钢框架三层小型商场结构设计计算书.doc

1、 建筑设计1.1设计依据（1）土木工程专业毕业设计任务书某三层商场设计（方案一）（2）办公楼建筑设计规范（3）建筑设计防火规范（4）民用建筑设计通则（5）房屋建筑制图统一标准 （6）实用建筑设计手册（7）房屋建筑学（8）建筑构造设计资料集1.2工程概况 ：1.2.1工程名称 哈尔滨市阿城区某三层小型商场1.2.2工程位置哈尔滨市阿城区1.2.3工程总面积 2820m2，主体3层，高15m，一层层高5.1m，二至三层层高4.5m。1.2.4结构形式 钢框架。1.2.5用地概况 整个场地四周为城市道路，地形平坦。1.3 建筑设计特点1.3.1设计特点（1）平面设计主要房间是各类建筑的主要部分，是供人们购物的必要空间，由于建筑物的类别不同，使用功能不同，对主要房间的设计也不同。但主要房间设计应考虑的基本因素仍然是一致的，即要求有适宜的尺寸，足够的使用面积，适用的形状，良好的采光和通风条件，方便的内外交通联系，合理的结构布置和便于施工等。因此，本建筑的柱网横向尺寸6.6m，纵向尺寸6.6m（2）立面设计立面设计力求达到主体造型与城市环境相协调，充分体现商场建筑的风格特点，主要采用灰白色外墙涂料，以体现商场的庄重感。为了满足采光和美观要求，设置了大面积的玻璃窗。2.1 构造做法2.1.1屋面做法40厚C15细石混凝土保护层 SBC120防水卷材20厚水泥砂浆找平层100厚挤塑苯板双层保温1:8水泥膨胀珍珠岩找坡3%最薄处40厚 20厚1:2.5水泥砂浆找平层现浇钢筋混凝土板1厚压型钢板2.1.2楼面做法20厚磨光花岗岩面层 40厚1：2.5水泥砂浆找平层 100厚现浇钢筋混凝土楼板 1厚压型钢板 2.1.3外墙面做法白色涂料标准网格布抹面胶浆4厚加强网格布抹面胶浆6厚100厚聚苯板用锚栓锚固在陶粒砌块墙上粘结胶浆2.1.4内墙面做法水泥砂浆抹面白色内墙涂料20厚水泥砂浆200厚陶粒砌块粘结胶浆2.1.5散水做法100mm厚1：2：3细实混凝土撒1：1水泥沙子压实抹光150mm厚3：7灰土素土夯实向外坡度52.2 门窗门选用标准图集中的门，窗选用铝合金窗。2.3 工程采用的标准图（1）DBJT14-2建筑做法说明（2）L96J401楼梯配件（3）L03J602铝合金门窗（4）L92J601木门2 结构设计2.1工程概况本工程为哈尔滨市阿城区某三层小型商场，钢框架结构，一层层高5.55m，二至三层层高4.5m，（底层高度由基础梁顶面算至一层楼板顶面，基础顶面标高暂时按照室外地坪算0.45m，场区地质条件等确定）。2.2 框架计算简图及梁柱线刚度2.2.1 确定框架计算简图 框架计算简图如下图所示2.2.2 框架梁柱线刚度的计算 对于中框架梁取 左边跨梁： 2.3荷载计算2.3.1恒荷载标准值计算（1）屋面1厚压型钢板 0.19kN/m2115厚C25现浇钢筋混凝土板 0.1525=2.75kN/m220厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m21:8水泥膨胀珍珠岩找坡3%最薄处40厚 =1.225kN/m2100厚苯板保温 0.10.5=0.05kN/m220厚水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kN/m2SBC120卷材防水 0.01 kN/m240厚C15防水细石混凝土 0.0425=1.00kN/m2吊顶及吊挂荷载 0.3kN/m2合计 6.325kN/m2（2）楼面20厚磨光花岗岩面层 0.0228=0.56kN/m240厚1：2.5水泥砂浆找平层 0.0420=0.8kN/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.125=2.5kN/m21厚压型钢板 0.19 kN/m2 吊顶及吊挂荷载 0.3kN/m2 合计 4.35kN/m2（3）外墙自重300厚陶粒混凝土砌块 0.35=1.5kN/m2100厚苯板 0.118=1.8kN/m220厚水泥砂浆 0.02202=0.8kN/m2防水涂料 0.05kN/m2 合计 2.55kN/m2女儿墙自重 1.820.9=1.64kN/m（4）内墙自重200厚加气混凝土砌块 0.25=1kN/m20厚水泥砂浆找平层 0.02202=0.8kN/m白色内墙涂料 0.02kN/m合计 1.82kN/m2.3.2 活载标准值计算（1） 屋面和楼面活荷载标准值： 根据荷载规范查得：不上人屋面： 楼面： 楼梯： （2）风荷载：基本风压w=0.55kN/m2（3）雪荷载标准值 Sk=1.00.35 =0.3kN/m2；准永久分区：。雪荷载不与活荷载同时组合，取其中的最不利组合，由于本工程雪荷载较小，荷载组合时直接取活荷载进行组合，而不考虑与雪荷载的组合2.3.3竖向荷载计算竖向荷载下框架受荷总图 2.3 竖向荷载下框架受荷总图（1）AB 轴间框架梁屋面板传荷载：板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图如图3.3恒载：6.3252.25（1-20.342+0.343）2=22.29kN/m活载：0.52.25（1-20.342+0.343）2=1.87kN/m楼面板传荷载恒载：4.352.25（1-20.342+0.343）2=16.98kN/m活载：3.52.25（1-20.342+0.343）2=8.47kN/m梁自重：1.04 kN/ mAB轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载= kN/ m+30.70 kN/ m=31.74kN/m活载=板传荷载=6.88kN/m 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+内横墙自重=1.04+13.32=13.97kN/m活载=板传荷载=7.47 kN/m（2）BC轴间框架梁 屋面板传荷载 恒载 ：6.3251.25/8=4.7kN/m 活载 ：0.51.25/8=0.4kN/m楼面板传荷载恒载 ：4.351.25/8=3.49kN/m 活载 ：3.51.25/8=1.98kN/m 梁自重 ：0.68 kN/m BC轴间框架梁均布荷载 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载=0.68+4.6=5.28kN/m 活载=活载=板传荷载=1.50 kN/m 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载=0.28+2.49=3.17kN/m活载=板传荷载=1.88kN/m（3）A轴纵向集中荷载的计算顶层柱 顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载+1/4次梁自重=1.644.5+0.99（4.5-0.25）+6.132.254.51/2=37.32kN顶层柱活载=板传活载=052.254.51/2+2.01.955/83.9+2.01.955/81.95=2.5kN标准层柱标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=5.4(4.5-0.25)+0.99(4.5-0.25)+3.572.254.51/2=45.23kN标准层柱活载=板传活载=3.52.254.51/2=11.13kN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重（取HN400200813） =11.52（4.5-0.30）+66.09.8/1000（4.5-0.3） =51.1kN（5）B轴纵向集中荷载的计算顶层柱顶层柱恒载=梁自重+板传荷载=0.99(4.5-0.25)+6.325【2.254.51/2+1/2（4.5+4.5-2.4）1.2】=73.23kN顶层柱活载=板传活载=3.5【2.254.51/2+1/2（4.5+4.5-2.4）1.2】=23.65kN标准层柱标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=7.85(4.5-0.25)+0.99(4.5-0.25)+3.572.254.51/2+3.32（4.5+4.5-2.4）1/21.2=69.7kN标准层柱活载=板传活载=2.0(4.5-0.25) +2.5（4.5+4.5-2.4）1/21.2=29.93kN 基础顶面恒载=底层内纵墙自重+基础梁自重 =10.46（4.5-0.3）+66.09.8/1000（4.5-0.3） =46.65kN2.3.4 风荷载计算作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值 其中基本风压W。=0.55kN/m2。风载体型系数=1.3。风压高度变化系数由表查得。本工程所在地为城市，所以地面粗糙度为C类。取风震系数为1.0 表2.1 风荷载计算表离地面高度Z（kN）15.61.151.01.30.453.63.64.510.93121.061.01.30.453.63.64.510.078.411.01.30.453.63.64.59.504.811.01.30.454.63.64.511.092.4 风荷载作用下的位移验算2.4.1 侧移刚度D：见表2.2，表2.3：表2.2 横向2-3层D值计算构件名称（kN/m）A轴柱1.120.35912737B轴柱4.630.69824763C轴柱4.780.70525012D轴柱1.270.38813765kN/m表2.3 横向底层D值的计算构件名称（kN/m）A轴柱2.630.6769139B轴柱6.830.83011221C轴柱7.060.83411275D轴柱1.880.6138287 kN/m2.4.2 风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算：顶点侧移是所有各层层间侧移之和 表2.4 风荷载作用下框架侧移计算层次（m）68.488.48762770.00011/36000510.1518.63762770.00021/1800049.2627.89762770.00041/900039.1237.01762770.00051/720029.1246.13762770.00061/6000110.6456.77399220.00141/2571=0.0032m侧移验算：层间侧移最大值1/25711/550 （满足）2.5 竖向荷载作用下的内力计2.5.1恒荷载作用下的内力计算（分层法）（1）二层计算简图本工程为对称结构，可先取半跨计算 图2.4 二层计算简图kNmkNmkNm 图2.5 二层力矩分配过程（kNm） 图2.6 二层弯矩图（kNm）（2） 标准层计算简图图3.7 标准层计算简图kNmkNmkNm 图3.8 标准层力矩分配过程（kNm） 图3.9 标准层弯矩图（kNm）（3）底层计算简图 图2.10 底层计算简图kNmkNmkNm 图2.11 底层力矩分配过程（kNm） 图2.12 底层弯矩图（kNm） 将各层分层法得到的弯图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正过程如下所示：图2.13弯矩再分配过程梁在实际分布恒载作用下，按简支梁计算的跨中弯矩 图2.14 顶层边跨梁 图2.15顶层边跨梁 图2.16标准层和底层边跨梁 图2.17标准层和底层中跨梁 2.18 恒荷载作用下的弯矩图（kNm）对梁端进行弯矩调幅，梁端弯矩乘以0.9。 图2.19 恒荷载作用下的剪力图（kN） 图2.20 恒荷载作用下的轴力图（kN）2.5.2 活载作用下的内力计算（满布活载，分层法计算）（1）二层计算简图 图3.21 二层计算简图kNmkNmkNm 图2.22 二层力矩分配过程（kNm） 图2.23 二层弯矩图（kNm）（2）标准层计算简图 图2.24 标准层计算简图kNmkNmkNm 图2.25 标准层力矩分配过程（kNm） 图2.26 标准层弯矩图（kNm）（3）底层计算简图 图2.27 底层计算简图kNmkNmkNm 图2.28 底层力矩分配过程（kNm） 图2.29 底层弯矩图（kNm）将各层分层法得到的弯图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正过程如下所示： 图2.30弯矩再分配过程 图2.31 活荷载作用下的弯矩图（kNm） 图2.32 活荷载作用下的剪力图（kN） 图2.33 活荷载作用下的轴力图（kN）2.6 水平荷载标准值作用下的内力计算框架在风荷载（从左向右）下的内力用D值法进行计算。其步骤为：（1）求各柱反弯点处的剪力值；（2）求各柱的反弯点高度；（3）求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩；（4）求各柱的轴力和梁剪力。第I层第m柱所分配的剪力为 框架柱反弯点位置： 计算结果如下表所示：表2.5 A(D)轴框架柱反弯点位置层号33.60.280.450000.451.6223.60.280.5000000.5001.8014.80.720.690000.693.31表2.6 B(C)轴框架柱反弯点位置层号33.61.360.470000.471.6923.61.360.500000.501.8014.80.950.650000.653.12框架各柱的杆端弯矩，梁端弯矩按下算式计算。计算过程见表3.9-表3.12。 中柱： 边柱： 表2.7 风荷载作用下A(D)轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算层数329.840.236.861.6213.5811.1120.13239.340.239.051.8016.2916.2927.4150.430.2311.603.3117.2838.4033.57 表2.8 风荷载作用下B(C)轴框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算层数329.840.278.061.6915.3913.6217.825.63239.340.2710.621.8019.1219.1224.887.86150.430.2713.623.1222.8842.4931.9210.08 图2.34 风荷载作用下的弯矩图（kNm） 图2.35 风荷载作用下的梁端剪力（kN） 图2.36 风荷载作用下柱端轴力（kN）2.7 梁柱内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。考虑结构塑性内力重分布的有利影响，在内力组合之前对竖向荷载作用下的内力进行调幅。由于构件控制截面的内力值取自支座边缘处，为此，进行组合之前，应先计算各控制截面处的内力值。 梁支座边缘处的内力值1： 式中 支座边缘截面的弯矩标准值； 支座边缘截面的剪力标准值； 梁柱中线交点处的弯矩； 与相应的梁柱中线交点处的剪力标准值；梁单位长度的均布荷载标准值；梁端支座宽度（既柱截面高度）。内力组合一共进行3种组合：（1）为1.35恒载+1.4活载；（2） 为1.20恒载+1.4风载；（3） 为1.20恒载+1.40.85（风载+活载）结果如图3.13.15所示。 图3.1 1.35恒载+1.4满跨活荷载弯矩图（单位：kNm） 图3.2 1.35恒载+1.4隔跨活荷载弯矩图（单位：kNm）图3.3 1.20恒载+1.4风载弯矩图（单位：kNm）图3.4 1.20恒载+1.40.85（风载+满跨活荷载）弯矩图（单位：kNm）图3.5 1.20恒载+1.40.85（风载+隔跨活荷载）弯矩图（单位：kNm）图3.6 1.35恒载+1.4满跨活荷载剪力图（单位：kN）图3.7 1.35恒载+1.4隔跨活荷载剪力图（单位：kN）图3.8 1.2恒载+1.4风荷载剪力图（单位：kN）图3.9 1.2恒载+1.40.85（风荷载+满跨活荷载）剪力图（单位：kN）图3.10 1.2恒载+1.40.85（风荷载+隔跨活荷载）剪力图（单位：kN）图3.11 柱 1.35恒载+1.4满跨活荷载弯矩图 （单位：kNm）柱 1.35恒载+1.4满跨活荷载轴力图 （单位：kN）图3.12 柱 1.35恒载+1.4隔跨活荷载弯矩图 （单位：kNm）柱 1.35恒载+1.4隔跨活荷载轴力图 （单位：kN）图3.13 柱 1.2恒载+1.4风荷载弯矩图 （单位：kNm）柱 1.2恒载+1.4风荷载轴力图 （单位：kN）图3.14 柱1.2恒载+1.40.85（风荷载+满跨活荷载）弯矩图 （单位：kNm）柱1.2恒载+1.40.85（风荷载+满跨活荷载）轴力图（单位：kN）图3.15 柱1.2恒载+1.40.85（风荷载+隔跨活荷载）弯矩图 （单位：kNm）柱1.2恒载+1.40.85（风荷载+隔跨活荷载）轴力图（单位：kN）2.8 结构构件验算2.8.1 框架柱的验算框架柱的验算包括强度，整体稳定和局部稳定验算，计算时不考虑抗震设防要求，按 GB50017计算。（1）A轴框架柱的验算标准层及顶层：柱截面为：H4003001012, 其截面特性为：A=92.18cm2,=10800cm4,=3650cm4,=10.8cm,=6.29cm,=867cm3,=292 cm3.底层：柱截面为：H4003001012, 其截面特性为：A=120.4cm2,=2050cm4,=6760cm4,=13.1cm,=7.49cm,=1370cm3,=450 cm3.主梁的截面为：H4003001012,其惯性距为：=13700cm4。控制内力顶层：=86.52 kNm, =165.98kN, =-17.93kN和=91.02 kNm, =164.53kN, =-71.40kN；二层：=58.30 kNm, =591.89kN, =-1.15kN底层：=-70.28kNm, =858.45kN, =-24.99kN。强度验算截面无削弱验算顶层时，对第一组内力为：= =112.93N/mm2f=295N/mm2满足要求。对第二组内力：=117.8 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。验算二层时，对控制内力为：= =128.25N/mm2f=295N/mm2满足要求。底层验算：对第一组内力为：=120.2 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。弯矩作用平面内稳定计算由于横梁中轴力很小在计算柱计算长度系数时，略去影响。柱脚在横向为刚接，不考虑梁的组合效应，按纯钢梁计算。顶层：，查表得，=1.6，则，=32.9=39.9，查附表得B类截面的稳定系数得=0.899，框架为右侧移的纯框架，=1.0= =20538kN对控制内力：=97.59 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。二层：，查表得，=1.42，则，=38.95=47.2，查附表得B类截面的稳定系数得=0.869，框架为右侧移的纯框架，=1.0= =14653kN对控制内力：=140.1 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。底层：，=10，查表得，=1.44，则，=39.5 =47.96，查附表得B类截面的稳定系数得=0.865，框架为右侧移的纯框架，=1.0= =14248kN对第控制内力：=133.8 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。弯矩作用在平面外稳定计算纵向框架取HN30020068, 其惯性距为：=13700cm4，与柱刚接，柱脚在纵向也取刚接。顶层：，查表得，=1.09，则，=38.5=47，查附表得B类截面的稳定系数得=0.870，框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对第一组内力： N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力： N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。二层：，查表得，=1.13，则，=40.3=48.8，查附表得B类截面的稳定系数得=0.862，框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对第控制内力： N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。底层：，=10，查表得，=1.09，=51.8 =62.8，查附表得B类截面的稳定系数得=0.792，取=0.98，框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对第控制内力： N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。局部稳定 不考虑抗震时，轧制H型钢截面不必验算局部稳定。（2）B轴框架柱的验算标准层：柱截面为：H4003001012, 其截面特性为：A=92.18cm2，=10800cm4，=3650cm4，=10.8cm，=6.29cm，=867cm3，=292 cm3。标准层：柱截面为：H4003001012, 其截面特性为：A=120.4cm2，=20500cm4，=6760cm4，=1370cm3，=450 cm3主梁的截面为：H4003001012,其惯性距为=13700cm4，H30020068,其惯性距为：=1610cm4。控制内力顶层：=-86.45kNm，=211.02kN，=-21.12kN和=47.07 kNm，=298.39kN， =-16.88kN；二层：=-37.70 kNm，=820.97kN， =-8.10kN和=-59.34 kNm， =802.39kN， =-21.68kN。底层：=-74.13kNm，=1006.94kN，=-21.96KN.强度验算截面无削弱验算顶层时，对第一组内力为：=117.86N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：=84.08 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。二层验算：对第一组内力为：=130.47 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：=152.23 N/mm2f=295 N/mm2。满足要求。底层验算：对控制内力为：=135.2 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。弯矩作用平面内稳定计算由于横梁中轴力很小在计算柱计算长度系数时，略去影响。柱脚在横向为刚接，不考虑梁的组合效应，按纯钢梁计算。顶层：，查表得，=1.6，则，=32.9=39.86，查附表得B类截面的稳定系数得=0.899，框架为右侧移的纯框架，=1.0=15724kN.对第一组内力：=121.5 N/mm21f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：=88.51 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。二层：，查表得，=1.7，则，=34.97=42.31，查附表得B类截面的稳定系数得=0.890，框架为右侧移的纯框架，=1.0=10458kN.对第一组内力：=143.8 N/mm21f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：=167.3 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。底层：，=10，查表得，=1.36，则，=37.3 =45.1，查附表得B类截面的稳定系数得=0.878，框架为右侧移的纯框架，=1.0= =15979kN.对控制内力：=149.5 N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。弯矩作用在平面外稳定计算纵向框架取HN350175711, 其惯性距为：=13700cm4，与柱刚接，柱脚在纵向也取刚接。顶层：，查表得，=1.09，则，=38.85=47，查附表得B类截面的稳定系数得=0.870，取=1.0框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对第一组内力：N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。二层：，查表得，=1.13，则，=40.3=47，查附表得B类截面的稳定系数得=0.862，取=1.02框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对第一组内力：N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。对第二组内力：N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。底层：，=10，查表得，=1.09，则，=51.8=62.8，查附表得B类截面的稳定系数得=0.792，框架为有侧移的纯框架，截面的形状系数得。对控制内力：N/mm2f=295 N/mm2，满足要求。局部稳定不考虑抗震时，轧制H型钢截面，不必验算局部稳定。2.8.2 框架梁的验算 采用钢筋混凝土板时，框架梁与楼板有可靠连接，能阻止梁上翼缘的侧向失稳，在支座负弯矩处，一般可在受压下翼缘设侧向支撑。另外，对六度及非抗震地区，轧制H型钢局部稳定能够保证，不必验算。因此，框架梁只需进行强度和挠度计算。另外，主梁一般不考虑组合效应，按钢梁计算。（1）框架梁AB的验算截面特征：AB跨：梁的截面为：H4003001012, 其截面特征为：A=63.66cm2，=13700cm4，=985cm4，=113cm3。BC跨：梁的截面为：H30020068, 其截面特征为：A=23.59cm2，=1610cm4，=114cm4，=23cm3。控制应力AB跨:顶层：=-93.36kNm，=-85.89kN底层： =-111.88 kNm，=-78.27kN；BC跨:顶层：=-18.25kNm，=-16.50kN底层： =-19.24 kNm，=-20.96kN；强度验算截面无削弱，按拉弯构件验算正应力，不必验算局部压应力。顶层：AB: =113.7 N/mm2f=310 N/mm2, 满足要求。BC: =106.6 N/mm2f=310 N/mm2, 满足要求。腹板承受的剪应力：AB:=37.65 N/mm2f=180, N/mm2 满足要求BC:=19.4 N/mm2f=180, N/mm2 满足要求底层：AB: =258 N/mm2f=310 N/mm2, 满足要求。BC: =112.4 N/mm2f=310 N/mm2, 满足要求。腹板承受的剪应力：AB:=34.3 N/mm2f=180 N/mm2, 满足要求。AB:=21.13 N/mm2f=180 N/mm2,