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1、I 鑫悦花园钢结构住宅毕业设计鑫悦花园钢结构住宅毕业设计 摘摘 要要 随着经济快速增长 具有强度高 质量轻等优点的钢结构住宅在国内外得到广泛的 应用 本文阐述了珠海某地区的一栋 10 层高钢结构住宅 鑫悦花园 的设计过程 抗 震设防烈度为 8 级 设计内容包括建筑设计 结构体系方案选择与结构设计三部分 结 构体系方案主要通过比较不同方案抗震性能确定 结构设计包括手算设计楼板以及一品 框架的竖向内力作用 地震作用以及风荷载作用 配合电算进行构件截面设计 节点设 计以及施工图的绘制等 此外 还提出了一些关于钢结构住宅发展的问题 关键词 关键词 钢结构住宅 建筑设计 结构体系方案选择 结构设计 抗震
2、性能 II 目目 录录 1 1 钢结构住宅简介与工程概况钢结构住宅简介与工程概况 1 1 1 1 钢结构住宅简介 1 1 2 工程概况 1 1 3 钢结构住宅设计方法 2 2 2 建筑设计建筑设计 2 2 2 1 首层建筑平面图 3 2 2 二 十层建筑平面图 3 2 3 建筑正立面图 4 2 4 建筑 A A 剖面图 5 3 3 结构体系初选结构体系初选 5 5 3 1 结构体系初步选择 5 3 2 结构平面布置图 6 4 4 楼盖与屋盖设计楼盖与屋盖设计 6 6 4 1 屋面楼面荷载计算 7 4 2 施工阶段验算 7 4 3 使用阶段验算 8 4 4 剪切 粘结验算 8 4 5 挠度验算
3、8 4 6 自振频率验算 9 5 5 框架初步设计框架初步设计 9 9 5 1 梁截面初选 9 5 2 柱截面初选 9 5 3 支撑截面初选 10 5 4 构件平面布置图 10 6 6 结构体系确定结构体系确定 1010 6 1 不同种类支撑体系的比较 10 6 2 框架体系与框架 支撑体系的结构性能比较 12 6 3 构件立面布置图 13 7 7 竖向内力计算竖向内力计算 1313 7 1 结构计算简图与各构件线刚度计算 13 7 2 恒荷载作用下的内力计算 13 7 3 活荷载作用下的内力计算 22 8 8 抗震内力计算抗震内力计算 2424 8 1 重力荷载计算 24 8 2 刚度计算
4、25 8 3 自振周期计算 27 8 4 地震作用计算 28 III 8 5 变形验算 28 8 6 地震作用下的内力计算 29 9 9 风荷载内力计算风荷载内力计算 3232 9 1 风荷载作用计算 32 9 2 变形验算 33 9 3 风荷载作用下的内力计算 33 10 10 内力组合内力组合 3535 10 1 梁内力组合 35 10 2 柱内力组合 36 10 3 各控制截面最大内力组合值 38 11 11 手算与电算结果分析比较手算与电算结果分析比较 3939 11 1 竖向荷载分析比较 39 11 2 水平地震力计算分析比较 41 11 3 电算主要计算指标 42 12 12 截面
5、验算截面验算 4444 12 1 框架柱的计算长度 44 12 2 框架柱截面验算 45 12 3 框架梁截面验算 47 12 4 支撑截面验算 48 12 5 组合次梁设计 48 12 6 钢框架梁柱节点全塑性承载力验算 49 12 7 节点域抗剪强度验算 49 12 8 抗震构造措施验算 49 13 13 节点设计节点设计 5050 13 1 柱脚节点设计 50 13 2 柱与柱的拼接连接设计 51 13 3 梁柱节点设计 51 13 4 次梁与主梁连接节点设计 52 13 5 支撑节点设计 53 14 14 楼梯设计与基础设计楼梯设计与基础设计 5454 14 1 楼梯设计 54 14
6、2 基础设计 55 15 15 防锈防火设计防锈防火设计 5555 15 1 防锈处理 55 15 2 防火处理 55 16 16 结语结语 5757 参考文献 参考文献 5858 1 1 1 钢结构住宅简介与工程概况钢结构住宅简介与工程概况 1 11 1 钢结构住宅简介钢结构住宅简介 钢结构住宅是以钢结构为骨架 同时配以多种其它材料的墙体和楼板拼装而成的一 种住宅体系 是住宅建筑的一个重要分支 钢结构住宅是以工厂化生产的 H 型钢梁 钢 柱 包括 H 型钢柱 钢管柱 箱形柱 钢骨混凝土柱或圆 方或矩形钢管混凝土柱 为承 重骨架 同时配以新型轻质的保温 隔热 高强的墙体材料作为围护结构 并与功
7、能配 套的水暖电卫设备和部品优化集成的节能和环保型住宅 与传统的砖混和混凝土结构住宅相比 钢结构住宅是一种更符合与传统的砖混和混凝土结构住宅相比 钢结构住宅是一种更符合 绿色生态建筑绿色生态建筑 1 1 1 特征的结构形式 它具有强度高 质量轻 构建界面小 有效空间大 材料均匀 塑性 韧性好 抗震性能优越 制造简单 施工周期短 节能 环保等优点 2 因此 钢结构住宅是我国住宅产业化的发展方向 大力发展钢结构住宅符合我国人口日益增长 与经济实力不断提升的国情 同时钢结构住宅的发展依然存在耐火能力弱与容易腐蚀等 问题 1 21 2 工程概况工程概况 工程名称 鑫悦花园 建设地点 珠海市区某地 场地
8、概况 场地大小为 30m 30m 8 12 层 建筑总高度不超过 40m 室内外高差 为 0 3m 设计使用年限为 50 年 结构形式 多高层钢结构 基本风压 w0 0 8kN m2 地面粗糙程度为 C 类 抗震要求 抗震设防类别为丙类 抗震设防烈度为 8 度 类场地土 设计地震分 组为第一组 场地土层情况 表 1 1 层次 层厚 m 层底标高 m 标高 0 00 土体类型土体参数 1 00 1 00杂填土 2 50 3 50淤泥质土 3 00 6 50粉质粘土 含水率 塑限 1 31 液限 P 18 L 37 5 50 12 00粉土孔隙比0 7e 中密的中砂 屋面做法 压型钢板混凝土组合楼
9、板 20 厚水泥混凝土找平 100mm 厚钢筋混凝土 楼板 20mm 厚石灰砂浆抹底 八层作法防水层 三毡四油上铺小石子 楼面做法 压型钢板混凝土组合楼板 水磨石面层 20 厚水泥混凝土找平 100mm 厚钢筋混凝土楼板 20mm 厚石灰砂 浆抹底 2 墙身做法 外墙采用 150mm 厚 ALC 板 内隔墙采用 100mm 厚 ALC 板 自重 6 5KN m3 要加支撑的墙选用混凝土空心小砌块 自重 11 8KN m3 女儿墙做法 V 125 型压钢板外加 100 厚彩色钢板岩棉夹芯板 自重 0 545 kN m2 门窗做法 门为木门 自重 0 2 kN m2 窗为钢窗玻璃窗 自重 0 4
10、kN m2 1 31 3 钢结构住宅设计方法钢结构住宅设计方法 50 年代中期至 60 年代末 有限元法出现并迅猛发展 由于当时理论尚处于初级阶段 计算机的硬件及软件也无法满足需求 有限元法和有限元程序无法在工程上普及 到 60 年代末 70 年代初出现了大型通用有限元程序 它们以功能强 用户使用方便 计算结果 可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品 成为结构工程强有力的分析工具 有限元法是建立在固体流动变分原理基础之上的 用有限元进行分析时 首先将被 分析物体离散成为许多小单元 其次给定边界条件 载荷和材料特性 再者求解线性或 非线性方程组 得到位移 应力 应变 内力等结果 最后在计算机上 使用
11、图形技术 显示计算结果 由于采用有限元法可以模拟任何形式的结构 且对结构的简化近似可以做到最少 因此有限元计算精度很高 能反映结构的真实受力状态 能够分析复杂结构在复杂受力 状态下的效应 3 本结构可以利用 PKPM 系列软件对结构进行有限元分析 配合手算及 结构设计知识完成主体结构的设计 2 2 建筑设计建筑设计 以下根据 住宅建筑模数协调标准 GB T 50100 2001 4 住宅建筑规范 GB50368 2005 5 以及 住宅设计规范 GB 50096 1999 6 进行建筑设计 本结 构建筑设计满足建筑使用要求 空间布局协调 同时风格以简洁为主 以适合当地的经 济状况 属于休闲经济
12、型住宅 3 2 12 1 首层建筑平面图首层建筑平面图 图 2 1 首层平面图 2 22 2 二 十层建筑平面图二 十层建筑平面图 图 2 2 二 十层建筑平面图 4 2 32 3 建筑正立面图建筑正立面图 图 2 3 建筑正立面图 5 2 42 4 建筑建筑 A AA A 剖面图剖面图 图 2 4 建筑 A A 剖面图 3 3 结构体系初选结构体系初选 3 13 1 结构体系初步选择结构体系初步选择 高层钢结构住宅结构体系主要有钢框架体系 框架 支撑体系 框架 剪力墙体系 框架 核心筒体系 根据 高层民用钢结构技术规程 JGJ99 98 7 规定 各种结构 体系的钢结构房屋有一定的适用高度
13、表 3 1 钢结构房屋的适用高度 m 抗震设防烈度 结构体系 6 7 度8 度9 度 框架 1109070 框架 支撑 剪力墙板 220200140 各种筒体 300260180 6 钢框架体系是多层钢结构住宅最常见的结构体系之一 这种体系的抗侧移刚度小 钢框架 支撑体系借助支撑来承受水平力和提供侧向刚度 当房屋较高时 它比纯框架经 济 比较适用于 7 15 层的住宅 支撑框架主要可分为中心支撑框架 偏心支撑框架 一般而言 地震区不超过 12 层的楼房 可用中心支撑 超过 12 层的楼房 抗震等级达到 8 度 9 度时宜采用偏心支撑等耗能支撑 鉴于本结构高度较小 后两种结构体系不再叙述 本结构
14、适用的结构体系有钢框架体系与框架 支撑体系 考虑到本结构建筑高度为 29 75m 属于不超过 12 层的高层钢结构 且珠海地区抗震设防烈度为 8 级 初步选取框 架 支撑体系中的中心支撑框架体系作为本结构的结构体系 3 23 2 结构平面布置图结构平面布置图 根据建筑设计进行结构平面布置 本结构各层结构布置相同 以下是结构平面图 立面布置图有待确定 图中描黑处为支撑 图 3 1 结构平面布置图 4 4 楼盖与屋盖设计楼盖与屋盖设计 楼盖与屋盖均采用压型钢板 混凝土组合楼板 且两者结构布置相同 故只需取楼 盖与屋盖荷载较大的进行设计 8 根据 钢 混凝土组合楼板结构设计与施工规程 YB9238
15、92 9 第 2 1 6 条规定 选用适用于组合板的国产压型钢板 YX75 230 690 II 钢材等级 Q235 板厚 1 0mm 强肋沿建筑横向布置 混凝土厚度 100mm 且 l h 15 88 27 可视为单向简支板计算 根据结构布置 可知板的最大跨度为 2 7m 故 取 2 7m 的单向板按 高层民用钢结构技术规程 JGJ99 98 7 规定设计 下面查 建 筑结构荷载规范 GB50009 2001 10 进行荷载计算 7 4 14 1 屋面楼面荷载计算屋面楼面荷载计算 4 1 14 1 1 楼盖荷载楼盖荷载 恒荷载标准值 水磨石面层 0 65 kN m2 20 厚水泥混凝土找平
16、0 02 20 0 46kN m2 100mm 厚钢筋混凝土楼板 0 10 25 2 50kN m2 20mm 厚石灰砂浆抹底 0 02 17 0 34kN m2 压型钢板自重 0 133kN m2 小计 4 083kN m2 荷载设计值 22 2 1 2 4 0834 900 1 4 2 02 8 4 9002 87 700 gkN m qkN m gqkN m 4 1 24 1 2 屋盖荷载 恒荷载标准值 20 厚水泥混凝土找平 0 02 20 0 40kN m2 八层作法防水层 0 4kN m2 100mm 厚钢筋混凝土楼板 0 1 25 2 50kN m2 20mm 厚石灰砂浆抹底 0 02 17 0 34kN m2 压型钢板自重 0 133kN m2 小计 3 773kN m2 荷载设计值 22 2 1 2 3 7734 53 1 4 0 50 7 4 530 75 23 gkN m qkN m gqkN m 楼盖比屋盖的荷载大 取楼盖作验算 4 24 2 施工阶段验算施工阶段验算 查压型钢板规格表 压型钢板强度 f 205N mm2 面积 Ap 1656mm2 压型钢板自重
