毕业设计（论文）某高校科研楼钢结构及施工图设计.doc

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1、某高校科研楼钢结构及施工图设计摘要：本案为某高校科研楼钢结构及施工图设计。实体工程为钢框架科研楼，该建筑地上为四层，总建筑面积为6168.96平方米。此科研楼为钢框架结构，其优点为强度高、塑性韧性好、重量轻、制作简单、施工工期短等特点，但同时钢结构也具有耐热不耐火、耐腐性差等缺点，所以设计此科研楼的时候采取了充分的预防措施。水平地震作用采用底部剪力法来计算；侧移刚度和结构的自振周期用D值法计算；竖向荷载下的结构内力用分层法计算；考虑有地震和无地震两种方式组合有关的内力效应。整个设计符合现行结构设计规范要求，保证结构有足够的抗震性能，从而实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。关键词：钢

2、框架结构 抗震设计 内力组合Abstract : The design of this project is analyse of the multi-layered steel construction of scientific research building and designed of the detail drawing . The structural style is the multi-layered steel portal frame construction . It was used to get the period of the structure by th

3、e method of top displacement ; the effect of horizontal earthquake of function by the method of D value ; the structure internal force under the vertical load by the method of divide layers ; and the combination of the structure internal force with the earthquake and without the earthquake . Otherwi

4、se , there are the sectional checking computations of girder and pillar under the most unfavorable internal force and the important node designed .Keyword : multi-layered steel portal frame construction ; the design of earthquake ; the combination of the internal force前言“钢结构”课程是一门综合性很强的专业课程。它涉及材料力学、

5、结构力学。土木工程材料、机械学、结构设计理论、结构构件设计以及土木工程施工等方面的知识。在日常生活中，钢结构被广泛应用于房屋、港口、桥梁等建筑中，尤其在高层建筑、高耸建筑以及大跨度结构中。钢结构具有材料强度高、重量轻、材质均匀、塑性韧性好、结构可靠性高、制作安装机械化程度高、抗震性能良好、工期短、工业化程度高、外形多样美观等优点。此外，钢材也是可持续发展的环保材料，钢结构中的钢材拆除之后可以用作他用也可回炉炼钢。钢结构是集环保、易于产业化和可再利用等优点于一身的结构，因此我选择钢结构作为我的毕业设计课题。毕业设计是大学四年来对所学土木工程知识的一次系统、全面的考察和总结，是大学重要的总结性教育

6、。通过做毕业设计，使我对钢结构的学习和研究更为的深入，深化了我对土木工程专业知识的认知和理解。在做毕设的过程中通过查阅各种文献资料、规范案例，不仅拓展了我的知识面，也培养了我独立思考、查阅资料的能力。目录1设计概况71.1设计概况72结构设计方案92.1结构布置及计算简图92.2材料选用112.3梁柱布置112.4构件截面尺寸初估122.5各部构造152.5.1墙152.5.2外窗162.5.3室内、外门162.5.4楼梯162.6本章小结163重力荷载代表值计算173.1 楼面恒荷载活荷载统计173.2 屋面恒荷载活荷载统计183.3 各层重力荷载代表值计算183.4 重力荷载代表值汇总20

7、3.5本章小结214水平地震作用下的内力计算214.1 横向框架侧移刚度计算224.1.1梁线刚度计算224.1.2柱线刚度计算234.1.3侧移刚度计算234.2纵向框架侧移刚度计算314.2.1梁线刚度计算：314.2.2柱线刚度计算324.2.3侧移刚度计算334.3结构自振周期及地震力计算414.3.1结构横向自振周期计算414.3.2水平地震作用下横向地震力计算424.3.3水平地震作用下的横向位移验算434.3.4结构纵向自振周期计算444.3.5水平地震作用下纵向地震力计算444.3.6水平地震作用下的纵向位移验算464.4水平地震作用下横向框架结构的内力手电算计算464.4.1

8、柱弯矩值及剪力值计算464.4.2梁弯矩值及剪力值计算494.4.3柱轴力计算504.4.4水平地震作用下横向框架手算内力图514.4.5水平地震作用下横向框架电算内力图544.5水平地震作用下纵向框架结构的内力手电算计算574.5.1柱弯矩值及剪力值计算574.5.2梁弯矩值及剪力值计算604.5.3柱轴力计算614.5.4水平地震作用下纵向框架手算内力图634.5.5水平地震作用下纵向框架电算内力图664.6本章小结695竖向荷载作用下框架结构的内力计算705.1横向框架竖向荷载统计（D轴）705.1.1恒荷载统计705.1.2活荷载统计745.2横向框架竖向荷载统计745.2.1横向框架

9、竖向恒荷载统计745.2.2横向框架竖向活荷载统计755.3恒荷载作用下D轴内力手电算计算755.3.1恒荷载作用下弯矩计算755.3.2恒荷载作用下剪力计算835.3.3恒荷载作用下轴力计算845.3.4恒荷载作用下D轴框架手算内力图855.3.5恒荷载作用下D轴框架电算内力图885.4活荷载作用下D轴内力手电算计算915.4.1活荷载作用下弯矩计算915.4.2活荷载作用下剪力计算985.4.3活荷载作用下轴力计算995.4.4活荷载作用下D轴框架手算内力图1005.4.5活荷载作用下D轴框架电算内力图1035.5 恒荷载作用下纵向7轴框架电算内力图1065.6 活荷载作用下纵向7轴框架电

10、算内力图1095.7本章小结1126内力组合1136.1框架内力组合1136.2本章小结1207截面验算1217.1柱的验算1217.1.1柱的计算长度1217.1.2其他参数1237.1.3边柱验算1237.1.4中柱验算1287.2框架梁的验算1337.2.1横向一层AB跨梁验算1337.2.2横向一层BC跨梁验算1357.3次梁验算1387.4本章小结1398节点设计1408.1柱的连接设计1408.2主、次梁连接设计1498.3柱与梁的连接设计1558.4柱脚设计1788.5本章小结1879压型钢板非组合楼板设计1889.1 设计资料1889.2 楼面的结构平面布置1889.3 板的设

11、计1889. 4 本章小结19110楼梯设计19210.1梯梁设计19310.1.1恒载计算19310.1.2可变荷载计算19410.1.3内力计算19410.1.4截面验算19410.2踏步设计19510.2.1荷载及内力计算19610.2.2截面验算19610.3平台板设计19610.3.1荷载及内力计算19610.3.2配筋计算19710.4平台梁设计19710.4.1荷载及内力计算19710.4.2截面验算19811.5 本章小结19811地基基础设计19911.1边柱下独立基础设计19911.1.1基础底面积的确定19911.1.2 抗冲切验算20011.1.3基础底板配筋计算201

12、11.1.4基础与钢柱的连接配筋20211.2中柱下独立基础设计20411.2.1基础底面积的确定20411.2.2抗冲切验算20511.2.3基础底板配筋计算20611.2.4基础与钢柱的连接配筋20711.3 本章小结209结论210致谢212参考文献213外文翻译及原文2141设计概况1.1设计概况本工程是某高校钢框架科研楼，该建筑物结构形式为多层钢框架结构，建筑物层数为4层，一层高度为4.5m，二、三、四层高度为3.9m，女儿墙高度为0.9m。该建筑物为L字形建筑，横向八跨，九根柱子，纵向六跨，七根柱子。墙体均采用加气混凝土砌块，该建筑总高度为16.2m。每层建筑面积为1542.24m

13、2，总建筑面积6168.96m2。室内外高差为0.6m。该建筑的主要功能是科研工作。该案例的设计条件为：场地土类型为类，地震分组为第一组，抗震等级为二级，地震设防烈度为八度，设计基本地震加速度为0.30g。结构安全等级、建筑耐火等级、屋面防水等级均为二级，设计使用年限为50年。综上所述本案的整个设计过程均符合现行建筑结构设计规范要求。图1.1 建筑平面图（单位：mm）2结构设计方案2.1结构布置及计算简图根据房屋使用功能以及建筑设计的要求，此建筑的结构体系选为钢结构纯框架体系。此科研楼楼层层数为4层，一层层高为4.5m，其他三层层高均为3.9m。A、B、C、D、E、F、G、H轴之间距离分别为1

14、.5m、4.2m、8.4m、8.4m、8.4m、3.6m、8.4m，13轴之间、78轴之间距离均为3.6m，37轴与89轴之间的距离均为8.4m。结构平面布置图如图2.1所示。图2.1 平面布置图（单位：mm）图2.2 计算简图（单位：mm）2.2材料选用钢材的选用：梁、柱构件均选用Q235钢材，则：fy=235N/mm2，f=215N/ mm2。2.3梁柱布置建筑纵向共有9榀，1-5轴框架共分3跨，第一跨、第二跨、第三跨跨度分别为8.4m、3.6m、8.4m，6-9轴框架共分6跨，第一跨、第二跨、第三跨、第四跨、第五跨、第六跨跨度分别为4.2m、8.4m、8.4m、8.4m、3.6m、8.4

15、m；横向共有7榀，B-D轴框架共分3跨，第一跨、第二跨、第三跨跨度分别为8.4m、3.6m、8.4m，E轴框架共分7跨，第一跨、第二跨、第三跨、第四跨、第五跨、第六跨、第七跨跨度分别为8.4m、8.4m、8.4m、8.4m、8.4m、3.6m、8.4m，F-H轴框架共分8跨，第一跨、第二跨、第三跨、第四跨、第五跨、第六跨、第七跨、第八跨跨度分别为4.2m、4.2m、8.4m、8.4m、8.4m、8.4m、3.6m、8.4m。纵向均在跨度为8.4m的主梁上布置次梁两道，在跨度为3.6m或4.2m的主梁上布置次梁一道。2.4构件截面尺寸初估钢框架柱均采用箱型钢，次梁、主梁均采用工字形截面钢材。钢材

16、均采用Q235型号。钢柱以及钢梁截面按1t/m2，主梁高度最小值按梁跨度的1/15估算，次梁高度最小值按梁跨度的1/24估算。 (1)以D轴横向第一跨为例：，取。 选择型号：按上述方法估算所有主梁截面尺寸。(2)以7轴第三跨左侧次梁计算为例：选择型号：按上述方法估算所有次梁截面尺寸。(3)以D轴中柱计算为例：选择型号：箱型按上述方法估算所有钢柱截面尺寸。2.1构件截面尺寸名称尺寸/mm截面尺寸A/mm2Ix108/mm4Iy108/mm4Hbtwthw边柱（1-2层）3003002020260224002.9422.942边柱（3-4层）3003001414272160002.1892.189

17、中柱（1-2层）3003002020260224002.9422.942中柱（3-4层）3003001414272160002.1892.189横梁E-H轴（1-2、7跨）3001505.5828441550.6460.0443横梁E-H轴（3-6、8跨）60020081257694085.4240.1602横梁B-D轴（1、3跨）60020081257694085.4240.1602横梁B-D轴（2跨）3001505.5828441550.6460.0443纵梁1-5轴（1、3跨）600300812576118007.4980.5402纵梁1-5轴（2跨）30020081227673031.

18、140.16纵梁6-9轴（1、5跨）30020081227673031.140.16纵梁6-9轴（2-4、6跨）600300812576118007.4980.5402次梁（1-2、7跨）2001506918239760.2740.0508次梁（3-6、8跨）400200711378721620.145注：上表钢柱都为箱型柱，梁均为窄翼缘的H型钢。2.5各部构造表2.2 楼屋面构造及荷载统计表荷载项目楼面屋面楼屋面活荷载（KN/m2）22楼屋面做法（KN/m2）1.752.5980+21厚现浇混凝土（KN/m2）2.532.53YX70-230-690压型钢板（KN/m2）0.190.19铝合

19、金龙骨吊顶（KN/m2）0.120.12活荷载标准值（KN/m2）22恒荷载标准值（KN/m2）3.393.582.5.1墙女儿墙采用200mm厚加气混凝土砌块，4.5KN/m2；墙体两面均有20mm抹灰17 N/m3。外墙体采用350mm厚加气混凝土砌块，5.5KN/m2。内墙体采用200mm厚加气混凝土砌块，4.5KN/m2。墙体两面均有20mm抹灰17KN/m31 m2外墙和抹灰的重量是：6 KN/m21 m2内墙和抹灰的重量是：5 KN/m22.5.2外窗铝合金中空玻璃窗。门窗尺寸见建筑立面图，荷载标准值为0.3KN/m2。窗墙比为：北立面为0.27；东立面为0.24；南立面为0.2；

20、西立面为0.22。2.5.3室内、外门木制门。门窗尺寸见建筑立面图2.5.4楼梯采用钢楼梯恒荷载标准值为：1.5 KN/m2活荷载标准值为：3.5 KN/m22.6本章小结通过本章使我对建筑结构有了初步认识，例如：楼层层高、层数、面积等等，并为下面计算重力荷载代表值、自振周期等做好准备。其中梁柱截面的选取是通过轴压比和高跨比初步估算的。3重力荷载代表值计算3.1 楼面恒荷载活荷载统计4mm厚APP卷材防水层0.35KN/m220mm厚水泥砂浆找平层0.02m20KN/m3=0.40KN/m250mm厚水泥炉渣找平层13.5KN/m30.05m=0.68KN/m280mm厚矿渣水泥保温层0.08

21、m14.5KN/m3=1.16KN/m280mm厚现浇混凝土2.53KN/m2YX75-230-690压型钢板0.11KN/m215mm铝合金龙骨吊顶0.12KN/m2屋面均布恒荷载标准值gk=5KN/m2上人屋面均布活荷载标准值qk=2.0KN/m23.2 屋面恒荷载活荷载统计20mm厚水泥砂浆找平层0.02m20KN/m3=0.40KN/m2铺地缸砖1.75KN/m280mm厚现浇混凝土2.53KN/m2YX75-230-690压型钢板0.11KN/m215mm铝合金龙骨吊顶0.12KN/m2屋面均布恒荷载标准值gk=5KN/m2楼面均布活荷载标准值qk=2KN/m23.3 各层重力荷载代

22、表值计算四层重力荷载代表值计算：顶层重力荷载代表值包括屋面恒载，50%屋面活荷载、梁自重、半层柱自重及半层墙自重。荷载统计：三层重力荷载代表值计算：其他层重力荷载代表值（楼面）包括楼面恒载，50%楼面活载，梁自重，上下个半层的柱及墙自重荷载统计：二层重力荷载代表值计算:一层重力荷载代表值计算:3.4 重力荷载代表值汇总集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi计算结果见图3.1图3.1 各楼层标高处的重力荷载代表值房屋总重力荷载代表值3.5本章小结本章主要计算建筑主要构件的自重及其受的恒、活荷载，然后通过它们计算各楼层的重力荷载代表值。本章的难点主要在于如何计算外墙、内墙的自重以及门窗的面积。4水

23、平地震作用下的内力计算4.1 横向框架侧移刚度计算4.1.1梁线刚度计算钢框架结构中，考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同作用，在计算梁线刚度时，对中框架梁取,对边框架梁取。梁采用焊接工字型钢，柱采用焊接箱型钢，弹性模量。以D轴为例：第一跨： 第二跨： 第三跨： 表4.1横向梁线刚度统计表层数跨位惯性矩I/108mm4跨度l0/m梁线刚度kb/103KNm四层第一跨5.4248.419.95第二跨0.6463.65.54第三跨5.4248.419.95三层第一跨5.4248.419.95第二跨0.6463.65.54第三跨5.4248.419.95二层第一跨5.4248.419.95第二跨0.6

24、463.65.54第三跨5.4248.419.95一层第一跨5.4248.419.95第二跨0.6463.65.54第三跨5.4248.419.954.1.2柱线刚度计算横向惯性矩：柱的线刚度：四层柱线刚度：三层柱线刚度：二层柱线刚度：一层柱线刚度：表4.2 柱线刚度统计表层数kc/103KNm中柱边柱四层11.5611.56三层11.5611.56二层15.5415.54一层13.4713.474.1.3侧移刚度计算采用D值计算法计算水平荷载一般层：= 首 层：= 表4.3 B轴D值统计表B轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四

25、层6轴11.5631.921.38 0.41 3.93.72 16.00 7轴11.5640.81.76 0.47 4.28 8轴11.5640.81.76 0.47 4.28 9轴11.5631.921.38 0.41 3.72 三层6轴11.5631.921.38 0.41 3.93.72 16.00 7轴11.5640.81.76 0.47 4.28 8轴11.5640.81.76 0.47 4.28 9轴11.5631.921.38 0.41 3.72 二层6轴15.5431.921.03 0.34 3.94.16 18.04 7轴15.5440.81.31 0.40 4.86 8轴1

26、5.5440.81.31 0.40 4.86 9轴15.5431.921.03 0.34 4.16 一层6轴13.4715.961.18 0.53 4.54.22 17.60 7轴13.4720.41.51 0.57 4.58 8轴13.4720.41.51 0.57 4.58 9轴13.4715.961.18 0.53 4.22 表4.4 C轴D值统计表C轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四层6轴11.5639.91.73 0.46 3.94.22 18.01 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5

27、650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 三层6轴11.5639.91.73 0.46 3.94.22 18.01 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 二层6轴15.5439.91.28 0.39 3.94.79 20.64 7轴15.5450.981.64 0.45 5.52 8轴15.5450.981.64 0.45 5.52 9轴15.5439.91.28 0.39 4.79 一层6轴13.4719.951.48

28、0.57 4.54.54 18.90 7轴13.4725.491.89 0.61 4.91 8轴13.4725.491.89 0.61 4.91 9轴13.4719.951.48 0.57 4.54 表4.5 D轴D值统计表D轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四层6轴11.5639.91.73 0.46 3.94.22 18.01 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 三层6轴11.5639.91.73 0.

29、46 3.94.22 18.01 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 二层6轴15.5439.91.28 0.39 3.94.79 20.64 7轴15.5450.981.64 0.45 5.52 8轴15.5450.981.64 0.45 5.52 9轴15.5439.91.28 0.39 4.79 一层6轴13.4719.951.48 0.57 4.54.54 18.90 7轴13.4725.491.89 0.61 4.91 8轴13.4725.491.89 0.61

30、 4.91 9轴13.4719.951.48 0.57 4.54 表4.6 E轴D值统计表E轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四层1轴11.567.60.33 0.14 3.91.29 37.66 2轴11.5615.20.66 0.25 2.26 3轴11.5639.521.71 0.46 4.20 4轴11.5663.842.76 0.58 5.29 5轴11.5663.842.76 0.58 5.29 6轴11.5671.823.11 0.61 5.55 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.56

31、50.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 三层1轴11.567.60.33 0.14 3.91.29 37.66 2轴11.5615.20.66 0.25 2.26 3轴11.5639.521.71 0.46 4.20 4轴11.5663.842.76 0.58 5.29 5轴11.5663.842.76 0.58 5.29 6轴11.5671.823.11 0.61 5.55 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 二层1轴

32、15.547.60.24 0.11 3.91.34 43.35 2轴15.5415.20.49 0.20 2.41 3轴15.5439.521.27 0.39 4.77 4轴15.5463.842.05 0.51 6.21 5轴15.5463.842.05 0.51 6.21 6轴15.5471.822.31 0.54 6.57 7轴15.5450.981.64 0.45 5.52 8轴15.5450.981.64 0.45 5.52 9轴15.5439.91.28 0.39 4.79 一层1轴13.473.80.28 0.34 4.52.74 40.83 2轴13.477.60.56 0.4

33、2 3.31 3轴13.4719.761.47 0.57 4.53 4轴13.4731.922.37 0.66 5.24 5轴13.4731.922.37 0.66 5.24 6轴13.4735.912.67 0.68 5.42 7轴13.4725.491.89 0.61 4.91 8轴13.4725.491.89 0.61 4.91 9轴13.4719.951.48 0.57 4.54 表4.7 F轴D值统计表F轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四层1轴11.569.50.41 0.17 3.91.55 40.03 2轴11.

34、56190.82 0.29 2.66 3轴11.5649.42.14 0.52 4.71 4轴11.5679.83.45 0.63 5.77 5轴11.5679.83.45 0.63 5.77 6轴11.5679.83.45 0.63 5.77 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 三层1轴11.569.50.41 0.17 3.91.55 40.03 2轴11.56190.82 0.29 2.66 3轴11.5649.42.14 0.52 4.71 4轴11.5679.8

35、3.45 0.63 5.77 5轴11.5679.83.45 0.63 5.77 6轴11.5679.83.45 0.63 5.77 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 二层1轴15.549.50.31 0.13 3.91.63 46.44 2轴15.54190.61 0.23 2.87 3轴15.5449.41.59 0.44 5.43 4轴15.5479.82.57 0.56 6.89 5轴15.5479.82.57 0.56 6.89 6轴15.5479.82.57

36、 0.56 6.89 7轴15.5450.981.64 0.45 5.52 8轴15.5450.981.64 0.45 5.52 9轴15.5439.91.28 0.39 4.79 一层1轴13.474.750.35 0.36 4.52.89 42.37 2轴13.479.50.71 0.45 3.56 3轴13.4724.71.83 0.61 4.86 4轴13.4739.92.96 0.70 5.57 5轴13.4739.92.96 0.70 5.57 6轴13.4739.92.96 0.70 5.57 7轴13.4725.491.89 0.61 4.91 8轴13.4725.491.89

37、 0.61 4.91 9轴13.4719.951.48 0.57 4.54 表4.8 G轴D值统计表G轴轴号Kc/103KNMKb/103KNMK 层高/mD/103KN/M一层D值合计/103KN/M四层1轴11.569.50.41 0.17 3.91.55 40.03 2轴11.56190.82 0.29 2.66 3轴11.5649.42.14 0.52 4.71 4轴11.5679.83.45 0.63 5.77 5轴11.5679.83.45 0.63 5.77 6轴11.5679.83.45 0.63 5.77 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.565

38、0.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 三层1轴11.569.50.41 0.17 3.91.55 40.03 2轴11.56190.82 0.29 2.66 3轴11.5649.42.14 0.52 4.71 4轴11.5679.83.45 0.63 5.77 5轴11.5679.83.45 0.63 5.77 6轴11.5679.83.45 0.63 5.77 7轴11.5650.982.21 0.52 4.78 8轴11.5650.982.21 0.52 4.78 9轴11.5639.91.73 0.46 4.22 二层1轴15.549.50.31 0.13 3.91.63 46.44 2轴15.54190.61 0.23 2.87 3轴15.5449.41.59 0.44 5.43 4轴15.5479.82.57 0.56 6.89 5轴15.5479.82.57 0.56 6.89 6轴15.5479.82.57 0.56 6.89 7轴15.5450.981.64 0.