钢结构基本原理课程设计-钢框架主梁设计.doc

1、 中南大学土木建筑学院土木工程专业（本科）钢结构基本原理课程设计任务书题 目：钢框架主梁设计姓 名：班 级：学 号：建筑工程系1目录一设计资料 - 2 -二设计参数 - 3-三 设计次梁截面 CL-1- 3 -3.1 次梁截面内力计算（不含次梁的自重） - 3 -3.2 确定次梁的截面尺寸 - 5 -3.3 次梁截面的验算 - 7 -四、 设计框架主梁截面 KL-1- 9-4.1 框架主梁截面内力计算 - 9 -4.2 确定主梁的截面尺寸 - 19 -4.3 主梁截面的验算 - 22 -五、 设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点 - 24 -5.1 设计资料 - 24 -5.2 连接计算 - 2

2、4 -六设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点 - 26 -6.1 计算螺栓连接处的荷载 - 26 -6.2 设计螺栓连接 - 27 -6.3 螺栓的净截面强度验算 - 31 -七设计规范及参考书籍 - 33 -1、规范 - 33 -2、参考书籍 - 33 -中南大学土木建筑学院21、设计资料一、设计构件某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值 4 （单号） 、8 （双号） ，楼面板为 150mm 厚单2kNm2kNm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，次梁按简支梁计算。其中框架柱为焊

3、接 H 型钢，截面尺寸为 H5003001420二、设计内容要求（1）设计次梁截面 CL-1。（2）设计框架主梁截面 KL-1。（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 0.91.2m。（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，梁体截面详图(1#图纸一张，手工绘制)，KL-1 钢材用量表，设计说明等。（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。 图 2 框 架 柱 截 面 图图 1 结 构 平 面 布 置

4、 图 3054305CL-1CL-1CL-1CL-1KKL-1 KL-1KKK543ABD8080484080044中南大学土木建筑学院3提示：（1）取其中一榀框架进行计算，如轴线 3，计算中要考虑活荷载的不利布置。 （2）框架梁与柱为固结，次梁与框架梁之间为铰接。三、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。二、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：

5、215/dfN钢材（Q235）抗剪强度设计值： vm钢材（Q235）的弹性模量： 52.06/E钢材（Q345）强度设计值： 31fd钢材（Q345）抗剪强度设计值： 2/8Nv钢材（Q345）的弹性模量： 5.06m三、 设计次梁截面 CL-11.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1.305KN/m2中南大学土木建筑学院4结构层：150mm 单向钢筋混凝土楼板 23/75./251.0mKNm合计： 5.055KN/m 2（2）活载楼面活载标准值 2/8KN（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= mKN

6、/2.0405.21楼面传递活载= /38b. 荷载设计值mKNqq/064.9.12.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 4：中南大学土木建筑学院5KNmqlM14.609.804.691822max lV5.ax2.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：KNmM327.614.092.10.max次梁所需的截面抵抗矩：3668.537.fWdx计次梁选用工字形截面，则： （1） 确定腹板尺寸梁的最小高度（按最大挠度限值 =400 确定）vlmvlEfhd 9.5614016.23852.155min 梁的经济高度： W

7、hxe 77取腹板高度 mw加上翼缘厚度可使梁高度满足上述要求腹板厚度: htew54.73取： mt10（2）确定翼缘尺寸：根据抗剪强度和整体稳定性要求 btwxhW61wt抗弯强度要求 （见前）361089.2mfMdxx次梁计算简图 4中南大学土木建筑学院6整体稳定性要求（试取整体稳定性系数 =0.70）b= = =4.126106mm3xWdbfM21570.366 （a）t 26 51.04m在确定 和 时，应考虑翼缘板的局部稳定性和构造要求，近似取b26 26 =26 （b) tyf235由式（ ）及（ ）得 ab= ,取 =350mm m365251b = ,取 t=20mm t

8、41.0综上：翼缘选用 -35020.（3）次梁截面尺寸特征（如图 5-1）：4933 1085.1260412705mIx 369.8.hW3294500352103Sx 83 1.6mIy 2061205AIiyy 8.349.85.1028.3yil2687.4hbtlf 截面3502066010中南大学土木建筑学院779.0352841.069. b2yb b2y y354.xtAhWhf2350)74.810(309.5768.10479. 262 5由于 ，则：b.6807.4.207.128.07.1 bb（4）确定角焊缝尺寸2/160mNfw380345SmIVSfhxwf 6

9、5.105.16.29.191 mina5.7fthf 24iax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）8.95710)62035( 6自qmKN/8.1次梁自重设计值： KN/m2.自q次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力：KNlM/920.654.890.14.60822maxax qV 7).9()(（1）整体稳定性验算 中南大学土木建筑学院81679.0251309.587.62 6max dbfWM故次梁的整体稳定满足要求。（2）局部稳定性验算15235.840132ywf ftb46ywfth故

10、次梁不会发生局部失稳。 (3) 刚度验算 mEIlqxk 01.285.106.23844)9(59ml0 故满足刚度要求。（4）抗弯强度验算 226max /15/84.1039.512 mNfmNWMd故抗弯强度满足要求。（5）抗剪强度验算： 2293maxa /15/914.61068.245527 mNfmNtISV vw 故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝验算312803405S 2931max /091.416.7mNtIVw29/.20.25IyMx中南大学土木建筑学院922222 /361./06.149.394.13 mNfmN故翼缘焊缝折算应力符合。综上所述：次梁为实

11、腹式焊接工字型梁，截面为 235020+66010，如右图 5-2。翼缘与腹板采用焊缝连接，h f=8mm，钢结构在焊接时焊条采用 E43 列，焊接方法为手工焊。四、 设计框架主梁 KL-11.设计荷载 图 2 框 架 柱 截 面 图图 1 结 构 平 面 布 置 图 3054305CL-1CL-1CL-1CL-1KKL-1 KL-1KKK5432ABD8080484080044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。1 DCBA主梁计算简图 6