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1、南京工业大学本科生毕业设计(论文)企达工业（南京）有限公司生产厂房设计摘 要在建筑物结构设计中，框架结构常被作为一个重要且标准的型式而采用。它适用于低层、多层建筑物，亦可用于超高层建筑物。同剪力墙结构相比，这种结构更适合在建筑物的内部或者外围的墙体上开设规则孔洞。同时它还能充分利用建筑物内在任何情况下都要采用的梁和柱的刚度，但当柱子与梁刚性连接时，通过框架受弯来抵抗水平和竖向荷载会使这些柱子的承载能力变得更大。大多情况下，框架的刚度不如剪力墙，因此对于细长的建筑物将会出现过度变形。但正是因为其柔性，使得其与剪力墙结构相比具有更大的延性，因而地震荷载下不易发生事故。例如，如果框架局部出现超应力时
2、，那么其延性就会允许整个结构出现倒塌事故。因此，框架结构常被视为最好的高层抗震结构。另一方面，设计得好的剪力墙结构也不可能倒塌。当然，还可以在建筑结构设计中，将框架结构和剪力墙结构结合起来使用。例如，在房屋建筑上使用框架，而在其中可以使用剪力墙。对于很多多高层建筑，如果墙体和筒架进行合理地安排与连接，会起到很好的抵抗侧向荷载的作用。还要求由这些结构体系提供的刚度在各个方向上应大体对称。关键词：结构设计 框架结构 钢框Abstract In the design of architectural buildings , rigid-frame systems have been accepted
3、 as an important and standard means . They are the same with low and medium buildings for designing buildings . They are employed for low- and medium up to high-rise building .Compared to shear-wall systems , these rigid frames both within and at the outside of a buildings . They also make use of th
4、e stiffness in beams and columns that are required for the buildings in any case , but the columns are made stronger when rigidly connected to resist the lateral as well as vertical forces though frame bending . Frequently , rigid frames will not be as stiff as shear-wall construction , and therefor
5、e may produce excessive deflections for the more slender high-rise buildings designs . But because of this flexibility , they are often considered as being more ductile and thus less susceptible to catastrophic earthquake failure when compared with ( some ) shear-wall designs . For example , if over
6、 stressing occurs at certain portions of a steel rigid frame , ductility will allow the structure as a whole to deflect a little more , but it will by no means collapse even under a much larger force than expected on the structure . For this reason , rigid-frame construction is considered by some to
7、 be a “best”seismic-resisting type for high-rise steel buildings . On the other hand ,it is also unlikely that a well-designed share-wall system would collapse.Of course , it is also possible to combine rigid-frame construction with shear-wall systems in one buildings ，For example , the buildings ge
8、ometry may be such that rigid frames can be used in one direction while shear walls may be used in the other direction。【Keyword】: the structure design ; Frame structure ；Steel structureI南京工业大学本科生毕业设计(论文)目 录摘 要I目 录III前 言VI第一章 设计概况11.1 工程概况11.2 建筑结构等级指标及设计年限11.3 建筑设计相关参数11.4 本工程设计过程中所遵循的标准规范21.5 施工技术条
9、件31.6 材料供应3第二章 建筑设计42.1 平面设计42.2 立面设计42.3 剖面设计52.4 防火设计防火分区5第三章 结构选型与结构布置63.1 结构选型63.2 结构布置63.2.1 平面布置63.2.2 竖向布置63.2.3 楼盖布置63.2.4 基础形式73.3 材料的选用73.4 初估构件截面尺寸73.4.1组合楼板截面初估73.4.2 框架柱截面初估73.5 框架计算单元及计算简图83.5.1 计算单元83.5.2 计算简图9第四章 荷载值计算114.1 荷载标准值计算114.1.1 恒荷载标准值计算114.1.2 活荷载标准值计算134.2 风荷载计算164.3 地震荷载
10、的计算17第五章 水平荷载作用下结构侧移计算195.1 侧移刚度195.2 风荷载作用下框架侧移计算195.3 地震作用下的位移验算205.4 PKPM电算结果及分析21第六章 内力计算286.1 恒荷载作用下的内力计算286.2 与地震作用相组合的重力荷载作用下的内力计算336.3风荷载作用下的内力计算336.4 横向地震（水平）作用下的内力计算366.5 PKPM电算结果及内力分析37第七章 内力组合427.1 内力组合427.4 PKPM电算结果及分析48第八章 结构构件设计518.1 梁设计518.1.1 横向框架主梁设计518.1.2 次梁截面设计538.1.3 连系梁截面设计538
11、.1.4 墙梁截面设计548.2 框架柱设计548.3 组合板设计618.3.1 荷载及内力计算618.3.2 组合版的验算63第九章 节点设计679.1 梁柱节点域验算679.2框架节点设计689.3 柱柱节点设计789.4 柱脚设计80第十章 楼梯设计8410.1 荷载计算8410.2 平台梁的设计与验算8410.3 梯段梁的设计与验算8510.4 平台边梁的设计与验算87第十一章 基础设计8911.1 选择桩型、桩端持力层、承台埋深8911.2 确定单桩极限承载力标准值8911.3 确定桩数和承台地面尺寸9011.4 桩顶作用效用验算9211.5 桩身结构设计计算9311.6 承台计算9
12、411.6.1 承台受冲切承载力验算9511.6.2 角柱向上冲切9611.6.3 承台受剪承载力计算9711.6.4 承台受弯承载力计算97结束语99参考文献100致谢102V前言前 言随着我国经济和科技水平的快速发展，钢结构已经普遍应用于民用住宅、别墅等建筑。钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高的特点，同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料，因此钢结构住宅是符合国家产业政策的推广项目，具有广阔的前景。在钢结构建筑中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体、构件、节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化，才能使
13、建筑更富有功能化，创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。近年来很多大型工程的投标方案中有许多方案都体现了钢结构建筑的这一特点。在本次毕业设计中，我学习了钢结构工程设计的原理，同时也复习了专业知识。特别是在整体上对设计思路的把握，并且对设计的细节，规范中的相关具体的条目，有了新的理解。本设计包括以下三大部分：1. 建筑设计：根据设计任务书，从全局的角度对整个建筑作全面的分析，最终使所设计的建筑物满足“安全、经济、美观”的要求。2. 结构设计：结合建筑设计选择合理的结构方案，进行结构布置、结构计算、构件设计等，最终绘出合理的结构施工图。3外文翻译：选取本专业相关的外文资料进行翻译，锻炼专业外语水平
14、。43南京工业大学本科生毕业设计(论文)第一章 设计概况1.1 工程概况积极推广应用钢结构是我国土木工程的重要发展方向之一，企达工业（南京）有限公司拟新建生产厂房，本毕业设计是其所需的钢结构厂房设计。设计基本条件为：该建筑物主体结构层数为5 层，一层层高为5.4m，二、三、四、五层层高为4.5m。总建筑面积15119.2m2，占地面积2990 m2，主体建筑高度23.9m，建筑层数5层。建筑结构形式为钢框架，基础为桩基础，结构内分三跨，跨距分别为13m、14m、13m；柱距8 m，总长73.325m，屋面建筑坡度5%。1.2 建筑结构等级指标及设计年限1 建筑结构安全等级：二级；2 结构设计使
15、用年限：50年；3 建筑抗震设防类别：丙类；4 地基基础设计等级：乙级。1.3 建筑设计相关参数1 基本风压：0.4kN/m2，地面粗糙类型：B类；2 基本雪压：0.65 kN/m2；3 场地类别：类，设计特征周期：0.35s；4抗震设防烈度：7度；5设计基本地震加速度：0.10g，设计地震分组：第一组；6建筑耐火等级：二级；7工程地质条件本工程建筑设计标高相当于绝对标高17.5m。基础形式采用桩基础，以5-1强风化泥质砂岩作为桩端持力层，桩径为400mm，壁厚90mm。1) 岩土特性天然地面下厚4.2m左右为人工杂填土，地基承载力标准值fak=58KPa，Es=1.8MPa，桩周土摩擦力标准
16、值qsa=16KPa；其下2-1粉质粘土为3.6m，fak=120KPa，Es=6.05MPa，qsa=42KPa；再下为2-2粉质粘土，厚3.8m，fak=90KPa，Es=6.49MPa，qsa=30KPa。然后为2-3粉质粘土，厚3.1m，fak=140KPa，Es=6.66MPa，qsa=50KPa。强风化泥质砂岩，fak=260KPa，桩端土极限端承力标准值qpk=5000 KPa。地下水位位于地表下1.1m2) 岩土工程分析及地基适宜性评价粉质粘土层，分布较广，中等密实状态，性质稳定，适宜作为地基持力层。3) 水文地质条件场地地下水位低于地表1.1m。4) 腐蚀性评价(1) 场地土
17、腐蚀性评价拟建场地土易溶盐含量为363369mg/L1.5小时，钢柱刷厚型防火涂料40厚，耐火极限2.5小时。南京工业大学本科生毕业设计(论文)第三章 结构选型与结构布置3.1 结构选型对采用钢框架结构体系的建筑，具有以下特点：1 建筑平面布置灵活，能够提供较大的内部使用空间，能适应多种类型的使用功能。2 构造简单，构件易于标准化和定型化生产，施工速度快，工期短。3 对层数不多的多层建筑而言，框架结构体系是一种比较经济、运用广泛的结构体系。 4 本工程为五层生产房，采用钢框架结构体系能满足要求。3.2 结构布置结构布置应满足建筑功能及使用功能的要求。该工程为多层钢结构生产房，需要开阔的开间。钢
18、结构具有的大柱网、大开间，结构布置灵活的优势可以得到较好的发挥。3.2.1 平面布置1 柱网布置：考虑会所的开间多样性，钢框架间距与跨度不等。尽量形成纵横向平面框架的双向框架体系。2 主梁布置：框架梁与框架柱均为刚接。3 次梁布置：次梁与框架梁采用铰接连接，并与框架梁同高。次梁间距 为2.2m2.9m之间。板按单向板进行布置。 4 内外墙布置：外墙200厚荚心保温板 0.15 KN/m2 , 内墙100厚荚心保温板 0.13 KN/m2 墙梁选用薄壁冷弯槽形钢。3.2.2 竖向布置本工程竖向刚度较均匀，设计采用工字型截面柱：边柱H7505502028、中柱H8506502630,15层柱通长，
19、不改变截面尺寸。3.2.3 楼盖布置采用压型钢板现浇混凝土组合楼盖，这样楼盖整体性好，可满足楼板在水平面内刚度无穷大的要求， 以保证各榀框架的协同工作。压型钢板采用YXB75-230-690（）开口型压型钢板，能够很好的满足结构受力与防火的要求，压型钢板与混凝土共同受力，更为经济。3.2.4 基础形式基础形式依据施工条件等综合考虑，采用天然地基。拟采用桩基础，能满足抗震的要求。3.3 材料的选用1 框架柱：Q345B，焊条E502 框架梁：Q345B，焊条E503 次梁：Q345B，焊条E504 楼板：压型钢板组合楼板 钢筋：HRB335 fy300KN/mm23.4 初估构件截面尺寸3.4.
20、1组合楼板截面初估根据组合楼板的构造要求，为满足楼板在平面内的刚性假定，压型钢板顶面以上的混凝土厚度不应小于50mm ，总厚度不应小于90mm ，因此，压型钢板上铺设140 厚的C30 混凝土，取压型钢板顶面以上的混凝土厚度为65mm ，即140厚钢筋混凝土板，压型钢板厚度取1.6mm。选用YX75230690压型钢板3.4.2 框架柱截面初估1 中柱初估选用焊接工字形钢，钢材牌号Q345B，由工程经验，设计荷载一般约为68 kN/m2。取中柱为准，其受荷面积为a、b（分别为纵横方向的柱距），则中柱的受力为n ab10，其中，n 为总层数。初估计其中受荷面积最大的柱，估算时考虑弯矩等影响，将上
21、述压力乘以经验系数1.4，则： N =1.31.4n ab8=1.31.458( 14+132)8= 7863kN式中1.3荷载分项系数平均值底层计算高度为5.4+0.6=6.0m，其中0.6m为初估室内地坪至柱脚底板距离。再由轴心受压柱求柱截面lox= l= 6000mm ， loy= l= 6000mm试选截面设x=30 , y =50ix=loxx=600030=200mmiy=loyy=600050=120mm根据钢结构设计规范表5.1.2-1，对x 轴弯曲时属于b 类截面、y 轴弯曲时属于b类截面。yfy235=50345235=60.58 查表：x=0.704则需要截面面积A=Nf
22、=78631030.705295=37808mm2 根据需要的截面面积和截面大致轮廓尺寸b h，偏于安全地选择中柱截面尺寸为H8506502630。相关截面特性见下表。2 边柱同理初选为H7505502028。相关截面特性见下表。其他梁等构件初估详见下表3-1:表3-1 各构件截面特性表构件尺寸/mm截面面积/cm2单位质量/（Kg/m）截面特征HBtwtIx/cm4Wx/cm3ix/cmIy/cm4Wy/cm3iy/cm次梁4502501014112.287.5395411757.40 18.77 364.94291.955.70 连梁4502501014112.287.5395411757
23、.40 18.77 364.94291.955.70 主梁8004002226372.6290.63883609709.10 32.29 278001390.08.64 中柱8506502630595.4464.476271017946.00 35.79 1374304228.615.19 边柱7505502028446.8348.545730012195.00 31.99 776882825.013.19 3.5 框架计算单元及计算简图3.5.1 计算单元根据结构方案特点，取一榀典型横向框架作为计算单元，这里取4轴线框架进行计算，在4轴线两侧各取1/2 柱距宽作为计算单元，如图3-1。图3-
24、1 平面计算简图3.5.2 计算简图一榀框架的计算简图如3-2所示，假定框架柱顶部，框架梁与柱刚接，主梁与次梁铰接。图3-2 单榀计算简图由E=2.06105MPa,各构件I、L如上，i =EIL有各层梁柱线刚度如下表：（kN/m）表3-2 梁柱线刚度层数12跨23跨34跨边柱梁中柱梁中柱梁边柱521104KN/m6.3104KN/m34.9104KN/m5.7104KN/m34.9104KN/m6.3104KN/m21104KN/m432115.7104KN/m26.2104KN/m26.2104KN/m15.7104KN/m南京工业大学本科生毕业设计(论文)第四章 荷载值计算4.1 荷载标
25、准值计算根据建筑结构荷载规范（GB5009-2001）取值4.1.1 恒荷载标准值计算1 不上人屋面荷载保护层40厚C20细石混凝土内配4150150钢筋网片 1.52KN/隔离层：干铺无纺聚酯纤维布一层保温层：挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（120厚） 0.120.5=0.06KN/防水层：（级防水）高聚物改性沥青防水卷材 找平层：1:3水泥砂浆，沙浆中产聚丙烯或锦纶-6纤维 0.75-0.90Kg/m3 找坡层：1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡结构层：140厚钢筋混凝土屋面板 250.14=3.5KN/压型钢板 0.19 KN/吊顶 0.03 KN/合计 5.3KN/2 楼面（卫生间）陶瓷锦砖防水楼面
26、 1) 4 - 5厚陶瓷锦砖铺实拍平,水泥浆抹缝2) 20厚1:4 干硬性水泥砂浆3) 1.5厚聚氨酯防水涂料，面撒黄沙，四周沿墙上翻高150高4) 刷基层处理剂一遍5) 15厚1:2水泥砂浆找平层6) 50厚C15细石混凝土防水层找坡不小于0.5%，最薄处不小于30厚7) 钢筋混凝土楼板 250.14=3.5kN/8) 压型钢板 0.19kN/9) 吊顶 0.03 kN/ 合计 5.8kN/m23 生产间楼面特殊骨料耐磨楼面 1) 1-2厚特殊耐磨骨料,混凝土即将初凝时均匀撒布2) 30厚C20细石混凝土随打随抹平3) 素水泥浆结合层一道4） 钢筋混凝土楼板。 250.14=3.5KN/5）
27、 压型钢板 0.19 KN/6） 吊顶 0.03 KN/合计 4.5 KN/m24 外墙自重1）底层塑钢门（2.7621.82.1）0.4 KN/14.472 KN塑钢窗（22.7（5.95+22.8+29.85）+2.7（25.95+7.1+14.25+8.8+15.95）0.4 KN/189.216KN墙体5.4(72.75+40.95)236.18473.040.15 KN/=107.811 KN 合计 311.499 KN2）标准层及顶层塑钢门1.82.10.4 KN/1.512KN塑钢窗（22.1（5.95+22.8+29.85）+2.1（25.95+7.1+14.25+8.8+15
28、.95+1.8+6.0）0.4 KN/153.72KN墙体 4.5(72.75+40.95)23.78384.30.15 KN/=95.283 KN 合计 250.515 KN5 内墙自重1）底层塑钢门 （1.82.11+0.92.16+1.02.1）0.4 KN/11.928 KN塑钢窗（2.71.02+2.71.6）0.4 KN/3.888KN墙体 5.4(12.975+4.028.04+4.08+32.45+8.0)29.829.720.13 KN/=65.39 KN 合计 81.21KN2）标准层及顶层塑钢门 （1.82.11+0.92.16+1.02.1）0.4 KN/11.928
29、KN塑钢窗（2.11.02+2.11.6）0.4 KN/3.024KN墙体 4,5(12.975+4.028.04+4.08+32.45+8.0)29.827.560.13 KN/=53.83KN 合计 68.78KN6 梁自重1）主梁 290.69.8/10002.85KN/m2）连系梁 87.59.8/10000.86KN/m3）次梁 87.59.8/10000.86KN/m7 中柱自重 464.49.8/10004.55 KN/m 边柱自重 348.59.8/10003.42KN/m4.1.2 活荷载标准值计算1 屋面和楼面活荷载标准值根据建筑结构荷载规范查得：不上人屋面 0.5 KN/
30、楼面荷载标准值 5.0 KN/2 雪荷载屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大者0.65 KN/。竖向荷载下框架受荷总图、荷载由板到梁传递示意图如图4-1示：图4-1 荷载由板传梁示意图1) AB轴间框架梁次梁自重0.86(8+8)/2 6.88KN楼面板传恒荷载 12.8584.49/592.32KN楼面板传活荷载 12.8585.0/5102.8KN屋面板传恒荷载 12.8585.30/5108.97KN屋面板传活荷载 12.8580.65/513.37KNAB轴间框架梁集中荷载为：楼面梁恒荷载梁自重板传恒载6.88 92.3299.19KN楼面梁活荷载板传活载102.8KN屋面梁恒荷载
31、梁自重板传恒载6.88 108.97115.85KN屋面梁活荷载板传活载13.36KNAB轴间框架梁均布荷载为：楼面梁均布荷载主梁自重2.85 KN/m屋面梁均布荷载主梁自重2.85KN/m2) BC轴间框架梁楼面板传恒荷载1484.49/5100.576KN楼面板传活荷载1485.0/5112.00KN屋面板传恒荷载1485.3/5118.72KN屋面板传活荷载1480.65/514.56KNBC轴间框架梁集中荷载为：楼面梁恒荷载梁自重板传恒载6.88100.576107.46KN楼面梁活荷载板传活荷载112.00KN屋面梁恒荷载梁自重板传恒荷载6.88118.72125.6KN屋面梁活荷载
32、板传活荷载14.56KNBC轴间框架梁均布荷载为：楼面梁均布荷载主梁自重2.85KN/m屋面梁均布荷载主梁自重2.85KN/m3) CD轴间计算同AB轴间计算4) A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒荷载连系梁重板传荷载0.86812.8585.3/5/261.36KN顶层柱活荷载板传活荷载12.8580.65/5/26.68KN标准层柱恒荷载墙自重连系梁自重板传荷载250.515/90.86812.8584.49/5/266.95KN底层柱恒荷载墙自重连系梁自重板传荷载250.515/90.8681385.76/5/280.01KN标准层及底层柱活荷载板传活荷载12.8585.0/5/251.4
33、0KN基础顶面恒荷载墙自重311.499KN5) B轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒荷载连系梁重板传荷载0.868（12.8514）85.3/10121.36KN顶层柱活荷载板传活荷载（12.8514）80.65/1013.7KN标准层及底层柱恒荷载连系梁自重板传荷载0.868（12.8514）85.76/10103.86KN标准层及底层柱活荷载板传活荷载（12.8514）85.0/10105.4KN6) C轴柱纵向集中荷载的计算同2轴7) D轴柱纵向集中荷载的计算同1轴8) 柱自重中柱底层柱自重： 4.55KN/m5.4m=24.57KN 标准层及顶层柱自重： 4.55KN/m4.5m=20.
34、48KN边柱底层柱自重： 3.42KN/m5.4m=18.47KN 标准层及顶层柱自重： 3.42KN/m4.5m=15.39KN框架在竖向荷载作用下的受荷总图注：图4-2中所有荷载值均为标准值，括号内数值为活荷载标准值。4.2 风荷载计算作用在屋面梁和楼面节点处的集中风荷载标准值为：WK=ZSZ0(hi+hj)B/2风荷载标准值：基本风压值0=0.40kN/m2，地面粗糙程度系数按B类取值，风压高度变化系数z见表3-1。根据建筑结构荷载规范GB50009-2001中7.3.1规定，风荷载体型系数s查表7.3.1，本厂房类别为中封闭式双坡屋面。表4-1 风压高度变化系数离地面高度z（m）风压高
35、度变化系数Z5.61.00010.11.00314.61.12919.11.23023.61.311 脉动增大系数查表7.4.3为：1.88 脉动影响系数查表7.4.4为：0.4344 计算详见表3-2 两边有0.5m女儿墙，女儿墙上所受的均布风荷载等效成集中力全部加载于一侧柱顶端，所以风荷载体型系数s取为1。qwk=sz0l=11.75240.48=5.608kN/mF=5.6080.5=2.804kN4.3 地震荷载的计算1 结构自重计算1)屋盖自重5.38（12.851412.85）1696KN2)楼盖自重4.498（12.851412.85）1436.8KN3)一层梁自重：主梁自重2.85（12.851412.85）113.91KN连系梁重0.868427.45KN次梁自重0.8681282.34KN合计：223.69KN4) 柱自重：中柱底层柱重4.55（5.40.60）2109.23/2KN标准层及顶层柱重4.554.5240.95KN边柱底层柱重3.42（5.40