摘 要

本论文设计主要介绍了建筑结构设计的原则，提出了宿舍建筑钢结构设计方面应注意的各种问题，综合考虑建筑功能、建筑环境以及建筑施工条件等要求，对建筑进行平面、立面以及剖面的设计。并从截面设计、内力计算、内力组合、构件设计、楼梯设计、基础设计等方面进行计算校核。

本设计选用一榀框架进行计算，综合了所学的专业知识。主要以手算为主，利用PKPM进行复核。其中，在对横向荷载计算时采用“D值法”，竖向荷载计算采用弯矩二次分配法。内力计算以及内力组合使用结构力学求解器，使用CAD绘制结构以及施工图。

通过本次毕业设计，巩固掌握了大学所学的专业知识，提高了专业水平。

关键词：钢结构；宿舍建筑；基础设计

Ⅰ

Abstract

This paper mainly introduces the principles of building structure design, puts forward various problems that should be paid attention to in the design of steel structure of dormitory building, and comprehensively considers the requirements of building function, building environment and construction conditions. The plane, facade and section of the building are designed. And from the section design, internal force calculation, internal force combination, component design, staircase design, basic design and other aspects of calculation and checking.
This design uses a frame for calculation, which synthesizes the professional knowledge learned. Mainly based on manual calculations, using PK PM for review. Among them, the "D value method" is used to calculate the lateral load, and the vertical load calculation adopts the bending moment quadratic distribution method. The internal force calculation and the internal force combination use a structural mechanics solver, and use CAD to draw structures and construction drawings.
Through this graduation design, we have consolidated and mastered the professional knowledge learned by the university and improved the professional level.

Key Words：Steel structure; Dormitory buildings; Basic design

Ⅱ

目 录

第1章 绪论 1

1.1设计背景及意义 1

1.2设计方案 2

第2章 钢结构设计 3

2.1设计资料 3

2.2梁、柱截面尺寸 3

2.3板上面载 3

（1） 屋面恒载 3

（2） 楼面恒载 3

（3）屋面活载 3

（4） 楼面活载 3

2.4荷载统计 3

（1） 恒载统计 3

（2） 活载统计 4

（3）风荷载统计 4

(4) 地震作用统计 5

第3章 内力计算 7

第4章 内力组合 23

第5章 构件截面验算 24

5.1构件分组 24

5.1.1框架柱分组 24

5.1.2框架梁分组 24

5.1.3节点分组 24

5.2柱截面验算 24

5.2.1框架柱1Z-A 24

5.2.2框架柱3Z-C 26

5.2.3框架柱5Z-B 28

5.3梁截面验算 30

5.3.1框架梁1Z-A 30

5.3.2框架梁3L-BC 31

5.3.3框架梁4L-AB 32

5.4节点设计 33

5.4.1节点1（5L-BC左端） 34

5.4.2节点2（3L-BC左端） 34

第6章 楼梯结构设计 36

6.1踏步板（TB-1）计算 36

（1） 荷载计算 36

（2） 内力计算 36

（3） 截面承载力验算 37

6.2楼梯斜梁（TL-1）计算 37

(1) 荷载计算 37

（2） 内力计算 37

（3） 承载力验算 38

第7章 基础设计 39

7.1选定基础类型 39

7.2确定基础埋深 39

7.3确定基础底面积 40

7.4基底承载力验算 40

7.5基础沉降计算 40

7.6基础设计 40

7.7基础稳定性验算 41

7.7.1抗倾覆稳定性验算 41

7.7.2抗滑移稳定性验算 41

参考文献 42

附件 43

致谢 44

1. 绪论

1.1设计背景及意义

在中国，近十余年来，国内钢和钢材的产量、品种、规格都有大幅度提升，国家经济建设多钢结构专业技术人员的需求明显增多。

澳大利亚以冷弯薄壁轻钢结构建筑体系为主，发展于20世纪60年代，该体系以其环保和施工速度快，抗震性能好等显著优点被澳大利亚、美国、加拿大、日本等国广泛应用。日本的钢结构建筑体系主要的特点体现在其住宅全部在工厂加工生产，精度极高。美国多层酒店、公寓采用轻钢结构的较多，多层轻钢结构建筑技术是集轻钢结构、建筑节能、建筑防火、建筑隔声、新型材料、建筑设计及施工于一体的集成化综合技术。芬兰的钢结构建筑目前有两种体系，一种是采用龙骨的轻钢龙骨结构体系，另一种是普通钢框架体系。轻钢龙骨结构体系以热镀锌薄壁钢板制作龙骨，由于框架隔热性能的提高对于高纬度的北欧国家可以大大降低能源消耗，北欧其他国家也采用类似的结构体系。这种体系一般用于独立式住宅。根据我国的实践经验，工业与民用建筑钢结构的应用范围有：工业厂房、大跨度结构（如：飞机库、煤库。火车站、体育馆等）、高耸结构（如：电视塔、微波塔、无线电天线桅杆等）、多层和高层建筑、板壳结构等各种钢结构^[1]。

本次的毕业设计通过定题、开题、撰写计算书、运用绘图软件完成制图、完成毕业设计进行答辩等一系列步骤不仅能锻炼到学生的社交能力、独立面对以及解决问题的能力、组织能力以外，同时，对学生的思想品德、工作态度以及作风行为方面都会有很大的影响。对于增强学生的事业心和责任感、提高毕业生的全面素质都具有深远的意义。也是学生毕业以及学位资格的重要依据、是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。

1.2设计方案

（1）结构方案的选择。主要选择的结构类型为钢结构，采用的结构形式为框架结构，初步选定主要构件截面（包括截面尺寸的确定、轴压比确定柱截面、梁跨比确定梁截面），参考《钢结构设计规范》^[2]。

（2）确定计算简图。通过手算进行分析，简化计算模型和受力模型。荷载统计。其中包括风荷载（将其转化为沿楼高度变化的分布荷载），地震作用（用底部剪力法）、竖向荷载等。

多层钢结构的竖向荷载主要是永久荷载（结构自重）和活荷载，具体按照《建筑结构荷载规范》^[3]的有关条文取值；

风荷载的标准值ωk应按照公式ωk=βzμsμzω₀计算取得其中ω₀、μs、μz参考《建筑结构荷载规范》^[3]，βz参考《高层民用建筑钢结构技术规程》^[4]。

地震作用在水平地震作用计算时采用底部剪力法,参考《建筑抗震设计规范》^[5][6]。

（3）内力计算。其中包括竖向荷载与水平荷载作用的内力计算：

在竖向荷载的作用下，结构产生的内力可采用分层计算法或运用结构力学求解器求解得到。恒载采用分层法计算，活载采用结构力学求解器求解。

在水平荷载的作用下，结构产生的内力可采用D值法或运用结构力学求解器求解得到，包含风载与地震作用。

（4）承载力验算。高层钢结构构件承载力应满足以下要求：

非抗震设计时 γ₀S ≤ R

抗震设计时 S ≤ R/γ_RE

其中， γ₀为结构重要性系数

S为荷载或作用效应组合标准值

R为结构构件承载力设计值

γ_RE为结构构件承载力的抗震调整系数

（5）构件设计。包括梁、柱的设计：

梁的设计：通常采用工字型截面或窄翼缘H型钢截面。需要完成抗弯、抗剪强度验算，参考教材《钢结构设计原理》^[7]。梁的整体稳定性应符合《钢结构设计规范（标准）》^[2]关于塑性设计时的长细比要求；框架梁的局部稳定应符合相关规定。

柱的设计：框架柱截面通常采用H型、箱型、十字型及圆型等框架截面基础。框架柱的强度和稳定性当按非抗震设计时，应符合《钢结构设计规范》^[2]；当按抗震设计时，应符合《建筑抗震设计规范》^[5]。

（6）节点设计。采用焊接方式，参考《钢结构设计规范》^[2]。梁与柱的连接需参考教材《钢结构设计原理》^[7]。

（7）楼梯设计。采用预制装配（现浇）梁承式钢筋混凝土楼梯，参考《房屋建筑学》^[8]。

第2章 钢结构设计

2.1设计资料

本工程为拟建在某市的高校学生公寓楼，总建筑面积约为6000平方米，建筑层数为6层，标准层层高为 3.6米，抗震设防烈度为 7 度，基本地震加速度为 0.15g ，第一组。基本风压为 0.35kN/㎡ ，基本雪压为0.45kN/㎡，地面粗糙度为B类，基础场地类别为Ⅱ类，建筑重要性类别为丙类，使用年限为50年。上部主体结构采用钢框架，楼盖采用压型钢板现浇钢筋混凝土楼板，基础为柱下独立基础。

2.2梁、柱截面尺寸

1. 框架柱：所有柱均选择尺寸为400X400X10X10的箱型截面柱。
2. 梁：主梁选择尺寸为350X550X350X30X25的H型截面梁、次梁选择尺寸为300X500X25X20的H型截面梁。
3. 板：所有跨板均取厚度为100mm的钢筋混凝土现浇板。
4. 墙：内墙选择200mm厚加气混凝土砌块、外墙选择240mm厚加气混凝土砌块。

2.3板上面载

1. 屋面恒载

40mm厚架空隔热板 0.040X25=1.00kN/m²

防水层 0.40kN/m²

20mm厚1：2.5水泥砂浆找平层 0.020X20=0.40kN/m²

100mm厚钢筋混凝土现浇板 0.100X25=2.50kN/m²

12mm厚纸筋石灰粉平顶 0.012X16≈0.20kN/m²

屋面恒载标准值 4.5kN/m²

1. 楼面恒载

100mm厚钢筋混凝土现浇板 0.100X25=2.50kN/m²

25mm厚水泥花砖地面 0.6kN/m²

楼面恒载标准值 3.10kN/m²

（3）屋面活载

基本雪压 0.45kN/m²

屋面活载标准值 (不上人屋面） 0.50kN/m²

1. 楼面活载

楼面活载标准值 2.00kN/m²

2.4荷载统计

选取⑦号轴线作为计算框架

1. 恒载统计

将每一块板的四角作45°角线与平行于长边的中线相交，每一块板将分为四个板块，每个板块上的荷载传递给相邻的支承梁，即：长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布。为方便计算，可将支承梁上的梯形或三角形荷载根据支座截面弯矩相等的原则换算为等效均布荷载。参考教材《混凝土结构设计》^[9]。框架计算平面导荷简图如下：

图2.1 框架平面荷载传导图

1. 活载统计

屋面活荷载标准值为0.5kN/m²，雪荷载标准值为0.45kN/m²，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，由于后者小于前者，故按前者进行计算。其荷载传导图如图1所示。

（3）风荷载统计

表2.1 风荷载分布表

利用风荷载标准值公式（1.4.1）进行统计：

（1.4.1）

其中ω₀为基本风压值不得小于0.3kN/m²取值0.35kN/m²，μs为风载体型系数取值1.3，μz为风压高度变化系数参考规范《高层建筑结构设计规范》^[4]，βz为z高度处的风振系数取值1.0，迎风面为0.8，背风面为-0.5。

1. 地震作用统计

采用底部剪力法^[10]，公式为：

（1.4.2）

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