公司办公楼钢框架建筑结构设计-.doc

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1、目 录一、设计任务书3二、开题报告7三、中文摘要15四、英文摘要16五、设计说明书17 1. 框架梁柱验算17 2.压型钢板非组合楼盖设计25 3.次梁设计29 4.檩条设计31 5.节点设计 33 5.1 梁柱节点设计33 5.2 主次梁节点设计35 5.3 刚接柱脚设计39 6.柱下独立基础设计41 7.电算信息46 8.荷载信息49 9电算结果50六、结束语52七、附件 1.实习报告 2.外文翻译及原文八、图纸题 目： 北京科兴生物有限公司办公楼钢框架建筑结构设计适合专业： 土木工程 ：指导教师（签名） 提交日期： 2007 年 3 月 9 日学院： 土建学院 专业：土木工程 学生姓名：

2、 学号： 03231268 毕业设计（论文）基本内容和要求： 一、 设计原始资料 提供的建筑材料 钢材：型钢，钢板，冷弯薄壁型钢均为Q235或Q345； 螺栓：摩擦型高强度螺栓和普通螺栓； 焊条：手工焊、自动埋弧焊和CO2气体保护焊； 空心砖MU10，砂浆M2.5，基础和楼板混凝土C25，垫层混 凝土C10； 钢筋：直径12mm为II级钢筋，直径10mm为I级钢筋。 二、 建筑物组成及功能要求 深圳科兴生物有限公司兴建厂区，整个场区由办公楼、仓库、车 间厂房三部分组成。本题目为其中的办公楼部分。要求采用钢框架 2 结构，主要功能：办公、会议和小型展览，建筑面积 50006500m 左右，层数

3、4 层：首层：4.5 米；标准层 3.6 米，压型钢板保温屋面， 外墙采用陶粒混凝土砌块或其他轻质墙体，内墙采用轻质隔墙，屋 面坡度 5。建筑物防火等级为二级。 功能要求：内廊式建筑。 2 大会议室：一个，面积约 200 m 。接待室：两个，设在一层，面 2 2 积 60 m 。中型会议室：一个，约 120 m 。小会议室：两个，每 2 2 2 个面积 60 m 。办 公 室：共约 3000m ，其中大办公室（60 m ） 2 2530 间，其余为小办公室（30 m ） 。其它部分：包括门厅、走 廊、楼梯、卫生间、开水间、配电室等。每层还设有洗手间、楼 梯间。 三、 建筑设计的要求和内容 1、

4、平面设计 （1） 根据设计要求，确定建筑物的平面分区及各房间的平面形状 面积大小及位置。 （2） 根据防火要求，分析确定门厅、走廊、楼梯等位置和数量。 （3） 根据建筑物功能要求进行辅助房间如厕所、 配电室等的面积、 位置及平面设计。 （4） 按采光通风要求，设计房屋的门窗大小和位置。 （5） 根据承重作用及柱网等确定轴线位置。 2、剖面设计 （1） 根据选定的结构体系，估算主要构件的尺寸，如梁、板、柱等。 （2） 根据采光及通风及工艺构造要求，确定建筑物部分剖面高度。 （3） 确定楼梯及建筑物部分剖面尺寸。 3、立面设计 （1） 根据平面和剖面设计，绘制建筑立面轮廓图。 （2） 根据体型组合

5、，调整各部分比例尺度，使其完整均衡，比例恰 当，主次分明，并使体型简洁，与环境协调。 （3） 运用各种手法，进行立面处理，使建筑具有一定美感，并对门 廊、雨篷等部分进行重点处理。 4、绘制施工图 （1） 首层平面图 1：100 （2） 标准层平面图 1：100 （3） 建筑详图 （4） 正立面图 1：100 （5） 剖面图 1：100 （6） 编制建筑设计说明书四、 结构设计内容及要求 1、结构平立面设计：包括结构总体尺寸、标高，柱网布置，主次梁 布置，楼板布置等，楼盖要求采用压型钢板组合楼盖。 2、编制结构设计中各种作用的计算原理（如风荷载、地震作用等） ， 结构分析的简化计算方法。掌握简化

6、计算方法的假定条件、 原理、 计算步骤以及荷载效应组合等内容。 3、 荷载计算：根据初定的建筑结构方案，以及荷载规范、抗震规范 进行荷载的统计计算，计算各楼层重量（包括楼面恒载、活荷载， 隔墙重量等）。 4、 建议运用建研院编制的 PKPM 软件进行结构刚度、效应分析、杆 件内力标准值的计算，基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、 整体计算、结果分析等各重要环节。结合规范理解输入参数的含 义，并将自己的理解编制入计算书中。 5、进行结构设计：框架结构设计（各荷载工况结构内力（电算） ， ） 荷载组合手算；节点设计（手算） ；檩条设 ；次梁设计（手算） 计（手算） ；基础设计（手算）。 ；组合楼

7、板设计（手算） ） 6、 结构设计成果 （1）设计计算书（电算和手算）； （2）结构平面、立面和剖面图； （3）框架安装图，主要节点构造详图； （4）框架梁柱详图，零件大样图； （5）次梁图，零件大样图； （6）楼板配筋详图。毕业设计（论文）重点研究的问题：1、根据功能要求，确定合理的建筑方案；2、通过使用和熟悉结构辅助设计软件，了解软件编制原理，掌握计算软件所采用的计算方法及现行规范在计算机辅助设计中的体现。3、构件、节点、基础设计及施工图绘制 毕业设计（论文）应完成的工作： 1、设计说明书部分： （1） 设计任务书； （2） 中英文摘要； （3） 建筑设计说明书； （4） 结构设计方案说明

8、书； （5） 结构设计计算书； （6） 附件 ； 开题报告（含文献综述） 实习报告； 。 外文参考资料翻译（含原文） （7） 结束语 2、图纸参考资料推荐： 建筑设计资料集 钢结构上、下册设计部分 陈绍蕃主编 房屋建筑制图统一标准（GB/T500012001） 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 CECS102-2002 钢结构设计规范 GB50017-2003 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002 建筑荷载规范 GB50009-2001 建筑抗震设计规范 GB50011-2002 钢结构设计手册 中国建筑工业出版社 冷弯薄壁型钢设计手册 中国建筑工业出版社 轻钢结构毕业设计指导书

9、于安林编 题 目： 北京科兴生物有限公司办公楼钢框架建筑结构设计学院：土建学院专业：土木工程学生姓名：学号：03231268文献综述： 随着我国建筑业的快速发展，建筑设计理念在不断更新，钢结构作为一个新兴产业在华夏大地迅速崛起。钢框架结构作为一种常用的钢结构形式，也逐渐步入了人们的视线。 钢框架结构主要是采用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接而成的结构体系。在现代多高层、超高层建筑中应用较为广泛，属于钢混凝土混合结构，使钢材和混凝土优势互补、充分发挥材料效能。 钢框架与混凝土框架结构相比有以下几点优势。一，无承重墙；二，强度高；三，质量可靠；四，施工速度快；五，绿色环保。钢框架结构多用于大跨

10、度公共建筑、工业厂房和一些对建筑空间、建筑体型、建筑功能有特殊要求的建筑物和构筑物中，如剧院、商场、体育馆、火车站、展览厅、飞机库、停车场、仓库、工业车间等，并在高层和超高层建筑中有着越来越广泛的应用。 目前，钢框架结构的研究方法已经比较成熟，国内外也有许许多多钢框架结构的应用实例。钢框架设计一般包括梁柱布置、楼板布置、屋面布置、荷载计算、结构计算、节点设计、支撑设计等。 一、关于钢框架结构的布置分为如下几个方面： 1、布置原则：采用 PKPM 软件钢结构框架三维模型输入建模，根据不同类型的建筑的不同需要，适当的布置柱网尺寸。对于平面、竖向不规则的要求与钢筋混凝土结构相同，抗震设计要符合“强节

11、点弱构件、强柱弱梁、强焊缝弱钢材”的原则，对于框架，使节点的承载力高于构件的承载力，防止节点的破坏先干构件的破坏，是确保构件整体性的必要条件，但节点又不可过强，应允许地震时梁、柱节点域的板件能产生一定量的剪切屈服变形，以提高整个框架的延性，“强柱弱梁”的道理与钢筋砼结构一样，有利于提高框架的防倒塌能力；由于构件焊缝的延性，一般低于被连接构件的钢材延性，因此要求焊缝的承载力应高于被连接钢材板件的承载力，可以使构件的屈服截面避开焊缝而位于钢板件之中，从而提高构件以至整个结构的延性，螺栓连接的延性等抗震性能优于焊缝连接，重要的构件和节点宜采用高强度螺栓连接。 2、柱、梁布置：钢框架柱截面形式常用的有

12、箱形截面、H 型截面，箱形截面的受弯承载力比较强，截面性能没有强、弱轴之分，截面尺寸可以按照两个方面的刚度强度要求而定，经济、合理，缺点是需要拼装焊接，焊接工艺要求高，加工量大，轧制宽翼缘 H 型钢优点是加工、杆件连接容易，但有强、弱轴之分 I 字形截面梁的经济跨度为 612m，一般框架梁、次梁均选用 I 字形梁。次梁是钢结构中数量最多的构件，占结构用钢量的比例较大。布置次梁时应有利于荷载均匀分布。钢次粱一般宜与主梁铰接相连，连续的组合梁虽可减小梁的跨中弯矩和挠度，但与主梁受弯节点要求采用栓焊法或在钢梁上、下翼缘设置钢盖板法相连时，将增加较多的焊接工作量，实际工程中很少采用井字梁结构。次梁的间

13、距一般为 25 35m。 3、楼板布置：钢结构的楼板宜采用压型钢板现浇钢筋砼组合楼板或非组合楼板。 对于不超过 l2 层的钢结构也可同钢筋砼结构一样采用钢筋砼现浇楼板。在无抗震设防要求时，可采用予制楼板。组合楼板在使用阶段压型钢板可作为混凝土楼板的受拉钢筋。压型钢板镀锌量不多，板厚不应小于 0.75mm，在板底需刷防火涂料，目前防火涂料价格较高，因此采用组合楼板造价较高。非组合楼板在使用阶段，压型钢板不代替砼板的受拉钢筋，按普通钢筋混凝土楼板计算。其承载力在施工阶段，要考虑由压型钢板承担未结硬的湿混凝土板的重量和施工活荷载。压型钢板宜采用具有防锈功能的镀锌板，板底不需刷防火涂料，板厚不应小于0

14、5mm，压型钢板仅做为模板使用。组合楼板、非组合楼板及钢筋砼楼板均需在钢梁顶设置圆柱头栓钉，栓钉需穿透钢板焊于钢梁翼缘上，栓钉直径 d 根据板跨度大小，13ltdlt19mm，柱顶间距一般4d，柱钉高度高出压型钢板顶面 30ram 以上，顶面砼保护层厚度15mm。 4、屋面布置 目前钢框架结构顶层通常采用轻质屋面，因为屋面荷载很小，通常为使用方便，可将横向抽柱，顶层实际做法相当于门式刚架结构，在横向钢梁上设置檩条，檩条在支座处设置檩托，用 2 个螺栓将腹板与檩托连接，檩托可采用热扎角钢，檩条截面高度一般为 135150 跨度，檩条通常采用冷弯薄壁“z”形式“C”型形型钢，一般按简支梁构造和计算

15、强度、稳定、变形。檩条垂直于屋面坡面布置，为减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转，保证其整体稳定性，一般需在檩条间设置拉条，作为其侧向支承点，檩条跨度gt4m 时，设一道拉条，gt6m 时，设两道拉条，在檐口处还应设斜拉条和撑杆，拉条采用圆钢时，直径不宜小于 lOmm。 屋面板通常采用夹芯板一保温、隔热芯板与面板一次成型的双层压型钢板，上层为小波的压型钢板，下层为小肋的平板，压型钢板与檩条用自攻螺钉连接，板与板的搭接处用抽芯铆钉连接，连接处应设置防水密封胶带。 5、节点设计 （1）梁柱节点：梁柱节点通常采用刚性连接，并通常采用栓焊混合连接；梁的上、下翼缘用坡口全熔透焊缝与柱翼缘连接，腹板用

16、摩擦型高强度螺栓与柱翼缘上的剪力板连接，原则上梁端弯矩由梁翼缘负担，梁端剪力由梁腹板承担，在梁的对应位置设置柱的水平加劲肋。对抗震设防的结构，水平加劲肋应与粱翼缘等厚，水平加劲肋与柱采用坡口全熔透焊缝焊接，当柱两侧梁高度不等时，每个梁翼缘对应位置均应设置柱的水平加劲肋， 加劲肋之间的距离不小于 150mm，也可设置坡度小于 l：3 的加劲肋或将截面高度较小的梁腹板高度局部加大，腋部翼缘的坡度不得大于 l：3，节点域应按建筑抗震设计规范公式8252、825 5、8256验算其抗剪强度、稳定性。 （2）、次梁与框架梁的连接 通常采用铰接，次梁与主粱的竖向加劲板用高强度螺栓连接，主梁加劲肋与主梁之间

17、的连接焊缝采用双面直角角焊缝。 、 （3）柱 拼接、梁拼接 当柱、梁长度大于 1415m 左右时，不便于运输和装配，需要在工地现场进行拼接。柱接头应位于框架节点塑性区以外，一般宜在框架梁上方 13m 附近，柱接头的设计应满足极限承载力 Ma12Mpe 的原则Ma：极限受弯承载力；Mpe：全塑性受弯承载力，柱接头上、下各 100ram 范围内，I 字形截面柱的工地接头，翼缘采用全熔透坡口焊接，腹板用高强度螺栓连接，也可采用焊接，在上柱腹板开 K 形坡口，要求焊透。 梁接头应位于框架节点塑性区以外，即从梁端算起的 110 跨长并应大于 16m，拼接接头由；翼缘承担弯矩，腹板承担剪力。梁的拼接主要用

18、于梁与柱全焊接节点的柱外悬臂梁段与中间梁段的连接，连接形式有：翼缘为全溶透焊接，腹板为高强度螺栓连接；翼缘、腹板都用高强度螺栓连接；翼缘、腹板都用全溶透焊接。 （4）、框架梁的侧向隅撑 按抗震设计的框架梁，在梁可能出现塑性铰处通常距柱轴线 18110 梁跨处，梁上下翼缘均应设置侧向隅撑。 （5）柱脚设计 多层钢框架柱脚通常采用埋入式柱脚或外露柱脚，均为刚接柱脚埋人式柱脚埋人砼基础内的深度要求不得小于钢柱截面高度的 3 倍，对于34 层的大型商场，钢框架柱截面高度取 500600mln，柱脚埋深就需要 15m 一 18m，而大型商场的占地面积很大，埋深大就会使地基处理的土方量增大很多，地基处理的

19、造价也会增大很多。 为减小土方量，降低造价，可采取基础在钢柱下对齐位置局部开挖，满足钢柱埋深，基础其它部分可以浅埋，整体开挖深度也可浅挖，使土方量大幅度减小，埋入式柱脚在钢柱的埋人部分应设置栓钉，栓钉直径不得小于 16mm，并应计算满足轴力、弯矩，钢柱翼缘的保护层厚度对于中间柱不得小于 180mm，对于边柱和角柱的外侧不宜小 250mm。 外露式柱脚宜采用带靴梁的构造，弯矩由靴梁传递，柱脚由底板、靴梁、锚栓组成。 钢结构的优点如塑性韧性好，强度高、重量轻，材质均匀，和力学计算的假定比较符合，制作简便，工业化程度高，施工工期短，密闭性好，耐热性好等等已经为人所众知，不过也同时应该注意到其缺点，耐

20、火性差，耐腐蚀性差，还应该在设计中特别注意钢结构的稳定性问题，由于钢结构截面相较其他材料为小，同时的问题就是钢结构在设计不当时容易发生失稳。钢框架结构的稳定性主要包括框架平面内的稳定、框架平面外的稳定和构件的局部稳定三个方面。对于框架平面外的稳定可以通过设置平面外支撑来得以保证；构件的局部稳定可以通过限制翼缘的宽厚比来保证；框架平面内的稳定根据组成形式的不同分为有侧移和无侧移两种形式。 6、发展前景 随着我国改革开放和经济的不断发展，我国钢材的产量已经居于世界首位，刚才产量的增长能够为发展我国的刚结构建筑事业创造了良好的时机。钢结构建筑以其独有的一系列优良的性能近年来在我国呈现出了良好的发展势

21、头，目前我国的钢结构建筑业正处于一个建国以来最好的发展时期。总的来说，钢结构的发展有以下几个趋势：一是钢材的强度提高，高强度的钢材在大跨结构、高层结构中的应用前景乐观。二是结构形式的革新。现行的新的结构形式如悬梭结构、网架结构以及预应力钢结构等，这些适用于轻型、大跨、高层结构的结构形式将会在节省钢材方面发挥重要作用。三是钢-混组合构件的应用，各取所长，优势互补。充分发挥各自的优点。 二、压型钢板 4mm2mm 的薄钢板又称基材经裁剪、 压型钢板通常是由厚度为 0冷轧或冲压成型。它的物理构造即为基材的物理构造，基材一般由钢板和镀层组成。目前，国际上基材多采用镀锌钢板、镀锌铝钢板、镀铝锌钢板。彩涂

22、钢板在压型钢板的应用中也占有很大的份额，它是指将具有保护性和装饰性的有机涂料或薄膜连续涂覆于钢质基板上，经烘烤固化而制成的具有复合材料特性的一种预涂层冶金产品彩涂钢板经裁剪、压型后，在耐久性、实用性、经济性和美学等方面均能满足建筑上的使用要求，是一类理想的金属建筑围护材料典型的彩涂钢板由钢板、镀层、化学转化膜和有机涂层四部分构成，它的正面涂层厚度与背面涂层厚度并不相同，正面的要比背面的厚。衡量压型钢板性能的一个重要指标是它的抗腐蚀性能。压型钢板的抗腐蚀性能是指其在役期间，抵抗环境的影响、维持表观性能、维持使用功能、维持承力性能等之能力它遭受环境腐蚀程度由弱到强的表现可依次表述为：表观失光、变色

23、、粉化、龟裂、开裂、鼓泡、锈斑、穿漏等 基材钢板的腐蚀表现为锈蚀主要是电化学腐蚀 只要钢板基材不能严格地与大气隔绝，电化学腐蚀的发生就不可避免而一般的钢板在无保护的自然状态下，从腐蚀发生开始至其达破坏状态这一时间很短，远远达不到建筑上的使用期要求涂层、化学转化膜和镀层在客观上就成了钢板的多道抗腐防线，其中，镀层起着决定性的作用，镀层厚度越大，其抗腐蚀性能越好。镀锌、镀锌铝、镀铝锌这三种钢板中，以镀铝锌钢板的抗腐蚀性能最好，镀锌铝钢板次之，镀锌钢板较差工程实例表明，常用镀铝锌钢板的使用寿命可达 20 多年。 压型钢板的防水性能好，但使用若干年后的屋面会出现渗漏现象，这主要与其涂层材料的性质有关。

24、压型钢板屋面出现渗漏的影响因素很多，主要与连接螺钉、硅胶等零配件的质量，屋面整体设计和节点处理以及安装质量直接相关。其中螺钉和硅胶的影响更为显著。硅胶在压型钢板屋面中是必不可少的。板的纵向搭接、收边泛水板搭接、天沟板搭接和板上开孔等情况，都需使用硅胶，且和施工质量密切相关。 关于压型钢板屋面的保温隔热。压型钢板屋面的保温隔热，分单层和双层两种。单层做法的保温材料一般采用密度 12 16 kgm。的玻璃棉，为防止屋面结露，通常在玻璃棉下加上铝箔，隔断空气中的水分。双层做法有预制的夹心板和现场组合的双层板两种。传统的夹心板保温采用发泡聚氨酯或聚苯乙烯，因消防要求，现在更多采用的是岩棉。岩棉有脱层问

25、题，与钢板间黏结也不理想，对夹心板的整体复合受力会带来影响。现场组合双层钢板屋面可采用玻璃棉，也可采用岩棉或矿渣棉，其主要特点是上层板单独受力，底层板起装饰作用。特别是将底层板放在结构檩条下可起到吊顶作用，檩条藏在内部，使建筑物内部更加美观。 关于压型钢板屋面的设计问题。压型钢板屋面的设计内容除节点处理外，还包括屋面坡度、屋面分坡、天沟落水口、通风口、伸缩缝、女儿墙和高低跨等。在压型钢板屋面上，雨水必须迅速排走，不允许停留。屋面的坡度和坡长应以雨水不会漫过板肋而定；天沟断面及落水口大小和间距，应考虑雨水不能积聚漫过天沟，要求落水口断面宜足够大，两落水口的间距宜小于 12 m最大不得超过 18

26、m；天沟断面应按近百年问最大的小时雨量考虑，同时在天沟截面的深度上留有部分裕量。 最后要说明的是，在压型钢板屋面容易出现腐蚀和渗漏问题，大多属于施工质量所致。 三、坡屋面 近年来，坡屋面以其富于变化的造型，灵活的空间，美观的建筑立面效果和良好的排水性能等优点而被广泛应用。坡屋面的做法一般有两种，一是顶部直接做成斜板，该斜板兼作屋面板；二是先做一层水平板做屋面板，倾斜部分按造屋面造型做。这两种方案，前者结构造价相对低，但屋面保温、隔热及防水做法较为麻烦；后一种结构造价相对较高，但屋面防水、保温隔热结构简单便于施工。主要参考文献：1 魏明钟 . 钢结构 . 武汉：武汉理工大学出版社，20022 任讯波，王向军 . 多层钢框架设计简述 . 陕西建筑，2006 年 93 .