#中南大学钢结构基本课程方案计算书

1、中南大学钢结构基本原理课程设计任务书学 院： 土木项目学院专业班级： 土木项目 1111姓 名： 杨靖东学 号： 1208111520指导老师： 龚永智实验日期： 2018 年 2 月钢结构基本原理课程设计钢框架设计任务书、设计题目：某钢平台结构 布置及）设计。、参考规范及书目1、规范/ 221）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准 GB/T501052001）2）中华人民共和国建设部 . 房屋建筑制图统一标准 GB/T50001 2001）3）中华人民共和国建设部 . 建筑结构荷载规范 GB50092001） 4）中华人民共和国建设部 . 钢结构设计规范 GB50017 2003） 5）

2、中华人民共和国建设部. . 钢结构项目施工质量验收规范GB50205-2001）6）沈祖炎等 . 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社， 2006 7）李星荣等 . 钢结构连接节点设计手册 第二版），中国建筑工业 出版社， 20058）包头钢铁设计研究院中国钢结构协会房屋建筑钢结构协 . 钢结构设计与计算 第二版），机械工业出版社， 2006三、设计构件某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图1具体参照附表一按学号确定各自的柱网尺寸）。结构采用横向框架承重，楼面板为 120mm厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途径为：楼面板次梁 主梁柱基础。设计中仅考虑竖向荷载和活载作用，框架梁按 连续梁计算，次梁

3、按简支梁计算。其中框架柱为焊接 H 型钢，截面 尺寸为 H600 3001218，楼层层高取 3.9m.采用的钢材、焊条为：学号为单号的同学用 Q235 钢，焊条为 E43型；双号的同学用 Q345钢，焊条为 E50 型；活荷载分项系数 1.4永久荷载分项系数 1.2/ 22 四、设计内容要求验算焊接 H型钢框架柱的承载能力，如不足请自行调整。设计次梁截面 CL-1热轧 H 型钢)。设计框架主梁截面 KL-1焊接工字钢)。设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短 梁段长度一般为 0.9 1.2m。设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点，要求采用高强螺栓连 接。设计次梁与主梁工地拼

4、接节点，要求采用高强螺栓连接。绘制次梁与主梁工地拼接节点详图，次梁与主梁工地拼接节点， 短梁段及主梁体连接节点详图，梁体截面详图， KL-1 钢材用量表， 设计说明等。计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、内力组合、主 次梁截面设计、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算，节 点连接计算。钢结构基本原理课程设计钢框架设计说明书一、构建整体信息及其简化模型 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图 1，结构采用横向框 架承重，楼面活荷载标准值 6 ，楼面永久荷载标准值 5 , 楼面板为 120mm厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途 径为：楼面板次梁主梁柱基础。设计中仅考虑竖向荷载 和活载作

5、用。框架梁按连续梁计算。其中框架柱为焊接 H 型钢， 截面尺寸为 H60030012 18，楼层层高取 3.9m，班级序号 21，柱网尺寸 812，例如下图中柱网尺寸为 99单位： m)。/ 22二、楼盖荷载计算及次梁设计简化要点：（ 1） 板面荷载按单向板分布；（ 2） 次梁与框架梁铰接连接，各次梁受力相同，可任取其中一根分析；（ 3） 框架梁按连续梁设计，应考虑荷载的最不利位置。1、 结构材料材质Q235钢，E43 焊条，2、荷载组合计算楼面板永久荷载标准值：楼面板自重标准值：楼面板活载标准值：楼面板恒载设计值：楼面板活载设计值：组合均布荷载标准值为：组合均布荷载设计值为：3、计算最大弯矩

6、与剪力设计值 在设计荷载作用下的最大弯矩为：/ 221.02 ）：4、确定次梁的截面尺寸次梁所需的截面抵抗矩 ( 钢梁自重未知，故考虑安全系数次梁选用 H 形截面，则选用 HN792*300. 查表得其截面特征：若考虑梁的自重：5. 次梁验算 1)按抗弯强度验算故次梁的抗弯强度满足要求 刚度验算/ 22故满足刚度要求。综上所述， HN792*300型钢满足要求。三、框架梁内力组合计算及其设计1、力学模型分析及其内力计算忽略连续梁对框架主梁的荷载影响，只考虑次梁传递的荷载，主梁受自 重恒载、次梁传递的集中恒载、次梁传递的集中活载，将框架主梁简化 为三跨连续梁。框架主梁设计简图如下：主梁截面尺寸待

7、定，因此先不计主梁自重荷载：集中恒载标准值：集中活载标准值：集中恒载设计值：集中活载设计值：对于连续多跨梁，有如下规律：1）支座处最不利荷载组合是将活荷载满布于此支座所在的两跨，其余跨相 邻布置活荷载；, 下图为弯矩图 (KNm) b恒载与情况的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图G G+Q G上图为剪力图 (KN,下图为弯矩图 (KNm) c恒载与情况的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图G+Q GG+Q/ 22上图为剪力图 (KN,下图为弯矩图 (KNm)d恒载与情况的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图G+Q G+Q G上图为剪力图 (KN,下图为弯矩图 (KNm) e恒载与情况的组合荷

8、载引起的主框架梁弯矩图和剪力图G+Q G+Q G+Q/ 22上图为剪力图 (KN,下图为弯矩图 (KNm) 由以上五种情况可知：梁在恒载与工况 3 的组合荷载作用下弯矩最大 梁在恒载和工况 3 的组合荷载作用下剪力最大2、框架梁的设计及验算所需截面模量为 钢梁自重为止故考虑安全系数 1.02 )：、腹板高度(1梁的最小高度不得超过设根据正常使用极限状态的要求，梁在荷载标准值的作用下的挠度计规范规定的容许值 。据此可得到简支梁的最小高度为(2梁的经济高度 经济高度经验公式为取腹板高度/ 22、腹板厚度取、翼缘板的尺寸又：初选截面如图所示：、主梁的截面特性10 / 22翼缘宽度：、翼缘与腹板连接焊

9、缝计算、主梁截面验算主梁自重标准值：主梁自重设计值：主梁包括自重)所承受的最大弯矩与最大剪力按照近似计算：(1抗弯强度验算 考虑部分发展塑性变形 取所以抗弯强度满足要求(2抗剪强度验算11 / 22所以抗剪强度满足要求(3局部承压强度验算 跨中集中力：局部压应力：(4) 折算应力验算式中 , 腹板计算高度边缘同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力，跨中截面腹板与翼缘处正应力 折算应力满足。(5整体稳定性验算连续梁两端固结，受压翼缘自由长度 ，次梁可视为主梁受压翼缘的一个侧向支承点，故故不需要验算该梁的整体稳定性。所以主梁的整体稳定性满足要求(6局部稳定性 因为考虑了截面部分发展塑性变形，

10、受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚 度之比局部稳定性符合要求。(7主梁刚度验算主梁在组合荷载作用下的最大挠度为12 / 22所以主框架梁刚度满足要求(8) 翼缘与腹板焊缝计算故满足。综上所述，主梁设计截面满足要求四、验算框架柱的承载能力边柱验算：强度验算不满足因此选用 HN700*300型钢满足整体稳定性及刚度弯矩作用在平面内：弯矩作用在平面外：13 / 22局部稳定性：H 型钢不需要验算局部稳定性 综上所述框架柱承载能力足够。五、主梁短梁段与柱的焊缝连接设计1、 焊缝处内力计算由主梁在各种不利荷载组合下的内力图可知，在连接处的最大内力为：焊缝分布情况如下2 、 焊脚尺寸的设计焊件均采用 Q235

11、钢材，焊条为 E43 型，角焊缝为手工焊接，采用引弧板，没有 起弧和落弧引起的缺陷。按构造要求确定焊脚的尺寸： 角焊缝的尺寸除满足强度要求外，还必须符合对其尺寸的限制和构造的要求 根据构造要求最大焊脚尺寸： 当采用手工焊时，其中 为较薄板件的厚度14 / 22最小焊脚尺寸：当采用手工焊时， 其中 为较厚板件的厚度 由上取3 验算焊缝强度焊缝截面特征我国设计规范中规定侧面角焊缝的计算长度不宜大于，当超过这个值时，超出部分不予考虑。设计中竖直焊缝为焊缝计算截面如图所示：水平焊缝面积竖向焊缝面积焊缝总面积15 / 22焊缝惯性矩水平焊缝绕自身轴惯性矩很小，计算时忽略。)焊缝强度检算有规范，钢材为 Q

12、235，焊条为 E43型的手工焊，角焊缝强度设计值为根据最不利荷载计算出的内力，可知在短梁段与柱连接点处的最大内力可能出现两种情况： “a”点应力分析：故“a”点满足要求。2)“ b”点应力分析：b”点应力为：故“b”点满足要求。综上所述焊缝强度满足要求。六、设计框架主梁短梁段与梁体工地高强螺栓拼接节点/ 226.1 连接处内力计算因为工地拼接时，预先将长为 1.0m 的主梁与柱子焊接 即以上第五部分所 述），由主梁在各种不利荷载组合下的内力图可知，在为距柱子 1.0m 处的最大 内力为：由上述主梁内力计算表知：梁端最大弯矩对应工况下支座最大剪力为取短梁长度为 1.0m，则集中荷载在 1.0m

13、 处产生的内力计算如下：弯矩：剪力：高强螺栓的选择以及孔距的确定因为翼缘板处根据构造要求配置的螺栓数量远大于根据强度验算所需的数量，因而翼缘处的螺栓采用 M22 的 10.9 级摩擦型高强螺栓连接，孔径，腹板处采用 M24 的 10.9 级摩擦型高强螺栓连接，孔径一个 M20高强螺栓的抗剪承载力设计值 一个 M24高强螺栓的抗剪承载力设计值传力摩擦面数目为 2 摩擦面的抗滑移系数，钢材采用 Q235，喷砂每个高强螺栓的预压应力，通过查阅钢结构设计规范，对于/ 22M22，P取 190KN , 对于 M24，P取 225KN。截面特性毛截面惯性矩，由前已算出腹板惯性矩，翼缘惯性矩则分配到翼缘的弯

14、矩分配到腹板上的弯矩翼缘拼接设计 梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目根据翼缘所承受的弯矩，翼缘拼接板所传递的轴向力为其中 h 为两翼缘形心间的距离。拼接板向边传递磁力所需螺栓的个数为螺栓孔径取 24mm，翼缘板的净截面面积为：翼缘板所能承受的轴向力设计值为：采用 8 个。 翼缘外侧拼接连接板的厚度：/ 22翼缘外侧板的尺寸为： 翼缘内侧拼接连接板的厚度：如果考虑内外侧拼接板截面面积相等，则有：取 ，内拼接板的尺寸为： 螺栓强度验算 上述计算表明螺栓强度满足，可不必进行验算。 故，翼缘拼接采用八个 M22螺栓，拼接板尺寸为： 外拼接板： 内拼接板：腹板拼接设计梁腹板连接所需的高强螺栓数目采用 10.9 级的 M24螺栓：考虑到弯矩作用的影响，采用 8个 M24螺栓，并成两排布置。 腹板两侧连接板的厚度：腹板两侧连接板的尺寸不妨取为：则梁与梁的拼接板连接图如下图：19 / 22连接构件的接触面采用喷砂处理螺栓强度验算单个螺栓的抗剪承载力设计值：剪力 在螺栓群形心处所引起的附加弯矩：修正后的弯矩：螺栓最大应力/ 22故螺栓的连接强度满足要求。故，腹板拼接采用 8个 M24螺栓，拼接板尺寸为： 外拼接板：6