计算书(单层钢结构).doc

永通电磁设备公司24m双跨装配车间设计目录1 结构设计概述3 1.1建筑场地及建筑设计简介3 1.2结构设计依据和设计条件313 结构设计说明514 结构计算说明62 荷载计算721 结构平面布置及选取计算榀框架722 竖向荷载计算823 水平荷载计算1424 荷载组合173 框架内力计算183.1框架截面初选183.2竖向荷载组合内力计算（分层法）193.3水平荷载组合内力计算（D值法）223.4弯距分配法分层分配梁端弯距243.5内力汇总303.6内力图314 构件设计334.1框架构件的设计校核334.2次梁计算校核374.3板的设计385 柱脚及基础设计425.1柱脚设计425.2基础设计466 etabs软件建模516.1软件Etabs516.2各层平面布置图516.3三维效果模型536.4结构变形图546.5振型分析（16阶）556.6计算单元结构变形和内力分析586.7梁柱构件截面616.8电算和手算的比较61参考文献63致谢65附录66 附录A66 附录B67附录C69附录D70 第一章：结构设计概述11建筑场地及建筑设计简介本工程位于湖南省长沙市，建筑场地南临日升路路，东临日升路，建筑场地面积4032 m2。本工程为永通电磁设备公司24m双跨装配车间，总建筑面积约4260m2,建筑高度从室外地面起11.2米,建筑层数为1层，容积率为1.89。建筑设计特点:1.结构形式采用门式钢架体系;2.设置采光带.3;柱为变截面柱.本工程为门式刚架结构，钢框架结构主要是采用型钢、螺栓连接或焊接成构件，再经连接而成的结构体系。主要应用于单层厂房的设计，属于轻钢结构，充分发挥钢材的高强效能。轻钢门式刚架有以下几点优势。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。12结构设计依据和设计条件1.2.1 自然条件（1）基本风压 W0=0.40kN/m2 地面粗糙度类别 C类（2）基本雪压 S0=0.40kN/m2 雪荷载准永久值系数分区：III ; 准永久系数：0（3）基本地震烈度：6.0度，第一组 根据长沙市地震区划图max属于B区，Tg属于III类场地。地震验算采用max0.05、Tg0.38（s）计算地震影响系数。（4）场地土类别：II类，（5）场地地质条件：拟建场地各地层由上往下依次为： 人工填土，厚度0.81.5m，不宜作为持力层； 新冲积粘土，厚度0.41.2 m，不宜作为持力层； 冲击粉质粘土，厚度4.55.6 m，是较好的持力层，承载力特征值270kPa； 残积粉质粘土，厚度1 m,是良好的持力层和下卧层，承载力特征值300kPa； 强风化泥质粉砂岩（未钻透）是理想的持力层，承载力特征值350 kPa；地下水位：地表以下2米内无侵蚀性，稳定地下水位埋深为2.3 m2.8 m之间。1.2.2 设计依据（1)总图、建筑、给排水、电气、通讯、通风、空调、环保等专业所提资料。（2)现行有关设计规范、规程、规定和标准： 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001 建筑结构荷载设计规范 GB50009-2001 混凝土结构设计规范 GB50010-2002 建筑抗震设计规范 GB50011-2001 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 建筑抗震设防分类标准 GB50223-95 钢结构设计规范 GB50017-2004 工程建设标准强制条文房屋建筑部分（2002版）1.2.3 设计要求（1）工程设计基准期 50年 （2）建筑安全等级 二级（3）结构重要性系数 1.0（4）建筑物重要性 丙类（5）抗震设防标准： 7.0度抗震验算： 设防烈度 7.0度，第一组，特征周期0.38s（6）主要功能区实用活荷载标准值： 商场（含门面）、大厅 3.5kN/m 住宅 2.0kN/m健身房 4.0kN/m公共洗衣房 3.0kN/m 走廊、门厅、楼梯 2.5kN/m 阳台 2.5kN/m 浴室、厕所、盥洗池 2.5kN/m 不上人屋面 0.5kN/m 上人屋面 2.0kN/m 栏杆顶部水平荷载 0.5kN/m13 结构设计说明1.3.1 结构选型 根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用门式刚架承重方案，刚架尺寸、柱网布置参见结构剖面图与平面图。最大高宽比： H/B=1.35.0最小高宽比： H/B=0.255.0平面限值： L/B=1.475.0竖向布置： B1/B=0.300.75以上的数据表明，结构的高宽比符合规范的限值要求，而且建筑平面相对规则，结构平面布置简单，符合规范关于平面布置的要求。1.3. 2 檩条结构 采用卷边槽型（C形）冷弯薄壁型钢檩条，其截面互换性大，应用普遍，用钢量较为节省，制造和安装方便1.3. 3 梁、柱钢材标号梁、柱、楼板、基础材料型号见下表：表11 各结构构件材料型号明细表构件类型柱梁柱下独立基础基础垫层焊条材料型号Q235Q235C20C10E431.3.4 沉降缝、伸缩缝、抗震缝和后浇带的设置由于纵向温度区段不大于300m、横向温度区段不大于150m，因此不用设置伸缩缝。 1.3.5地基基础选型（1）采用预制桩基础（柱下钢筋混凝土独立基础） 桩基础具有承载力高，稳定性好，沉降量小而均匀，耗材少，施工简便等特点。同时机械化施工与工厂化生产，能够有效降低生产成本。由于冲击粉质粘土的持力性能较好，因而采用端承桩能够满足设计要求。（2）持力层为冲击粉质粘土，承载力特征值270 kPa。持力层是在地基基础设计时，直接承受基础荷载的土层，故要选择有一定承载力的土层。分析地质情况：冲击粉质粘土，厚度4.55.6 m，是较好的持力层，承载力特征值270kPa；残积粉质粘土，厚度1 m,是良好的持力层和下卧层，承载力特征值300kPa；故选择冲击粉质粘土为持力层。14 结构计算说明1.4.1计算结构在竖向荷载作用下的内力(1)计算步骤：分别计算每一层荷载作用下的内力叠加各层内力分配节点处的不平衡弯距。(2)计算简化：不考虑层于层之间的荷载传递；不平衡弯距不向远处传递。(3)注意事项：适当放大安全系数，因为此计算方法偏于不安全。1.4.2 D值法计算结构在侧向荷载作用下的内力D值法的由来：反弯点法首先假定梁柱之间的线刚度之比无穷大，其次又假定柱的反弯点高度为一定值，从而使框架结构在侧向荷载作用下的内力计算大为简化。但这样做同时也带来了一定的误差，首先是当梁柱线刚度较为接近时，特别是在高层框架结构或者抗震设计时，梁的线刚度可能小于柱线刚度，框架节点对柱子的约束应为弹性支承，柱的抗侧刚度不但与柱的线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度等因素有关。另外，柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比上下层横梁的线刚度比、上下层层高的变化等因素有关。“D值法”是对反弯点法中柱的抗侧刚度和反弯点高度进行了修正。计算步骤：计算柱上下端节点弹性约束的修正系数a刚度分配法求剪力反弯点高度修正柱的弯距梁的弯距。 第二章：荷载计算21 结构平面布置及选取计算榀框架(1)结构平面布置图图2.1 结构平面布置图(2)传力路径屋面荷载屋面板檩条刚架边柱基础(3)计算单元选12轴线的刚架为计算刚架。（1榀） 框架计算受荷面积示意图： 图2.4 3轴平面计算单元 图2.5 9轴平面计算单元22 竖向荷载计算2.2.1恒荷载和活荷载的计算(每层单独计算)2.1.1.2屋盖永久荷载标准值 （对水平投影）YX51380-760 彩色压型钢板 0.15kN/m2 保温玻璃棉板 0.06kN/m2PVC铝箔及不锈钢丝网 0.04kN/m2檩条及支撑 0.05kN/m2钢架斜梁自重 0.15kN/m2悬挂设备 0.20kN/m2 合计0.67 kN/m22.1.1.2屋面可变荷载标准值 屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 KN/m2。雪荷载：基本雪压S0=0.45 KN/m2。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=54238，r=1.0，雪荷载标准值Sk=rS0=0.45 KN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 KN/m2，不考虑积灰荷载。3轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50 KN/m24风荷载标准值按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002附录A的规定计算。基本风压0=1.050.45 KN/m2，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，z=1.0。风荷载体型系数s：迎风面柱及屋面分别为0.25和1.0，背风面柱及屋面分别为0.55和0.65(CECS102：2002中间区)。 板底抹灰 20mm 0.4kN/m2 合计3.55kN/m22.1.1.3 梁自重主要框架梁（L1）：63.114 kg/m=0.62 kN/m次要框架梁(L2)： 43.206 kg/m=0.42kN/m2.1.1.4 柱自重Z1： 88.664kg/m= 0.87 kN/m2.1.1.5墙自重及两面抹灰女儿墙：0.2431.238=2.304KN/m 两面抹灰： 0.8kN/m内墙:0.2433.3318=14.256 KN/m 外墙:0.243(3.3-1.8) 318=6.48KN/m内隔墙自重：0.1233.33187.128 KN/m钢框玻璃窗：0.431.8=0.72 KN/m 门:0.232.2=0.44 KN/m2.1.2.1 作用在框架梁上的恒载第一榀：1.框架梁L： 屋面板传给梁的荷载恒载：6.2132.1/2=6.52 KN/m活载：0.532.1/2=0.525 KN/m 标准层楼面板传给梁的荷载恒载：3.5532.1/2=3.73 KN/m活载：2.032.1/2=2.1 KN/m 梁自重标准值：0.62 KN/m 墙重：屋面（女儿墙）2.30 KN/m 标准层（外墙）6.48 KN/m屋面梁： 恒载梁自重板传荷载墙重0.626.522.309.44 KN/m 活载板传荷载0.53 KN/m 标准层楼面梁： 恒载梁自重板传荷载0.623.736.4810.83 KN/m 活载板传荷载2.10KN/m2.框架梁L： 屋面板传给梁的荷载恒载：6.2132.1/26.21312（） （）32.114.67 KN/m活载：0.532.1/20.532.11.58KN/m 标准层楼面板传给梁的荷载恒载：3.5532.1/23.55312（） （）32.18.39KN/m活载：2.034.2/22.032.1/26.30KN/m 梁自重标准值：0.42 KN/m 墙重：屋面（女儿墙）2.30 KN/m 标准层（外墙）6.48 KN/m 屋面梁： 恒载梁自重板传荷载0.4214.672.3017.39 KN/m 活载板传荷载1.58 KN/m 标准层楼面梁： 恒载梁自重板传荷载0.428.396.4815.29 KN/m 活载板传荷载6.30 KN/m3.框架梁L：屋面板传给梁的荷载恒载：6.213 12（） （）34.216.3 KN/m活载：0.5312（） （）34.21.31KN/m标准层楼面板传给梁的荷载恒载：3.55312（） （）34.29.32KN/m活载：2.0312（） （）34.25.26KN/m 梁自重标准值：0.42 KN/m 墙重：屋面（女儿墙）2.30 KN/m 标准层（外墙）6.48 KN/m 屋面梁： 恒载梁自重板传荷载0.4216.32.3019.02KN/m 活载板传荷载1.31KN/m 标准层楼面梁： 恒载梁自重板传荷载0.429.326.4815.29 KN/m 活载板传荷载5.26 KN/m4框架梁L： 屋面板传给梁的荷载恒载：6.213 12（） （）34.2/28.15 KN/m活载：0.5312（） （）34.2/20.66KN/m 标准层楼面板传给梁的荷载恒载：3.55312（） （）34.2/24.66KN/m活载：2.0312（） （）34.2/22.63KN/m 梁自重标准值：0.62 KN/m 墙重：屋面（女儿墙）2.30 KN/m 标准层（外墙）6.48 KN/m 屋面梁： 恒载梁自重板传荷载0.628.152.3011.07KN/m 活载板传荷载0.66KN/m 标准层楼面梁： 恒载梁自重板传荷载0.624.666.4811.76 KN/m 活载板传荷载2.63 KN/m5.框架梁L1BC轴间屋面板传给梁的荷载恒载梁自重墙重0.6200.62KN/m活载0标准层楼面板传给梁的荷载恒载梁自重墙重0.6214.2614.88KN/m活载0B1/A轴间屋面板传给梁的荷载恒载板传荷载梁自重墙重(6.2135/8) 34.20.62+016.92KN/m活载板传荷载(0.535/8) 34.21.31 KN/m标准层楼面板传给梁的荷载恒载板传荷载梁自重墙重(6.2135/8) 34.20.62+14.2631.17KN/m活载板传荷载(2.035/8) 34.25.25 KN/m1/AA轴间屋面板传给梁的荷载恒载板传荷载梁自重墙重(6.2135/8) 34.20.62+016.92KN/m活载板传荷载(0.535/8) 34.21.31 KN/m标准层楼面板传给梁的荷载恒载板传荷载梁自重墙重(6.2135/8) 34.20.62+14.2631.17KN/m活载板传荷载(2.035/8) 34.25.25 KN/m2.1.2.1作用在基础梁上的恒载基础顶面恒荷载值底层内纵墙自重基础梁自重6.48310.52.5310.594.29KN2.2.2 雪荷载计算(屋面单独计算)计算榀框架屋面雪荷载均布值S=S，基本雪压S=0.35kN/m2 。平屋面0，1.0，故S=0.35kN/m2，S屋面活载0.5 kN/m2 ，雪荷载和屋面荷载取大值参与计算。荷载和活荷载图图2.6 恒荷载图（单位：KN/m） 图2.7 活荷载图（单位：KN/m）2.2.4积灰荷载计算(屋面单独计算)不需要考虑积灰荷载23 水平荷载计算2.3.1 风荷载计算(1)对计算榀框架计算各层风荷载作用节点力值（kN）风压标准值计算公式为：w=ZSZ0 本地区基本风压为：w0=0.35 kN/m2，楼高H15m；地面粗糙类别为C类；规范规定只在高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构中，风振系数按照Z=1+ Hi/H /Z 计算 ，其余情况下取Z=1。结构基本周期：钢结构T1=(0.100.15)n , 取T=0.6，基本风压0 =0.35kN/m2 ,0T2=0.3530.62=0.28 查表得：脉动增大系数=1.63表2-1层次1234Hi（第i层距离室外地面的高度）3.36.69.913.2表2-2离地面的高度3.36.69.913.2风压高度系数Z0.740.740.740.74查表得：风载体型系数：迎风面为0.8；背风面为-0.5迎风面S=0.8 ，背风面S=0.5,故k=ZSZ0表2-3z3.36.69.913.2迎风面k (KN/m)0.260.310.360.41背风面k (KN/m)0.160.190.220.25转化为集中荷载（受荷面与计算单元同）F1=(0.2634.2+0.3134.2) 33.3/2=3.95 KNF2=(0.3134.2+0.3634.2) 33.3/2=4.64 KNF3=(0.3634.2+0.4634.2) 33.3/2=5.68 KNF4=(0.4634.2) 33.3/2=3.19 KNF1=(0.1634.2+0.1934.2) 33.3/2=2.43 KNF2=(0.1934.2+0.2234.2) 33.3/2=2.84 KNF3=(0.2234.2+0.2534.2) 33.3/2=3.26 KNF4=(0.2534.2) 33.3/2=3.47KN(2)绘制风荷载作用的计算简图 图2.8 左风荷载图（kN） 图2.9 右风荷载图（kN）2.3.2 地震作用计算(1)选取地震作用的计算方法为底部剪力法(2)计算榀框架计算各层地震作用节点力值（kN）2.3.2.1重力荷载代表值计算G=恒荷载活荷载3组合系数1.屋面处重力荷载代表值G=(11.07+19.02+17.39+9.44)34.2+16.9238.4+0.6232.1 +(0.66+1.33+1.58+0.53) 30.42+1.3138.4 30.5=396.56 kN2.标准层楼面处重力荷载代表值 图3.0 地震图G=G=G=(11.76+16.22+15.29+10.83) 30.42+5.2538.4 30.5 =576.56 KN2.3.2.2框架横向自振周期计算用经验公式计算：T=(0.070.08)N=(0.070.08) 34=0.280.32s2.3.2.3水平地震作用及楼层地震剪力的计算该建筑高度为13.2m，高度不超过40 m，质量和刚度沿高度分布均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。即： 结构等效总重力荷载代表值G G0.85 3G0.853（396.56576.5633）1807.30 kN 计算水平地震影响系数由设计地震分组为第一组，类场地，查表得T0.38S。查表得设防烈度为6.0度时，0.05。由于T T,故0.05 结构总水平地震作用标准值F由于T 1.4T0.53，故不考虑顶部附加水平地震作用的影响。结构底部总水平地震作用标准值为：F= G=0.0531807.30=90.37 kN质点i的水平地震作用标准值为：FF。质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及楼层层间位移的计算过程见下表：表2-4层次(KN)（m）(KN)(KN)4396.5614.05234.5916650.4828.4128.413576.5610.75707.9416650.3830.9859.392576.567.43805.3016650.3820.6580.041576.564.11902.6516650.3810.3390.37图3.1 地震作用标准图（KN）2.3.2.4竖向地震荷载作用不考虑。（地震设防烈度6.4度0.8，所以不论对x轴或者y轴都属于b类截面，假设90，查钢结构课本附表4.2可得：0.783；0.688分析所选计算框架可知： 148000mm；=4100mm；N=721.00KN；f=310 N/mm A=79.09 cmi=16.44cm;i=4.56cm;初选柱截面为HM3903001016,A=136.7 cm; i=16.9 cm; i=7.26 cm;考虑到柱子主要承受轴向压力，故忽略弯距作用。2.梁试选截面 M=576.15KN.m 根据梁的抗弯强度选择截面，需要的截面模量为 118110mm 选取HW3503501219 ; 其中W230010 mm118110 mm,故梁的抗弯强度已经足够。3.2竖向荷载组合内力计算（分层法） 图3.4框架计算单元3.2.1组合一下的梁端弯距计算 1. 梁78图3.5 荷载工况291.43268.24159.45247.46图3.6 内力图2. 梁56(梁34、梁12)图3.7 荷载工况516.02303.72544.90246.12图3.8 内力图3.2.2组合二下的梁端弯距计算 1. 梁78图3.9 荷载工况247.46268.16146.54113.31图3.10 内力图2. 梁56(梁34、梁12)494.99521.67图3.11 荷载工况246.12290.46图3.12 内力图3.2.3汇总如下表表3-1 M(KN.m)M(KN.m)V(KN)V(KN)M(KN.m)M(KN.m)V(KN)V(KN)组合1-291.43-268.24159.45122.60-544.90-516.02303.72257.14组合2-268.16-247.48146.54113.31-521.67-494.99290.46246.12表3-2 M(KN.m)M(KN.m)V(KN)V(KN)M(KN.m)M(KN.m)V(KN)V(KN)组合1-544.90-516.02303.72257.14-544.90-516.02303.72257.14组合2-521.67-494.99290.46246.12-521.67-494.99290.46246.123.3水平荷载组合内力计算（D值法） 梁柱弹性模量计算： 钢E=206N/mm,柱: I=38900cm 梁L1: I=11400cm i= i=353.86 mm i=156.33 mm 一般层：K=0.44 =0.18 底层： K=0.44 =0.39 柱的抗侧刚度D值为：D= 一般层柱D=0.18=0.070KN/m 底层柱D=0.39=0.067KN/m 由同一层内各柱的层间位移相等的条件，可把层间剪力V按照下式分配给各层柱： V表3-3KD KN/m(KN/m)V（KN）V（KN）V（KN）V（KN）40.440.390.0670.22746.2513.656.8256.82530.440.180.0700.22798.9330.5115.25515.25520.440.180.0700.227136.2542.0521.02521.02510.440.180.0700.227158.6148.9124.45524.455计算反弯点的高度：表3-4K yyyyh(m)yh(m)40.440.220003.30.72630.440.350003.31.15520.440.520003.31.71610.440.730004.12.993求得各层柱子所承受的剪力，便由此假定可求得各柱子的杆端弯距。对于上部第j层第k柱有：MV. yh MV.（h yh） 上式中的上标t、b分别表示柱子的顶端和底端。在求得柱端弯距以后由节点的弯距平衡条件，即可求得梁端弯距。表3-5楼层M(KN.m)M(KN.m)M(KN.m)M(KN.m)417.574.9517.5717.57332.7217.6237.6737.67233.3036.0850.9250.92128.5471.7364.6264.62表中M为柱A上节点7、5、3、1的弯距，M柱C上节点8、6、4、2的弯距。3.4弯距分配法分层分配梁端弯距各钢梁固端弯距如图所示:图2.13 梁端弯距计算各层梁的弯距分配系数：i=2830.914mm i=156.33 mm底层柱考虑折减系数0.9=0.052=0.948=0.027=0.487=0.027=0.487=0.028=0.510=0.460 图2.14 弯距分配图2.15 弯距分配 图2.16 弯距分配图2.17 弯距分配节点不平衡弯距二次分配： 图2.18 弯距分配图2.19 弯距分配图2.20 弯距分配图2.21 弯距分配竖向荷载作用下梁柱弯距 表3-6 名称楼层M（梁）(KN.m) M（梁）(KN.m) 4269.83247.113525.23494.932525.23494.931522.72494.11 表3-7 名称楼层M（柱A）(KN.m)M（柱A）(KN.m)M（柱C）(KN.m)M（柱C）(KN.m) 4359.40358.66329.68292.483350.66358.29330.29330.292351.18336.94325.67316.431274.27137.14259.28129.64竖向荷载和水平荷载共同作用下，梁柱弯距汇总： 表3-8 名称楼层M（柱A）(KN.m)M（柱A）(KN.m)M（柱C）(KN.m)M（柱C）(KN.m) 4276.97363.61266.5297.433383.383