钢结构课设

底层计算高度为 4.5+0.8=5.3（m）（0.8 米为预估室内地坪至柱脚底板底面的高度），二 层为 5m,三层为 3.9m， 结构的竖向布置如图 2 所示：
3900
柱拼接处
5000 14200
5300
8400
7200 22800
7200
A
B
C
D
三、 荷载统计
图 2 结构竖向布置图
1、竖向荷载统计
2.353 2.275
0.541 5
0.532
0.698 0.687
2.22
D柱
2.9
5.44
1.204
0.376
0.408
A 柱 2.130
3.300
1.549
0.577
0.525
1 B 柱 2.540
6.930
2.728
0.683
0.741
5.3
2.5
层 C 柱 2.540
6.530
2.571
0.672
4.67
5.51
2、水平荷载统计
水平方向承受风荷载作用，基本风压 ω0 = 0.6KN / m2 ， μz = 1 ，查荷载规范，体型 系数，迎风面 μs = 0.8 ，背风面 μs = −0.5 ，方向相同。
风振系数 βz
= 1+ ϕzξυ μz
其中 ϕ z
=
z H
取最大值 1，脉动增大系数 ξ
= 1.57 ，
= 0.768×104 kN
/m
B柱
∑ K = kb = 3.3 + 2.56 + 3.63 + 3.17 = 1.796
2kc
3.45× 2
α = K = 0.473 K +2
D
= 12α kc h2
= 12 × 0.473× 3.45×104 3.92
= 1.287 ×104 kN / m
表5
横向框架柱抗侧移刚度 D 值计算表( 以三层为例)
（1、3 层二、三跨）
框架梁
650 250 8
14 622
（2 层第一跨）
框架梁
600 250 8
14 572
（2 层第二、三跨）
纵向梁
550 250 6
12 526
（1-3 层）
次梁
450 200 9
14 422
（1-3 层）
五、 梁、柱的线刚度计算
截面面积 Ix
A/mm2
/ X108mm4
18300
t
Hw
tw
H
B
图 4 梁柱截面尺寸示意图
表2 项目
梁柱截面尺寸及其截面几何特性表
截面尺寸/mm
H
b tw
t
hw
边柱
394 398 11 18 358
（1-3 层）
中柱
400 400 13 21 358
（1-3 层）
框架梁
650 300 8
16 618
（1、3 层第一跨）
框架梁
600 300 8
14 572
80+21 厚现浇混凝土/（KN / m2）
2.53
2.53
2.53
YX70-200-600 压型钢板/（KN / m2）
0.19
0.19
0.19
棚 35 顶棚做法/（KN / m2）
0.20
0.20
0.20
活荷载标准值/（KN / m2）
3.50
2.0
1.50
恒荷载标准值/（KN / m2）
4.67
8.88 14.04 13.953 8.312 37.886 57.073 57.763 36.315 79.664 112.337 104.103 77.191
1.3 框架柱剪力及弯矩计算
在水平荷载作用下，框架内力及位移可采用 D 值进行简化计算。 以三层 A 柱为例：
层间剪力 V = 20.67kN
其余柱线刚度计算方法同上。
表4
柱的位置
惯性矩
中柱
一层
6.536
二层
6.536
三层
6.536
柱的线刚度汇总表
× / 108mm4
边柱
kb × 104/ （ KN / m）
中柱
边柱
5.489
2.54
2.13
5.489
2.69
2.26
5.489
3.45
2.9
六、 水平荷载作用下内力及侧移计算
1.内力计算（D 值法）
楼柱 层位
kc
∑ kb
/104 kN ⋅ m /104 kN ⋅ m
∑ K = kb 2kc
（底层：
∑ K = kb ） kc
α= K K+2
（底层：
α=K+0.5 K+2
层 高 m
D
=
12α kc h2
/104 kN / m
一层 D 值 合计
kb × 104/
（ KN / m）
A柱
2.9
5.86
1.01
脉动影响系数υ
= 0.43
βz
= 1+ ϕzξυ μz
= 1+ 1×1.57 × 0.43 1
= 1.675
所以水平方向风的均布荷载
迎风面： ωk = βz μsμzω0 = 1.675×1× 0.8× 0.6 = 0.8KN / m2 背风面： ωk = βz μsμzω0 = 1.675×1× 0.5× 0.6 = 0.5KN / m2 框架一侧水平均布荷载： q = ωk × L = (ωk1 + ωk2 ) × L = 1.3× 9 = 11.7KN / m
土壤最大冰冻深度 0.8 米。
二、 结构布置及计算简图
根据房屋使用功能及建筑设计的要求，结构体系选为钢结构纯框架体系，钢框架边柱、 中柱采用宽翼缘热轧 H 形型钢。次梁、纵向梁均采用工形型钢截面，框架梁采用焊接工形 组合截面。钢材采用 Q235-B*F 钢。框架梁与柱采用刚接形式，采用栓焊拼接，翼缘为完全 焊透的坡口对接焊缝连接，腹板采用 10.9 级的摩擦性高强螺栓连接，接触面为喷砂处理。 次梁与框架梁连接采用铰接形式。柱运输单元划分为两个单元，在二三层楼面间进行拼接。 楼板为压型钢板现浇混凝土组合楼板，选用 Q235 钢，压型钢板型号为 YX70-200-600，其 上浇 80mm 厚的 C20 混凝土。 柱脚采用露出整体式柱脚，柱下为钢筋混凝土独立基础。
0.3355
0.768
3 B柱 层 C柱
3.45 3.45
12.39 12.24
1.796 1.774
0.473 3.9
0.47
1.278 1.279
4.064
D柱
2.9
5.44
0.938
0.319
0.730
Байду номын сангаас
A柱
2.9
5.86
1.296
0.393
0.427
2 B柱 层 C柱
3.45 3.45
12.66 12.24
混凝土板平均厚度为 80+21=101（mm）（21mm 为梯形凹槽部分混凝土折算厚度）。
荷载统计如下表所示：
表1
楼屋面荷载计算表
荷载编号
楼 38
楼 38
屋 35
项目
（商场）
（办公）
（铺地缸砖）
楼、屋面活荷载/（KN / m2）
3.50
2.0
1.50
楼、屋面做法/（KN / m2）
1.75
1.75
2.59
对中框架梁取 kb
= 1.5E
Ib l0
;
对边框架梁取 kb
= 1.2E
Ib l0
。
以底层第一跨框架梁为例，梁的惯性矩为： Ib = 11.22×108 mm4 ，
kb
= 1.2E
Ib l0
= 1.2× 2.06×105 × 11.22×108 8400
= 3.3×104 kN ⋅ m
其余梁线刚度计算同上。.
1.1 D 值计算
D 值是使两端固定的柱上、下产生单位相对水平位移时需要在柱顶施加的水平力。 以第三层第一跨柱为例
A柱
∑ K = kb = 3.3 + 2.56 = 1.01
2kc 2.9× 2
α = K = 0.3355 K +2
D
= 12α kc h2
= 12× 0.3355× 2.9×104 3.92
表3
梁的线刚度汇总表
梁的位置
第一跨
第二跨
第三跨
惯性矩
X108mm4
线刚度 kb X104/ （ KN / m）
1，3 层 11.22
3.3
2层 8.684
2.56
1，3 层 8.4587
2层 7.258
3.63
3.17
1，3 层 8.4587
2.90
2层 7.258
2.54
2、 柱线刚度
以底层为例：
1.4 框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算
以三层 AB 跨梁为例： M 左
= 8.88kN ⋅ m，
M右
= 3.3 ×14.04 = 6.868kN ⋅ m 3.3 + 3.63
Vb
=
M左
+ M右 L
=
8.88+6.868 8.4
= 1.853kN
三层第一跨边柱的轴力： NA = −Vb = −1.853kN
=
20.67KN 4.064 ×104 KN
/m
= 0.0005m
∑ 同理可以计算
δ
M 2
=
VP2 = 67.84 = 0.0031m ， Di2 2.22 ×104
∑ δ1M =
VP1 Di1
=
122.43 2.5 ×104
= 0.0049m
从而一层侧移： Δ1M = δ1M = 0.0049m
二层侧移： Δ2M
1.6263 1.755 1.755 1.6614 2.095 2.325 2.250 2.085 2.205 2.205 2.385 2.173
6.352 11.488 11.42 6.169 27.322 49.606 47.260 25.975 56.747 80.021 85.175 53.641
将均布荷载简化到楼层集中荷载有：
第三层：
F3
= 11.7 ×
3.9 2
=
20.67KN
第二层：
F2
= 11.7 ×
3.9 + 2
5
=
47.17KN
第一层：
F1
=
11.7 ×
5
+ 5.3 2
=
54.59KN
图 3 水平荷载布置
四、 构件截面尺寸初步选择
初步选定的梁柱截面尺寸及其截面几何特性如表 2 所示：
梁柱布置：纵向总共有 5 榀框架，框架共分三跨，第一跨跨度为 8.4m,横向每隔 2.1m 布 置一道次梁，第二、三跨跨度为 7.2m。横向每隔 2.4m 布置一道次梁。梁柱布置如图 1 所示：
D
C
B
7200
7200 22800
8400
A
9000
9000
36000
9000
9000
1
2
3
4
5
图 1 梁柱布置图
1 B 柱 122.43 2.5 层 C柱
0.741 36.294 0.729 35.713
D柱
0.504 24.685
层高 （m）
3.9
5
5.3
柱底弯 柱顶 y y*h（m） 矩（KN* 弯矩
m） （KN* m）
0.417 0.45 0.45 0.426 0.419 0.465 0.450 0.417 0.416 0.416 0.450 0.410
∑ A 柱剪力
V1 =
D1 = 20.67 × 0.768 = 3.906kN
D
4.064
反弯点高度：y=0.417 柱顶截面处弯矩为
M = V1(h − yh) = 3.906× (3.9 − 0.417 × 3.9) = 8.88kN ⋅ m
柱底截面处弯矩为
M = V1 yh = 3.906× 0.417 × 3.9 = 6.352kN ⋅ m
其余的计算同上. 内力图见下列各图：
图 5 水平风荷载下框架弯矩图 （单位： KN / M ）
图 6 水平风荷载下框架剪力图
（单位； KN ）
图 7 水平风荷载下框架轴力图
（单位；KN ）
2. 水平荷载作用下的侧移计算
三层层间侧移计算：
∑ Dij = 4.064KN / m
∑ δ
M 3
=
VP1 Di3
钢结构课程设计实例
一、 工程概况
某沿海地区欲建一座三层的综合楼，一、二层为商场，一层层高为 4.5 米，二层层高为 5 米，三层为办公用房，层高为 3.9 米。房屋建筑所在地的设计资料如下：该地在无震区，
不考虑抗震设计，基本雪压为 0.3KN / m2,基本风压为 ω0 = 0.6KN / m2 ，地面粗糙度为 B 类，
5.489
21500
6.536
14500
11.22
12976
8.4587
12000
8.684
11576
7.258
9156
5.07
9398
3.326
自重 g /(N/ m) 1440.6 1685.6 1140.0 1081 940.9 909 747 749.7
1、 梁线刚度
钢框架结构中，考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同作用，在计算梁线刚度时，
（ KN /
m）
m）
A柱
0.768 3.906
3 B柱
1.278 6.546
20.67 4.064
层 C柱
1.279 6.505
D柱
0.730 3.713
A柱
0.427 13.042
2 B柱
0.698 21.336
67.84 2.22
层 C柱
0.687 21.005
D柱
0.408 12.458
A柱
0.525 25.738
0.729
D 柱 2.130
2.900
1.362
0.554
0.504
1.2 反弯点高度比计算( 以三层为例)
根据各层 D 值总和及各柱抗侧移刚度，依据 D 值法可求得反弯点高度比如下表：
表6
反弯点高度比表
一层 D
D值
值合计
楼
柱
层间剪
X104/ kb X104/ 每柱剪
层 位 力/ KN
（ KN / 力/ KN
= δ1M
+
δ
M 2
= 0.0049 + 0.0031 = 0.008m
边柱惯性矩： Ic = 5.489 ×108 mm4 中柱惯性矩： Ic = 6.536×108 mm4
边柱线刚度：
kc
=
E
Ic h
=
2.06×105 × 5.489×108 5300
=
2.13×104 kN
⋅m
中柱线刚度： kc
=
E
Ic h
= 2.06×105 × 6.536×108 5300
= 2.54×104 kN ⋅ m