弱下臥層，場地為II類；（2）地基土剖面

26、圖（見下圖），地下水距地面8.0m；（3）最大凍土深度為0.5m。如表1.1表1.1土質(zhì)情況序 號巖土類別底層埋深(m)厚度范圍(m)地基容許承載力fk(kpa) 樁端阻力樁周摩擦力1雜 填 土0.00.70.72粉質(zhì)粘土0.71.81.1120133細 砂1.8-3.41.6140204礫砂3.4-5.52.12202000265圓 礫5.5-10.55.05504000 401.1.3 結(jié)構(gòu)設計部分（3）結(jié)構(gòu)設計：結(jié)構(gòu)形式：鋼框架結(jié)構(gòu)。樓蓋、屋蓋形式：采用壓型鋼板-混凝土非組合樓板。樓梯：現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓梯（板式）?；A(chǔ)：獨立、聯(lián)合基礎(chǔ)。材料選用：混凝土等級：C25C40；鋼筋：HRB33

27、5。型鋼為H型鋼，型號見計算部分；墻體材料：加氣混凝土砌塊?？拐鹪O防烈度：7度一組，0.15g。1.2 采光通風設計1.2.1 采光設計1）采光設計 在房屋建筑學中，我們設置窗地比，以滿足采光的要求為并保證房間有足夠的照度值，教室盡量放在南邊，滿足關(guān)照和人體舒適。窗口面積大小主要根據(jù)房間的使用要求、房間面積及當?shù)厝照涨闆r考慮。設計時，可用窗地面積比值估算，需要滿足房屋建筑學表2-2要求，大于1/6。按此要求進行設計，窗戶位置詳見建筑圖，下表為各種門窗尺寸。型號個數(shù)寬度/M高度/MC1173.61.8C2241.81.8M150.92.4M281.22.4M323.63.0M4100.92.1M

28、5161.22.1玻璃幕墻363.61.2.2 通風設計本本工程因無特殊要求，故采用自然通風。1.3 防火安全疏散設計1.3.1 防火設計表1.2 防火分區(qū)劃分耐火等級 最多允許層數(shù) 防火分區(qū)的最大允許建筑面積（m2） 備注 一、二級 按本規(guī)范第 1.0.2 條規(guī)定 2500 三級 5 層 1200 2. 商店、學校、電影院、劇院、禮堂、食堂、菜市場不應超過 2 層或設置在三層及三層以上樓層。 四級 2 層 600 學校、食堂、菜市場、托兒所、幼兒園、老年人建筑、醫(yī)院等不應設置在二層。 地下、半地下建筑（室） 500 （1）防火設計 本工程為耐火等級二級，根據(jù)建筑設計防火規(guī)范（GBJ16-87

29、）民用建筑表5.1.1 ，得防火分區(qū)最大建筑面積為2500m2，而本工程單層最大建筑面積為869.4m2，所以不用設防火分區(qū)。 在靠近衛(wèi)生間的位置盡量設置消防栓，保證有充足的水源。（2）疏散設計按照建筑設計防火規(guī)范（GB50016-2006）的要求，當房間使用人數(shù)超過50人，面積超過60m2時，至少設兩個門。在本工程中大型教室滿150人，設置兩扇門。本工程門一律不設置門檻。門的數(shù)量和總寬度按每100人0.6m寬計算，并且結(jié)合人流同行方便分別設雙扇外開門，門的凈寬度不小于1400mm，且緊靠門口內(nèi)外1400mm范圍內(nèi)不應設置踏步。本工程滿足要求。樓梯方面，中間和左邊設置一個樓梯，用于疏散。1.3

30、.2 疏散設計在進行安全疏散設計時因遵行的原則：(1)疏散路線要簡捷明了，便于尋找、辨別;(2)疏散路線要做到步步安全。疏散路線一般可分為四個階段：第一階段是從房間內(nèi)到房間門，第二階段是公共走道中的疏散，第三階段是在樓梯間內(nèi)的疏散，第四階段為出樓梯間到室外等安全區(qū)域的疏散。這四個階段必須是步步走向安全，以保證不出現(xiàn)“逆流”，疏散路線的盡端必須是安全區(qū)域;(3)疏散路線設計時要符合人們的習慣要求;(4)盡量不使疏散路線和撲救路線相交叉，避免相互干擾。根據(jù)建筑設計防火規(guī)范（GBJ16-87），5.3.1 民用建筑的安全出口應分散布置。每個防火分區(qū)、一個防火分區(qū)的每個樓層，其相鄰2 個安全出口最近邊

31、緣之間的水平距離不應小于5m。本工程在首層設了兩個安全出口，一個門廳出口，一個側(cè)門出口，滿足規(guī)范要求，安全疏散距離的規(guī)定見表1.3：表1.3 安全疏散距離名稱 位于兩個安全出口之間的疏散門 位于袋形走道兩側(cè)或盡端的疏散門 耐火等級 耐火等級 一、二級 三級 四級 一、二級 三級 四級 托兒所、幼兒園 25 20 20 15 醫(yī)院、療養(yǎng)院 35 30 20 15 學校 35 30 22 20 其它民用建筑 40 35 25 22 20 15 即指房門至外部出口或封閉樓梯間的最大距離：(1)當房間位于兩個外部出口或樓梯間之間的房間，此最大距離應小于等于40m;(2)位于袋形走道兩側(cè)或盡端的房間，此

32、最大距離應小于等于22m。本工程在第一和第二軸線，和第五和第六軸線間分別設了封閉式樓梯，滿足規(guī)范要求。規(guī)范規(guī)定：疏散走道和樓梯的最小寬度不應小于1100mm。本工程的走道凈寬2.7米,梯段寬度1.65米,均滿足要求；首層疏散外門每個外門凈寬不小于1200mm，本工程設計滿足要求。規(guī)范規(guī)定：疏散樓梯間為封閉樓梯間，應設乙級防火門，并向疏散方向開啟，疏散樓梯的最小凈寬為1.20米，不需設消防電梯。本工程設的是封閉樓梯間，樓梯凈寬1.65米，所以不用設消防電梯。1.4 排水設計1.4.1 屋面排水 本建筑采用外挑檐溝排水，雨水先匯集到懸挑在外面的檐溝內(nèi)，再由落水管排出，屬于有組織排水，屋面坡度為3%

33、，詳細構(gòu)造見屋面平面圖。1.4.2 落水管及落水斗落水管采用UPVC材料，管徑為100mm的圓管，此管徑雨水落管最大允許排水量為，落水管間距一般為1824m,且配合柱布置,滿足要求，且滿足單根落水管匯水面積不超過的要求。本工程設置10個落水管。排水管見首層平面圖、標準層平面圖、屋面排水圖及立面圖。1.5 細部做法1.5.1 樓面做法（樓面詳圖如圖1.2）圖1.2組合樓面詳圖本工程的樓面結(jié)構(gòu)層采用非組合樓板（在下面的設計中要進行施工階段驗算）（配一定量的鋼筋），結(jié)構(gòu)層上做20厚的砂漿找平層，再在找平層上做面層。1.5.2 屋面-做法1.0mm厚壓型鋼-100厚C20砼板- 20厚1:3水泥砂漿找

34、平保溫層 - 20厚1:3水泥砂漿找平 -高聚物改性瀝青柔性卷-高聚物改性瀝青柔性卷-高聚物改性瀝青柔性卷-表面為乙烯膜，細砂或礦礫保護層 1 .6 材料選擇及節(jié)能設計1.6.1 梁柱材料梁柱均為熱軋H型鋼，具體截面通過計算得出。1.6.2 墻體材料1:1水泥砂漿勾縫-12厚面層面磚-10厚1:2水泥砂漿粘接層- 10厚1：3水泥砂漿打底掃毛-刷界面處理劑一道（外墻面）刷乳膠漆-刷乳膠漆-厚水泥石灰膏砂漿打底-砂漿打底（內(nèi)墻面） 1.6.3 樓梯材料 樓梯選用混凝土（考慮到該建筑為教學樓，若采用鋼樓梯，人上下走動時，產(chǎn)生的噪音較大，不利于人休息鋼樓梯在較大活荷載作用下，撓度比較大）。1.6.4

35、 樓（屋）板材料屋面、樓板均采用非組合樓板，厚為100mm(壓型鋼板選用YX-75-230-690,板厚取1mm)，保溫層采用100厚膨脹珍珠巖，導熱系數(shù)為（很?。?，對屋面保溫很有利。1.7 技術(shù)經(jīng)濟分析 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是成品或半成品，加工較簡單，并能使用機械操作；鋼構(gòu)件在工地拼接，多采用簡單、方便的焊接或螺栓連接；有時鋼構(gòu)件還可以在地面拼裝成較大單元后再進行吊裝，以降低高空作業(yè)量。另外，鋼結(jié)構(gòu)房屋一般采用壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板可兼做施工時的模板和使用時的受拉鋼筋。 鋼結(jié)構(gòu)施工方式為干式施工，可避免混凝土濕式施工所造成的環(huán)境污染。另外，對于已建成的鋼結(jié)構(gòu)比較容易進行改建和加固,有利于環(huán)境保護。

36、鋼結(jié)構(gòu)強度大，自重輕，鋼比混凝土，砌體和木材強度和彈性模量要高出好多配，因此，鋼結(jié)構(gòu)的自重常較輕。例如在跨度和荷載都相同時，普通鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量只有鋼筋混凝土質(zhì)量的1/10，輕的很多。由于自重較小，剛度大，鋼結(jié)構(gòu)特別適合建造大跨度和超高，超重型的建筑物。由于質(zhì)量輕，鋼結(jié)構(gòu)也便于運輸和吊裝，且可減輕下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的負擔，降低造價。材質(zhì)均勻，鋼材由于現(xiàn)代化工廠的液量和壓制，其內(nèi)部組織均勻，非常接近于各向同性體。且在一定的應力范圍內(nèi)，屬于理想的彈性工作，復合工程力學的采用的基本假定。因此，可根據(jù)力學理論對鋼結(jié)構(gòu)進行計算，且計算結(jié)果準確可靠。塑性，韌性好，鋼材具有良好的塑性。鋼結(jié)構(gòu)在一般情況下，不會發(fā)生突

37、發(fā)性破壞，而在事先有較大的變形做預兆。此外，鋼材還具有良好的韌性，都能很好的承受動力荷載和地震作用。這些都為鋼結(jié)構(gòu)的安全應用了可靠保證。工業(yè)化程度高，鋼結(jié)構(gòu)是各種型材和鋼板，經(jīng)切割，焊接等工序制造成鋼構(gòu)件，然后運至工地安裝。一般鋼構(gòu)件都可以在金屬結(jié)構(gòu)廠采用機械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)，故精確度較高，制作周期短。對于一些輕型屋面結(jié)構(gòu)，甚至可也在工地邊安裝。鋼結(jié)構(gòu)的安裝，由于是裝配化的作業(yè)，效率很高。拆遷方便，鋼結(jié)構(gòu)由于強度高，故適宜于建造質(zhì)量輕，連接簡便的可拆遷的結(jié)構(gòu)。對已經(jīng)使用的鋼結(jié)構(gòu)也方便加固，改建，甚至拆遷。 第二章 框架結(jié)構(gòu)布置及計算簡圖 2.1 柱網(wǎng)尺寸布置根據(jù)建筑方案，考慮框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)經(jīng)

38、濟間距為6-8m，本工程柱網(wǎng)尺寸布置見圖2.1 圖2.1 柱網(wǎng)布置2.2 框架結(jié)構(gòu)承重方案的選擇 由于本工程采用鋼框架結(jié)構(gòu)，樓（屋）蓋平面布置中。豎向荷載（恒載及活載，雪載）的傳力途徑為樓（屋）面板直接傳到次梁間接傳至主梁（本工程也有豎向荷載的傳力直接傳到次梁），再由主梁傳至框架柱，最后傳至基礎(chǔ)，所以本教學樓框架的承重方案為縱向框架承重方案。2.3框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖（取4軸處框架）本工程室內(nèi)外高差0.45m，初步設計基礎(chǔ)頂面離室外地面500mm，基礎(chǔ)的埋深為則為0.45+0.5+0.7=1.65m ,底層層高3.9+0.45+0.5=4.85 m。 (4軸處)橫向框架見圖2.4 梁、柱截面尺寸

39、的初步確定2.4.1 梁截面初選本工程主次梁均優(yōu)先選用窄翼緣熱軋H型鋼（HN系列），初選截面可按簡支梁的要求進行計算，也可按經(jīng)驗公式（本工程按經(jīng)驗公式），將截面高度近似取出；框架柱優(yōu)先選用寬翼緣熱軋H型鋼（HW系列），以保證弱軸方向的抗彎能力，設計按照強柱弱梁的設計理念。(1) 框架梁 按照經(jīng)驗公式初步計算，并查熱軋H型鋼和部分T型鋼（GB/T11263）,則選用AB軸和DC軸HN450200914；BC軸HN400200813。(3) 次梁 按照經(jīng)驗公式初步計算，查熱軋H型鋼和部分T型鋼（GB/T11263）,則選用HN4002001016。 2.4.2 框架柱截面初選根據(jù)下列公式估算 按照

40、經(jīng)驗公式初步計算， 查熱軋H型鋼和部分T型鋼（GB/T11263）,則選用HW5005002025,A=257.95M第三章 工程做法及荷載統(tǒng)計3.1 屋面（不上人）（22/7）（1）恒荷載1.0mm厚壓型鋼板 0.12 kN/m2100厚C20砼板 0.125=2.5 kN/m220厚1:3水泥砂漿找平 0.0220=0.4 kN/m2保溫層 0.12.5=0.25 kN/m220厚1:3水泥砂漿找平 0.0220=0.4kN/m2 高聚物改性瀝青柔性卷涂刷基層處理劑鋪貼3-4層厚卷材與基層用熱氈法施工表面為乙烯膜，細砂或礦礫保護層 0.4kN/m2 合計： 4.07 kN/m2（2）活荷載

41、 0.5kN/m2 雪荷載： 0.35kN/m2 3.2 樓面（16/3） （1）恒載1.0mm厚壓型鋼板 0.12 kN/m2100厚C20砼板 0.125=2.5 kN/m2 15厚1：2水泥白石子（或參入有色石子）磨光打蠟 0.0220=0.40kN/m2 刷素水泥漿結(jié)合層一道 0.00520=0.1kN/m230厚C20細石混凝土 0.32=0.6 kN/m2合計： 3.62 kN/m2（2）活荷載樓面均布活荷載： 2.5kN/m2走廊、門廳、樓梯： 2.5kN/m23.3 衛(wèi)生間（防水）樓面（9/3）（1）恒載1.0mm厚壓型鋼板 0.12 kN/m2100厚C20砼板 0.125=

42、2.5 kN/m2 20厚1：3水泥砂漿找平： 0.40kN/m2防水層：聚氨酯二遍涂膜 0.40kN/m230厚C20細石砼： 0.0320=0.6kN/m25厚1:1水泥砂漿結(jié)合層 0.1kN/m2 10厚地磚面層 干水泥接縫 0.0120=0.2 kN/m2合計： 3.82 kN/m2（2）活荷載衛(wèi)生間樓面均布活荷載： 2.5kN/m23.4 外墻面（12/6）面磚墻面1:1水泥砂漿勾縫12厚面層面磚 19.80.012=0.2 kN/m2 10厚1:2水泥砂漿粘接層 0.2 kN/m210厚1：3水泥砂漿打底掃毛 0.2 kN/m2 刷界面處理劑一道 合計： 0.6kN/m23.5 內(nèi)

43、墻面（9/5）刷乳膠漆5厚1：0.3：3水泥石灰膏砂漿粉面： 0.00512=0.06kN/m212厚1：1：6水泥石灰膏砂漿打底： 0.01212=0.14kN/m2刷界面處理劑一道 合計： 0.2kN/m23.6 地面（9/2）水磨石地面 15厚1：2水泥白石子磨光打蠟 200.015=0.3 kN/m2刷素水泥漿一道20厚1：3水泥砂漿找平層 200.02=0.4 kN/m260厚C15混凝土： 0.0625=1.5kN/m2100厚碎石夯實： 0.115=1.50kN/m2素土夯實 合計： 3.7kN/m23.7 衛(wèi)生間（防水）（13/2）10厚地磚，干水泥擦縫： 0.0120=0.2

44、0kN/m2撒素水泥面（撒適量清水） 20厚1：2干硬性水泥砂漿粘接層： 0.0220=0.40kN/m2刷素水泥漿一道40厚C20細石混凝土： 0.0425=1kN/m2防水層：聚氨酯三遍涂抹，厚1.8 0.2kN/m260厚C15混凝土，隨搗隨抹平： 0.0625=1.5kN/m2100厚碎石夯實： 0.115=1.5kN/m2素土夯實 合計： 4.8kN/m23.8門廳及其他地面（12/2）15厚地磚，干水泥擦縫： 0.1520=0.30kN/m2撒適量清水25厚1：2干硬性水泥砂漿粘接層： 0.0225=0.50kN/m2刷素水泥漿一道60厚C15混凝土，隨搗隨抹平： 0.0625=1

45、.5kN/m2100厚碎石夯實： 0.115=1.5kN/m2素土夯實 合計： 3.8kN/m23.9 地面踢腳（4/4）10厚1：2.5水泥砂漿 0.0120=0.02kN/m212厚1:3水泥砂漿打底 0.01220=0.24kN/m2刷界面處理劑一道 合計： 0.26kN/m2 3.10 散水（3/12）混凝土散水60厚C15混凝土撒1：1水泥砂子壓實抹光： 0.0625=1.5kN/m2120厚碎石墊層： 0.1215=1.8kN/m2 素土夯實，向外坡4 合計： 3.3kN/m23.11 常用材料及構(gòu)件單位重量玻璃門： 0.2kN/m2玻璃窗： 0.2kN/m2200厚蒸壓粉煤灰加氣

46、混凝土砌塊 0.25.5=1.1kN/m2各鋼截面尺寸和特性見表3.1：構(gòu)件類型截面尺寸hbtwtf(mm)截面積A(cm2)單位長度重量m（kN/m）Ix(cm4)Wx（cm3）IY(cm）ix(cm4)Wy(cm3）iy(cm）柱5005001520257.952.0211555946983353121.17144211.4橫向框架梁AB和CD45020091495.430.749319731421187018.34.11橫向框架梁BC40020081383.370.654227751139173516.534.56次梁40020071171.410.56119023960.8144616

47、.32145.34.5表3.1 構(gòu)件截面尺寸及特性 第四章 框架側(cè)移剛度的計算4.1 框架梁柱線剛度計算在框架彈性分析中，由于樓板和鋼梁連接在一起，應該考慮現(xiàn)澆板和鋼梁共同作用，且在設計中使樓板和鋼梁間有可靠的連接:中框架梁應取1.5倍，邊框架梁取1.2倍。柱線剛度：梁線剛度：， 邊框梁架柱線剛度圖（107kN.m ） 中框梁架柱線剛度圖（107kN.m ）框架計算簡圖如圖4.1。圖4.1 框架計算簡圖4.2 柱線剛度D值修正各層各柱線剛度D值計算見表4.1框架柱側(cè)移剛度框架位置樓層柱位ic一般層k=kb/2kc底層k=kb/kc一般層a=k/k+2底層a=k+0.5/k+2層高（m）柱子數(shù)D

48、小計每層邊框架24邊3.80.7890.2833.60.99643.9848.46中3.80.940.323.61.1244.481邊2.80.540.414.850.79543.187.37中2.81.2780.544.851.04744.188中框架24邊3.80.8260.293.61.021414.2831.6中3.81.10.3353.61.241417.361邊2.80.560.4144.850.80251411.23526.7中2.81.490.574.851.1041415.456 4.3 頂點位移計算一層：D=二到六層：D= 因為 ,故該框架為側(cè)向剛度為規(guī)則框架。（2）框架各

49、層位移的計算見表4.2表4.2 框架頂點假想水平位移計算表層數(shù)Gi(kN)Gi(kN)D(kN/m)=Gi/D總位移(m)44733.44733.44258000.011120.12935249.769983.164258000.023450.11825249.7615232.924258000.035770.0951523620468.923470000.058990.059第五章 重力荷載代表值的計算5.1 建筑物總重力荷載代表值Gi的計算 第一層荷載代表值計算梁柱自重計算：主梁： 312.8kN次梁：123.3 kN框架柱：（2）內(nèi)外墻（包括門窗）自重：外墻：內(nèi)墻：合計：墻體自重合計：1

50、103.9Kn一層門窗型號個數(shù)寬度/M高度/M每平米重(KN/m2)單個重總計kNC153.61.80.452.91614.58C2121.81.80.451.45817.496M150.92.40.450.9724.86M281.22.40.451.29610.368M323.630.454.869.72M421.82.40.451.9443.888總重60.912(3)樓面荷載恒載：活載：5.2 建筑物總重力荷載代表值G2的計算第二層荷載代表值計算荷載統(tǒng)計方法同第一層，計算過程見手算底稿主梁： 312.8kN次梁：123.3 kN框架柱：門窗重見下表二-三層門窗型號個數(shù)寬度/M高度/M每平

51、米重(KN/m2)單個重/KN總計kNC163.61.80.452.91617.496C2111.81.80.451.45816.038M440.92.10.450.85053.402M581.22.10.451.1349.072玻璃幕墻163.60.112.3762.376總重48.384內(nèi)外墻自重：外墻 內(nèi)墻：墻體合計：953kN樓面恒載：2654kN 樓面活載：1892.7kN5.3 建筑物總重力荷載代表值G3的計算第三層荷載代表值計算主梁： 312.8kN次梁：123.3 kN框架柱：內(nèi)外墻自重：外墻 內(nèi)墻：墻體合計：953kN門窗重見下表四層門窗型號個數(shù)寬度/M高度/M每平米重(KN

52、/m2)單個重/KN總計kNC163.61.80.452.91617.496C2111.81.80.451.45816.038M440.92.10.450.85053.402M581.22.10.451.1349.072玻璃幕墻163.60.112.3762.376總重48.384樓面恒載：2654kN 樓面活載：1892.7kN5.4建筑物總重力荷載代表值G4的計算第四層荷載代表值計算荷載統(tǒng)計方法同第一層，計算過程見手算底稿主梁： 312.8kN次梁：123.3 kN框架柱：女兒墻 墻面裝飾荷載統(tǒng)計：包括在前面各層墻自重中。重力荷載代表值Gi計算如下：G4= G3= G2=G1= 集中于各樓

53、層處的重力荷載代表值見圖5.1第六章 橫向框架水平地振作用下的內(nèi)力和側(cè)移計算6.1 計算橫向框架自震周期建筑結(jié)構(gòu)的自震周期，除了多層砌體結(jié)構(gòu)外，是抗震設計中必不可少的重要參數(shù)。按建筑抗震設計規(guī)范第5.1.5條的規(guī)定，自震周期可采用頂點位移法計算。設防烈度為7度，地震加速度為0.1g,地震分組為一組，二類建筑場地Tg=0.35s; max = 0.12； 6.2地震作用計算1.對于橫向框架的水平地震作用根據(jù)本工程設防烈度7、類場地土，設計地震分組為第一組，查抗震規(guī)范特征周期Tg = 0.35，max = 0.12取結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值得0.85：2.頂點附加地震作用系數(shù)因為T1=0.5521

54、.4Tg =0.49,根據(jù)規(guī)范查得頂部附加水平地震作用系數(shù) 各樓層的地震作用和地震剪力標準值由表6.1計算列出。 Fi= Gi Hi FEk/（Gk Hk）表6.1 樓層地震作用和地震剪力標準值計算表層數(shù)hiHiGiGiHiFi=GiHiFEk/（GkHk）FiVi 43.615.654733.474077.710.3577667.3667.2833.612.055249.7663259.6080.3055419.11086.423.68.455249.7644360.4720.214293.91380.214.854.85523625394.60.122168.21548.5 6.2.1 樓

55、層水平地震剪力最小值驗算根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范中5.2.5條的規(guī)定，抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求：式中 第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力；剪力系數(shù)；第j層的重力荷載代表值。查建筑抗震設計規(guī)范中表5.2.5，得樓層最小地震剪力系數(shù)=0.024 層數(shù)Vi GiGi4667.284733.40.024113.601631086.45249.760.024125.9942421380.25249.760.024125.9942411548.4752360.024125.664 地震剪力最小值驗算表6.2.1 6.3 多遇水平地震作用下的位移（變形）驗算鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是

56、建筑抗震設計規(guī)范第5.5.1條 ，即式中，多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層內(nèi)設計最大的彈性層間位移； 彈性層間位移角限值，查建筑抗震規(guī)范,得鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的。水平地震作用下框架結(jié)構(gòu)的層間位移和頂點位移分別按下列公式計算： = = 計算過程見表6.2。由此以上計算可見，最大層間彈性位移角發(fā)生在第一層，滿足規(guī)范要求。 層數(shù)ViDiUihi層間相對轉(zhuǎn)角備注4667.284258000.0015673.61/2300層間轉(zhuǎn)角滿足結(jié)構(gòu)層高1/250的要求31086.44258000.0025513.61/140021380.24258000.0032413.61/110011548.473470000.

57、0044624.851/1000 表6.2橫向水平地震作用下的位移驗算6.4 橫向框架在水平地震作用下的內(nèi)力分析取4軸線框架為計算單元，以下是考慮左震情況下的詳細計算過程，右震情況下計算方法相同，不再贅述。6.4.1框架柱端剪力及彎矩計算框架柱端剪力及彎矩分別按下列公式計算：， 表6.4 各層A柱端剪力及彎矩的計算表層次邊 柱43.6667.284258001020015.980.8260.3537.420.133L3.61086.364258001020026.020.8260.456.237.4723.61380.244258001020033.060.8260.4565.253.5614

58、.851548.47340700800036.340.8260.6561.69114.56表6.5 各層B柱端剪力及彎矩的計算表層次中 柱43.6667.284258001240019.431.10.3545.524.4833.61086.364258001240031.61.10.448.345.5023.61380.244258001240040.21.10.4579.665.1214.851548.473407001104050.21.490.6585.2158.266.4.2 梁端彎矩、剪力及柱軸力的計算梁端彎矩、剪力及柱軸力的計算分別按下式計算：式中，分別表示節(jié)點左、右梁的線剛度；分

59、別表示節(jié)點左、右梁的彎矩；為柱在層的軸力。由于對稱性，故只需計算兩軸線處相對應的梁端彎矩、剪力及柱軸力。具體計算過程見表6.6。表6.6 梁端彎矩、剪力及柱軸力計算層數(shù)AB跨BC跨柱軸力M左(KN.M)M右(KN.M)V(KN)M左(KN.M)M右(KN.M)V(KN)Na(KN)Nb(KN)437.417.1-6.128.428.4-216.114.9376.3334.8-12.357.957.9-4218.444.92102.9746.99-16.6678.1178.11-57.8635.0686.091115.2956.5-19.0893.8793.87-69.4954.15136.49

60、6.4.3 水平地震作用下橫向框架內(nèi)力圖水平地震作用下橫向框架的彎矩圖、梁剪力圖及軸力圖繪制分別見圖6.4.1、圖6.4.2。 圖6.4.1水平地震作用下圖（單位：kNm） 圖6.4.2 水平地震作用下梁V圖，及柱N圖。第七章 豎向荷載作用下橫向框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算7.1 荷載作用分析根據(jù)以上荷載情況和結(jié)構(gòu)布置，荷載按下面原則取值：次梁承擔由屋面板、樓面板傳來的荷載形式，橫向框架主梁承擔由次梁傳來的荷載為集中荷載，梁的自重和梁上的墻體荷載按均布荷載加在梁上，外墻荷載按集中荷載加在梁柱節(jié)點處。由于結(jié)構(gòu)對稱，在豎向荷載作用下無側(cè)移，其內(nèi)力分析可采用彎矩分配法。恒載作用下計算簡圖7-1如下，活荷載簡圖