毕 业 设 计（论文）
专业年级 05 级土木（2）班
本设计是对常熟海天综合科技楼的设计。 该科研楼的结构主体为四层结构，局部为五层。结构主体为钢框架结构，采 用钢与混凝土组合楼盖， 基础为独立扩展基础。结构设计考虑到了结构的抗震性 能，在有关地震效应计算时，主要参考国家现行规范。结构的计算的主要内容依 次如下：PKPM 软件计算初步选取构件尺寸，荷载的计算，内力的计算，构件的 验算，构件的连接设计，柱下扩展基础的设计。其中内力考虑了风荷载、地震荷
载、雪荷载等多种荷载，构件和节点的验算均考虑了有震及无震两种情况。 根据不同力的作用方式选择计算方法， 其中计算： 框架刚度采用 “D 值法”; 水平地震作用计算采用“底部剪力法”，竖向荷载作用下采用分层法，风荷载作 用下的内力计算采用反弯点法。 计算中采用了一些合理的假定，如不考虑屋面结构找坡，当作平屋定计算， 从而使计算结构对称，可取一半结构，大大简化计算，且误差仅在 1.5%左右。
计算中注意对手算结果和电算结果的比较， 可以对软件计算和手算各自的特点有 更充分的认识。 在计算组合梁挠度时， 按简支梁简化计算。 计算组合板负弯矩时， 按单跨两端固支简化计算。 在具体的结构计算中以国家现行规范为依据。
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第1章 工程概况及结构选型
工程名称：常熟海天综合科技楼。 建设地点：江苏省苏州市常熟市。 主体建筑为四层，女儿墙高度为 13.7m。五层为货梯检修间，屋面高度最高 处为 16.5m。 抗震设防烈度为 6 度，抗震设防类别为丙类。分组为第一组，基本地震加速 度 0.05g，场地类别为二类。 当地基本风压 ?0 =0.45 kN / m 2 ；基本雪压 S 0 =0.4 kN / m 2 。 耐火等级 2
结构体系：钢框架结构 屋面和楼面结构：压型钢板组合楼板 楼梯结构：钢结构楼梯 电梯间：钢框架 柱截面：箱形截面 主梁截面：焊接工子型钢 次梁、连系梁截面：H 型钢 框架梁与柱刚接，主梁与次梁铰接。
第2章 结构布置及构件参数
标准层平面结构布置简图见图 2-1。
（a）1-7 轴线布置图
（b）7-12 轴线布置图
图 2-1 标准层结构布置图
选取一榀典型框架――4 轴线横向框架作为计算单元。由于顶层柱承受的荷 载较小，为简化计算，可不考虑顶层柱因结构找坡而引起的细微长度差别。简化 后的框架单元见图 2-2。
图 2-2 横向框架计算简图
选择材料，根据《建筑结构荷载规范》[1]确定材料容重。 钢材：Q235-B； 混凝土：楼面板采用 C25 级，基础采用 C20 级。 墙体： 外墙 内墙 双层压型钢板复合保温墙体 0.65 kN / m 2 ； 纸面石膏板 0.49 kN / m 2 （卫生间与更衣室处为 0.28 kN / m 2 ）
1 1 ，次梁约为跨度的 。主要构件数 20 18
2.4 框架梁柱线刚度计算
令标准层中柱线刚度 i标柱 =1.000，其余杆件相对线刚度
图 2-3 横向框架相对线刚度图
第 3 章 荷载标准值计算
第3章 荷载标准值计算
[10] 依据 《江苏省建设工程标准设计图集施工说明》 确定屋面及楼面施工做法，
再依据《建筑结构荷载规范》[1]确定楼面和屋面恒荷载及活荷载标准值。 3.1.1 楼面荷载 A、复合木地板 20 厚硬木地板与软制衬垫 20 厚 1：3 水泥砂浆找平层 混凝土板自重 YX51-305-915 压型钢板 轻钢龙骨吊顶 合计 B、石材楼面 20 厚大理石楼面 30 厚 1：2 干硬性水泥砂浆结合层 混凝土板自重 YX51-305-915 压型钢板 轻钢龙骨吊顶 合计
第 3 章 荷载标准值计算
5 厚 1：1 干水泥细砂浆结合层 30 厚 C20 细石混凝土 20 厚水泥砂浆找平层 混凝土板自重 YX51-305-915 压型钢板 轻钢龙骨吊顶 合计 3.1.2 屋面荷载
3+3 厚双层 APP 改性沥青防水卷材 20 厚 1：3 水泥砂浆找平层 聚苯乙烯保温层 20 厚 1：3 水泥砂浆找平 混凝土板自重 YX51-305-915 压型钢板 轻钢龙骨吊顶 合计 3.1.3 梁间荷载 （1）外纵墙 A（D）轴线
第 3 章 荷载标准值计算
折算线荷载 （3）外横墙 1 轴线 折算线荷载 12 轴线
第 3 章 荷载标准值计算
3.2 活荷载标准值计算
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者较大值，即 0.5 kN / m 2 。
3.3 竖向荷载作用下横向框架受力计算
取图 2-2 所示 4 号轴线处典型横向框架进行计算，由于结构和荷载均对称， 故取一半结构进行计算，即只算 A-B 轴线和 B-C 轴线。内力计算均针对该框架。 3.3.1 A-B 轴线间框架梁 次梁自重
第 3 章 荷载标准值计算
第 3 章 荷载标准值计算
图 3-1 楼面和屋面永久荷载标准值( kN )
图 3-2 楼面活荷载和屋面活荷载标准值（ KN ）
第 3 章 荷载标准值计算
根据文献《建筑结构荷载规范》[1]计算主要承重结构时，风荷载标准值为：
?k ? ? z ? s ? z ?0 。由于是框架结构，且结构对称，可将均布风荷载简化为作用在
Wk ―集中风荷载标准值（ kN ）
? z ―风振系数，本结构低于 30m，且高跨比小于 1.5，同时本结构不属于高
耸结构和大跨度屋盖结构，则可捕考虑风压脉动产生的风震影响，即取 ? z =1.0。
? s ―风荷载体型系数，根据文献《建筑结构荷载规范》[1]，选择第 15 项，
迎风墙体+0.8，背风墙体-0.5，等效体型系数为 1.3。
? z ―风压高度变化系数，因建筑地点位于市区，文献《建筑结构荷载规范》
，所以地面粗糙度为 C 类。 。 ?0 ―基本风压， ?0 ? 0.45kN / m2 （常熟市五十年一遇）
h j ―上层柱高，顶层取女儿墙两倍高度。
B ―迎风面宽度，为 4.5m。
第 3 章 荷载标准值计算
风荷载作用下框架计算简图见图 3-3
图 3-3 水平风荷载标准值作用下的计算简图（ KN ）
第 3 章 荷载标准值计算
=结构和构件自重+1/2×雪载； 楼面梁处 G L =结构和构件自重+1/2×活载。 其中结构和构件自重取楼面上、下 1/2 层高范围内的结构和构件自重（屋面 梁处取顶层的一半） 。计算结果如下：
3.5.3 多遇水平地震作用下标准值计算 根据《建筑抗震设计规范》[4]，建筑物高度为 15.9m，不超过 40m，且质量 和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法来简化计算水平地震作用。
第 3 章 荷载标准值计算
图 3-4 各层重力荷载代表值
第 4 章 水平荷载作用下位移计算
第4章 水平荷载作用下横向框架位移计算
4.1 风荷载作用下的位移验算
根据图 3-3（b）所示荷载计算位移。 4.1.1 柱 D 值计算
表 4-1 标准层柱 D 值计算 构件名称
表 4-2 底层柱Ｄ值计算 构件名称
4.1.2 风荷载作用下位移验算 根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]，结构按一阶线弹性计算所得各 楼层层间相对侧移值。即： ?u j ?
第 4 章 水平荷载作用下位移计算
?u j ――表示第 j 层的层间位移。
V j ――表示第 j 层的剪力。
――表示第 j 层的总体抗侧刚度。
1 1 < ，满足要求； 1 柱顶侧移最大值 < ，满足要求。
4.2 地震作用下地震力计算及位移验算
地震力及位移计算见表 4-4。
第 4 章 水平荷载作用下位移计算 表 4-4 横向水平地震作用下框架侧移计算 层号
1 1 < ，满足要求； 1 柱顶侧移最大值 < ，满足要求。
根据《建筑结构荷载规范》[1]，要考虑如下几种受荷情况：1、恒载计算，2、 活荷载满跨布置，3、风荷载作用，4、横向水平地震作用。根据《高层民用建筑 钢结构技术规程》[2]，本结构层高小于 40m，可不考虑竖向地震作用。1、2 两种 情况，框架在竖向荷载作用下，采用分层法计算，3、4 两种情况，框架在水平 荷载作用下，采用 D 值法计算。
符号规定：内力图表示中，轴力取受压为正（梁不考虑轴力） ，剪力取使构 件截面产生顺时针转动趋势为正，弯矩图中不标正负，画在受拉一侧。荷载组合 时，弯矩有正负，梁弯矩取下拉为正，柱弯矩取左拉为正。 由于结构和荷载均对称，因此手算内力可以只取一半结构。 图 5-1 为为半结构分层法示意图。
图 5-1 分层法分层示意图
5.1 恒荷载作用下内力计算
5.1.1 四层（屋面层）框架计算
（a）荷载标准值简图（ KN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN ? m ）
图 5-2 四层框架计算简图
假定柱的远端是固定的，为减小这一假定带来的误差，将除底层柱外的 其他各层柱的线刚度乘以 0.9 加以修正，传递系数修正为 1/3，底层线刚度 不变， 传递系数为 1/2。 修正后的相对线刚度， 分配系数， 传递系数见图 5-3。
图 5-3 四层框架力矩分配的参数
力矩分配过程见图 5-4。
标准层（以第三层为例）框架计算
（a）荷载标准值简图 （ kN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN
图 5-5 三层框架计算简图
相对线刚度、分配系数、传递系数见图 5-6。
图 5-6 框架力矩分配的参数
力矩分配过程见图 5-7
图 5-7 三层框架力矩分配过程
（a）荷载标准值简图 （ kN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN
图 5-8 底层框架计算简图
相对线刚度、分配系数、传递系数见图 5-9。
图 5-9 底层框架力矩分配的参数
力矩分配过程见图 5-10
将分层法所得各层弯矩叠加得框架内力图，见图 5-12 至 5-14。
图 5-12 恒载标准值作用下框架弯矩图（ kN ? m ）
图 5-13 恒荷载标准值作用下框架剪力图（ kN ）
图 5-14 恒荷载标准值作用下框架轴力图
5.2 活荷载标准值作用下内力计算
5.2.1 四层（屋面层）框架计算
（a）荷载标准值简图 （ kN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN
图 5-15 四层框架计算简图
相对线刚度、分配系数、传递系数与计算恒载时相同，见图 5-16。
图 5-16 四层框架力矩分配的参数
弯矩传递过程见 5-17。
标准层（以第三层为例）框架计算
（a）荷载标准值简图 （ kN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN
图 5-18 三层框架计算简图
相对线刚度、分配系数、传递系数与计算恒载时相同，见图 5-19。
图 5-19 三层框架力矩分配的参数
力矩分配过程见图 5-20
（a）荷载标准值简图 （ kN ）
（b）左图加刚臂后弯矩图（ kN
图 5-21 底层框架计算简图
相对线刚度、分配系数、传递系数见图 5-22。
图 5-22 底层框架力矩分配的参数
力矩分配过程见图 5-23
将分层法所得各层弯矩叠加得框架内力图，见图 5-25 至 5-27。
图 5-26 活荷载标准值作用下框架剪力图（ KN ）
图 5-27 活荷载标准值作用下框架轴力图（ kN ）
5.3 风荷载作用下的内力计算
y0 ――标准反弯点高度比，与总层数和框架梁柱线刚度比有关；
y1 ――上下梁线刚度比对反弯点高度的影响； y 2 、 y3 ――层高变化对反弯点高度的影响；
Vim ――第 i 层 m 柱所分配的剪力。
5.3.2 框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩计算
5.3.3 风荷载作用下的内力计算
5.3.4 风荷载作用下的内力图
图 5-28 风荷载标准值作用下框架弯矩图（ kN ? m ）
图 5-29 风荷载标准值作用下手算框架剪力图（ kN ）
图 5-30 风荷载标准值作用下手算框架轴力图（ kN ）
5.4 横向地震作用下内力计算
框架在横向水平地震作用下的内力计算同风荷载作用的计算， 也用 D 值法进 行计算。反弯点高度也同风荷载下反弯点高度，见表 5-1。 5.4.1 横向水平地震作用下框架柱剪力和梁端弯矩
表 5-3 横向水平地震作用下框架柱剪力和梁端弯矩 A/D 轴线 层号 4 3 2 1
5.4.2 横向水平地震作用下框架内力图
图 5-31 横向水平地震力标准值作用下框架弯矩图（ kN ? m ）
图 5-32 横向水平地震力标准值作用下手算框架剪力图（ kN ）
图 5-33 横向水平地震力标准值作用下手算框架轴力图（ kN ）
5.5 手算内力与电算内力的比较和分析。
在内力计算时，列出了恒载标准值、活载标准值、恒载的弯剪轴内力、活载 的弯剪轴内力、风荷载的弯矩、地震荷载的弯矩的手算结果和 PKPM 电算结果 的对比， 可以看到手算结果和电算结果误差并不是很大。下以恒荷载标准值作用 下的框架弯矩图为例，分析手算结果与电算结果的细微差别。 以恒荷载标准值作用为例，列出四种情况弯矩图（单位均为 kN ? m ） a、未考虑结构找坡 PKPM 电算 b、考虑
3%结构找坡 PKPM 电算 c、未考虑结构找坡手算 d、未考虑结构找坡有限元软件电算（使用结构力学求解器，求解在图 4a 荷 载作用下，4 号轴线平面框架内力） 。 分别见图 5-34 至 5-37。
图 5-36 未考虑结构找坡手算内力
图 5-37 未考虑结构找坡有限元电算内力
比较图 5-34 和 5-35，可以发现，同样用 PKPM 计算，考虑与不考虑 3%结 构找坡，内力误差仅在 1.6% ～1.9%之间，完全在工程误差允许范围之内。因此 手算时为计算方便不考虑 3%结构找坡是合理的。 比较图 5-34 和 5-36，可以发现同样没考虑结构找坡，手算结果与电算结果 误差在 2%～7%之间，误差较大。分析原因：电算考虑了重力放大系数；另外手 算采用分层法计算时，
最后只对不平衡弯矩进行二次分配，并没有进行多次的再 分配再传递，这样必然结果不如电算结果精确。 比较图 5-34 和 5-37，可以发现，同样是电算，PKPM 与有限元软件计算结 果误差在 1%～5%之间，其中 PKPM 在节点处内力偏小，跨中内力偏大。分析 原因：PKPM 考虑了空间扭转效应导致节点变弱，内力降低，较符合实际情况。
[2] 根据 《高层民用建筑钢结构技术规程》 进行内力组合， 考虑如下组合方式：
注：①表中弯矩 M 单位为 kN ? m ，剪力 V 的单位为 kN 。 ②表中加粗的内力为梁的控制内力。
注：①表中弯矩 M 单位为 kN ? m ，轴力 N 的单位为 kN ，剪力 V 的单位为 kN 。 ②表中加粗的内力为柱的控制内力。 ③由于柱的最大剪力不属于控制内力，为节省篇幅，除首层柱下端截面外，其余截面剪力不在该表中 组合。最大弯矩对应的剪力可根据内力图另外单独组合。首层柱下端剪力用于设计柱脚。
由于结构和荷载的对称性，只取一半结构的控制内力。梁取图 2-2 中 AB 轴
线间和 BC 轴线间，柱取 A 轴线处和 B 轴线处。各构件控制内力见表 6-3
注：①表中-41.28，37.09，35.52，33.69 这四个数据是柱最大弯矩对应的剪力，是由最大弯矩截 面处恒载、活载、风载、地震力标准值作用下的剪力按照四种不同组合求得的。 ②由于 GKL-1 的 AB 跨河 BC 跨只是跨度不同，而 AB 跨的跨度大，内力也大。故在验算梁构件时 可只验算 AB 跨。 ③由于首层柱最大轴力对应的弯矩与首层柱最大的弯矩较接近，为减小计算量，将首层柱最大
轴力对应的弯矩用首层柱的最大弯矩代替。由于标准层的轴力较首层小，且计算长度较首层大，故 标准层柱只考虑最大弯矩与对应轴力，而不考虑最大轴力与对应的弯矩。
第 7 章 内力及位移修正
7.1 底部剪力法对柱轴力的修正
根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]，用底部剪力法估算钢框架结构的构件 截面时，水平地震作用下倾覆力矩引起的柱轴力，对体型规则的丙类建筑可折减，但 基本自振周期 T1 ? 1.5s 的结构不予折减。 本结构自振周期 T1 ? 0.5s ? 1.5s ，所以不予修正。
7.2 节点域剪切变形对楼层侧移影响
根据《建筑抗震设计规范》[4]，对不超过 12 层的钢结构，其层间位移计算可不 计入梁柱节点域变形的影响。
7.3 结构的整体稳定
《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]规定：高层建筑钢结构当同时符合下列条件 时，可不验算结构的整体稳定性。 1）结构各楼层柱的长细比和平均轴压比满足
?m ―楼层柱的平均长细比；
f y ―钢材屈服强度；
Am ―柱截面面积的平均值。 N m ―楼层柱的平均轴压比设计值；
第 7 章 内力及位移修正
2）结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层层间相对位移值满足
? u ―按一阶线性弹性计算所得的层间位移；
? Fh ―计算楼层以上全部水平作用之和； ? Fv ―计算楼层以上全部竖向作用之和。
由表 7-1 可知， 结构同时符合 结构的整体稳定性。
第 8 章 构件设计及验算
第8章 构件设计及验算
根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]和《钢结构设计规范》[3]进行构件 设计和验算。
8.1 框架梁截面验算
其中有震情况下，内力均比无震时小，且承载力要提高，故可只验算无震情 况下。又无震情况下， M中 的值小于 M 端 的值，故只考虑端部。
8.1.2 强度验算 ①、抗弯强度 截面特性见表 2-1。
第 8 章 构件设计及验算
满足要求。 ②、抗剪强度
满足要求 ③、折算应力
由于集中力处均设置支承加劲肋，则不考虑局部应力 ? c
8.1.3 刚度验算 为简单起见，先按两端简支保守计算。 屋面梁挠度：
则屋面梁满足要求。 楼面梁挠度：
第 8 章 构件设计及验算
则计算过于保守，具体挠度参见图 8-2 PKPM 电算挠度，其中比值为相对挠 度，即挠度与跨度比值。
图 8-2 PKPM 恒荷载与活荷载标准值作用下主梁挠度（mm）
由图 8-2 可知，主梁的挠度都满足。 8.1.4 整体稳定验算
mm 由于次梁对主梁起支撑作用，则主梁自由长度 l1 ? 2200 ，次梁处在主梁
则整体稳定不需要验算。
第 8 章 构件设计及验算
则局部稳定满足要求，主梁按构造设置加劲肋，加劲肋间距为 730mm，与 次梁连接处必须设加劲了，次梁与次梁之间再等距加两加劲肋。
第 8 章 构件设计及验算
满足要求。 ②刚度验算 柱的刚度由柱的长细比控制。 根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]，交于柱上、下端横梁线刚度之和 与柱线刚度之和的比分别为：
[3] 查 《钢结构设计规范》 附录表 D-2， 得平面内框架柱计算长度系数 u x ? 1.53。
而平面外刚度较大，可视为无侧移框架，取框架柱计算长度系数 u y ? 1 。
③弯矩作用平面内整体稳定验算 箱形截面柱，关于 x 轴和 y 轴的截面类型都是 c 类。查表得 ? x ? 0.772 由于内力计算未考虑结构的二阶效应，则取 ? mx ? 1.0
第 8 章 构件设计及验算
则弯矩作用平面内整体稳定性满足。 ④弯矩作用平面外整体稳定验算 由于柱截面为箱形截面，则取 ?b ? 1 ，又关于 x 轴与 y 轴截面类型相同，而
第 8 章 构件设计及验算
[3] 查 《钢结构设计规范》 附录表 D-2， 得平面内框架柱计算长度系数 u x ? 1.22 。
而平面外刚度较大，可视为无侧移框架，取框架柱计算长度系数 u y ? 1 。
③弯矩作用平面内整体稳定验算 箱形截面柱，关于 x 轴和 y 轴的截面类型都是 c 类。查表得 ? x ? 0.836 由于内力计算未考虑结构的二阶效应，则取 ? mx ? 1.0
第 8 章 构件设计及验算
④弯矩作用平面外整体稳定验算 同上构件分析，弯矩作用平面外稳定性必优于弯矩作用平面内稳定性，则必 满足要求。 ⑤局部稳定验算 受压翼缘：
8.2.4 验算 GKZ（四层 A 轴） 仅验算无震情况。 ①强度验算
第 8 章 构件设计及验算
[3] 查 《钢结构设计规范》 附录表 D-2， 得平面内框架柱计算长度系数 u x ? 2.01。
而平面外刚度较大，可视为无侧移框架，取框架柱计算长度系数 u y ? 1 。
③弯矩作用平面内整体稳定验算 箱形截面柱，关于 x 轴和 y 轴的截面类型都是 c 类。查表得 ? x ? 0.731 由于内力计算未考虑结构的二阶效应，则取 ? mx ? 1.0
④弯矩作用平面外整体稳定验算 同上构件分析，弯矩作用平面外稳定性必优于弯矩作用平面内稳定性，则必 满足要求。 ⑤局部稳定验算 受压翼缘：
第 8 章 构件设计及验算
[3] 查 《钢结构设计规范》 附录表 D-2， 得平面内框架柱计算长度系数 u x ? 1.34 。
而平面外刚度较大，可视为无侧移框架，取框架柱计算长度系数 u y ? 1 。
③弯矩作用平面内整体稳定验算 箱形截面柱，关于 x 轴和 y 轴的截面类型都是 c 类。查表得 ? x ? 0.856 由于内力计算未考虑结构的二阶效应，则取 ? mx ? 1.0
第 8 章 构件设计及验算
④弯矩作用平面外整体稳定验算 同上构件分析，弯矩作用平面外稳定性必优于弯矩作用平面内稳定性，则必 满足要求。 ⑤局部稳定验算 受压翼缘：
8.3 压型钢板组合楼板设计
在《钢与混凝土组合楼盖结构构造》[8]上选用 YX51-305-915 型压型钢板，
第 8 章 构件设计及验算
板厚为 0.75mm，钢板上加 C25 等级混凝土，板总厚 120mm。肋垂直于次梁布置。 根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]设计组合板。 YX51-305-915 型压型钢板截面尺寸见图 8-4，截面特性见表 8-1：
注：表中 I x' 、 Wx' 是针对承受负弯矩时的截面特性。
8.3.1 施工阶段验算 ①施工阶段总体计算原则 施工阶段验算只考虑压型钢板承载力，按弹性分析方法。强边方向按单向板 计算，弱边方向不计算，考虑到下料不利影响，按单向简支板计算跨中弯矩和挠 度，按两端固结计算负弯矩， （或两跨连续梁计算） 。由于本压型钢板正负弯矩处 的抗弯模量相同，而负弯矩值小于正弯矩值，故只考虑跨中弯矩。施工阶段同时 考虑次梁处压型钢板和走廊处压型钢板。 ②荷载及内力计算
第 8 章 构件设计及验算
图 8-5 次梁间板计算图
图 8-6 走廊间板计算图
次梁间板： 计算简图见图 8-5
走廊间板： 计算简图见图 8-6
则次梁间板与走廊间板均满足 M 中 ? M u ，故强度满足。 ④变形验算 按单跨简支板计算 次梁处板挠度：
则次梁处板满足要求。 走廊处板挠度：
则按单跨简支板计算不满足，改按两跨连续梁计算（借助有限元软件）
第 8 章 构件设计及验算
计算简图见图 8-7。
图 8-7 两跨连续梁计算简图
有限元计算位移图见图 8-8
图 8-8 有限元软件计算位移图
最大位移 7.3mm<12.2mm，则位移条件满足。 综上所述，施工阶段组合钢板满足要求。
第 8 章 构件设计及验算
8.3.2 使用阶段验算 ①使用阶段总体计算原则 使用阶段考虑压型钢板和混凝土共同作用。由于本结构物直接动力荷载，按 塑性法设计。组合板强边方向按简支单向板计算弯矩盒挠度，弱边方向不计算， 按两端固结计算负弯矩，负弯矩由钢筋混凝土承担。 ②荷载及内力计算
楼面荷载较大，则只考虑楼面组合板，由于走廊处跨度大，故知考虑走廊处 板。计算简图见图 8-9 和图 8-10。
图 8-9 跨中弯矩和挠度计算简图
图 8-10 支座弯矩计算简图
③强度验算 a、 正截面抗弯验算
第 8 章 构件设计及验算
则 fAp ? ?1 f c bhc ，塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土截面内
d、叠合面的纵向抗剪验算 本工程的压型钢板均在上翼缘加焊横向钢筋，故可不验算叠合面的纵向抗 剪。 ④组合板的挠度验算 a、 荷载短期效应组合下的组合板挠度 取 1m 板宽
第 8 章 构件设计及验算
压型钢板对自身形心轴的惯性矩 I c ?
组合板受压区边缘至混凝土截面重心的距离 hc' ? 35mm 全界面有效时组合板中和轴至受压区边缘的距离
将组合板中的混凝土截面换算成单质的钢截面的等效截面惯性矩
则短期荷载作用下的挠度为
满足要求。 b、荷载长期效应组合下的组合板挠度 考虑永久荷载长期作用影响的等效界面惯性矩
则长期荷载作用下的挠度为
满足要求 c、考虑短期效应组合且考虑永久荷载长期作用的影响
第 8 章 构件设计及验算
满足要求 ⑤组合板负弯矩的裂缝宽度验算 忽略压型钢板的作用，按混凝土板及负筋计算板的最大裂缝宽度，并使其符 合文献[11]规定的裂缝宽度最大值。最大裂缝宽度计算考虑荷载的短期效应组合 兵考虑长期荷载效应的影响进行计算。由于走廊处的板跨度大，去只考虑走廊处 的板。
按荷载短期效应组合计算的纵向受拉钢筋的应力
裂缝之间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
? 为永久荷载组合作用下组合板的最大挠度
k 为支承条件系数，两端简支时取 0.178
第 8 章 构件设计及验算
计算简图见图 8-11，GL-1 钢梁截面特性见表 2-1。
图 8-11 次梁计算简图
满足要求 ④稳定验算 a、 整体稳定验算 根据《钢结构设计规范》[3]，本工程的次梁的受压翼缘有钢板或混凝土板与
第 8 章 构件设计及验算
其紧密相连，能阻止受压翼缘侧移，故不用验算整体稳定。 b、局部稳定验算 腹板
满足要求。 8.4.2 使用阶段验算 ①使用阶段总体计算原则 考虑钢梁和混凝土板组合作用，因梁不成受直接动载，内力采用塑性方法设 计，但变形仍采用弹性方法。 ②组合梁等效截面见图 8-12
图 8-12 组合梁等效截面
第 8 章 构件设计及验算
则 fA ? f c bce hc ，塑性中和轴位于钢梁截面内。 求中和轴位置
③荷载及内力计算 由组合板计算可知，楼面荷载相对屋面较大，起控制作用。
计算简图同图 8-11。
④强度验算（完全抗剪连接） a、受弯承载力 钢梁受拉区合力点约在腹板中点以下 2mm 处。 钢梁受拉区截面应力合力至混凝土翼板截面应力合力之间的距离
钢梁受拉区截面应力合力至钢梁受压区截面应力合力之间的距离
组合梁中的钢梁受压区截面面积
则 M 中 ? M u ，满足要求。 b、抗剪承载力 假定仅由钢梁的腹板承受
第 8 章 构件设计及验算
则 V ? Vu ，满足要求。 又压型钢板的板肋与钢梁垂直，则可不验算纵向界面的抗剪承载力。 ⑤稳定验算 同施工阶段，均满足。 ⑥抗剪连接件的设计 抗剪连接件选用栓钉。由于次梁中间不存在集中力，且弯矩图对称，则栓钉 可以均匀布置。 欲将压型钢板每个波肋布置 2 个直径为 13mm 的栓钉， 栓钉焊接 后高度为 90mm。 每根次梁上共可布置
永久荷载短期作用下的挠度 塑性中和轴至混凝土板上边缘的距离 y ? 125m m ，其他各字母的意义同前面 出现过的相同。
第 8 章 构件设计及验算
则永久荷载短期作用的挠度为
满足要求。 b、永久荷载长期作用下的挠度
则永久荷载长期作用下的挠度为
8.5 手算与电算的对比分析
梁柱内力的手算与电算内力的误差比较小， 误差仅限于原先框架内力图的误 差，因此可以说对于梁柱内力计算，手算与电算相符。另外在算主梁挠度时，手 算简化为两端简支，不满足。因这种简化极为保守，主梁挠度可以参照 PKPM 计算。 组合板在施工阶段的挠度验算，在走廊处的组合板电算结果不满足，但误差 较小，原因是电算采用较保守的单跨简支梁模型。手算采用单跨简支梁模型时，
挠度也不满足，但在使用两跨连续梁模型时，挠度足以满足。
第 9 章 节点设计及验算
第9章 节点设计及验算
根据《高层民用建筑钢结构技术规程》[2]、 《钢结构设计规范》[3]、 《建筑抗 震设计规范》[4]进行节点域及节点设计。
梁翼缘与柱采用全熔透焊缝连接，腹板通过 10.9 级 M20 高强度摩擦型螺栓 及拼接板与柱连接。以下计算均是手算框架平面内的梁与柱的连接，即主梁（横 梁）与柱的连接；纵向联系梁与柱的连接参考 PKPM 计算所得。梁柱节点见图 9-1。
图 9-1 梁与柱连接详图
9.1.1 梁与柱的连接在弯矩和剪力作用下的承载力 a、 弹性设计
弯矩仅由翼缘处对接焊缝传递，剪力仅由腹板处螺栓传递
第 9 章 节点设计及验算
则需要螺栓个数 n ? b、塑性设计
梁柱连接塑性设计要满足如下条件：
M u ――基于极限强度最小值的节点连接最大受弯承载力，仅由翼缘的连接
M p ――梁构件的全塑性受弯承载力
Vu ――基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力，仅由腹板的连接
hw 和t w ――主梁腹板的高度和宽度
由于本节点采用柱贯通连接， 梁翼缘用全熔透焊缝与柱连接， 并采用引弧板， 则 M u ? 1.2M p 自行满足。
综合考虑弹性设计和塑性设计，梁腹板与柱用拼接板连接，采用 6 个高强度
第 9 章 节点设计及验算
螺栓。 c、 拼接板验算 见图 9-1，拼接板为―200×12×250，与柱之间采用角焊缝构造连接，取
h f ? 5mm，假定弯矩均由翼缘承受，故腹板只承受剪力，即拼接板处角焊
缝仅承受剪力。 则? ?
故构造焊缝满足要求。 9.1.2 梁柱连接处的柱的水平加劲肋设计 本工程 6 度抗震设防。横隔板板厚 t p 取不小于翼缘厚，即不小于 14mm，取
9.1.3 节点域抗剪强度验算 由柱翼缘与水平加劲肋包围的节点域，在周边弯矩和剪力的作用下，抗剪强 度按下式计算
M b1 、 M b 2 ―节点域两侧梁端弯矩设计值； f v ―钢材的抗剪强度设计值；
V p ―节点域体积。 h p 和hc ―分别为梁腹板高度和柱腹板高度
t w ――柱在节点域处的腹板厚度
a、节点域验算 首层 B 轴处节点两端弯矩设计值和最大，故最危险。
第 9 章 节点设计及验算
满足要求。 b、屈服承载力验算 抗震设防的结构还应满足屈服承载力
M pb1 、 M pb 2 ―节点域两侧钢梁端部截面全塑性受弯承载力
? ―折减系数，6 度设防取 0.6
满足要求 综上，节点域满足要求。 9.1.4 强柱弱梁验算 根据《建筑抗震设计规范》[4]8.2.5 条，由于本结构最大的轴压比
第 9 章 节点设计及验算
箱形柱角部的组装焊缝为为全熔透焊缝，焊缝厚度为 14mm。柱在高出三层 层高处 1.3m 处拼接，拼接采用全焊接形式，拼接处采用 V 形坡口全熔透焊缝， 且使用垫板。 下节箱形柱的上端应设置隔板，并应与柱口齐平，厚度为 14mm。其边缘应 与柱口截面一起刨平。 在上节箱形柱安装单元的下部 100mm 处， 设置上柱隔板， 其厚度为 10mm。见图 9-2。
由于无震情况下柱拼接处内力较首层柱内力小，而抗震要求连接强于杆件， 故只验算罕遇地震下拼接处的极限承载力。 当抗震设防时，要符合下列规定。
M p ――梁构件的全塑性受弯承载力
Vu ――柱的极限受剪承载力 hw 和t w ――柱腹板的截面高度和厚度
t f 和A f ――钢柱的一块翼缘板厚度和截面面积
A w ――钢柱腹板连接处的焊缝有效截面积。 f
h ――钢柱的截面高度
第 9 章 节点设计及验算
主次梁连接为铰接，次梁的腹板伸至主梁加劲肋，通过 10.9 级 M16 高强度 螺栓摩擦型连接，见图 9-3。
图 9-3 主次梁节点图
第 9 章 节点设计及验算
不妨取 bs ? 96mm，加劲肋厚度取主梁腹板宽度 8mm。 验算加劲肋处局部压应力：
考虑腹板的有利作用，加劲肋的计算截面见图 9-4。
图 9-4 加劲肋有效截面
第 9 章 节点设计及验算
采用外露式柱脚，柱脚上位于室内地坪以下，柱脚与底板采用对接焊缝。
图 9-5 柱脚平面图
第 9 章 节点设计及验算
则底板的长宽满足要求。 考虑应力最大处两加劲肋之间的一块板，三边支承一边悬臂，则
图 9-6 板带计算简图
综上底板为：―450×450×30 9.4.3 柱脚加劲肋设计 单个柱脚加劲肋承受阴影部分的荷载，取加劲肋两边板各一半叠加，偏安全 地取最大荷载均布布置。加劲肋厚度取 14mm，与柱翼缘同厚，其计算简图为：
第 9 章 节点设计及验算
图 9-7 加劲肋受力简图
取加劲肋与箱形柱的角焊缝焊角尺寸为 h f ? 6mm，按构造取最小高度为 270mm。假定弯矩和剪力均由竖向焊缝承担，则：
则柱脚加劲肋满足要求。 9.4.4 锚栓设计
第 9 章 节点设计及验算
图 9-8 锚栓计算简图
压应力的分布长度 e ?
底板压应力合力的作用点至轴心压力 N 的距离 a ?
根据对压应力合力的作用点 D 的力矩平衡条件 ? M D ? 0 ，得
9.5 框架横梁与纵向连系梁的隅撑设计
参照 《高层民用建筑钢结构技术规程》 中 8.5.4 进行设计， 在距柱轴线 700mm 的位置加隅撑。隅撑初选 63×5 的角钢。由于主横梁与纵向联系梁不等高。则在 高度较小的联系梁下翼缘处再焊一个 63×5 的短角钢用来过渡， 通过角钢之间的 螺栓连接实现不等高连接。 隅撑的设计轴力为： N ?
第 9 章 节点设计及验算
? ――隅撑与梁的夹角，当梁相互垂直时取 45?
9.6 节点计算手算与 PKPM 电算结果比较
梁柱连接与主次梁的连接的手算与电算基本没有差别；柱柱连接处本版本 PKPM 没有使用加劲肋，手算按照规范要求加设加劲肋；柱脚连接差别较大，图 9-9 为柱脚的电算图。
第 9 章 节点设计及验算
比较图 9-5 和 9-9， 可以发现柱脚的电算结果较保守。 从手算过程可以发现， 柱脚所受弯矩非常小，在弯矩最大的组合中，锚栓的拉力也仅仅只有 9.9kN ，柱 脚接近轴心受力，锚栓按构造就足以满足。因此没有必要使用过多的加劲肋和锚 栓。
第 10 章 基础设计计算
第10章 基础设计计算
根据《建筑地基基础设计规范》[6]以及《基础工程》[13]进行基础设计，地下土的 性质见表 10-1。
表 10-1 地下土的性质 含水 土 名称 层 （m）
杂填土 素填土 粉质粘土 粉土 粉质粘土
采用独立扩展基础。室外地坪标高 ? 0.450m ，柱底标高 ? 0.550m ，基础顶 面标高 ? 0.600 m ，基础高度 1.3m ，基础底面标高 ? 1.900 m ，采用 100 厚 C15 混 凝土垫层，两边各延伸出 100mm。则基础相对室内地坪的埋深为 1.9m，相对室 外地坪的埋深 1.45m ，基坑深度为 1.55m，则持力层为粉质粘土层，性质如下
10.1 独立基础设计
基础各部位相对室内外位置见图 10-1。
第 10 章 基础设计计算
图 10-1 基础各部位相对标高（m）
基础尺寸及埋置深度验算
修正后的地基承载力特征值
?b 、 ? d ―基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，根据《建筑地基基础设
? 、 ? m ―分别为基础底面下土层重度、基础底面上土层平均重度，计算得
d ―基础埋置深度，从室外地坪算起，取 1.45m。
按轴心受压基础初步估算基础底面积
第 10 章 基础设计计算
综上，基础底面尺寸满足要求。 10.1.3 基础高度验算
由柱边作出 45? 斜线与杯壁相交， 则不可能从柱边产生冲切破坏， 故仅需对台 阶以下进行冲切验算。见图 10-2。
第 10 章 基础设计计算
图 10-2 基础计算简图
第 10 章 基础设计计算
考虑冲切位置处截面，参考《混凝土结构中册》[12]，其弯矩为：
又基础底板的最小配筋率为 0.15%，确定其最小配筋
故纵筋按最小配筋率配筋，钢筋直径不小于 12，取 14?12 ，即 ?12@150 ， 另外一个方向安全考虑，也取 ?12@150 。 详细配筋图见结构图。 边柱基础可设计成该独立基础，而中柱若设计成独立基础，则两基础之间有 400mm 的距离，不满足施工要求，故将两中柱设计成联合基础。
10.2 联合基础设计
剪力和弯矩图见图 10-3。
第 10 章 基础设计计算
图 10-3 联合基础计算简图
第 10 章 基础设计计算
u m ――临界界面的周长。本处为图 10-3 中由四个梯形的中位线形成的正方
第 10 章 基础设计计算
折成每米板宽内的配筋面积为
不多，可偏安全地沿基础全长布置。 基础顶面配横向构造钢筋 ?8 @ 200。 配筋详图见结构图纸。
10.3 基础拉梁的设计
考虑地震作用，则需在两个方向布置拉梁。拉梁截面初选 200×350。由于 拉梁上有自承重墙，可按纯受弯构件计算纵筋，然后与柱轴力的 0.1 倍产生的内 力所需钢筋面积叠加。拉梁配筋选用二级钢。 按纯弯构件计算拉梁，弯矩为 M ? 47.53kN ?m 则需要配筋 As ?
第 10 章 基础设计计算
图 10-4 基础拉梁配筋图
[1] 国家标准.建筑结构荷载规范(GB).中国建筑工业出版社,2006. [2] 行业标准.高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98).中国建筑工业出版社,1998. [3] 国家标准.钢结构设计规范( GB).中国计划出版社,2003. [4] 国家标准.建筑抗震设计规范(GB).中国建筑工业出版社,2008. [5]
协会标准.建筑钢结构防火技术规程(CECS200).中国计划出版社,2006. [6] 国家标准.建筑地基基础设计规范(GB).中国建筑工业出版社,2002. [7] 高层钢结构设计.郑廷银.机械工业出版社.2005 [8] 国家建筑标准设计图集 05SG522 钢与混凝土组合楼盖结构构造.中国建筑标准设计 研究院. [9] 国家建筑标准设计图集 07CJ03-1 轻钢龙骨石膏板隔墙、
吊顶.中国建筑标准设计研 究院. [10] 05 系列江苏省建设工程标准设计图集施工说明 J01-2005.中国建筑工业出版社 [11] 国家标准.混凝土结构设计规范 GB.中国建筑工业出版社，2002. [12] 东南大学 同济大学 天津大学合编.混凝土结构中册.中国建筑工业出版社，2005. [13] 华南理工大学 浙江大学 湖南大学编.基础工程. 中国建筑工业出版社,2003 [14]
国家建筑标准设计图集 01SG519.多高层民用建筑钢结构节点构造详图.中国建筑 标准设计研究院.2005 [15] 周绪红主编.钢结构设计指导与实例精选.中国建筑工业出版社，2008 [16] 国家建筑标准设计图集 08SG115-1 钢结构施工图参数表示方法制图规则和构造详 图.中国建筑标准设计研究院.
钢筋混凝土单向板肋梁楼盖课程设计任务书
题目：设计某三层轻工厂房车间的整体式钢筋混凝土单向板肋梁楼盖。 目的：1、了解单向板肋梁盖的荷载传递关系及其计算简图的确定。 2、通过板及次梁的计算，掌握考虑塑性内力重分布的计算方法。 3、通过主梁的计算，掌握按弹性理论分析内力的方法，并熟悉内力包络图和材料图的 绘制方法。 4、了解并熟悉现浇梁板的有关构造要求。 5、掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式，制图规定，进一步提高制图的基本技能。
6、学会编制钢筋材料表。
1、结构平面布置图：柱网、主梁、次梁及板的布置
2、板的强度计算（按塑性内力重分布计算） 3、次梁强度计算（按塑性内力重分布计算） 4、主梁强度计算（按弹性理论计算） 5、绘制结构施工图 （1） 、结构平面布置图（1：200） （2） 、板的配筋图（1：50） （3） 、次梁的配筋图（1：50；1：25） （4） 、主梁的配筋图（1：40；1：20）及弯矩 M、剪力 V 的包络图 （5） 、钢筋明细表及图纸说明
1、车间类别为三类金工车间，车间内无侵蚀性介质，结构平面及柱网布置如图。经查规范 资料：板跨≥1.2m 时，楼面的活荷载标准值为 16.0kN/
