《钢结构基本原理》课程设计计算书-钢框架主次梁设计

《钢结构基本原理》课程设计计算书题目：钢框架主次梁设计《钢结构基本原理》课程设计任务书一、设计规范及参考书籍1、规范（1）中华人民共和国建设部.建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2010）（2）中华人民共和国建设部.房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2010）（3）中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2012）（4）中华人民共和国建设部.钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001）2、参考书籍（1）沈祖炎等.钢结构基本原理[M].中国建筑工业出版社，2006（2）毛德培.钢结构[M].中国铁道出版社，1999（3）陈绍藩.钢结构[M].中国建筑工业出版社，2003（4）李星荣等.钢结构连接节点设计手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2005（5）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）[M].机械工业出版社，2006二、设计条件某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重，柱网布置尺寸及楼面活载大小详见“五附图”。楼面板为150mm厚单向实心钢筋混凝土板，楼层装修从下至上具体如下：轻钢龙骨吊顶(0.2<标准值>)→框架钢梁→150mm厚实心钢筋混凝土板(25<标准值>)→水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平，0.65<标准值>)。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作用，框架主梁按连续梁计算，次梁按简支梁计算。三、设计内容和要求（1）进行次梁CL-1截面设计。（2）进行框架主梁KL-1截面设计，并绘制施工图。（3）进行框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点设计，短梁段长度一般为0.9～1.2m，要求采用高强螺栓连接，并绘制施工图。（4）进行框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计，要求采用焊缝连接，并绘制施工图。要求：提交设计计算说明书一份，框架主梁KL-1施工图（一号图）一张。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（包括截面板件连接焊缝设计）、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。计算书按中南大学课程设计统一格式编制，要求文本规范、层次分明、字体工整，图表准确，并按以下顺序装订成册：封面、设计任务书、目录（应标明各章节页码）、设计计算正文文本、设计体会、参考文献（按规范格式书写）、封底。施工图绘制包括：绘制框架主梁短梁段与梁体制作详图、框架主梁短梁段与柱连接节点详图、短梁段与主梁梁体连接节点详图，一根KL-1钢材用量表，设计说明(1#图纸一张)。施工图图面布置合理，比例适当，图面整洁，线条清楚，文字采用宋体或仿宋体，符合制图标准，达到施工图要求。四、进度安排周一：构件尺寸估算和楼盖荷载计算；周二：楼盖内力计算及内力组合；周三：主梁截面设计及连接设计计算；周四：施工图绘制；周五：计算文本整理。五、附图结构布置柱网尺寸及楼面活荷载大小组别主梁跨度B(mm)次梁跨度L(mm)楼面活载标准值(kN/m2)1800084009.0√2800084007.03840090007.04840090006.05800090008.0目录一、设计说明…………………1二、次梁CL-1截面设计………12.1次梁荷载和内力的计算（不含次梁自重）………12.2次梁截面的选取……………………22.3次梁截面的验算……………………2三、框架主梁KL-1截面设计…………………33.1主梁荷载计算及内力组合…………33.2主梁截面的选取……………………93.3主梁截面的验算…………………113.4翼缘与腹板连接焊缝计算………14四、框架主梁短梁段与梁体工地拼接点设计………………154.1梁翼缘板的拼接…………………154.2梁腹板的拼接……………………164.3翼缘与腹板净截面的强度验算…………………19五、框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计………………205.1框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算…………20六、设计体会…………………22七、参考文献…………………23一、设计说明在本次钢结构设计过程中，钢材均采用Q235钢。设计任务书图1中，取B=8000mm，L=8400mm，楼面活载标准值为7KN/m。二、次梁CL-1截面设计2.1次梁荷载和内力的计算（不含次梁自重）2.1.1荷载的计算由于设计中，次梁可按简支梁计算，所以为了简化计算，只将次梁两侧楼面板的自重和楼面板所受的活载加入计算，具体计算结果如下：（1）荷载标准值①楼面板所受活载的标准值为：②根据楼面板的构造，计算得楼面板自重的标准值为：（2)荷载设计值①楼面板所受活载的设计值为：②楼面板自重的设计值：2.1.2截面内力的计算根据设计要求，次梁的计算简图如下：①次梁截面的最大弯矩值为：②次梁截面的最大剪力值为：2.2次梁截面的选取次梁所需的净截面模量为：所以，根据次梁所需的净截面模量，选用热轧普通工字型刚I56c，其截面特性如下：2.3次梁截面的验算由于次梁选用的是工字型钢，可不需对次梁进行局部稳定性验算，又考虑到楼板对次梁的侧向约束，次梁的整体稳定性也不需要验算。所以，对次梁只需进行强度和刚度验算即可，具体计算如下：2.3.1次梁的强度验算（采用荷载设计值）（1）次梁的抗弯强度验算所以，次梁满足抗弯强度要求。（2）次梁的抗剪强度验算所以，次梁满足抗剪强度要求。2.3.2次梁的刚度验算（采用荷载标准值、考虑次梁自重）（1）次梁发生的最大挠度为：（2）次梁的容许挠度为：所以，次梁满足刚度要求。综上所述，次梁采用热轧普通工字型刚I56c满足设计要求。三、框架主梁KL-1截面设计3.1主梁荷载计算及内力组合在设计过程中，只考虑次梁传递给主梁的力，又因次梁的荷载分为恒载和活载，所以需要考虑次梁活载的最不利位置。设计过程中选取中间的框架主梁做分析计算，由于次梁简化成简支梁，各个部分所传递的荷载相同，所以中间框架主梁同时受两个次梁传递的荷载。具体简化得到的主梁力学模型如下：由于主梁的截面尺寸还没确定，所以设计截面时先不计主梁的自重荷载，在验算时再计入主梁的自重。3.1.1荷载的计算主梁所受集中恒载的设计值为：（2）主梁所受集中活载的设计值为：3.1.2截面内力的计算在主梁上的集中荷载分布一共有7种形式，根据对称性，独立不相同的荷载分布形式有5种。现利用矩阵位移法的PF软件分别计算其弯矩和剪力，并确定其中的最不利荷载位置及其大小。计算方法：采用矩阵位移法，利用PF程序进行电算。Step1：确定坐标系，为节点、杆系编号。见图1.图1重要说明：：图中假设（1）、（2）、（3）位置均有均布荷载Q，当计算不同情况下的荷载时，剩余位置设为0即可。如此，方便程序输入。：由于内力计算时与材料本身无关，故输入时E、I均可取为1.Step2:建立输入文件，按规定格式输入各参数。Step3:运行程序，输出结果。见3.1.3分析结果。3.1.3.结果分析注意：依照矩阵位移法的正负号规定，截面上弯矩逆时针时为正，向上剪力为正。情况一：第一种集中荷载在下图2：图2弯矩图：剪力图为：情况一各截面处的受力情况为下表1：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M875.9783.7-783.7-322.7322.7-115.2115.392.0-92.023.0-23.0-46.1V395.1395.1-263.4-263.449.3949.3949.449.4-16.5-16.5-16.5-16.5情况二：荷载作用位置如下图弯矩图为：剪力图为：情况二各处受力情况为下表2：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情况三：受力情况为下图弯矩图为：剪力图为：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情况四：受力情况图为下图:弯矩图为：剪力图为：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情况五：受力情况为：弯矩图为：剪力图为：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1根据上面的弯矩与剪力图，可以得出最不利荷载可能发生在下图中标字母或者数字的截面：这些截面的内力统计如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）最不利荷载-232.4-388.9-492.6129.6-363.0-518.6-751.0232.4388.9440.78不需算376.0453.7686.1-232.4-388.9-181.50-259.3-440.8-129.6-621.3232.4388.9不需算518.6453.7不需算751.0-232.4-388.951.7-259.28-207.4-129.6-621.3232.4388.9不需算不需算不需算453.7686.1-232.4-388.9-25.9129.6103.7-518.6-751.0110.7185.2222.2-46.3175.9231.5342.2左110.7185.2222.2-46.3175.9231.5342.2右-110.7-185.2-148.2-46.3-194.5-138.9-305.2左-110.7-185.2-142.2-46.3-194.5-139.9-305.2右110.7185.227.7185.2213.00323.7左110.7185.227.7185.2213.00323.7右-110.7-185.227.7-185.2-157.40-295.9左-110.7-185.227.7-185.2-157.40-295.9右110.7185.2-9.346.937.6138.9295.9左110.7185.2-9.346.937.6138.9295.9右-110.7-185.2-9.346.937.6-231.5-342.2-110.7-185.2-9.346.937.6-231.5-342.2所以，由上表得出，，3.2:最不利荷载位置的确定3.3:内力设计值的计算由于恒载的分布情况与上述第五种情况相似，依据荷载和内力的分布成正比，易得到：并且由前面五种情况的对比，得到：由于上述活载引起的最大内力在1号节点，将上述内力线性叠加，可得最大内力值出现在1号节点，其值为：3.4组合截面尺寸的估算已知梁最大弯矩为(未考虑自重的影响）为：估计截面尺寸厚度＜16mm,梁净截面抵抗弯矩为：梁的高度在净空方面没有限制，依据《规范》，主梁容许绕度为，查表得为：按经验公式，得梁的经济高度为：参照以上数据，选取梁腹高度为：因梁支座处（既结点1处）截面为最大剪力，依公式计算的腹板厚度为：俺经验公式估计梁腹板厚度为：综合考虑，取为：所需要的缘板面积为：取，则翼缘厚度为：，取梁的截面简图如下图：3.5截面强度验算截面实际几何性质计算：主梁自重估计（梁单位长度自重，取标准值）：（注意：1.2为考虑腹板加劲肋等附加构件使自重增大的系数）。主梁自重产生的最大弯矩为（在节点1处）：截面最大总弯矩为（节点1处）：正应力为：支座处最大剪力为：假设剪应力均有腹板均匀承担，剪应力为：由于次梁集中力作用处应该设置支撑加劲肋，所以不需要验算腹板的横向局部压应力。支座截面处（即结点1处)折算应力计算：3.6整体稳定性验算：验算是否需要进行整体稳定性计算：故无需验算。3.7局部稳定性验算梁翼缘宽厚比验算：满足要求，无需配置加劲肋。3.8刚度验算以跨中绕度来控制：近似偏安全的按两端简支的截面梁计算，则：依据规范，所以,,刚度满足要求。3.9翼缘与腹板链接焊缝计算查表得：根据构造要求，综上：取。3.3.1主梁的强度验、六、设计体会钢结构课程设计可以说是我在大学里接触到的第一个课程设计。虽然在课程设计过程中遇到了很多困难和很多令自己困惑的问题，但是当自己解决这些问题后，成就感和满足感油然而生。回顾整个课程设计过程，可以说还是记忆犹新。起初，当老师把设计任务布置下来的时候，我觉得这题目有点难做，并且还要用CAD画图，而我的CAD已经很久没有接触过，所以不免担心任务完不成。在布置任务时，老师给了我们基本参考书和钢结构相应的设计规范，这给我们带来了很多的便利，使我们初步认识了钢结构设计中的一些基本方法和流程。在开始课程设计之前，我把参考资料仔细地研究了一遍，从中知道了大概要设计的内容。经过对课程设计内容的详细分析，猛然感觉课程设计的专业性之强，如果我能很好的完成课程设计，那么它将给我很多专业知识以及专业技能上的提升。同时它也能训练我的逻辑思维，给予我设计的空间，能使我对抽象的理论有具体生动的认识。在课程设计过程中，遇到的问题是接二连三的，首