钢结构办公楼毕业设计.doc

中南大学本科毕业设计 目录
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中文摘要
英文摘要
第1章 工程概况 1
1. 设计题目 1
2. 设计资料 1
第2章 结构方案设计及荷载统计 2
1. 结构方案设计 2
2. 荷载统计 4
第3章 水平地震作用下的内力计算 11
1. 梁柱线刚度计算 12
2. 框架柱D值计算 13
3. 地震力计算 15
4. 地震作用下层间位移计算 16
5. 地震作用下框架的内力计算 16
第4章 风荷载作用下的内力计算 28
1. 风荷载计算 28
2. 风荷载作用下内力计算 29
第5章 竖向荷载作用下框架结构内力计算 37
1. 框架计算简图 37
2. 框架恒载计算 38
3. 恒载作用下框架内力计算 47
4. 框架活载计算 57
5. 活载作用下框架内力计算 62
第6章 内力组合 79
1. 组合说明 79
2. 内力组合 79
第7章 截面设计 80
1. 框架柱验算 80
2. 框架梁验算 84
3. 节点域设计 86
4. 节点设计 87
第8章 独立基础设计 95
1. 基础说明 95
2. 荷载统计 95
3. 基础设计 95
第9章 压型钢板组合楼板设计 102
1. 荷载及内力计算 102
2. 压型钢板验算 103
第10章 楼梯设计 106
1. 首层楼梯设计 106
2. 标准层楼梯设计 108
第11章 手算与电算PKPM比较 112
1. 结构基本周期比较 112
2. 层间位移比较 112
3. 底层柱轴力设计值比较 114
参考文献 115
附录 116
1. 英文翻译 116
2. 图纸总目录表 134
附表一：框架梁内力组合表
附表二：框架A柱弯矩和轴力内力组合表
附表二：框架B柱弯矩和轴力内力组合表
附表二：框架C柱弯矩和轴力内力组合表

中南大学本科毕业设计 摘要
武汉某商业办公楼
摘 要
本工程为武汉市某商业办公楼工程，采用钢框架结构，主体为六层，本地区抗震设防烈度为6度，场地类别为II类场地。主导风向为西北，基本风压0.5，基本雪压0.35。楼﹑屋盖采用压型钢板混合结构。本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。按照建筑设计规范，认真考虑影响设计的各项因素。根据结构与建筑的总体与细部的关系。本设计主要进行了结构方案中横向框架第5轴抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,然后按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力。是找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。对楼板进行了配筋计算，本设计采用独立基础。 整个结构在设计过程中，严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之，适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。设计合理可行的建筑结构方案是现场施工的重要依据。
关键词： 钢框架结构、抗震设计、荷载计算、内力计算

Wuhan County commercial office building
ABSTRACT
This works for the Wuhan County commercial office building, a Steel framework structure for a six-storey main, in the region earthquake intensity of 7 degrees near Lan site classification as Class II venues. Led to the northwest direction, the basic Pressure 0.5, basic snow pressure. Floor roof were using cast-in-place reinforced concrete structures.
The design and implement "practical, security, economic, aesthetic," the design principles. With the architectural design, design seriously considers the influence of the various factors. According to the structural and architectural detail and the overall relationship.
The design of the main structure of the program horizontal framework 5-axis seismic design. In determining the distribution framework, the first layer of representative value of the load, then at the bottom of shear horizontal seismic load calculation under size, and then calculated the level of load under the Internal Forces (bending moment, shear and axial force). Then calculate vertical load (constant load and live load) under the Internal Forces. Identify the most disadvantaged group or an internal force several combinations. Select the best safety results of the reinforcement and Mapping. In addition, the structure of the program indoor staircase designs. Completion of the platform boards, boards of the ladder, platform beam component and the reinforcement of internal forces calculation and construction mapping. On the floor reinforcement calculation, This design uses an independent foundation.
The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Design reasonable and workable structure of the program is the construction site of the important basis for the construction.

KEY WORDS: Steel Frame Structure、Seismic Design、Load Calculation、Internal force calculation

第1章 工程概况
1. 设计题目：武汉市某商业办公楼
2. 设计资料：
(1)建筑部分：层数：主体六层：
层高：首层4.5m，二层—六层3.6m；
各层功能：首层以管理、展览、服务接待为主，二层至顶层以办公为主，包括办公室和会议室等；
(2)结构部分：结构形式：钢框架结构；
楼盖板：全现浇楼板；
基础：独立基础；
墙体材料：外墙为240mm加气混凝土砌块，内墙为240mm加气混凝土砌块，卫生间隔墙为120mm加气混凝土砌块（容重为6.5）；
(3)自然条件：主导风向为西北，基本风压，地面粗糙类别为C类，基本雪压
建筑场地地势总体平坦开阔；
抗震设防烈度：6度，基本地震加速度值为0.05g；场地土属于中软场地，场地类别II类；
场地地层结构自上而下分四层，杂填土约0.5m、粉质粘土约1.0m、粉土约0.7m、第四层为卵石，其中卵石的承载力特征值。
(4)材料选用：钢材：所有构件均采用Q345；
混凝土：组合楼板采用C20，其余均采用C25
钢筋：楼梯梁采用HRB335，其余均采用HPB235
(5)设备条件：电力供水、排水、供热均由城市系统引入

139

第2章 结构方案设计及荷载统计
1. 结构方案设计
(1) 设计依据： 《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001)
《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)
《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2001)
《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)
《钢结构设计规范》 (GBJ20017-2003)
(2)设计规模：总建筑面积：6048。结构共六层：首层层高 4.5m；其他均3.6m；
室内外高差：0.45 m。
(3)结构方案：由建筑设计方案和设计任务书确定。绘出结构平面布置图。
(4) 构件几何尺寸初选 （高度x宽度x腹板厚度x翼缘厚度）
主梁：L/15~L/25=9000/15~9000/25=360~600 采用HM型钢
考虑结构外围主梁与内侧主梁受力不同，故用取不同截面,见表2.1
表2.1 主梁截面尺寸
主梁位置
截面尺寸mm
截面面积cm2
理论重量kg/m
外围
390×300×10×16
130.7
107
内侧
588×300×12×20
192.5
151
次梁：L/15~L/25=9000/15~9000/25=360~600 采用HN型钢
450×200×9×14 A=97.41 cm2 q=76.5kg/m
柱：采用HW型钢 考虑不同楼层柱的受力不同，故采用不同截面尺寸，见表2.2
表2.2 柱截面尺寸
层
截面尺寸mm
截面面积cm2
理论重量kg/m
首层
428×407×20×35
361.4
284
二、三层
414×405×18×28
296.2
233
四、五层
394×398×11×18
187.6
147
顶层
300×300×10×15
120.4
94.5

中南大学本科毕业设计 第二章 结构方案设计及荷载统计

图2.1结构平面布置图
2.荷载统计：
（1）、恒载计算
1.1屋面荷载
屋面为300mm厚
1.2mm厚压型钢板 0.17 kN/
100mm厚C25钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 kN/
20mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/
2mm厚SBS改性沥青隔气层 0.025 kN/
100mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温板 0.1×0.5=0.05 kN/
100mm厚水泥珍珠岩找坡层 0.1×4=0.4 kN/
20mm厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/
4mm厚SBS改性沥青隔气层 0.05 kN/
V型轻钢龙骨吊顶 0.12 kN/
顶棚上铺焦渣据末绝缘层 0.2 kN/
合计 4.32 kN/
1.2 墙自重

1.2.1外墙自重（240mm厚）
10mm厚弹性外墙涂料 0.01×20=0.2 kN/
3mm厚弹性底涂，柔性耐水腻子（不记）
10mm厚抗裂砂浆复合热镀锌电焊网 0.01×20=0.2kN/ 20mm厚挤塑聚苯板保温层 0.02×0.3=0.006 kN/
20mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/
240mm厚加气混凝土砌体（6.5KN/m） 0.24×6.5=1.56 kN/
10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光 0.01×17=0.17 kN/
15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底 0.015×17=0.255 kN/
20mm厚乳胶漆粉刷 0.02×17=0.34 kN/
合计 3.131 kN/
女儿墙荷载同外墙
1.2.2内墙自重（240mm厚）
240mm厚加气混凝土砌体（6.5kN/m） 0.24×6.5=1.56 kN/
10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光（两面）
2×0.01×17=0.34 kN/
15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底（两面） 2×0.015×17=0.51kN/
20mm厚乳胶漆粉刷（两面） 2×0.02×17=0.68 kN/
合计 3.09 kN/
1.2.3卫生间隔墙自重（120mm厚）
10mm厚1:2.5水泥砂浆抹面 0.01×20=0.2 kN/
10mm厚1:3防水水泥砂浆 0.01×20=0.2 kN/
120mm厚加气混凝土砌块（6.5KN/m） 0.12×6.5=0.78 kN/
10mm厚1:0.3:3水泥石膏砂浆粉面压实抹光 0.01×17=0.17kN/ 15mm厚1:1:6水泥石灰砂浆打底 0.015×17=0.255 kN/
20mm厚乳胶漆粉刷 0.02×17=0.34 kN/
合计 1.945 kN/
外墙和内墙恒载值取3.2 kN/，卫生间隔墙恒载值取2 kN/

1.3楼面荷载
楼面为100mm厚
1.2mm厚压型钢板 0.17 kN/
100mm厚C25钢筋混凝土板 0.1×25=2.5 kN/
30mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.03×20=0.6 kN/
瓷砖地面 0.55 kN/
V型请钢龙骨吊顶 0.12 kN/
顶棚上铺焦渣锯末绝缘层 0.2 kN/
合计 4.14 kN/

1.4台阶
12mm厚1:2水泥石子磨石面层 0.012×15=0.18 kN/
速水泥浆结合层一道
18mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.36 kN/
60mm厚C15混凝土，台阶高150，宽300/323，踏步数 1.44 kN/
300厚3:7灰土垫层 0.3×17.5=5.25 kN/
素土夯实
合计 7.23 kN/

1.5楼梯
1.5.1首层楼梯 板式楼梯
梯段板自重 25××0.12×1.85×2=67.21 kN
地板自重 25×0.15×0.48×4=7.2 kN
平台自重 25×3.8×1.8×0.1=17.1 kN
平台梁自重 25×0.2×0.4×3.8=7.6 kN
构造柱自重 3×25×0.20×0.20×4.5=13.5 kN
踏步自重 25×1.85×14×0.28×2×0.15/2=13.59 kN
合计 126.2 kN

1.5.2楼梯（除首层） 板式楼梯
梯段板自重 25××0.12×1.85×2=39.60kN
地板自重 25×0.10×1.32×4=13.2 kN
平台自重 25×3.8×1.8×0.1=17.1 kN
平台梁自重 25×0.2×0.35×3.8=6.65 kN
构造柱自重 3×25×0.20×0.20×3.6=10.68kN
踏步自重 25×1.85×11×2×0.28×0.15/2=10.68 kN
合计 98.15kN
（2）、活载计算
2.2.1、屋面及楼面活荷载标准值

上人楼面活荷载 2.0 kN/
不上人屋面活荷载 0.5 kN/
楼梯、台阶、门厅处活荷载 3.5 N/
走廊处活荷载 2.5 kN/

2.2.2、屋面雪荷载标准值

工程所在地基本雪压为,按50年一遇考虑建筑为平屋顶，则雪荷载标准值==1.0×0.5=0.5
荷载规范中规定，屋面雪荷载与活载不同时考虑，两者中取大值，由于屋面不上人活载为，故仅考虑活载而不考虑雪荷载。

2.2.3、风荷载

工程所在地基本风压为，按50年一遇考虑，地面粗糙度为C类。
框架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。
风荷载标准值计算公式为：=
楼层位置的集中风荷载线荷载：
因为结构高度小于30m，可取；对于矩形平面形状，；可以通过查表得到；H为上、下楼层层高的平均值。计算结果如下表：

表2.3风荷载作用下框架的各层集中风荷载计算（线性）
楼层
Z(m)

()
()
H(m)
(kN)
1
4.95
1.0
0.74
1.3
0.35
0.34
4.05
1.36
2
8.55
1.0
0.74
1.3
0.35
0.34
3.60
1.21
3
12.15
1.0
0.74
1.3
0.35
0.34
3.60
1.21
4
15.75
1.0
0.75
1.3
0.35
0.34
3.60
1.23
5
19.35
1.0
0.83
1.3
0.35
0.38
3.60
1.36
6
22.98
1.0
0.89
1.3
0.35
0.40
1.80
0.73

3. 竖向荷载统计
（1） 顶层荷载
屋面：4.32 ×56×18=4354.56kN
女儿墙：3.2×0.9×（56+18）×2=426.24kN
外墙：3.2×3.6×（56+18）×2=1704.96kN
内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN
卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN
柱：94.5×9.8×3.6×24/1000=80.02kN
主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN
次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=178.43kN
恒载标准值统计：∑恒载=9500.81kN
活载标准值统计：∑活载=0.5×56×18=504kN
荷载代表值：∑恒载+0.5∑活载=9500.81+0.5×0.5×56×18=9752.81kN

（2） 四、五标准层荷载
楼面4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN
外墙：3.2×3.6×（56+18）×2=1704.96kN
内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN
卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN
柱：147×9.8×3.6×24/1000=124.47kN
主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN
次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=178.43kN
楼梯：98.15×2=196.3kN
恒载标准值统计：∑恒载=8935.16kN
活载标准值统计：∑活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2）+2.5×3×56+3.5×4×6×2=2172kN
荷载代表值：∑恒载+0.5∑活载=8935.16+0.5×2172=10021.16kN

（3） 二、三标准层荷载
楼面4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN
外墙：3.2×3.6×（56+18）×2=1704.96kN
内墙：3.2×3.6×（56×2-4×2+9×5+6×8）=2269.44kN
卫生间隔墙：2×3.6×（4.4+8）=89.28kN
柱：233×9.8×3.6×24/1000=197.29kN
主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN
次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=178.43kN
楼梯：98.15×2=196.3kN
恒载标准值统计：∑恒载=9007.98kN
活载标准值统计：∑活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2）+2.5×3×56+3.5×4×6×2=2172kN
荷载代表值：∑恒载+0.5∑活载=9007.98+0.5×2172=10093.98kN
（4） 首层荷载
楼面：4.14×（56×18-4×6×2）=3974.4kN
外墙：3.2×4.5×（56+18）×2=2131.2kN
内墙：3.2×4.5×（56×2-16-4×2+9×4+6×8）=2476.8kN
卫生间隔墙：2×4.5×（4.4+8）=111.6kN
柱：284×9.8×4.5×24/1000=300.59kN
主梁：107×9.8×（18+56）×2/1000+151×9.8×（18×6+56）/1000=397.88kN
次梁：76.5×9.8×（18×7+56×2）/1000=178.43kN
台阶：7.23×[(0.3+0.32+0.5)×2+8]×2.6=192.50kN
楼梯：126.2×2=252.4kN
恒载标准值统计：∑恒载=10015.8kN
活载标准值统计：
∑活载=2.0×（56×18-3×56-4×6×2-9×16）+2.5×3×56+3.5×{4×6×
2+[(0.3+0.32+0.5)×2+8]×2.6+9×16}=2481.19kN
荷载代表值：∑恒载+0.5∑活载=10015.8+0.5×2481.19=11256.40kN
总荷载代表值=61239.49kN

中南大学本科毕业设计 第三章 水平地震作用下内力计算
第3章 水平地震作用下的内力计算
1.梁柱线刚度计算：
1.1钢框架结构中，考虑现浇楼板与钢梁得共同作用，在计算梁线刚度时，对中框架梁,对边框架梁取
边框架： I=3.89× L=9m E=2.06×N/
中框架： I=11.8× L=9m E=2.06×N/
中框架梁线刚度：=40513kN.m
边框架梁线刚度：=10685kN.m
1.2柱的线刚度：
一层柱线刚度：
=11.9× =2.06××11.9×/4.5=54476kN·m
二、三层柱线刚度：
=9.3× =2.06××9.3×/3.6=53217 kN·m
四、五层柱线刚度
=5.54× =2.06××5.54×/3.6=31701 kN·m
六层柱线刚度
=2.05× =2.06××2.05×/3.6=11731 kN·m
框架梁柱相对线刚度计算
令顶层柱=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：
框架梁的相对线刚度：=40513/11731=3.45 =10685/11731=0.91
框架柱的相对线刚度：=54476/11731=4.64 =53217/11731=4.54
=31701/11731=2.70 =1.0
框架梁柱相对线刚度见图3.1

图3.1 框架相对线刚度图
2.边框架柱的D值计算
由D=

表3.1 常用K值与
楼层
简图
K

一般层柱

底层柱

表3.2 边框架柱D值计算
楼层
柱位
（kN.m）

k

层高
h(m)
D
(kN/m)
柱
根数

(kN/m)
合计
（kN/m）
6
边柱
11731
（1.0）
1.82
0.91
0.313
3.6
3396.719
4
13586.88
23937.09
中柱
3.64
1.82
0.476
5175.107
2
10350.21
5
边柱
31701
（2.70）
1.82
0.34
0.145
3.6
4264.934
4
17059.73
31955.17
中柱
3.64
0.68
0.253
7447.72
2
14895.44
3
边柱
31701
（2.70）
1.82
0.34
0.145
3.6
4264.934
4
17059.73
31955.17
中柱
3.64
0.68
0.253
7447.72
2
14895.44
3
边柱
53217
（4.54）
1.82
0.20
0.091
3.6
4479.545
4
17918.18
34343.18
中柱
3.64
0.40
0.167
8212.5
2
16428
2
边柱
53217
（4.54）
1.82
0.20
0.091
3.6
4479.545
4
17918.18
34343.18
中柱
3.64
0.40
0.167
8212.5
2
16428
1
边柱
54476
（4.64）
0.91
0.20
0.318
4.5
10271.57
4
41086.28
65297.83
中柱
1.82
0.40
0.375
12105.78
2
24211.56
注：计算采用相对线刚
表3.3 中框架柱的D值计算
楼层
柱位
（kN.m）

k

层高
h(m)
D
(kN/m)
柱
根数

(kN/m)
合计
（kN.m）
6
边柱
11731
（1.0）
6.9
3.45
0.633
3.6
6875.97
12
82511.62
133038.4
中柱
13.8
6.9
0.775
8421.13
6
50526.78
5
边柱
31701
（2.70）
6.9
1.28
0.390
3.6
11454.74
12
137456.9
236329.4
中柱
13.8
2.56
0.561
16478.75
6
98872.51
4
边柱
31701
（2.70）
6.9
1.28
0.390
3.6
11454.74
12
137456.9
236329.4
中柱
13.8
2.56
0.561
16478.75
6
98872.51
3
边柱
53217
（4.54）
6.9
0.76
0.275
3.6
13568.48
12
162821.7
290488.8
中柱
13.8
1.52
0.432
21277.84
6
127667
2
边柱
53217
（4.54）
6.9
0.76
0.275
3.6
13568.48
12
162821.7
290488.8
中柱
13.8
1.52
0.432
21277.84
6
127667
1
边柱
54476
（4.64）
3.45
0.74
0.453
4.5
14609.41
12
175312.9
285517.2
中柱
6.9
1.48
0.569
18367.39
6
110204.3
注：计算采用相对线刚
3.水平地震力计算
（1）结构自振周期
结构高度为22.5m小于25m且为填充墙框架结构
==3.22s
又=(0.08~0.12)N=0.08×6~0.12×6=0.48s~0.72s
取较小值0.48s
（2）水平地震影响系数
按照6度设防，类场地II类，基本地震加速度值为0.05g。查表得：水平地震影响系数=0.04，=0.35s
本结构为多层框架结构，则==0.04，=0.35s
=0.48<1.4=1.4×0.35=0.49,无需在结构顶部附加集中水平地震作用
（3）总水平地震作用

为结构等效总重力荷载，多质点取总重力荷载代表值得85%
=0.04×0.85×=0.04×0.85×61239.49=2082.14KN
（4）各层水平地震力
（i=1,2,3，…n）
=11256.40×4.5+10093.98×8.1+10093.98×11.7+10021.16×15.3+10021.16×18.9+9752.81×22.5 =812676.50 kN.m
=11256.40×4.5/812676.50×2082.14=129.78kN
=10093.98×8.1/812676.50×2082.14=209.48kN
=10093.98×11.7/812676.50×2082.14=302.58kN
=10021.16×15.3/812676.50×2082.14=392.83kN
=10021.16×18.9/812676.50×2082.14=485.25kN
=9752.81×22.5/812676.50×2082.14=562.22kN

表3.4 D值汇总（）
层
D值 数

柱
1
2
3
4
5
6
边柱
65297.83
34343.18
34343.18
31955.17
31955.17
23937.09
中柱
285517.2
290488.8
290488.8
236329.4
236329.4
133038.4
合计
350815
324832
324823
268284.6
268284.6
156975.5
4.地震作用下层位移计算，见表3.5
表3.5 各层水平地震作用标准值、层间位移计算
楼层
(m)
(kN)
(kN)
(kN)
()
(m)
6
3.6
9752.81
562.22
562.22
156975.5
0.0035
5
3.6
10021.16
485.25
1047.47
268284.6
0.0039
4
3.