毕业设计—钢混框架结构.doc

毕业设计（论文）

题 目 北大科技园1#楼结构设计（A）

姓 名

学 号

专业班级

所在学院 工程分院

指导教师（职称）

二○一五年五月二十二日

1

北大科技园1#楼结构设计（A）
【摘 要】 本设计为北大科技园包头基地1#楼，该楼位于包头市青山装备园区内，作为机械装备制造的通用厂房。基于对抗震性能与施工简便的考虑，设计为一幢四层钢-混凝土组合结构的建筑。分析了建筑图纸，借助PKPM软件对整幢建筑进行了建模计算。在PKPM给出的计算信息的基础之上，查阅规范的规定，对该幢建筑的第二标准层中的单向板B1、双向板B2进行了设计验算。采用内隔板式节点作为主梁KL2与钢管混凝土柱GZ1的连接方式，并验算了节点的抗剪承载力和抗弯强度。设计验算了主梁KL2与次梁CL3高强螺栓双剪连接。采用双跑板式楼梯完成了1#楼梯的设计。最后根据PKPM底层柱最大组合内力图，设计计算了其中一个柱下独立基础。
【关键词】 钢框架结构，基础，节点，楼梯，楼板

54

浙江大学城市学院毕业设计 Abstract
Structure Design of the 1# Building in Peking University Science Park（A）
【Abstract】 This design is 1# building in Peking University Science Park Baotou base, this building is located in Qingshan equipment zone of Baotou ,as GM plant to manufacture machinery and equipment. Based on the considerations about seismic performance and simple construction ,designed as a four-storey building with steel - concrete composite structures. Analysis of the architectural drawings ,use the PKPM software to model calculations the whole building. On the basis of the calculated information from PKPM, and Check out the specification, to design and checking calculation the one-way slab B1 and two-way slab B2 in the second standard layer of this building. Use interior diaphragm connection as connection of the main beam KL2 and concrete filled steel tubular column GZ1 ,and checking calculation the shear capacity and bending strength of the joint. Design and checking calculation of the girders KL2 and secondary beams CL3 with high strength bolt double-shear connection. Completed 1 # stairway design with the plate and double-run stair. Finally,according to the maximum internal force combination graph of bottom post where from PKPM ,to design calculation a single foundation under column in the building.
【Key Words】 steel frame structure，basement，joint，stair，slab

浙江大学城市学院毕业设计 图目录
目 录
第1章 绪论 1
1.1工程的背景与意义 1
1.2国内外相关研究状况 1
1.3工程概况 1
第2章 结构布置与荷载计算 3
2.1 结构布置 3
2.2 荷载计算 4
2.2.1 楼面恒荷载 4
2.2.2楼面活荷载 5
2.2.3墙体线荷载 5
2.3 第二层荷载布置图 7
第3章 PKPM程序计算结果 8
3.1结构整体计算信息[6] 8
3.1.1 总信息 8
3.1.2风荷载信息 9
3.1.3地震信息[7] 9
3.1.4活荷载信息 10
3.1.5调整信息 11
3.1.6配筋信息 11
3.1.7设计信息[8] 12
3.1.8荷载组合信息 13
3.2 结构节点设计信息 23
3.2.1节点设计信息 23
3.2.2连接设计控制信息 23
3.2.3梁柱连接的控制参数 23
3.2.4工字形梁柱拼接连接 24
3.2.5加劲肋控制参数 24
3.2.6柱脚控制参数 25
3.2.7节点和柱脚连接的连接类型 26
3.3计算结果图形 27
3.3.1 混凝土构件配件及钢构件应力比图 27
3.3.2梁截面在荷载作用下弯矩包络图 28
3.3.3柱轴压比与有效长度系数图 29
3.3.4各工况下底层柱墙最大组合内力简图 29
第4章 二层楼板设计 33
4.1二层楼板编号图 33
4.2楼板设计 33
4.2.1 B1板计算 33
4.2.2 B2板计算 35
第5章 二层主梁（KL2）与钢柱（GZ1）的连接计算 39
5.1节点选择 39
5.2节点抗剪承载力 40
5.3节点抗弯强度 41
第6章 二层主梁与次梁连接的计算 43
6.1螺栓设计 43
6.2截面验算 44
6.2.1 抗剪连接计算 44
6.2.2 抗拉连接计算 44
第7章 1#楼梯设计 45
7.1楼梯基本资料 45
7.2楼梯计算[16] 46
7.2.1内力计算 46
7.2.2配筋计算 47
第8章 基础设计 48
8.1基础选型 48
8.2基础计算 49
8.2.1内力计算 49
8.2.2 地基承载力验算 50
8.2.3 基础抗冲切验算 50
8.2.4 基础受弯计算 50
8.2.5 底板配筋 50
结 论 51
参考文献 52
致 谢 54

浙江大学城市学院毕业设计 图目录
图目录
图2.1第二标准层平面结构布置图 3
图2.2第二标准层荷载布置图 7
图3.1第二标准层混凝土构件配件及钢构件应力比图 27
图3.2第二标准层梁截面设计弯矩包络图 28
图3.3第二标准层柱轴压比与有效长度系数简图 29
图3.4 Vxmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 29
图3.5 Vymax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 30
图3.6 Nmin工况下底层柱、墙最大组合内力简图 30
图3.7 Nmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 31
图3.8 Mxmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 31
图3.9 Mymax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 32
图3.10 D+L工况下底层柱、墙最大组合内力简图 32
图4.1 第二层楼板编号图 33
图4.2 B1板的尺寸 34
图4.3 B1板的计算简图 34
图4.4 B2板的尺寸 36
图4.5 B2板的计算简图 36
图5.1 梁柱连接节点 39
图6.1 主次梁铰接节点 43
图7.1 楼梯尺寸示意图 45
图8.1 底层柱最大组合内力图（局部） 48

浙江大学城市学院毕业设计 表目录
表目录
表2.1标准楼面、电梯机房楼面恒荷载 4
表2.2卫生间楼面恒荷载 4
表2.3楼梯间楼面恒荷载 4
表2.4上人屋面层恒荷载 5
表2.5外墙200厚砂加气砌块墙恒荷载 5
表2.6楼梯间、电梯间200厚砂加气砌块墙恒荷载 6
表2.7内隔墙120厚砂加气砌块墙恒荷载 6
表2.8女儿墙150mm混凝土外墙恒荷载 6
表4.1 B1板的承载力计算 35

浙江大学城市学院毕业设计 第1章 绪论
第1章 绪论
1.1工程的背景与意义
二十世纪初期，钢-混凝土组合结构开始兴起。经过三十多年的发展，在二十世纪五十年代逐渐成为了一门相对独立的学问。钢-混凝土组合结构便于施工，抗震性能良好的优点开始受到工程师们的重视，大量应用于各种高层与桥梁工程中，并且得到了良好的效果回馈。
1.2国内外相关研究状况
钢-混凝土组合结构最早大量应用于二战后的欧洲，欧洲各国的工程师们为了加快战后重建的速度，采用此结构，完成了大量的重建工程。上世纪六十年代，由于其抗震性能良好，日本的高层或是超高层建筑开始大量应用钢-混凝土组合结构[1]。
六十年代以后世界上许多国家根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会（CES）、欧洲钢结构协会（ECCS）、国际预应力联合会（FIP）和国际桥梁及结构工程协会（IABSE）组成的组合结构委员会，多次组织了国际性的组合结构学术讨论会，并于1981年正式颁布了《组合结构》规范[2]。
而我国对钢—混凝土组合结构的研究和应用起步较晚，从五十年代才开始开展此类研究和应用，至今除了钢与混凝土组合梁已纳入《钢结构设计规范》（GBJ 17-88）外，其余的组合结构和构件还停留在行业标准的基础上。
1.3工程概况
本工程为北大科技园包头基地1#楼，位于包头市京藏高速以北，210国道以西，青山装备园区内，是一幢四层钢-混凝土组合结构的建筑。主要用途为机械装备制造通用厂房。建筑面积7233平方米，占地面积1907平方米。建筑高度为23.5米，建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防列度为8度。屋面防水等级为Ⅱ级，防火等级为Ⅱ级。
拟建场地地形较平坦，施工条件一般，在地貌单元上属于山前冲洪积地貌。拟建场地土为中软土，属Ⅲ类建筑场地，属建筑抗震一般地段。拟建场地地基由第一层素填土，第二层湿陷性粉土，第三层粗砂构成。

第2章 结构布置与荷载计算
2.1 结构布置
本次对北大科技园1#楼结构设计所采用的结构类型为钢-混凝土组合结构。结构布置共分为六个个标准层，其中第一～第四层分别为为第一标准层、第二标准层、第三标准层和第四标准层，屋面层为第五标准层，机房屋面层为第六标准层。第一标准层层高为8米；第二标准层~第四标准层层高为4.5米；第五标准层因两个机房房间处因梁抬高0.3米，层高为4.8米。第二标准层布置图如图2.1所示[3]。

图2.1第二标准层平面结构布置图

2.2 荷载计算
参考建筑出图，及《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012》，列出下面各表[4]。
2.2.1 楼面恒荷载
表2.1标准楼面、电梯机房楼面恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

标准楼面、电梯机房楼面
10厚磨光花岗岩石面层
10.0
28.0
0.28
KN/m2
20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层
20.0
25.0
0.50
KN/m2
钢筋混凝土楼板
120.0
25.0
3.00
KN/m2
吊顶及吊挂

0.50
KN/m2
楼面静载
4.28
KN/m2
除现浇楼板外的恒载值
1.28
KN/m2
表2.2卫生间楼面恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

卫生间楼面
10厚防滑地砖
10.0
28.0
0.28
KN/m2
15厚水泥浆结合层一道
15.0
20.0
0.30
KN/m2
素水泥砂浆一道
0.0
0.0
0.00
KN/m2
24厚水泥砂浆找平层
24.0
25.0
0.60
KN/m2
刮涂1.5厚FJS水泥基防水涂料
1.5
25.0
0.04
KN/m2
钢筋混凝土楼板
120.0
25.0
3.00
KN/m2
吊顶及吊挂

0.50
KN/m2
楼面静载
4.72
KN/m2
除现浇楼板外的恒载值
1.72
KN/m2

表2.3楼梯间楼面恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

楼梯间楼面
20厚石材面层
20.0
20.0
0.40
KN/m2
13厚1:3干硬性水泥砂浆结合层
13.0
20.0
0.26
KN/m2
素水泥砂浆一道
0.0
0.0
0.00
KN/m2
17厚1:3水泥砂浆找平层
17.0
20.0
0.34
KN/m2
现浇楼梯踏步板
200.0
25.0
5.00
KN/m2
20mm后粉刷层
20.0
20.0
0.40
KN/m2
楼梯静载
6.40
KN/m2

表2.4上人屋面层恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

上人保温屋面
40厚C20细石砼刚性防水层内配6@200钢筋
40.0
25.00
1.00
KN/m2
油毡隔离层

0.10
KN/m2
200厚泡沫玻璃保温板
200.0
5.00
1.00
KN/m2
2厚高分子防水卷材
2.0

0.05
KN/m2
20厚1:3水泥砂浆找平层
20.0
20.00
0.40
KN/m2
1:8水泥珍珠岩找坡2%（最薄厚度30）
200.0
7.00
1.40
KN/m2
钢筋混凝土楼板
120.0
25.00
3.00
KN/m2
吊顶及吊挂

0.50
KN/m2
屋面静载
7.45
KN/m2
除现浇楼板外的恒载值
4.45
KN/m2

2.2.2楼面活荷载
（1）卫生间、上人屋面：2.0 KN/m2
（2）非上人屋面：0.5 KN/m2
（3）车间：5 KN/m2
（4）梯间、楼梯电梯前室：3.5 KN/m2
（5）电梯机房、设备平台、电气设备间：7 KN/m2
（6）VRV室外机：2.5 KN/m2
（7）楼梯间：2.5 KN/m2
2.2.3墙体线荷载
表2.5外墙200厚砂加气砌块墙恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

200厚砂加气砌块墙
12厚厚高密度CCA板
12
15.00
0.18
KN/m2
100厚岩棉
100
2.50
0.25
KN/m2
200厚砂加气混凝土
200
7.50
1.50
KN/m2
20厚混合砂浆面层
20
20.00
0.40
KN/m2

墙体恒载
2.33
KN/m2

作用于钢梁上的线荷载值

层高
钢梁高度
楼板高度
1层：
q11=2.33*(8-0-0)=
18.64
8.00
0.00
0.00
2~屋面层：
q11=2.33*(4.5-0-0)=
10.49
4.50
0.00
0.00

表2.6楼梯间、电梯间200厚砂加气砌块墙恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

200厚砂加气砌块墙
20厚混合砂浆面层
20
20.00
0.40
KN/m2
200厚砂加气混凝土
200
7.50
1.50
KN/m2
20厚混合砂浆面层
20
20.00
0.40
KN/m2

墙体恒载
2.30
KN/m2

作用于钢梁上的线荷载值

层高
钢梁高度
楼板高度
1层：
q11=2.3*(8-0-0)=
18.40
8.00
0.00
0.00
2~屋面层：
q11=2.3*(4.5-0-0)=
10.35
4.50
0.00
0.00

表2.7内隔墙120厚砂加气砌块墙恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

120厚砂加气砌块墙
20厚混合砂浆面层
20
20.00
0.40
KN/m2
120厚砂加气混凝土
120
7.50
0.90
KN/m2
20厚混合砂浆面层
20
20.00
0.40
KN/m2

墙体恒载
1.70
KN/m2

作用于钢梁上的线荷载值

层高
钢梁高度
楼板高度
1层：
q11=1.7*(8-0-0)=
13.60
8.00
0.00
0.00
2~屋面层：
q11=1.7*(4.5-0-0)=
7.65
4.50
0.00
0.00

表2.8女儿墙150mm混凝土外墙恒荷载
名 称
做 法
厚度（mm)
容重(KN/m3)
重量KN(m2)

150mm混凝土外墙
5厚聚合物水泥砂浆一道
5
20.00
0.10
KN/m2
150mm混凝土墙
150
25.00
3.75
KN/m2
20mm水泥砂浆
20
20.00
0.40
KN/m2

墙体恒载
4.25
KN/m2

作用于钢梁上的线荷载值

层高
钢梁高度
楼板高度
屋面层：
q31=4.25*(1.5-0-0)=
6.38
1.50
0.00
0.00
屋面机房层：
　q31=4.25*(0.7-0-0)=
2.98
0.7
0.00
0.00
2.3 第二层荷载布置图
根据建筑图纸功能安排及上表所计算的荷载，于第二层布置荷载如下图[5]。

图2.2第二标准层荷载布置图
第3章 PKPM程序计算结果
3.1结构整体计算信息[6]
3.1.1 总信息
结构材料信息: 钢与砼混合结构
混凝土容重 (kN/m3): Gc = 25.00
钢材容重 (kN/m3): Gs = 78.00
水平力的夹角(Degree) ARF = 0.00
地下室层数: MBASE= 0
竖向荷载计算信息: 按模拟施工3加荷计算
风荷载计算信息: 计算X,Y两个方向的风荷载
地震力计算信息: 计算X,Y两个方向的地震力
“规定水平力”计算方法: 楼层剪力差方法(规范方法)
结构类别: 钢框架结构
裙房层数: MANNEX= 0
转换层所在层号： MCHANGE= 0
嵌固端所在层号： MQIANGU= 1
墙元细分最大控制长度(m) DMAX= 1.00
弹性板细分最大控制长度(m) DMAX_S= 1.00
弹性板与梁变形是否协调 是
墙元网格: 侧向出口结点
是否对全楼强制采用刚性楼板假定 否
地下室是否强制采用刚性楼板假定: 否
墙梁跨中节点作为刚性楼板的从节点 是
计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘 否
采用的楼层刚度算法 层间剪力比层间位移算法
结构所在地区 全国
3.1.2风荷载信息
修正后的基本风压 (kN/m2): WO = 0.55
风荷载作用下舒适度验算风压(kN/m2): WOC= 0.35
地面粗糙程度: B 类
结构X向基本周期（秒）: Tx = 0.36
结构Y向基本周期（秒）: Ty = 0.36
是否考虑顺风向风振: 是
风荷载作用下结构的阻尼比(%): WDAMP= 2.00
风荷载作用下舒适度验算阻尼比(%): WDAMPC= 2.00
是否计算横风向风振: 否
是否计算扭转风振: 否
承载力设计时风荷载效应放大系数: WENL= 1.00
体形变化分段数: MPART= 1
各段最高层号: NSTI= 6
各段体形系数(X): USIX= 1.30
各段体形系数(Y): USIY= 1.30
3.1.3地震信息[7]
振型组合方法(CQC耦联;SRSS非耦联) CQC
计算振型数: NMODE= 12
地震烈度: NAF = 8.00
场地类别: KD =III
设计地震分组: 一组
特征周期 TG = 0.45
地震影响系数最大值 Rmax1 = 0.16
用于12层以下规则砼框架结构薄弱层验算的
地震影响系数最大值： Rmax2 = 0.90
框架的抗震等级: NF = 3
剪力墙的抗震等级: NW = 2
钢框架的抗震等级: NS = 3
抗震构造措施的抗震等级: NGZDJ =不改变
重力荷载代表值的活载组合值系数: RMC = 0.50
周期折减系数: TC = 0.70
结构的阻尼比 (%): DAMP = 4.00
中震(或大震)设计: MID =不考虑
是否考虑偶然偏心: 是
是否考虑双向地震扭转效应: 否
是否考虑最不利方向水平地震作用: 否
按主振型确定地震内力符号: 否
斜交抗侧力构件方向的附加地震数 = 0
3.1.4活荷载信息
考虑活荷不利布置的层数 从第 1 到6层
柱、墙活荷载是否折减 不折算
传到基础的活荷载是否折减 折算
考虑结构使用年限的活荷载调整系数 1.00
------------柱，墙，基础活荷载折减系数-------------
计算截面以上的层数---------------折减系数
1 1.00
2---3 0.85
4---5 0.70
6---8 0.65
9---20 0.60
> 20 0.55
3.1.5调整信息
梁刚度放大系数是否按2010规范取值： 是
托墙梁刚度增大系数： BK_TQL = 1.00
梁端弯矩调幅系数： BT = 0.85
梁活荷载内力增大系数： BM = 1.00
连梁刚度折减系数： BLZ = 0.60
梁扭矩折减系数： TB = 0.40
全楼地震力放大系数： RSF = 1.00
0.2Vo 调整分段数： VSEG = 0
0.2Vo 调整上限： KQ_L = 2.00
框支柱调整上限： KZZ_L = 5.00
顶塔楼内力放大起算层号： NTL = 0
顶塔楼内力放大： RTL = 1.00
框支剪力墙结构底部加强区剪力墙抗震等级自动提高一级:是
柱实配钢筋超配系数 CPCOEF91 = 1.15
墙实配钢筋超配系数 CPCOEF91_W = 1.15
是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力IAUTO525 = 1
弱轴方向的动位移比例因子 XI1 = 0.00
强轴方向的动位移比例因子 XI2 = 0.00
是否调整与框支柱相连的梁内力 IREGU_KZZB = 0
薄弱层判断方式： 按高规和抗规从严判断
强制指定的薄弱层个数 NWEAK = 0
薄弱层地震内力放大系数 WEAKCOEF = 1.25
强制指定的加强层个数 NSTREN = 0
3.1.6配筋信息
梁箍筋强度 (N/mm2): JB = 310
柱箍筋强度 (N/mm2): JC = 310
墙水平分布筋强度 (N/mm2): FYH = 215
墙竖向分布筋强度 (N/mm2): FYW = 310
边缘构件箍筋强度 (N/mm2): JWB = 215
梁箍筋最大间距 (mm): SB = 100.00
柱箍筋最大间距 (mm): SC = 100.00
墙水平分布筋最大间距 (mm): SWH = 200.00
墙竖向分布筋配筋率 (%): RWV = 0.30
结构底部单独指定墙竖向分布筋配筋率的层数: NSW = 0
结构底部NSW层的墙竖向分布配筋率(%): RWV1 = 0.60
梁抗剪配筋采用交叉斜筋时
箍筋与对角斜筋的配筋强度比: RGX = 1.00

3.1.7设计信息[8]
结构重要性系数: RWO = 1.00
钢柱计算长度计算原则(X向/Y向): 有侧移/有侧移
梁端在梁柱重叠部分简化: 不作为刚域
柱端在梁柱重叠部分简化: 不作为刚域
是否考虑 P-Delt 效应： 否
柱配筋计算原则: 按单偏压计算
按高规或高钢规进行构件设计: 否
钢构件截面净毛面积比: RN = 0.85
梁保护层厚度 (mm): BCB = 20.00
柱保护层厚度 (mm): ACA = 20.00
剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4: 是
框架梁端配筋考虑受压钢筋: 是
结构中的框架部分轴压比限值按纯框架结构的规定采用:否
当边缘构件轴压比小于抗规6.4.5条规定的限值时
一律设置构造边缘构件: 是
是否按混凝土规范B.0.4考虑柱二阶效应: 否
支撑按柱设计临界角度: 20.00
3.1.8荷载组合信息
恒载分项系数: CDEAD= 1.20
活载分项系数: CLIVE= 1.40
风荷载分项系数: CWIND= 1.40
水平地震力分项系数: CEA_H= 1.30
竖向地震力分项系数: CEA_V= 0.50
温度荷载分项系数: CTEMP = 1.40
吊车荷载分项系数: CCRAN = 1.40
特殊风荷载分项系数: CSPW = 1.40
活荷载的组合值系数: CD_L = 0.70
风荷载的组合值系数: CD_W = 0.60
重力荷载代表值效应的活荷组合值系数: CEA_L = 0.50
重力荷载代表值效应的吊车荷载组合值系数:CEA_C =