《钢结构课程设计》PPT课件.ppt

1、,主 讲：贺 学 军 中南大学土木工程学院建筑工程系,钢结构基本原理课程设计钢框架主次梁设计,一、设计规范及参考书 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准S（GB/T501052001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准S（GB/T50001 2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范S（GB50092001） （4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范S（GB500172003） （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，

2、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,第一部分 钢结构课程设计任务书,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。,第一部分 钢结构课程设计任务书,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。,第一部分 钢结构课程设计任务书,天佑班10级

3、钢结构课程设计分组表（共59人）,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。 楼面柱网尺寸及活荷载标准值详见上表所示，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(0.2kN/m2)框架钢梁150mm厚实心钢筋混凝土板(25kN/m3) 水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平，0.65kN/m2)。 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。,第一部分 钢结构课程设计任务书,三、设计内容与要求 设计内容： （1）进行次梁CL-1截面设计。 （2）进行框架主

4、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 0.91.2m，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。 设计要求： 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。,第一部分 钢结构课程设计任务书,三、设计内容与要求 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

5、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，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。,第一部分 钢结构课程设计任务书,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。,第一部分 钢结构课

6、程设计任务书,一、次梁CL-1截面设计 按简支梁计算，优先选用型钢截面进行设计。 根据楼面各层做法，计算楼面荷载：楼面恒载、楼面活载。 根据楼面荷载和次梁负荷面积，确定次梁所承受的荷载。 按简支梁进行控制截面内力计算，根据材料强度选定截面尺寸。 考虑到楼板对次梁的侧向支撑，可不进行整体稳定验算。 如选用型钢截面可不进行局部稳定验算，否则则需进行局部稳定验算。 进行次梁刚度验算，使其满足规范允许的挠度要求。,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、框架主梁KL-1截面设计 （一） 荷载计算及内力组合 按固端连续梁计算，选用组合工字形截面进行设计。 主梁承担的荷载：主梁自重g（可转化为跨中恒载Gz）、

7、次梁传来的跨中集中恒载Gc、集中活载Q。 内力组合时应考虑活载的最不利布置。 恒载示意图：,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、框架主梁KL-1截面设计 内力组合时应考虑活载的最不利布置。活载的最不利布置示意图：,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,计算时应充分利用对称性，以减少计算工作量,二、框架主梁KL-1截面设计 （二） 组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,确定四个参数：hw或h、tw、翼缘b、t 1) 截面高度h(或hw) 根据建筑高度、刚度要求和经济条件确定。 建筑高度要求 hmax 满足梁下最小净空高度要求 刚度要求 hmin 保证正常使用时梁的挠度不超过规范值。,经济条

8、件要求 he 满足用钢量最小的要求。,二、框架主梁KL-1截面设计 （二） 组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,1) 截面高度h(或hw),h的确定(一般为50mm的倍数)：,6mmtw22mm，且一般取2mm的倍数,2) 腹板厚度tw： 近似假定最大剪应力为腹板平均剪应力的1.2倍。,二、框架主梁KL-1截面设计 （二） 组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,翼缘宽度b一般取:,3) 翼缘宽度b、厚度t：,翼缘厚度t一般取:,当b180mm时，b宜取10mm的倍数。 t宜取2mm的倍数。,二、框架主梁KL-1截面设计 （三） 截面强度验算,第二部分 钢框架主次梁设计

9、步骤,正应力：,剪应力：,局部承压应力：,复合应力：,采用净截面计算,二、框架主梁KL-1截面设计 （四） 整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,采用毛截面计算,基本公式：,b整体稳定系数，按GB50017-2003中附录B近似计算。,当cr0.6 fy时，应对稳定系数进行修正：,二、框架主梁KL-1截面设计 （四） 整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,1、等截面焊接工字型和轧制H型钢简支梁：,截面不对称影响系数。 双轴对称截面： 加强受拉翼缘： 加强受压翼缘： I1、I2分别为受压翼缘、受拉翼缘对y轴的惯性矩。,梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按下表采用。,二、框架主梁KL-

10、1截面设计 （四） 整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按下表采用。,二、框架主梁KL-1截面设计 （四） 整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,2、 轧制普通工字钢简支梁：,二、框架主梁KL-1截面设计 （四） 整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,3、 受弯构件整体稳定系数的近似计算： 均匀受弯构件，当 时，其整体稳定系数 ，可按下列近似公式计算。 工字型截面(含H型钢)： 双轴对称时： 单轴对称时：,二、框架主梁KL-1截面设计 （五） 局部稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,考虑有限塑性发展时，取,1. 翼缘的局部稳定,考虑

11、残余应力、初始挠曲等不利影响，设计中取,当采用塑性设计时应满足,二、框架主梁KL-1截面设计 （五） 局部稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,2. 腹板的局部稳定：按下表验算，不满足时考虑加劲肋设置,二、框架主梁KL-1截面设计 （六） 刚度验算：按毛截面积验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、框架主梁KL-1截面设计 （七） 翼缘与腹板连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,腹板与翼缘间的两条连接焊缝剪应力应满足：,三、框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,N作用下，端缝受力：,V作用下，侧缝受力(仅考虑腹板受剪)：,M作用下，端缝受力(a、b点)

12、：,三、框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,验算焊缝危险点a：,验算焊缝危险点b：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁翼缘板的拼接等强原则设计： 拼接板净截面积不小于翼缘板净截面积。 高强螺栓数量按翼缘板净截面积An所能承受的轴力N确定。,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接： 一般先根据构造要求布置螺栓，然后进行验算。 拼接截面处剪力V全部由腹板承担，作用于螺栓群形心处，由各螺栓平均分担，每个螺栓承担的垂直剪力为（n拼接缝一侧螺栓总数）：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第

13、二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,拼接截面处弯矩按翼缘和腹板毛截面积惯性矩比值分配，由翼缘和腹板共同承担。腹板分担的弯矩为：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,在弯矩作用下，近似认为各螺栓只承受水平方向力的作用，距螺栓群形心最远的螺栓受力最大。受力最大螺栓承担的水平力为：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,受力最大螺栓所受的合力应满足：,四、框架主梁短梁段与梁体的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,腹板拼接板强度近似按下式验算：,一、框架主梁施工图绘

14、制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,利用对称性绘制一半 绘图比例1:1501:200，沿梁截面高度方向应适当放大。 主要绘制内容： 梁体正面图和俯视图，轴线编号和轴线尺寸定位，对称符号、梁柱截面尺寸、连接节点详图（剖切图）定位和编号，主梁板件编号； 梁体腹板与翼缘连接焊缝尺寸； 梁柱节点焊缝布置及尺寸； 短梁与梁体高强螺栓连接布置及各细部尺寸，翼缘与腹板拼接板尺寸。,一、框架主梁施工图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,二、框架主梁短梁段与柱焊缝连接详图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,标注焊缝尺寸、各板件细部尺寸、梁端板件编号等。绘图比例1：101：20。 当焊缝在弯矩、剪力作用下，不 能满足角焊缝的受力和构造要求 时，可设置支托来承担剪力，焊 缝只承担弯矩。 若通过支托来承担横向剪力，应 对支托进行设计计算，并在施工 图中绘制详细的支托大样图，以 及支托与框架梁、柱的连接大样 图。,三、框架主梁短梁段与梁体高强螺栓连接详图绘