工业与民用建筑施工毕业论文

浅谈小高层钢结构住宅建筑与结构设计
摘要：以某12层住宅建筑为例，介绍了该楼的建筑设计，详细分析了结构设计中钢
结构框架体系在恒载、活载、风载及水平地震作用下的内力，并对构件进行了验算。
关键词：小高层钢结构住宅；建筑设计；结构设计
随着社会的发展、科学技术的进步和人们需求的不断变化，
房屋建筑也日益多样和复杂化，它们在使用功能、建筑材料、建
筑艺术和建筑结构等方面都有了很大的发展。钢材作为一种独
特的建筑材料，在我国各类建筑中的应用日益广泛，由钢材形成
的构件进而到结构，因其具有强度高、自重轻、抗震性能好、构件
截面小、建筑空间大而灵活、施工工期短、可实现装配化及绿色
环保等优点，越来越多地应用在高层住宅建筑中。
1建筑设计
某12层住宅楼建筑面积6 233.2 m2，地上12层为住宅房
间，地下1层为设备间及停车场。根据使用功能、建筑总平面、建
筑面积、建筑朝向、防火防烟分区等多方面的要求，经多次优化
进行了本建筑的平、立、剖面设计，每一户住房中的卫生间、厨
房、卧室、客厅均有较好的自然采光和通风，均可满足住宅的建
筑使用要求。
2结构设计
2.1设计资料
设计标高：室内设计标高0.00 m，室内外高差0.30 m。
基本风压：wo＝0.35 kN/m2。
地质资料：建筑场地至地下9 m范围内为粉质黏土，地基承
载力特征值为150 kN/m2。
地震设防烈度为7度。
2.2建筑布置及计算简图的确定
（1）结构体系。根据建筑设计可知，该住宅为地上12层，地
下1层。综合考虑设计资料、建筑功能及受力合理的要求，本建
筑采用框架结构体系。
（2）计算简图。从结构平面布置图中取出最不利一榀框架，
作为该结构的计算模型。
（3）截面的初步确定。根据荷载和跨度的要求，框架梁柱承
受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢
材，本工程主梁和柱子采用Q345B钢材，材料性能应满足《低合
金高强度结构钢》（GB/T 1591）的要求。柱采用宽翼缘的H型钢，
梁采用中翼缘的H型钢，据所选梁柱截面可以确定相应截面的
几何参数。
2.3荷载计算
（1）恒载计算。主要考虑屋面、楼面均布荷载，并得到恒载作
用下结构的计算简图。
（2）活载计算。根据《建筑结构荷载规范》得到非上人屋面的活荷载标准值以及各楼层活荷载标准值，进而通过计算，得到了
活载作用下的计算简图。
（3）风荷载计算。根据《建筑结构荷载规范》，已知基本分压
w0＝0.35 kN/m2。由wk＝βzμsμz w0可知风荷载标准值。将风荷载换算
成作用于每一层节点上的集中荷载，从而建立风荷载作用下的
结构计算简图。
（4）地震荷载计算。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本
地震加速度为0.10 g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，
Tg＝0.40 s，根据底部剪力法公式可得地震荷载作用在每一层节点
上的集中荷载，从而得到地震荷载下的结构设计简图。
2.4内力计算
（1）恒载作用下内力计算。力法、位移法、弯矩分配法、无剪
力分配法均可用来计算框架结构内力和侧移，但是多层钢结构
往往杆件较多，超静定次数很多，采用这些方法比较费时，因此
实际计算时一般用近似方法分别计算结构在竖向荷载和水平荷
载作用下的内力和位移。框架结构在竖向荷载作用下的计算方
法有分层法、迭代法、二次弯矩分配法等。
根据精确法的计算结果可以知道，在竖向荷载的作用下，框
架的侧移很小，并且竖向荷载只对受荷的构件和与之相连的构
件影响较大。因此，可采用如下假定：
假定一：在竖向荷载作用下，框架的水平位移忽略不计；
假定二：每层梁上的荷载对其他各层的梁以及非相邻层的
柱的影响可以忽略不计。
所以，多层框架在竖向荷载作用下的内力可以分层计算。采
用分层法，即框架在竖向荷载作用下，假定作用在某一层框架梁
上的竖向荷载只对本楼层的梁以及与本层梁相连的框架柱产生
弯矩和剪力。采用分层法的时候要注意，弯矩是进行了两次分
配，一次传递。
（2）活载作用下内力计算。活荷载作用下的内力计算也采用
内力分层法，取满跨活载的最不利布置，得到相应的弯矩、剪力
和轴力图。
（3）风荷载作用下内力计算。框架结构在水平荷载作用下的
近似计算方法有反弯点法、D值法、门架法等。采用D值法，主要
是由于梁柱线刚度较为接近，或梁的线刚度小于柱的线刚度，即
柱的抗侧移刚度和柱的线刚度及层高有关，也与梁的线刚度等
因素有关，故采用D值法比较接近实际。
风荷载作用下结构层间侧移≤h/400（h为层高），结构顶层
质心的侧移值H≤H/500（H为结构总高）。
（4）水平地震作用下内力计算。由《建筑抗震设计规范》可
知，此设计需要考虑水平地震作用。由于结构高度H＜60 m，且
平面和竖向布置较规则，故采用底部剪力法计算水平地震作
用。
结构在地震作用下的层间侧移≤h/300（h为层高）。
（5）内力组合。据恒、活、风以及水平地震荷载作用下的内力
计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合。其中
梁的控制截面在梁的两端，柱的控制截面在柱的上下端。
据荷载效应基本组合公式，在恒、活、风以及地震作用下结
构构件承载力计算的组合式如下：
第一组合式：1.35恒＋1.4×0.7活
1.2恒＋1.4活
1.0恒＋1.4活
第二组合式：1.2恒＋1.4风
1.0恒＋1.4风
第三组合式：1.2恒＋1.4活＋0.6×1.4风
1.0恒＋1.4活＋0.6×1.4风
第四组合式：1.2恒＋1.4风＋0.7×1.4活
1.0恒＋1.4风＋0.7×1.4活
第五组合式：1.2（恒＋0.5活）＋1.3地
1.0（恒＋0.5活）＋1.3地
2.5构件设计
据内力计算组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行
梁柱截面设计。设计公式为S≤R和S≤R/γRE（地震作用参与的
组合）。
柱的截面设计考虑强度、刚度、平面内整体稳定、平面外整
体稳定以及局部稳定等方面。主梁设计模型按多跨连续梁考虑。
截面设计考虑强度、刚度、局部稳定等方面（由于采用压型钢板
组合楼板，且有牢靠的连接，故不必验算整体稳定），次梁截面按
两端简支考虑，由强度、刚度、稳定等综合确定。
2.6经济指标分析
本设计耗钢量为101.5 kg/m2，同国内外同类建筑相比略显
保守。原因是设计中充分考虑了地震作用的影响，保证了7度
抗震设防条件下结构的安全性。总之，本设计建筑方案简洁大
方，结构体系合理，计算方法正确，十分适合在大中城市推广发
展。
3结语
钢结构作为一种新型的结构形式，具有自重轻、结构空间大
等优点，十分适合应用于高层民用建筑中。同时，钢材具有非常
好的延性，抗震性能优于其他任何一种材料，钢结构作为一种承
重结构有不同于其他结构形式的独特之处，只是其配套体系有
待于进一步开发和完善。