某高层钢结构公寓楼设计钢结构课程设计.docx
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1、精选资料北京工业大学本科钢结构课程设计计算书题目:北京市某高层钢结构公寓楼设计作者:指导教师:lxc提交时间:2013年6月北京工业大学课程设计(论文)任务书 题目 北京市某高层钢结构公寓楼设计 专业 土木工程 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等:一、设计概况:本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑,建筑面积学生自行确定,共5层,不设地下室,为纯钢框架结构,层高3米;室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料,拟建场地为类场地,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第一组。设计使用年限50年。荷载遵照建筑结构荷载规范
2、 GB50009-2012执行:基本风压:W0=0.45kN/m2,基本雪压S0=0.4kN/m2。二、设计资料1. 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2. 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3. 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4. 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5. 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6. 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7. 钢结构高强度螺栓连接的设计,施工及验收规程 (JGJ 82-91) 8. 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ 81-2002) 9. 钢结构
3、工程施工质量验收规范 (GB 50205-2001)10. 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11. 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12. 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13. 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14. 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15. 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16. 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17. 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)18. 焊条分类及型号编制方法(GB980-1976) 19. 碳钢焊条(GB51
4、17-85) 20. 低合金钢焊条(GB5118-85)21. 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22. 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23. 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24. 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25. 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26. 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27. 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28. 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29. 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30
5、. 埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31. 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32. 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33. 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34. 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35. 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36. 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37. 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级(GB11545-1996) 38. 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-
6、2006) 39. 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40. 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41. 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)42. 采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等三、基本要求1. 认真贯彻“适用、安全、经济、美观”的设计原则;2. 掌握结构设计的内容、方法和步骤;3. 掌握与本设计有关的设计规范和规定,并能在设计中正确运用;4. 根据建筑要求,合理选择结构方案,包括基础方案与布置;上部主要承重结构方案与布置;楼面结构方案与布置;主要抗震构造规定与布置措施等;5. 熟练掌握结构的计算方法和构造要求;6.
7、认真编写计算书,认真绘制施工图。四、设计要求和成果结构计算书一份;结构施工图约9张,分别为(1) 首层柱子结构平面布置图(2) 标准层柱子结构平面布置图(3) 首层梁结构平面布置图(4) 标准层梁结构平面布置图(5) 首层楼板结构平面布置图(6) 标准层楼板结构平面布置图(7) 屋面梁结构平面布置图(8) 屋面楼板结构平面布置图(9) 节点详图五、设计过程根据建筑设计(建筑设计由学生自己确定)确定结构体系和结构布置;根据经验初估构件尺寸;首先进行etabs或者pkpm软件的电算计算,确定计算单元计算模型及计算简图;手算风荷载;电算内力和组合;结果输出,模态、应力比、层间位移、构件及节点设计。在
8、完成电算后,满足规范要求的基础上,进行手算。包括:选取钢结构的至少某一梁、柱进行强度、稳定等的手算,并提供手算计算书。进行强柱弱梁、节点域、压型钢板混凝土楼板的手算设计。进行梁柱连接节点的手算设计。完成期限:课程设计1至1.5周指导教师签章: 目 录1.1 概述61.2设计依据61.2.1设计采用的规范、标准61.2.2设计采用的软件71.3.结构方案81.4材料111.4.1 钢材111.4.2 焊条121.4.3 高强螺栓121.5.设计荷载121.6.风荷载计算132.结构内力计算(电算)182.1 结构建模182.2 恒荷载和活荷载计算及输入202.3 风荷载计算及输入222.4 地震
9、作用输入242.5 荷载组合262.6 模态分析282.7 结构位移292.8 应力比322.9 剪重比413.结构构件设计(手算)433.1 柱子计算443.2 梁计算493.3强柱弱梁设计503.4梁柱节点板域的抗剪承载力计算523.5 压型钢板楼盖计算554.梁柱节点设计(手算)57可修改编辑1.1 概述 本工程为北京市郊区某高层钢结构公寓建筑,建筑面积学生自行确定,共5层,不设地下室,为纯钢框架结构,层高3米;室内外高差0.6米。根据工程地质勘查报告勘察、测试所取得的地层资料及周围已有工程资料,拟建场地为类场地,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第一组
10、。4、设计使用年限50年。荷载遵照建筑结构荷载规范 GB50009-2001执行:基本风压:W0=0.45kN/m2,基本雪压S0=0.4kN/m2。1.2设计依据1.2.1设计采用的规范、标准1) 建筑结构可靠度设计统一标准 (GB 50068-2001)2) 建筑抗震设防分类标准 (GB 50223-2008)3) 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2012)4) 建筑抗震设计规范 (GB 50011-2010)5) 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 6) 建筑结构制图标准 (GB/T 50105-2010) 7) 钢结构高强度螺栓连接的设计,施工及验收规程 (JGJ 8
11、2-91) 8) 建筑钢结构焊接技术规程 (JGJ 81-2002) 9) 钢结构工程施工质量验收规范 (GB 50205-2001)10) 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 (GB8923-88) 11) 建筑设计防火规范 (GB500162006) 12) 钢结构防火涂料应用技术规程(CECS24-90) 13) 碳素结构钢 (GB/T 700-2006) 14) 低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008) 15) 厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010) 16) 热轧H型钢和剖分T型钢(GB/T 11263-1998)17) 高层建筑结构用钢板(YB 4104-2000)
12、18) 焊条分类及型号编制方法(GB980-1976) 19) 碳钢焊条(GB5117-85) 20) 低合金钢焊条(GB5118-85)21) 气体保护焊用焊丝(GB/T14958-94)22) 低合金钢埋弧焊剂(GB12470-1990) 23) 紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱(GB3098-2010) 24) 普通螺栓基本尺寸(GB196-81) 25) 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3633-1995) 26) 钢结构制作安装施工规范(YB9254-95)27) 钢及钢产品交货一般技术要求(GB/T17505-1998)28) 焊缝符号表示法(GB324-2008) 29
13、) 气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸(GB985-88) 30) 埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸 (GB986-88) 31) 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001) 32) 钢的化学分析用试样、取样及成品化学成分允许偏差 (GB222-84) 33) 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T2975-82) 34) 钢的力学及工艺性能试样取样规定(GB2975-82) 35) 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB3323-87) 36) 建筑构件防火喷涂材料性能实验方法(GB9978 7-2001) 37) 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结
14、果分级(GB11545-1996) 38) 钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-2006) 39) 钢结构设计制图深度和表示方法(03G102) 40) 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(04SG519)41) 多、高层民用建筑钢结构节点连接 (03SG519-1)1.2.2设计采用的软件 本工程采用最新ETABS分析软件或PKPM结构设计软件或盈建科等1.3.结构方案建筑平面布置图 结构方案的选择是一个复杂的过程,既要考虑结构受力体系的经济合理性,又要结合建筑、设备、电器等专业的需要。建筑平面宜简单、规则、有良好的整体性,刚度中心与质量中心重合(接近),不规则的建筑应按照规定采取措施;特
15、别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;严重不规则的建筑不应采用。首先根据建筑的平面,根据结构总高度以及建筑功能要求确定采用何种钢结构体系,本项目建筑功能为公寓开间较小,根据建筑的平面布局,使柱子尽量在墙体的内部或者纵横墙相交处,减小柱子外露对建筑外观的影响,确定主要柱网为4200mmx4200mm,局部抽柱,柱子间距为8400mm。梁高初定300mm,柱子外截面为300,调整柱子壁厚。楼板采用压型钢板楼板,为了节省临时支撑并减小楼板厚度,在间距4200mm的主梁间设置一道次梁,楼板跨度为2100mm。超过50米的钢结构应设置地下室。 其基础埋置深度,当采用天然地基时不宜小于房
16、屋总高度的1/15;当采用桩基础时,桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。对于设置地下室的钢结构,框架支撑结构体系中竖向连续布置的支撑或剪力墙应延伸至基础,框架柱应至少延伸至地下一层。 最终确定结构方案如图3.3-2所示。图3.3-2 结构平面布置图 根据建筑抗震设计规范表8.1.1规定,本项目结构总高度15.6米,设防烈度8度,满足,可以采用纯框架结构。根据建筑抗震设计规范8.1.2条的规定,本项目最大高宽比15.6/25.2=0.620.50。1.5.设计荷载1) 楼面恒载 (1)125厚压型钢板 (程序自动考虑)(2)吊顶恒载 0.5 kN/m2(3)面层做法 2.0 kN/m2(4)
17、内墙折合楼面均布荷载 0.15 kN/m2荷载合计 2.65kN/m22) 楼面活荷载公寓 2.0 kN/m2卫生间 2.5 kN/m2厨房 2.5 kN/m23) 钢楼梯间恒载 (1)钢楼梯(上铺50mm混凝土板) 2.0kN/m2 (2)吊顶恒载 0.5 kN/m2(3)面层做法 1.5 kN/m2荷载合计 4.0kN/m24) 楼梯间活荷载 3.5kN/m2 5) 屋面恒载(1)125厚压型钢板 (程序自动考虑)(2)吊顶恒载 0.5 kN/m2(3)面层做法 3.0 kN/m2荷载合计 3.5kN/m26) 屋面活载(上人屋面) 2.0 kN/m2 7) 风荷载基本风压(重现期50年)
18、 0.45 kN/m2体型系数:墙体:迎风面0.8 kN/m2 背封面-0.5 kN/m28) 雪荷载基本雪压 (重现期50年) 0.40 kN/m2 9) 墙体荷载 内墙:轻钢龙骨隔墙0.5 kN/m2 外墙:玻璃幕墙1.0 kN/m21.6.风荷载计算根据建筑结构荷载规范(GB50009-2012)规范,风荷载的计算公式为: (8.1.1-1)体型系数风压高度变化系数风振系数基本风压风荷载标准值 体型系数根据建筑平面形状由建筑结构荷载规范表7.3.1确定。本项目建筑平面为规则的矩形,查表8.3.1项次5,迎风面体型系数0.8(压风指向建筑物内侧),背风面-0.5(吸风指向建筑外侧面),侧风
19、面-0.7(吸风指向建筑外侧面)。 风压高度变化系数根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别,按照规范表8.2.1确定。本工程结构顶端高度为3.0x30+0.6=90.6米,建筑位于北京市郊区房屋较稀疏,由规范8.2.1条地面粗糙度为B类。 由表8.2.1高度90米和100米处的B类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为1.93和2.00。则15.6米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为:对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋,以及基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构,应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 本工程10层钢结构建筑,但宽高比小于1.5,不考虑脉动风对结构顺风向风
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