钢结构课程设计-某多层图书馆二楼框架书库

中南大学土木工程学院土木工程专业（本科）钢结构设计原理课程设计任务书题目钢框架主、次梁设计姓名陈知淳班级土木1005学号1304090309建筑工程系1、设计资料工程名称某多层图书馆二楼框架书库工程资料结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值，楼面板为150MM厚26/KNM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。设计中仅考虑竖向恒载和活载作用。框架主梁按连续梁计算。框架平面布置图和柱截面图如图1和图2。工程要求（1）设计次梁截面CL1。（2）设计框架主梁截面KL1。（3）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0912M。（4）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。（5）绘制主梁与柱连接节点详图，短梁段及梁体连接节点详图，短梁段与梁体制作详图1图纸一张，KL1钢材用量表，设计说明。（6）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。2、设计参数混凝土自重厚度150MM325/KNM粉刷层厚度15MM17找平层厚度20MM0楼面活荷载的标准值26/水磨石楼面K钢材（Q235）强度设计值215/DFN钢材（Q235）抗剪强度设计值215/VFNM钢材（Q235）的弹性模量06E3、设计次梁截面CL11设计荷载（1）恒载标准层楼面（标准值）水磨石面层楼面粉刷层找平层结构层150MM单向钢筋混凝土楼板23/75/2510MKNM合计5055KN/M2（2）活载楼面活载标准值26/KN（3）竖向荷载下框架受荷总图荷载由板到梁传递示意图如下图3所示A荷载标准值楼面板传恒载MKNMKN/745254/052121305KN/M2楼面传递活载MKNMKN/2754/6212B荷载设计值QQ/09741活恒C最大弯矩与剪力设计值次梁架于主梁之上，相当于简支结构，计算简图如下图4KNMQLM10765907658122MAXLV49AX2确定次梁的截面尺寸由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取KNMM289671059201MAX次梁所需的截面抵抗矩366387FWDX计次梁选用工字形截面，则（1）确定腹板尺寸梁的经济高度MHXE6273073取6EH腹板厚度TEW9753取MT12若翼缘的厚度取0则THW7（2）确定翼缘尺寸次梁计算简图4每个翼缘所需的截面面积247596MHTWAWXF翼缘板的宽度2719MTBFF暂取30F（3）次梁截面尺寸特征（如图51）4933106217281760MIX3695042HW32970036130MSX43168127IY204032AMIIYY764982136079YIL93032106B2YBB2YY454XTAHWHF235076421303657107932240由于，则B6690742801B（4）确定焊缝尺寸KNVMNFW,/160AX231603S截面特征图51MIVSFHXWF40141MINA52671FTHF2IAX故取，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。8F3次梁验算次梁自重标准值（用Q235钢材）895710270326自QMKN/591次梁自重设计值KNM自Q次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力LM4267890187659822MAXAXQV530（1）整体稳定性验算189025130659478MAXDBFW故次梁的整体稳定满足要求。（2）局部稳定性验算150235712YBTF846YWFTH故次梁不会发生局部失稳。3刚度验算MEILQXK561006421384957254ML609故满足刚度要求。（4）抗弯强度验算226MAX/15/71203514678MNFMNWMD故抗弯强度满足要求。（5）抗剪强度验算2293MAX/15/354712064251MNFNTISVVW故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝验算31216030MS2931MAX/916245MNTIVW296AX/310278IYM212222/76/7856313MNFMN故翼缘焊缝折算应力符合。综上所述次梁为实腹式焊接工字型梁，截面为23002072012，如右图52。翼缘与腹板采用焊缝连接，HF8MM，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。图524、设计框架主梁KL11设计荷载如图，板荷载传递给次梁，次梁传递给主梁。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。其中边缘主梁受力是主梁受力的一半。则以主梁进行研究设计。主梁计算简图如下图6主梁截面尺寸待定，因此先不计主梁自重荷载。集中恒载KNG84526195742集中活载Q3061211DCBA主梁计算简图6（1）荷载分析由于此结构具有对称性，故仅对以下六种具有代表性的何在形式进行分析1次梁传递集中力恒载2连续梁受满布活载31跨受满布活载42跨受满布活载51、2跨受满布活载61、3跨受满布荷载（2）内力计算1次梁集中力恒载KNMMKNMM560239842610,9814385261702KNMMCB8403598426150VDA3B17C右左KN42385260左右2连续梁受满布活载KNMMMM1830692410,13941752KNCB745920VDAB13365C右左KN70240左右31跨受满布活载MMM,3619322KNMKNCB54769234058040VVDA8692,13625023405040C右左BKN55C左右42跨受满布活载MMKNM813924017,021KNCB6535VDAB12407C右左KN35左右51、2跨受满布活载KNMMKNMM46719234017,01249623602CB053585375VVDA,KNKNB1723406293406C右左575,5125左右61、3跨受满布荷载KNMMM0,6329402CB5975VDA814KNB6230C右左KN左右（3）内力组合及最不利荷载项目工况（）工况（）工况（）工况（）工况（）最不利荷载M1（KNM）949796102634141398190999310661441066144M2（KNM）542742365677237565602723656772375MB（KNM）8141166102584475890655584475890655MC（KNM）814112782955844755079358447581411VA（KN）21206622907667481203561237581237581VD（KN）2120661015016748175986237581237581VB左（KN）391979374969196364400484366464400484VC右（KN）391979162344196364187859366464391979VB右（KN）301523173948301523344048131423344048VC左（KN）30152388898386773848131423301523故由以上计算表知最不利弯矩为KNMM1406MAX最不利剪力为KNV480MAX2确定主梁的截面尺寸由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取KNMM4671086021MAX计主梁所需的截面抵抗矩3665478FWDX计主梁也选用工字形截面，则（1）确定腹板尺寸主梁的经济高度MWHEX5940137取M950腹板厚度TEW8取1若翼缘的厚度取T20则MTHW905（2）确定翼缘尺寸每个翼缘所需的截面面积21946HTWAWXF翼缘板的宽度MTBFF6720HF31,9,51综合上述取MBF3（3）主梁截面尺寸特征493310571290512950MIX39746HWX3542687105230514SXERRORREFERENCESOURCENOTFOUND（4）确定焊缝尺寸KNVMNFW480,/160AX2，3179453SMIVSFHXWF411，THF6MAXINTF852MINAX取。钢结构在焊接时焊条采用E43系列，焊接方法为手工焊。F103主梁验算主梁自重标准值（用Q235钢材）895710592036自QMKN/71主梁自重设计值Q/4自主梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力近似按下式计算KNMLM8971034628106822MAXAXKNLQV041293468402MAXA（1）整体稳定验算将次梁作为主梁的侧向支撑，则1450163LB故主梁的整体稳定不必验算。（2）局部稳定性验算150235712YBTF8469YWFTH故次梁不会发生局部失稳。3刚度验算XXXEIQLEIQLEIGL10671065104643395495331070621967010762358M8ML6284故满足刚度要求。（4）抗弯强度验算226MAX/15/39517405189MNFNWMD故抗弯强度满足要求。（5）抗剪强度验算2293MAX/15/49351057426841MNFNTISVVW故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝验算31279046503MS2931MAX/072151MNTIVW296AX/40378IYM212222/76/8614103NFN故翼缘焊缝折算应力符合。综上所述主梁为实腹式焊接工字型梁，截面为23002091015，如右图52。翼缘与腹板采用焊缝连接，HF10MM，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。5、框架主梁短梁段与框架柱连接节点的设计1设计资料受力类型弯矩、剪力（轴力较小忽略不计）荷载数据短梁和柱通过焊缝连接，短梁长1M。由以上计算知，梁端最大弯矩和最大剪力分别为M890655KNM，V400484KN。焊缝的强度设计值222/160,/15,/15MNFFMNFWWVWCT主梁为组合工字型截面（），材料Q235钢，焊条为E43型焊9032I条采用角焊缝焊接。截面尺寸和作用荷载如图所示。2连接计算连接采用沿全周施焊的角焊缝连接，转角处连续施焊，没有起弧和落弧所引起的焊口图52缺陷，并假定全部剪力由腹板的连接焊缝承担，不考虑工字形翼缘端部绕转部分焊缝的作用。设沿工字形梁全周角焊缝的焊角尺寸为10FHM水平焊缝绕自身轴的惯性矩很小，计算时忽略，全部焊缝对X轴的截面惯性矩近似地取49223105348052910702MIFX焊缝在最外面边缘“1”点处的截面抵抗矩6458FXFIW焊缝在腹板顶部“2”点处的截面抵抗矩6104956FXFI在弯矩作用下，角焊缝在最边缘处“1”点处的最大应力为226/4195/4931702458MNFMNWMWF在翼缘和腹板交接的角焊缝“2”点处的M与V的共同作用下的应力为26/453104958HFWMF302FBM15BAM23/N49017847HVWFVFWFVFFMF22/6,21满足设计要求。3按构造设置水平加劲肋水平加劲肋应设置于柱上相连梁的上下翼缘的位置上，且水平加劲肋的水平中心线应与梁翼缘的水平中心线相重合；此时梁翼缘的内力作为集中力作用于柱上。为了保证连接节点处不致于产生局部破环，水平加劲肋应按以下要求分别在与梁上下翼缘对应处柱腹板的两侧成对地布置。A、按水平加劲肋的构造要求，设定其厚度为1507SFBTMTB、水平加劲肋的自由外伸宽度应满足下式要求得出，1523YSFTBS215C、水平加劲肋采用完全焊透的坡口对接焊接连接MFLTBHWSFW031654702/702/MTCF1取FWH6、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点（采用高强度螺栓）1计算螺栓连接处的荷载（1）由集中荷载产生的固端弯矩MVV01由上述主梁内力计算表知梁端最大弯矩，KNM89065MAX1对应工况下支座最大剪力为V48AX1取短梁长度为10M，则集中荷载在10M处产生的内力计算如下弯矩AM7490101剪力KNV8（2）由均布荷载产生的固端弯矩M2MVV02KNM0319346210GL022MAX2均由均布荷载产生的端部剪力LV686AX2均均布荷载在12M处产生的内力计算如下弯矩KNMGAM49152120剪力V83（3）由集中、均布荷载叠加所得的弯矩剪力弯矩624950210剪力KN72设计螺栓连接采用精确设计的方法，即弯矩由翼缘和腹板共同承担，剪力仅由腹板承担，翼缘承担的弯矩和腹板承担的弯矩，二者按刚度成比例分配FMW30BMH950MT20TW15432161BTTIF47WBW4350MIIBFO则KNMIB610KNMFOW013262495V6710210（1）翼缘拼接设计1梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目FBN采用109级的M22螺栓092045193BHVFNNKN3156BVOFBHM螺栓孔径取255MM，翼缘板的净截面面积为24980230MAN翼缘板所能承受的轴向力设计值为715498FNN6307BHVF采用8个。2翼缘外侧拼接连接板的厚度取MT510321T12翼缘外侧板的尺寸为45033翼缘内侧拼接连接板的厚度MHTBFW1225302T14如果考虑内外侧拼接板截面面积相等，则有T593202取，内拼接板的尺寸为MT12450124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450312内拼接板（2）腹板拼接设计1梁腹板连接所需的高强螺栓数目WBN采用109级的M22螺栓075193015228BHVNWBNFA考虑到弯矩作用的影响，采用8个M22螺栓，并成两排布置。2腹板两侧连接板的厚度取MHTW123T123腹板两侧连接板的尺寸不妨取为4805则梁与梁的拼接板连接图如下图连接构件的接触面采用喷砂处理。3螺栓强度验算单个螺栓的抗剪承载力设计值092045193BVFNNKN剪力在螺栓群形心处所引起的附加弯矩OVKMAM6674150修正后的弯矩NW957182032螺栓最大应力KNRYMNWX581064518400972226211Y93422226211KNNVNY95867401KNBVVYMYX9153806143212故螺栓的连接强度满足要求。故，腹板拼接采用8个M22螺栓，拼接板尺寸为外拼接板4805123螺栓的净截面强度验算（1）选截面11讨论KNMAVMO2975641097456211KN974518033322XNI49103M675NXIW354280715232MSX最大正应力2261MAX/1/0497NFMDNX最大剪应力2293MAX/15/43150428767415MNFNV对于点B,折算应力为221/15/47FMWMDNXNB29/891503262222/15/57MNFND满足要求。（2）选截面22讨论KNMAVMO0578196745222KN96741530302XNI493M3615847IWNX3548720MSXN最大正应力2262MAX/15/0195MNFNMDNX最大剪应力2293AX/7310486745FMV对于点B,折算应力为222/15/6745MNFMNWMDNXNB293/794101B22222/15/35867MNFD满足要求。七、设计体会通过此次课程设计，我更加扎实地掌握了有关钢结构设计方面的知识。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一遍遍的思考和审视终于发现了问题的关键所在，同时也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，只有自己真正动手去做，才能明白这其中的奥妙。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟不断获取。最终的验算环节，本身就是在践行“过而能改善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了。在设计中遇到了很多问题，最后在同学们的共同努力下，也都终于游逆而解。在今后社会的发展和学习时间过程中，我们一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，而应积极主动地去面对问题，并发现症结，然后一一进行解决。只有这样，才能有所收获，才能从这精心安排的课程设计中