毕业设计—钢混框架结构

毕业设计（论文）

题 目 北大科技园

1#楼结构设计（A）

姓 名

学 号

专业班级

所在学院 工程分院

指导教师（职称）

二○一五年五月二十二日

北大科技园1#楼结构设计（A）

【摘 要】 本设计为北大科技园包头基地1#楼，该楼位于包头市青山装备园区内，作为机械装备制造的通用厂房。基于对抗震性能与施工简便的考虑，设计为一幢四层钢-混凝土组合结构的建筑。分析了建筑图纸，借助PKPM软件对整幢建筑进行了建模计算。在PKPM给出的计算信息的基础之上，查阅规范的规定，对该幢建筑的第二标准层中的单向板B1、双向板B2进行了设计验算。采用内隔板式节点作为主梁KL2与钢管混凝土柱GZ1的连接方式，并验算了节点的抗剪承载力和抗弯强度。设计验算了主梁KL2与次梁CL3高强螺栓双剪连接。采用双跑板式楼梯完成了1#楼梯的设计。最后根据PKPM底层柱最大组合内力图，设计计算了其中一个柱下独立基础。

【关键词】 钢框架结构，基础，节点，楼梯，楼板

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浙江大学城市学院毕业设计 Abstract

Structure Design of the 1# Building in Peking

University Science Park（A）

【Abstract】 This design is 1# building in Peking University Science Park Baotou base, this building is located in Qingshan equipment zone of Baotou ,as GM plant to manufacture machinery and equipment. Based on the considerations about seismic performance and simple construction ,designed as a four-storey building with steel - concrete composite structures. Analysis of the architectural drawings ,use the PKPM software to model calculations the whole building. On the basis of the calculated information from PKPM, and Check out the specification, to design and checking calculation the one-way slab B1 and two-way slab B2 in the second standard layer of this building. Use interior diaphragm connection as connection of the main beam KL2 and concrete filled steel tubular column GZ1 ,and checking calculation the shear capacity and bending strength of the joint. Design and checking calculation of the girders KL2 and secondary beams CL3 with high strength bolt double-shear connection. Completed 1 # stairway design with the plate and double-run stair. Finally,according to the maximum internal force combination graph of bottom post where from PKPM ,to design calculation a single foundation under column in the building. 【Key Words】 steel frame structure，basement，joint，stair，slab

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目 录

第1章 绪论 ........................................................................................................................... 1

1.1工程的背景与意义 ................................................................................................... 1 1.2国内外相关研究状况 ............................................................................................... 1 1.3工程概况 ................................................................................................................... 1 第2章 结构布置与荷载计算 ............................................................................................... 3

2.1 结构布置 .................................................................................................................. 3 2.2 荷载计算 .................................................................................................................. 4

2.2.1 楼面恒荷载 ................................................................................................... 4 2.2.2楼面活荷载 .................................................................................................... 5 2.2.3墙体线荷载 .................................................................................................... 5 2.3 第二层荷载布置图 .................................................................................................. 7 第3章 PKPM程序计算结果 ............................................................................................... 8

3.1结构整体计算信息[6] ................................................................................................ 8

3.1.1 总信息 ........................................................................................................... 8 3.1.2风荷载信息 .................................................................................................... 9 3.1.3地震信息[7] ..................................................................................................... 9 3.1.4活荷载信息 .................................................................................................. 10 3.1.5调整信息 ....................................................................................................... 11 3.1.6配筋信息 ....................................................................................................... 11 3.1.7设计信息[8] ................................................................................................... 12 3.1.8荷载组合信息 .............................................................................................. 13 3.2 结构节点设计信息 ................................................................................................ 23

3.2.1节点设计信息 .............................................................................................. 23 3.2.2连接设计控制信息 ...................................................................................... 23 3.2.3梁柱连接的控制参数 .................................................................................. 23

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3.2.4工字形梁柱拼接连接 .................................................................................. 24 3.2.5加劲肋控制参数 .......................................................................................... 24 3.2.6柱脚控制参数 .............................................................................................. 25 3.2.7节点和柱脚连接的连接类型 ...................................................................... 26 3.3计算结果图形 ......................................................................................................... 27

3.3.1 混凝土构件配件及钢构件应力比图 ......................................................... 27 3.3.2梁截面在荷载作用下弯矩包络图 .............................................................. 28 3.3.3柱轴压比与有效长度系数图 ...................................................................... 29 3.3.4各工况下底层柱墙最大组合内力简图 ...................................................... 29

第4章 二层楼板设计 ......................................................................................................... 33

4.1二层楼板编号图 ..................................................................................................... 33 4.2楼板设计 ................................................................................................................. 33

4.2.1 B1板计算 .................................................................................................... 33 4.2.2 B2板计算 .................................................................................................... 35

第5章 二层主梁（KL2）与钢柱（GZ1）的连接计算 .................................................. 39

5.1节点选择 ................................................................................................................. 39 5.2节点抗剪承载力 ..................................................................................................... 40 5.3节点抗弯强度 ......................................................................................................... 41 第6章 二层主梁与次梁连接的计算 ................................................................................. 43

6.1螺栓设计 ................................................................................................................. 43 6.2截面验算 ................................................................................................................. 44

6.2.1 抗剪连接计算 ............................................................. 错误！未定义书签。 6.2.2 抗拉连接计算 ............................................................. 错误！未定义书签。

第7章 1#楼梯设计 ............................................................................................................. 45

7.1楼梯基本资料 ......................................................................................................... 45

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7.2楼梯计算[16] ............................................................................................................ 46

7.2.1内力计算 ...................................................................................................... 46 7.2.2配筋计算 ...................................................................................................... 47

第8章 基础设计 ................................................................................................................. 48

8.1基础选型 ................................................................................................................. 48 8.2基础计算 ................................................................................................................. 49

8.2.1内力计算 ...................................................................................................... 49 8.2.2 地基承载力验算 ......................................................................................... 50 8.2.3 基础抗冲切验算 ......................................................................................... 50 8.2.4 基础受弯计算 ............................................................................................. 50 8.2.5 底板配筋 ..................................................................................................... 50

结 论 ................................................................................................................................... 51 参考文献 ............................................................................................................................... 52 致 谢 ................................................................................................................................... 54

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图目录

图2.1第二标准层平面结构布置图 .............................................................................. 3 图2.2第二标准层荷载布置图 ...................................................................................... 7 图3.1第二标准层混凝土构件配件及钢构件应力比图 ............................................ 27 图3.2第二标准层梁截面设计弯矩包络图 ................................................................ 28 图3.3第二标准层柱轴压比与有效长度系数简图 .................................................... 29 图3.4 Vxmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................. 29 图3.5 Vymax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................. 30 图3.6 Nmin工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................... 30 图3.7 Nmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................... 31 图3.8 Mxmax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................. 31 图3.9 Mymax工况下底层柱、墙最大组合内力简图 .................................................. 32 图3.10 D+L工况下底层柱、墙最大组合内力简图 ................................................. 32 图4.1 第二层楼板编号图 ........................................................................................... 33 图4.2 B1板的尺寸 ...................................................................................................... 34 图4.3 B1板的计算简图 .............................................................................................. 34 图4.4 B2板的尺寸 ...................................................................................................... 36 图4.5 B2板的计算简图 .............................................................................................. 36 图5.1 梁柱连接节点 ................................................................................................... 39 图6.1 主次梁铰接节点 ............................................................................................... 43 图7.1 楼梯尺寸示意图 ............................................................................................... 45 图8.1 底层柱最大组合内力图（局部） ................................................................... 48

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表2.1标准楼面、电梯机房楼面恒荷载 ..................................................................... 4 表2.2卫生间楼面恒荷载 ............................................................................................. 4 表2.3楼梯间楼面恒荷载 ............................................................................................. 4 表2.4上人屋面层恒荷载 ............................................................................................. 5 表2.5外墙200厚砂加气砌块墙恒荷载 ..................................................................... 5 表2.6楼梯间、电梯间200厚砂加气砌块墙恒荷载 ................................................. 6 表2.7内隔墙120厚砂加气砌块墙恒荷载 ................................................................. 6 表2.8女儿墙150mm混凝土外墙恒荷载 ................................................................... 6 表4.1 B1板的承载力计算 ......................................................................................... 35

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浙江大学城市学院毕业设计 第1章 绪论

第1章 绪论

1.1工程的背景与意义

二十世纪初期，钢-混凝土组合结构开始兴起。经过三十多年的发展，在二十世纪五十年代逐渐成为了一门相对独立的学问。钢-混凝土组合结构便于施工，抗震性能良好的优点开始受到工程师们的重视，大量应用于各种高层与桥梁工程中，并且得到了良好的效果回馈。

1.2国内外相关研究状况

钢-混凝土组合结构最早大量应用于二战后的欧洲，欧洲各国的工程师们为了加快战后重建的速度，采用此结构，完成了大量的重建工程。上世纪六十年代，由于其抗震性能良好，日本的高层或是超高层建筑开始大量应用钢-混凝土组合结构[1]。

六十年代以后世界上许多国家根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会（CES）、欧洲钢结构协会（ECCS）、国际预应力联合会（FIP）和国际桥梁及结构工程协会（IABSE）组成的组合结构委员会，多次组织了国际性的组合结构学术讨论会，并于1981年正式颁布了《组合结构》规范[2]。

而我国对钢—混凝土组合结构的研究和应用起步较晚，从五十年代才开始开展此类研究和应用，至今除了钢与混凝土组合梁已纳入《钢结构设计规范》（GBJ 17-88）外，其余的组合结构和构件还停留在行业标准的基础上。

1.3工程概况

本工程为北大科技园包头基地1#楼，位于包头市京藏高速以北，210国道以西，青山装备园区内，是一幢四层钢-混凝土组合结构的建筑。主要用途为机械装

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浙江大学城市学院毕业设计 第1章 绪论

备制造通用厂房。建筑面积7233平方米，占地面积1907平方米。建筑高度为23.5米，建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防列度为8度。屋面防水等级为Ⅱ级，防火等级为Ⅱ级。

拟建场地地形较平坦，施工条件一般，在地貌单元上属于山前冲洪积地貌。拟建场地土为中软土，属Ⅲ类建筑场地，属建筑抗震一般地段。拟建场地地基由第一层素填土，第二层湿陷性粉土，第三层粗砂构成。

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第2章 结构布置与荷载计算

2.1 结构布置

本次对北大科技园1#楼结构设计所采用的结构类型为钢-混凝土组合结构。结构布置共分为六个个标准层，其中第一～第四层分别为为第一标准层、第二标准层、第三标准层和第四标准层，屋面层为第五标准层，机房屋面层为第六标准层。第一标准层层高为8米；第二标准层~第四标准层层高为4.5米；第五标准层因两个机房房间处因梁抬高0.3米，层高为4.8米。第二标准层布置图如图2.1所示[3]。

图2.1第二标准层平面结构布置图

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2.2 荷载计算

参考建筑出图，及《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012》，列出下面各表[4]。

2.2.1 楼面恒荷载

表2.1标准楼面、电梯机房楼面恒荷载

名 称 做 法 10厚磨光花岗岩石面层 20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层 标准楼面、电梯机房楼面 钢筋混凝土楼板 吊顶及吊挂 楼面静载 除现浇楼板外的恒载值 表2.2卫生间楼面恒荷载

名 称 做 法 10厚防滑地砖 15厚水泥浆结合层一道 素水泥砂浆一道 24厚水泥砂浆找平层 卫生间楼面 刮涂1.5厚FJS水泥基防水涂料 钢筋混凝土楼板 吊顶及吊挂 楼面静载 除现浇楼板外的恒载值

表2.3楼梯间楼面恒荷载

名 称 做 法 20厚石材面层 13厚1:3干硬性水泥砂浆结合层 楼梯间楼面 素水泥砂浆一道 17厚1:3水泥砂浆找平层 现浇楼梯踏步板 厚度（mm) 20.0 13.0 0.0 17.0 200.0 容重(KN/m3) 20.0 20.0 0.0 20.0 25.0 重量KN(m2) 0.40 0.26 0.00 0.34 5.00 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 厚度（mm) 10.0 15.0 0.0 24.0 1.5 120.0 容重(KN/m3) 28.0 20.0 0.0 25.0 25.0 25.0 重量KN(m2) 0.28 0.30 0.00 0.60 0.04 3.00 0.50 4.72 1.72 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 厚度（mm) 10.0 20.0 120.0 容重(KN/m3) 28.0 25.0 25.0 重量KN(m2) 0.28 0.50 3.00 0.50 4.28 1.28 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 4

20mm后粉刷层 楼梯静载

20.0 20.0 0.40 6.40 KN/m2 KN/m2 表2.4上人屋面层恒荷载

名 称 做 法 40厚C20细石砼刚性防水层内配6@200钢筋 油毡隔离层 200厚泡沫玻璃保温板 2厚高分子防水卷材 上人保温屋面 20厚1:3水泥砂浆找平层 1:8水泥珍珠岩找坡2%（最薄厚度30） 钢筋混凝土楼板 吊顶及吊挂 屋面静载 除现浇楼板外的恒载值

厚度（mm) 40.0 200.0 2.0 20.0 200.0 120.0 容重(KN/m3) 25.00 5.00 20.00 7.00 25.00 重量KN(m2) 1.00 0.10 1.00 0.05 0.40 1.40 3.00 0.50 7.45 4.45 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 2.2.2楼面活荷载

（1）卫生间、上人屋面：2.0 KN/m2 （2）非上人屋面：0.5 KN/m2 （3）车间：5 KN/m2

（4）梯间、楼梯电梯前室：3.5 KN/m2

（5）电梯机房、设备平台、电气设备间：7 KN/m2 （6）VRV室外机：2.5 KN/m2 （7）楼梯间：2.5 KN/m2

2.2.3墙体线荷载

表2.5外墙200厚砂加气砌块墙恒荷载

名 做 法 称 200厚砂12厚厚高密度CCA板 厚度（mm) 12 容重(KN/m3) 15.00 重量KN(m2) 0.18 KN/m2 5

加气砌块墙 100厚岩棉 200厚砂加气混凝土 20厚混合砂浆面层 作用于钢梁上的线荷载值 q11=2.33*(8-0-0)= q11=2.33*(4.5-0-0)= 100 200 20 18.64 10.49 2.50 7.50 20.00 墙体恒载 层高 8.00 4.50 0.25 1.50 0.40 2.33 钢梁高度 0.00 0.00 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 楼板高度 0.00 0.00 1层： 2~屋面层： 表2.6楼梯间、电梯间200厚砂加气砌块墙恒荷载

名 做 法 称 200厚砂20厚混合砂浆面层 加气砌块墙 1层： 2~屋面层： 作用于钢梁上的线荷载值 q11=2.3*(8-0-0)= q11=2.3*(4.5-0-0)= 200厚砂加气混凝土 20厚混合砂浆面层 18.40 10.35 厚度（mm) 20 200 20 容重(KN/m3) 20.00 7.50 20.00 墙体恒载 层高 8.00 4.50 重量KN(m2) 0.40 1.50 0.40 2.30 钢梁高度 0.00 0.00 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 楼板高度 0.00 0.00 表2.7内隔墙120厚砂加气砌块墙恒荷载

名 做 法 称 120厚砂20厚混合砂浆面层 加气砌块墙 1层： 2~屋面层： 作用于钢梁上的线荷载值 q11=1.7*(8-0-0)= q11=1.7*(4.5-0-0)= 120厚砂加气混凝土 20厚混合砂浆面层 厚度（mm) 20 120 20 13.60 7.65 容重(KN/m3) 20.00 7.50 20.00 墙体恒载 层高 8.00 4.50 重量KN(m2) 0.40 0.90 0.40 1.70 钢梁高度 0.00 0.00 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 楼板高度 0.00 0.00 表2.8女儿墙150mm混凝土外墙恒荷载

名 做 法 称 5厚聚合物水泥砂浆一道 150mm混150mm混凝土墙 凝土外墙 20mm水泥砂浆 厚度（mm) 5 150 20 容重(KN/m3) 20.00 25.00 20.00 墙体恒载 重量KN(m2) 0.10 3.75 0.40 4.25 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 6

作用于钢梁上的线荷载值 6.38 2.98 层高 1.50 0.7 钢梁高度 0.00 0.00 楼板高度 0.00 0.00 屋面层： q31=4.25*(1.5-0-0)= 屋面机 q31=4.25*(0.7-0-0)= 房层： 2.3 第二层荷载布置图

根据建筑图纸功能安排及上表所计算的荷载，于第二层布置荷载如下图[5]。

图2.2第二标准层荷载布置图

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