中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、中南大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程專業(yè)（本科）鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題 目：鋼框架主次梁設(shè)計(jì)姓 名：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：目錄一、設(shè)計(jì)條件2二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求3三、設(shè)計(jì)次梁截面CL-143.1 次梁荷載設(shè)計(jì)（不含次梁的自重）43.2 次梁截面設(shè)計(jì)53.3 次梁截面驗(yàn)算5四、框架主梁內(nèi)力組合及其計(jì)算54.1主梁荷載設(shè)計(jì)54.2 主梁截面設(shè)計(jì)104.3 主梁截面驗(yàn)算11五、設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)135.1 計(jì)算拼接點(diǎn)荷載135.2 螺栓連接設(shè)計(jì)13六、設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)176.1焊縫尺寸確定176.2 焊縫截面特征186.3 焊縫受力分析18七、設(shè)計(jì)體會(huì)20八、參考文獻(xiàn)21

2、一、設(shè)計(jì)條件某多層鋼框架結(jié)構(gòu)三樓樓面結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，結(jié)構(gòu)采用橫向框架承重，柱網(wǎng)布置尺寸及樓面活載大小詳見(jiàn)“五 附圖”。樓面板為150mm厚單向?qū)嵭匿摻罨炷涟澹瑯菍友b修從下至上具體如下：輕鋼龍骨吊頂(0.2<標(biāo)準(zhǔn)值>)框架鋼梁150mm厚實(shí)心鋼筋混凝土板(25<標(biāo)準(zhǔn)值>) 水磨石面層(包括20mm厚水泥砂漿找平，0.65<標(biāo)準(zhǔn)值>)。荷載傳力途徑為：樓面板次梁主梁柱基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中僅考慮豎向荷載作用，框架主梁按連續(xù)梁計(jì)算，次梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。結(jié)構(gòu)布置柱網(wǎng)尺寸及樓面活荷載大小組別主梁跨度B (mm)次梁跨度L (mm)樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)18400900

3、05.02840090007.03800084006.04800084008.05800090006.06800090008.0 以下設(shè)計(jì)中鋼材選用Q235。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（1）進(jìn)行次梁CL-1截面設(shè)計(jì)。（2）進(jìn)行框架主梁KL-1截面設(shè)計(jì)，并繪制施工圖。（3）進(jìn)行框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，短梁段長(zhǎng)度一般為0.91.2m，要求采用高強(qiáng)螺栓連接，并繪制施工圖。（4）進(jìn)行框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，要求采用焊縫連接，并繪制施工圖。要求：提交設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份，框架主梁KL-1施工圖（一號(hào)圖）一張。計(jì)算說(shuō)明書(shū)包括：構(gòu)件截面尺寸估算、荷載計(jì)算、內(nèi)力組合、主次梁截面設(shè)計(jì)（包括截面板

4、件連接焊縫設(shè)計(jì)）、主次梁強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗(yàn)算。計(jì)算書(shū)按中南大學(xué)課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一格式編制，要求文本規(guī)范、層次分明、字體工整，圖表準(zhǔn)確，并按以下順序裝訂成冊(cè)：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄（應(yīng)標(biāo)明各章節(jié)頁(yè)碼）、設(shè)計(jì)計(jì)算正文文本、設(shè)計(jì)體會(huì)、參考文獻(xiàn)（按規(guī)范格式書(shū)寫(xiě)）、封底。施工圖繪制包括：繪制框架主梁短梁段與梁體制作詳圖、框架主梁短梁段與柱連接節(jié)點(diǎn)詳圖、短梁段與主梁梁體連接節(jié)點(diǎn)詳圖，KL-1鋼材用量表，設(shè)計(jì)說(shuō)明(1#圖紙一張)。施工圖圖面布置合理，比例適當(dāng)，圖面整潔，線條清楚，文字采用宋體或仿宋體，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到施工圖要求。三、設(shè)計(jì)次梁截面CL-11.次梁荷載設(shè)計(jì)（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值1）由于次梁可

5、以看作是兩端鉸接的，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，只將次梁兩側(cè)的樓面荷載以及樓面板自重加入計(jì)算，荷載的標(biāo)準(zhǔn)值如下 樓面活載：；2）根據(jù)樓面板的構(gòu)造可知樓面混凝土自重：；（2）荷載設(shè)計(jì)值：（3）最大彎矩與剪力設(shè)計(jì)值次梁架于主梁上，相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下次梁荷載分布圖：次梁彎矩分布圖：次梁剪力分布圖：最大彎矩設(shè)計(jì)值為：2.次梁截面設(shè)計(jì) 根據(jù)截面模量選用熱軋普通工字型鋼I63c，其截面特性及基本尺寸如下：3.次梁截面驗(yàn)算 由于選用型鋼，故無(wú)需檢驗(yàn)其整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定，只需檢驗(yàn)強(qiáng)度及剛度即可，計(jì)算如下： （1）抗彎強(qiáng)度度驗(yàn)算 ，滿足（2）抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，滿足（3）剛度驗(yàn)算，滿足綜合上述計(jì)算，故次梁選用I63c滿

6、足要求。四、 框架主梁內(nèi)力組合計(jì)算及其設(shè)計(jì)1.主梁荷載設(shè)計(jì)由簡(jiǎn)化力學(xué)模型得知，忽略掉連續(xù)梁對(duì)框架梁的荷載影響，只考慮次梁傳遞的荷載。而次梁的荷載又分為恒載和活載兩部分，故要考慮荷載的最不利布置情況。選取中間一拼框架梁做分析計(jì)算，由于將次梁簡(jiǎn)化為兩端鉸接，各個(gè)部分所傳遞的荷載都相同。中間一拼框架梁同時(shí)承受兩個(gè)次梁傳遞的荷載。主梁力學(xué)簡(jiǎn)化模型圖主梁截面尺寸待定，因此先假設(shè)不計(jì)主梁自重荷載，在驗(yàn)算中再計(jì)入自重。集中恒載設(shè)計(jì)值：集中活載設(shè)計(jì)值：（1)荷載分析：由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，僅對(duì)以下6種荷載形式進(jìn)行分析，并用“結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器”求出彎矩圖和剪力圖如下所示：1）次梁傳遞集中力恒載彎矩圖：剪力圖：2）連續(xù)

7、梁受滿布活載彎矩圖：剪力圖3）跨受滿布活載彎矩圖剪力圖4）2跨受滿布活載彎矩圖：剪力圖：5）1、2跨受滿布活載彎矩圖：剪力圖：6）1、3跨受滿布活載彎矩圖：剪力圖：（2）內(nèi)力計(jì)算（1）（2）（3）（4）（5）（6）M1213.66403.2456.96-67.2389.76470.4M2213.66403.2-67.2537.6407.4134.4MB-213.66-403.2-188.16-268.8-456.96134.4MC-213.66-403.253.76-268.8-215.04134.4VA106.83201.6241.92-50.4191.52252VD-106.83-201.

8、6-10.0850.440.32-252VB左-106.83-201.6-161.28-50.4-211.68-151.2VB右106.83201.630.24201.6231.840VC左-106.83-201.630.24-201.6-171.360VC右106.83201.6-10.0850.440.32151.2（3）內(nèi)力組合及最不利荷載（1）+（2）（1）+（3）（1）+（4）（1）+（5）（1）+（6）最不利荷載M1616.86670.62146.46603.42684.06684.06M2616.86146.46751.26621.06348.06751.26MB-616.86-

9、401.82-482.46-670.62-79.26-670.62MC-616.86-159.9-482.46-428.7-79.26-616.86VA308.43348.7556.43298.35358.83358.83VD-308.43-116.91-56.43-66.51-358.83-358.83VB左-308.43-268.11-157.23-318.51-258.03-318.51VB右308.43137.07308.43338.67106.83338.67VC左-308.43-76.59-308.43-278.19-106.83308.43VC右308.4396.75157.23

10、147.15258.03308.43故由上表可知：2.主梁截面設(shè)計(jì)先假設(shè)鋼板厚度，則取Q345鋼的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值得,，梁最大容許撓度為，先假設(shè)。（1）腹板高度 1）鋼梁的最小高度（按撓度限值計(jì)算） 2）經(jīng)濟(jì)高度經(jīng)驗(yàn)公式綜合上述，（2） 腹板厚度取腹板厚度（3） 翼緣寬度及厚度 翼緣寬度,取翼緣厚度取則，滿足（4） 截面特征（5） 確定焊縫尺寸取3.主梁截面驗(yàn)算主梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：（此處采用鋼材）主梁自重設(shè)計(jì)值：主梁（包含自重）所承擔(dān)的最大彎矩值與最大剪力近似按下式計(jì)算：（1）強(qiáng)度驗(yàn)算1）抗彎強(qiáng)度2）抗剪強(qiáng)度3）局部承壓強(qiáng)度4)折算應(yīng)力綜合上述，故滿足強(qiáng)度條件（2）整體穩(wěn)定驗(yàn)算，則故整體穩(wěn)定性滿足（

11、3）局部穩(wěn)定驗(yàn)算 故局部穩(wěn)定性滿足（4） 剛度驗(yàn)算 故滿足剛度要求（5）翼緣與腹板焊縫計(jì)算，滿足要求。綜上可知，主梁設(shè)計(jì)截面滿足要求。五、框架主梁短梁段與梁體工地拼接結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.計(jì)算拼接點(diǎn)荷載由于工地拼接時(shí)，預(yù)先將長(zhǎng)為1.0m的主梁與柱子焊接，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得到各種不利荷載組合下的內(nèi)力圖如下彎矩圖：剪力圖：由求解器求得在為距柱子1.0m處的最大內(nèi)力為：2.螺栓連接設(shè)計(jì)則按比例分配得（1）翼緣拼接設(shè)計(jì)1）梁?jiǎn)蝹?cè)翼緣連接所需的高強(qiáng)度螺栓數(shù)目 采用10.9級(jí)的M20螺栓：2） 翼緣外側(cè)拼接連接板的厚度：3） 翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板的厚度： 取 如果考慮內(nèi)外側(cè)拼接板截面面積相等，則有：4）螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算

12、上述計(jì)算表明螺栓強(qiáng)度滿足，可不必進(jìn)行驗(yàn)算。故翼緣拼接采用6個(gè)M20螺栓，拼接板尺寸為：外拼接板：內(nèi)拼接板：翼緣螺栓分布圖如下：（2）腹板拼接設(shè)計(jì) 1）梁腹板連接所需的高強(qiáng)螺栓數(shù)目 ： 2）腹板兩側(cè)連接板的厚度： 3)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：故螺栓的連接強(qiáng)度滿足要求，腹板采用10M20螺栓，拼接板尺寸為：，螺栓布置如下：（3）螺栓的凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：選截面11討論：最大正應(yīng)力最大剪應(yīng)力交接處折算應(yīng)力綜上，螺栓選擇和布置符合要求。六、 框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在剪力和軸力作用下，焊縫應(yīng)力分布為矩形。其中剪應(yīng)力由腹板承擔(dān)，軸力則由所有焊縫承受。在彎矩作用下，焊縫應(yīng)力分布為三

13、角形。從應(yīng)力分布來(lái)看，最危險(xiǎn)點(diǎn)為“a”或者“b”點(diǎn)(如下圖)。1.焊角尺寸確定采用手工焊角焊縫，則有焊角尺寸應(yīng)滿足又焊縫示意圖：2.焊縫截面特征水平焊縫面積豎向焊縫面積焊縫總面積 構(gòu)件截面對(duì)稱，焊縫也對(duì)稱，因此焊縫形心至水平板頂面的距離（）與焊縫形心至水平板底面的距離（）等于求焊縫慣性矩3.焊縫受力分析根據(jù)最不利荷載計(jì)算出的內(nèi)力，可知在短梁段與柱連接點(diǎn)處的最大內(nèi)力可能出現(xiàn)兩種情況：（軸力為0）(1) “a”點(diǎn)應(yīng)力分析“a”點(diǎn)應(yīng)力為結(jié)論：“a”點(diǎn)應(yīng)力滿足要求。（2）“b”處受力為：“b“點(diǎn)應(yīng)力為結(jié)論：“b“點(diǎn)應(yīng)力滿足要求。綜上，螺栓選擇和布置符合要求。七、設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我更加扎實(shí)地掌

14、握了有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，首先，課程設(shè)計(jì)幫助我們鞏固了課堂的理論知識(shí)。將一些在課堂上一知半解的知識(shí)進(jìn)行了進(jìn)一步消化，有了更深的理解。另外，課程設(shè)計(jì)還將課上零散的知識(shí)串聯(lián)在了一起，從鋼材的選擇，到梁截面的選擇，再到構(gòu)件間的連接，都有一個(gè)系統(tǒng)的回顧。讓我們重新瀏覽了一遍書(shū)本，梳理了鋼結(jié)構(gòu)基本原理的知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一遍遍的思考和審視終于發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的關(guān)鍵所在，同時(shí)也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行，只有自己真正動(dòng)手去做，才能明白這其中的奧妙。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的驗(yàn)算環(huán)節(jié)，本身就

15、是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在同學(xué)們的共同努力下，也都終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)時(shí)間過(guò)程中，我們一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到要退縮，而應(yīng)積極主動(dòng)地去面對(duì)問(wèn)題，并發(fā)現(xiàn)癥結(jié)，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能有所收獲，才能從這精心安排的課程設(shè)計(jì)中學(xué)到一些知識(shí)。課程設(shè)計(jì)雖說(shuō)是一門(mén)專業(yè)性很強(qiáng)的課程，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，但其同時(shí)又是一門(mén)哲學(xué)課，讓我明白了許多道理。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我掌握了鋼結(jié)構(gòu)的幾種受力類型及相應(yīng)的破壞形式；了解了驗(yàn)算每種破壞形式的原理及步驟；同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的螺栓和焊縫連接也有了更深一步的

16、認(rèn)識(shí)。回顧此次課程設(shè)計(jì)，至今讓感慨頗多，從理論到時(shí)間，在這短短幾天的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是我們也真的學(xué)到了很多東西，不僅鞏固了之前的知識(shí)，還獲得了許多書(shū)本之外的寶貴財(cái)富。這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了理論纖細(xì)實(shí)際的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，從理論中得出結(jié)論，并以實(shí)踐驗(yàn)證，才是真正的有所收獲，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題是必然的，但在解決問(wèn)題中始終保持一顆求學(xué)的心卻是我們的學(xué)海無(wú)涯的心態(tài)使然。八、設(shè)計(jì)規(guī)范及參考書(shū)籍1.規(guī)范（1）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)S（GB/T501052001）（2）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)S（GB/T500012001）（3）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S（GB50092001）（4）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)