摘 要

钢结构因其高强度、质量轻以及良好的力学特性，在高层建筑的应用相当广泛。钢框架住宅却因其施工简便、节能环保的特点，近年来，得到诸多关注。某市的多层住宅拟采用钢框架结构，总建筑面积约为7000平方米，总建筑高度为16.5米，建筑层数为5层，标准层层高为3.0米。

设计采用人工计算与计算机辅助设计紧密结合的计算方法，经历了建筑施工图的绘制、横竖向的荷载统计、恒荷载及地震作用下的内力计算、各工况下的内力组合、框架梁柱截面验算和节点设计、柱下独立基础及联合基础的设计、楼梯的配筋计算、框架施工图的绘制等设计环节。设计过程中，诸如底部剪力法、分层法等结构设计理论得以综合应用。

关键词：钢框架住宅；结构设计；多层结构

abstract

Due to its high strength, light weight and good mechanical properties, steel structures are widely used in high-rise buildings. Steel frame houses have received a lot of attention in recent years due to their simple construction, energy saving and environmental protection. The multi-storey residential building in a city is planned to adopt a steel frame structure with a total construction area of about 7,000 square meters, a total building height of 16.5 meters, a building layer of 5 floors, and a standard floor height of 3.0 meters.

The design adopts the calculation method that is closely combined with the computer-aided design, and has experienced the drawing of the construction drawing, the load statistics in the vertical and vertical directions, the internal force calculation under the constant load and earthquake, the internal force combination under each working condition, and the frame beam-column section. Designing and node design, design of independent foundation and joint foundation under the column, calculation of reinforcement of stairs, drawing of frame construction drawing, etc. In the design process, structural design theories such as bottom shearing and layering are integrated.

Key Words：Steel structure house; Structural design; Multilayer structure

目录

第1章 绪论 1

第2章 设计资料 2

2.1 工程概况 2

2.2 工程地质条件 2

2.2.1地层分布 2

第3章 框架荷载统计 4

3.1 截面初选 4

3.1.1 框架梁和次梁 4

3.1.2 框架柱 4

3.1.3 楼板及屋面 4

3.2 结构重力荷载计算 4

3.2.1 屋面和楼面的永久荷载标准值 4

3.2.2 屋面和楼面的可变荷载标准值 5

3.2.3 重力荷载代表值计算 6

3.3 标准层恒荷载传递 7

3.3.1板传递到次梁 10

3.3.2板传递到主梁 11

3.3.3墙传递到梁 14

3.3.4二级次梁传递到一级次梁 15

3.3.5次梁传递到横向主梁 15

3.3.6纵向主梁传递到横向主梁 15

3.3.7纵向主梁传递到柱 15

3.3.8柱的集中荷载 16

3.3.9横向主梁的均布荷载 16

3.4 标准层活荷载传递 17

3.4.1板传递到次梁 17

3.4.2板传递到主梁 18

3.4.3墙传递到梁 20

3.4.4二级次梁传递到一级次梁 21

3.4.5次梁传递到横向主梁 21

3.4.6纵向主梁传递到横向主梁 21

3.4.7纵向主梁传递到柱 22

3.4.8柱的集中荷载 22

3.4.9横向主梁的均布荷载 23

3.5 顶层恒荷载传递 23

3.5.1板传递到次梁 23

3.5.2板传递到主梁 24

3.5.3二级次梁传递到一级次梁 27

3.5.4次梁传递到横向主梁 27

3.5.5纵向主梁传递到横向主梁 27

3.5.6纵向主梁传递到柱 27

3.5.7柱的集中荷载 28

3.5.8横向主梁的均布荷载 28

3.6 顶层活荷载传递 29

3.6.1板传递到次梁 29

3.6.2板传递到主梁 30

3.6.3二级次梁传递到一级次梁 33

3.6.4次梁传递到横向主梁 33

3.6.5纵向主梁传递到横向主梁 33

3.6.6纵向主梁传递到柱 33

3.6.7柱的集中荷载 34

3.6.8横向主梁的均布荷载 34

3.7恒荷载及活荷载图 35

3.8横向水平地震作用计算 36

3.8.1横向框架侧移刚度计算 36

3.8.2横向自振周期计算 38

3.8.3水平地震作用及楼层地震剪力作用 39

3.8.4水平地震作用下的位移验算 41

3.9风荷载标准值计算 42

第4章 框架内力计算 44

4.1 恒载内力计算 44

4.1.1顶层 44

4.1.2中间层 48

4.1.3底层 51

4.2 地震作用内力计算 55

4.3结构力学求解器计算内力 57

第5章 内力组合 85

5.1 无震组合 85

5.2 有震组合 92

第6章 梁、柱构件验算及节点设计 99

6.1 框架柱 99

6.1.1 底层柱 99

6.1.2 第二、三层柱 101

6.1.3 第四、五层柱 103

6.2 框架梁 105

6.3 框架梁柱节点设计 106

6.3.1梁柱节点域验算 106

6.3.2梁柱节点抗震验算 107

6.3.3梁柱节点连接设计 108

第7章 柱脚设计 111

7.1确定底板尺寸 111

7.2确定底板锚栓直径 112

7.3确定底板厚度 112

7.4靴梁计算 112

第8章 独基计算 114

8.1联合基础计算_轴D、E 114

8.1.1设计资料 114

8.1.2计算过程 115

8.1.3独基尺寸及配筋结果 120

8.2独立基础计算_轴G 122

8.2.1设计资料 122

8.2.2计算过程 122

8.2.3独基尺寸及配筋结果 127

第9章 楼梯设计 129

9.1 楼梯设计 129

9.2踏步设计 131

9.3平台板设计 132

9.4平台梁设计 132

参考文献 134

致 谢 136

第1章 绪论

通过毕业设计这一重要实践环节，可以考察同学们对大学期间所学习到的基础理论、专业知识、计算机操作能力及其它一些实践技能的综合运用能力。一个合格的工程力学本科生应当在毕业设计过程中独立完成下列事项。第一，查阅国内外文献、收集设计资料及自主学习。第二，对工程问题综合分析、采用理论与实际相结合的方式制定设计方案。第三，综合运用土木工程及力学相关的专业知识，设计建筑、结构方案并进行结构计算。第四，熟练应用相关的生产力工具，提高工作效率。第五，熟悉相关规范及书籍，能够读懂相关图集。第六，将基础理论与专业知识与生产、生活实际相结合。

在整个毕业设计的过程当中，个人的知识水平和能力应当占据主导地位。另外，通过小组合作，共享一些资源，比如文献资料等，在小组内定期汇报设计进度，形成互相督促，这也为将来步入工作做准备。同时，如何合理规划毕业设计的各项工作，如何在较长一段时间内保持高效率的学习状态以及将设计工作的每一个步骤做到最好，都是每个同学应当关注和解决的问题。

毕业设计是很好的一个培养学生工程实践能力和自主创新能力的途径，有利于本科生就业后尽快成长为工程实际需求的技术人才，能够胜任结构施工或结构设计工作^[1]。

我国钢结构建筑的发展尚属初级阶段，部分地区将钢结构住宅投入市场，但技术体系仍不够成熟，缺乏成体系的钢结构建筑规范。随着更大规模的钢结构建筑的建成，钢结构技术规范和技术标准将会更加完善和系统，钢结构建筑的技术水平和工业化水平也会得到同步提高。钢结构民用住宅具有环保、节能的特点^[2]，钢材的可重复利用符合可持续发展的战略^[3]。钢结构理论和钢结构住宅技术的研究将有力促进住宅产业化的快速发展，是我国住宅产业升级的重要方向。

目前，国际钢结构领域出现了许多新的发展方向。在新产品和新材料方面，硕果累累，例如热轧H型钢、镀锌板、压型钢板以及高强钢、耐候钢、抗火钢等^[4]，促进着钢结构在建筑领域的应用。在结构体系方面，诸如对杂交结构、整体张拉结构、开合式屋盖结构、防屈曲耗能支撑结构等各种新型钢结构体系理论研究在持续展开^[5]。在钢结构计算理论方面，有限元技术的发展以及各种计算程序的发展，有助于实现非线性分析、动力分析、结构整体分析。钢结构的结构分析得以有能力考虑材料非线性和几何非线性，进行空间整体共同作用分析，采用数值解对结构进行仿真，使静力分析作动力分析相结合，能对大型复杂结构模拟其在施工过程中，结构局部或整体在变边界条件、变荷载下不同阶段的受力特性^[6]。随着结构学科的进步，人们更多地关注建筑结构在外界荷载作用下的全过程反应^[7]。

第2章 设计资料

2.1 工程概况

本工程为拟建在某市的多层住宅，设计总建筑面积约为，总建筑高度取，设计楼层数为层，标准层高度取。当地抗震设防烈度为度，基本地震加速度为 ，属于第一组抗震设防。当地基本风压取,基本雪压取，地面粗糙度为类，属于Ⅱ类基础场地，丙类建筑，建筑使用年限为年。采用钢框架作为该住宅的上部主体结构，楼盖使用压型钢板现浇钢筋混凝土楼板，采用柱下独立基础。

2.2 工程地质条件

2.2.1地层分布

1. 表层杂填土：褐色，松或中密，稍湿，含煤渣、灰渣、碎砖、瓦片等，厚约米。
2. 粘性土互层：褐黄或褐红色，中密，湿，可塑性好，由粘土、亚粘土薄层相间组成。厚米。
3. 亚粘土、粘土互层：褐黄或褐红色，中密或密实，湿，可塑性好，土层含氧化铁。厚度米。
4. 亚粘土：褐黄或灰白色，中密或密实，可塑性好或硬塑，土层含氧化铁，下部灰白色亚粘土中含僵石。厚度米。

（二）地下水情况

场地地下水为潜水，埋深超过3.5米。经水质分析，地下水含有的化学成分不具有对混凝土的无腐蚀性。

（三）工程地质条件评价

（1）场地（岩）土物理力学指标的标准值

表2.1 （岩）土物理力学指标的标准值

（2）场地地层建筑条件评价

(a) 表层杂填土层物质成分复杂，分布不均匀，呈松散状态，厚度小，承载力很低，不宜作为建筑地基持力层。

(b) 粘性土互层，土层密实度适中，经查阅《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）建议选用为建筑地基的持力层^[8]。

(c) 亚粘土、粘土互层，土层密实度适中或密实，经查阅《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）建议选用为建筑地基的持力层^[8]。

(d) 亚粘土层，土层密实度适中或密实，经查阅《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）建议选用为建筑地基的持力层^[8]。

第3章 框架荷载统计

3.1 截面初选

3.1.1 框架梁和次梁

本工程纵、横向框架主梁均采用,纵、横向次梁均采用。

3.1.2 框架柱

本工程纵、横向框架柱均采用。

3.1.3 楼板及屋面

楼板、屋面采用混合材料，即压型钢板-现浇混凝土楼板，其中，压型钢板仅作为模板使用，不考虑压型钢板和混凝土的组合作用，选用压型钢板，厚度取1.0mm。压型钢板的肋高为70mm，上部混凝土厚度取80mm，压型钢板的板肋沿横向布置。屋顶铺设单层彩钢板，添加保温棉和钢丝网，加强保温。

3.2 结构重力荷载计算

3.2.1 屋面和楼面的永久荷载标准值

1. 屋面（不上人）

表3.1 屋面恒载

1. 楼面

表3.2 楼面恒载

1. 轻质屋顶

表3.3 屋顶恒载

3.2.2 屋面和楼面的可变荷载标准值

其中， 为屋面雪荷载分布系数，经查阅 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），选用^[9]， 为当地基本雪压，查阅当地气象资料后选用。

3.2.3 重力荷载代表值计算

1. 计算方法

重力荷载代表值的作用点位于各楼层标高处，是各层计算单元重力荷载之和，即统计各层楼面上的重力荷载、上半层与下半层墙、柱等重力荷载之和^[10]。计算时，可变荷载应参与计算，考虑值为的组合值系数，选取雪荷载作为屋面上的可变荷载，选取活荷载作为楼面上的可变荷载。

1. 各楼层重力荷载代表值

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