中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 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)：一、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)（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)（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（GB50092010）（4）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500172003）（5）中華人民共和國(guó)建設(shè)部. .鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50205-2001）2、參考書(shū)籍（1）沈祖炎等. 鋼結(jié)構(gòu)基本原理

2、，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006（2）毛德培. 鋼結(jié)構(gòu)，中國(guó)鐵道出版社，1999（3）陳紹藩. 鋼結(jié)構(gòu)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003（4）李星榮等. 鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005（5）包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究院中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)協(xié). 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，2006二、設(shè)計(jì)構(gòu)件某多層圖書(shū)館二樓書(shū)庫(kù)樓面結(jié)構(gòu)布置圖如圖，結(jié)構(gòu)采用橫向框架承重，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.0（單號(hào)）、5.0（雙號(hào)），其中12班豎向梁跨度取值：學(xué)號(hào)110為8m、學(xué)號(hào)1120為10m；學(xué)號(hào)21為12m；其中13班水平向梁跨度取值：學(xué)號(hào)110為9m、學(xué)號(hào)1120為11m；學(xué)號(hào)2

3、1為13m；。樓面板為120mm厚單向?qū)嵭匿摻罨炷涟?，荷載傳力途徑為：樓面板次梁主梁柱基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中僅考慮豎向荷載和活載作用，框架梁按連續(xù)梁計(jì)算，次梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。其中框架柱為焊接H型鋼，截面尺寸為H6003001218，層高3.5m。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求（1）設(shè)計(jì)次梁截面CL-1（熱軋H型鋼）。（2）設(shè)計(jì)框架主梁截面KL-1（焊接工字鋼）。（3）設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)，要求采用焊縫連接，短梁段長(zhǎng)度一般為0.91.2m。（4）設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)，要求采用高強(qiáng)螺栓連接。（5）設(shè)高計(jì)次梁與主梁工地拼接節(jié)點(diǎn)，要求采用強(qiáng)螺栓連接。（6）繪制主梁與柱連接節(jié)點(diǎn)詳圖，次梁與主梁工地

4、拼接節(jié)點(diǎn)，短梁段及主梁體連接節(jié)點(diǎn)詳圖，梁體截面詳圖(2#圖紙一張)，KL-1鋼材用量表，設(shè)計(jì)說(shuō)明等。（7）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)、主次梁強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗(yàn)算，節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算。提示：（1）取其中一榀框架進(jìn)行計(jì)算，如軸線3，計(jì)算中要考慮活荷載的不利布置。（2）框架梁與柱為固結(jié)，次梁與框架梁之間為鉸接。（3） 繪圖注意事項(xiàng) 1、平面布置圖。 2、主梁施工詳圖.主要繪制主梁的正面圖、平面圖以及必要的側(cè)面圖和剖面圖， 特殊零件的大樣圖。比例尺：軸線方向：1:20 1:30 ，以免圖幅太大；桿件截面、節(jié)點(diǎn)詳圖1:101:15，或更大（原則清楚表達(dá)節(jié)

5、點(diǎn)的細(xì)部制造要求）。3、要全部注明的各零件（桿件和板件）的定位尺寸，孔洞的位置，以及對(duì)工廠加工和工地施工的所有要求。定位尺寸主要為主、次梁的軸線位置；螺栓孔位置要滿足型鋼線距表和螺栓容許的排列距離要求；對(duì)加工及工地施工的其他要求包括零件切刨、孔洞直徑和焊縫尺寸等；焊縫要區(qū)分工廠焊縫和工地焊縫，以及適應(yīng)運(yùn)輸單元的劃分和拼裝。4、施工圖中應(yīng)注明各零件的型號(hào)和尺寸，對(duì)各零件進(jìn)行詳細(xì)編號(hào)，并附有材料表。型鋼要注明型號(hào)和長(zhǎng)度。鋼板要注明寬、長(zhǎng)和厚度。零件按主次、上下、左右一定順序逐一編號(hào)。編號(hào)與原則：完全相同的零件給予相同的零件數(shù)字編號(hào)，否則給予不同的編號(hào)。5、說(shuō)明：包括鋼材的標(biāo)號(hào)、焊條型號(hào)、焊接方法和

6、質(zhì)量要求。圖中未注明的焊縫和螺孔尺寸以及油漆、運(yùn)輸和加工要求等圖中未表現(xiàn)的其它內(nèi)容。如：說(shuō)明：1：鋼材用Q235B，焊條采用E43型 3：未注明的角焊縫尺寸為6 4：未注明的焊縫長(zhǎng)度為滿焊 5：未注明的螺栓為M20，孔經(jīng)20.5 6：構(gòu)件表面徹底除銹，涂防銹漆和醇酸磁漆各二度。圖例：圓孔裝配螺栓永久螺栓材料表構(gòu)件編號(hào) 零件號(hào)截 面長(zhǎng)度（）數(shù) 量重 量正反每個(gè)共計(jì)合計(jì)1234一、 設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)化要點(diǎn)：（1） 板面荷載按單向板分布；（2） 次梁與框架梁鉸接連接，各次梁受力相同，可任取其中一根分析；根據(jù)荷載傳力途徑：樓面板次梁主梁柱，依次計(jì)算各部分受力情況。（3） 框架梁按連續(xù)梁設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮荷載的最不

7、利位置。1、 結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)1、Q235鋼，2、E43焊條，A、 樓面板部分樓面板為120mm厚單向?qū)嵭匿摻罨炷涟?。樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值： 樓面板永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 樓面板自重已經(jīng)包括在永久荷載里面，所以不計(jì)算。樓面板荷載設(shè)計(jì)值： 樓面板荷載標(biāo)準(zhǔn)值： B、 次梁部分1、次梁在主梁上方，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。2、 計(jì)算最大彎矩與剪力設(shè)計(jì)值次梁彎矩圖： 次梁剪力圖：3、 確定次梁的截面尺寸選用截面模量最小值：根據(jù)截面模量選用熱軋H型鋼 ,查附表可知： 4、次梁驗(yàn)算4、 由于選擇的是熱軋H型鋼，不用驗(yàn)算局部穩(wěn)定。又混凝土板覆蓋在受彎構(gòu)件的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止受壓翼緣的側(cè)向變形，故不用驗(yàn)算次梁的整體穩(wěn)定性

8、。綜上分析可知，次梁驗(yàn)算需要對(duì)強(qiáng)度和剛度進(jìn)行驗(yàn)算。5、 抗彎強(qiáng)度檢驗(yàn)（翼緣邊緣的彎曲應(yīng)力）： 滿足6、 抗剪強(qiáng)度檢驗(yàn)（腹板處的剪應(yīng)力）： 滿足 7、 剛度檢驗(yàn)8、 滿足故滿足剛度要求。 綜上所述，型鋼滿足要求。 C、 主梁部分 由簡(jiǎn)化力學(xué)模型得知，忽略連續(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永久荷載和活荷載兩部分，需要考慮荷載的最不利布置情況，框架梁按連續(xù)梁計(jì)算。 主梁力學(xué)簡(jiǎn)化模型圖：主梁截面尺寸待定，因此先不計(jì)主梁自重荷載：集中恒載標(biāo)準(zhǔn)值：集中活載標(biāo)準(zhǔn)值：集中恒載設(shè)計(jì)值：集中活載設(shè)計(jì)值：此結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，僅對(duì)以下五種具有代表性的荷載在形式進(jìn)行分析：連續(xù)梁受滿布活載1

9、跨受滿布活載2跨受滿布活載1、2跨受滿布活載1、3跨受滿布荷載 通過(guò)上圖比較可知：最不利彎矩為+組合中： 最不利剪力為+組合中： 考慮計(jì)算時(shí)未計(jì)自重，出于安全考慮取 假設(shè)主梁鋼板厚度， Q235鋼的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值得=215N/,E=206N/和=250。梁最大容許撓度為L(zhǎng)/250.所需截面模量為尺寸設(shè)計(jì)（1）.腹板高度1）.鋼梁的最小高度（按最大撓度限值確定）2）.經(jīng)濟(jì)高度經(jīng)驗(yàn)公式 綜上計(jì)算，取腹板高度=700m(2).腹板厚度1）.抗剪要求 = 2）.局部穩(wěn)定和構(gòu)造因素 綜上取=12mm，選用腹板70012。(3).翼緣板截面尺寸（）一般翼緣寬度取10mm的倍數(shù)，厚度取2mm的倍數(shù)翼緣寬度，

10、取又：初選截面732 200 12 16如圖所示：翼緣與腹板連接焊縫計(jì)算取。鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)焊條采用E43系列，焊接方法為手工焊。主梁截面驗(yàn)算 主梁自重標(biāo)準(zhǔn)值： 主梁自重設(shè)計(jì)值： 主梁（包括自重）所承受的最大彎矩與最大剪力按照近似計(jì)算： (1)抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算考慮部分發(fā)展塑性變形 取所以抗彎強(qiáng)度滿足要求(2)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算所以抗剪強(qiáng)度滿足要求(3)局部承壓強(qiáng)度驗(yàn)算跨中集中力： 局部壓應(yīng)力： (4) 折算應(yīng)力驗(yàn)算翼緣與腹板相接處計(jì)算折算應(yīng)力：滿足（5）焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：整體穩(wěn)定驗(yàn)算：將次梁作為主梁的側(cè)向支撐，則，。其側(cè)向的計(jì)算長(zhǎng)度： 長(zhǎng)細(xì)比: lmax = max(lx,ly) = 73.59 l =150

11、.00 長(zhǎng)細(xì)比(即剛度)滿足 。對(duì)x軸，y軸均為b類(lèi)截面 查鋼結(jié)構(gòu)基本原理附表4-4， 為整體穩(wěn)定的等效臨界彎矩系數(shù), 查規(guī)范GB50017-2003表B.1, 取ly為梁在側(cè)向支承點(diǎn)間對(duì)截面弱軸y-y的長(zhǎng)細(xì)比, A為毛截面面積 h為梁截面的全高 t1為受壓翼緣厚度 為截面不對(duì)稱系數(shù)，取=0應(yīng)根據(jù)彈塑性方法來(lái)修正，歐拉臨界力有端彎矩和橫向荷載作用且使構(gòu)件產(chǎn)生同向彎曲 在構(gòu)件段內(nèi)有彎矩和橫向荷載作用且使構(gòu)件產(chǎn)生異向彎曲又主梁簡(jiǎn)化模型軸力平面內(nèi)整體穩(wěn)定：滿足平面外整體穩(wěn)定：滿足局部穩(wěn)定性驗(yàn)算：翼緣：滿足腹板：滿足剛度驗(yàn)算以鉸接驗(yàn)算剛度計(jì)算知 滿足可知，當(dāng)為固結(jié)時(shí)剛度增大，撓度減少，滿足。D、 柱子

12、部分H型鋼不需要驗(yàn)算局部穩(wěn)定性，且據(jù)前面分析只需運(yùn)算外圍柱子，當(dāng)1、3跨收到滿活載時(shí)達(dá)到最大剪力彎矩框架柱為焊接H型鋼，截面尺寸為H6003001218，樓層層高取3.5m。柱子截面特征： 剛度滿足。強(qiáng)度驗(yàn)算：滿足彎矩作用在平面內(nèi)：滿足彎矩作用在平面外：滿足E連接部分（一）.框架主梁短梁段與框架柱節(jié)點(diǎn)（焊縫連接），施加引弧板。采用焊縫連接：Q255角焊接的的抗拉強(qiáng)度Q235對(duì)接焊縫的抗拉強(qiáng)度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。由主梁在各種不利荷載組合下的內(nèi)力圖可知，在連接處的最大內(nèi)力為：在彎矩作用下，焊縫應(yīng)力分布為三角形。從應(yīng)力分布來(lái)看，最危險(xiǎn)點(diǎn)

13、為“a”或者“b”點(diǎn)。1）.焊角尺寸采用手工焊角焊縫，則有焊角尺寸應(yīng)滿足取又取 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y=316mm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： (1) “a”處應(yīng)力為： 結(jié)論：“a”點(diǎn)應(yīng)力滿足要求。（2）“b”處應(yīng)力為：結(jié)論：“b“點(diǎn)應(yīng)力滿足要求。由以上計(jì)算可知采用全部雙面角焊縫能滿足設(shè)計(jì)的要求。（二）.框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)（高強(qiáng)螺栓連接）1、計(jì)算螺栓連接處的內(nèi)力（1）由集中

14、荷載產(chǎn)生的固端彎矩取短梁段長(zhǎng)度為1.0m,由計(jì)算得主梁在各種不利荷載組合下的內(nèi)力圖可知，距柱1.0m的短梁處，最大內(nèi)力為：梁端最大彎矩 ，對(duì)應(yīng)工況下支座最大剪力為 M01=M1-V1a=616.14-312.68=303.46kNm彎矩： 剪力：截面特性毛截面慣性矩，由前已算出腹板慣性矩，翼緣慣性矩，則分配到翼緣的彎矩分配到腹板上的彎矩翼緣拼接設(shè)計(jì)由于翼緣板處根據(jù)構(gòu)造要求配置的螺栓數(shù)量遠(yuǎn)大于根據(jù)強(qiáng)度驗(yàn)算所需的數(shù)量，因而采用M20的10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，孔徑，1傳力摩擦面數(shù)目為2摩擦面的抗滑移系數(shù)，鋼材采用Q235，噴砂每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)壓應(yīng)力，通過(guò)查閱鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，2 梁?jiǎn)蝹?cè)翼緣連接所

15、需的高強(qiáng)度螺栓數(shù)目根據(jù)翼緣所承受的彎矩，翼緣拼接板所傳遞的軸向力為,其中h為兩翼緣形心間的距離。拼接板向邊傳遞磁力所需螺栓的個(gè)數(shù)為 螺栓孔徑取24mm，翼緣板的凈截面面積為：翼緣板所能承受的軸向力設(shè)計(jì)值為： 采用6個(gè)。翼緣外側(cè)拼接連接板的厚度： 取 ，翼緣外側(cè)板的尺寸為： 翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板的寬度和厚度：寬度：厚度：取所以，內(nèi)拼接板的尺寸為: 螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算上述計(jì)算表明螺栓強(qiáng)度滿足，可不必進(jìn)行驗(yàn)算。（3）腹板拼接設(shè)計(jì)梁腹板連接所需的高強(qiáng)螺栓數(shù)目：采用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)M20螺栓，起孔徑為20.5mm,連接處的構(gòu)件接觸面的為噴砂處理方法，抗滑移系數(shù)：，預(yù)拉力為：腹板兩側(cè)連接板的厚度：取 腹板兩側(cè)

16、連接板的尺寸不妨取為： Error! Digit expected.剪力 在螺栓群形心處所引起的附加彎矩： 修正后的彎矩： 螺栓最大應(yīng)力 故螺栓的連接強(qiáng)度滿足要求。螺栓的凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：（1）翼緣板驗(yàn)算翼緣板所受的軸力：（2）腹板驗(yàn)算對(duì)腹板截面比凈截面大，所以只需驗(yàn)算凈截面正應(yīng)力：剪應(yīng)力：翼緣和腹板強(qiáng)度均滿足要求。綜上所述：螺栓連接處接觸面采用噴砂處理，抗滑移系數(shù)為0.45。主梁短梁段與梁體的連接螺栓為10.9級(jí)M20摩擦型高強(qiáng)螺栓，孔徑為20.5；（三）.次梁與主梁工地拼接節(jié)點(diǎn)（高強(qiáng)螺栓連接）、次梁與主梁的連接構(gòu)造次梁為簡(jiǎn)支梁，與主梁側(cè)面連接。次梁通過(guò)5個(gè)10.9級(jí)M20摩擦型高強(qiáng)螺栓直接連

17、接到主梁的橫向加勁肋上，為避免與加勁肋相碰，次梁的下翼緣需要切去一側(cè)。、連接計(jì)算鉸接連接節(jié)點(diǎn)需要傳遞次梁端部反力，次梁端部局部切割后的腹板截面、連接角鋼以及螺栓應(yīng)能滿足此抗剪要求。由于此類(lèi)節(jié)點(diǎn)并非完全鉸接，計(jì)算時(shí)除了考慮次梁端部垂直剪力外，尚應(yīng)考慮由于偏心所產(chǎn)生的附加彎矩的影響。附加彎矩取次梁反力乘以螺栓中心線之間的距離。在次梁端部剪力作用下，連接一側(cè)的每個(gè)高強(qiáng)度螺栓承受的剪力： （）采用一豎排螺栓，偏心距，偏心力矩，單個(gè)高強(qiáng)度螺栓的最大拉力單個(gè)10.9級(jí)M20摩擦型高強(qiáng)螺栓的抗剪強(qiáng)度承載力在垂直剪力和偏心彎矩共同作用下，一個(gè)高強(qiáng)度螺栓受力為加勁肋與主梁的角焊縫剪力，偏心力矩，采用，焊縫計(jì)算長(zhǎng)

18、度僅考慮與主梁腹板連接部分有效，即，則 滿足要求。說(shuō)明：1：鋼材用Q235B，焊條采用E43型，手工焊。 3：未注明的角焊縫尺寸為12 4：未注明的焊縫長(zhǎng)度為滿焊 5：未注明的螺栓為M20，孔經(jīng)20.5 6：構(gòu)件表面徹底除銹，涂防銹漆和醇酸磁漆各二度。圖例：圓孔裝配螺栓永久螺栓單跨材料表構(gòu)件編號(hào) 零件號(hào)截 面長(zhǎng)度（）數(shù) 量重 量正反每個(gè)共計(jì)合計(jì)1螺栓M20302焊縫148403主梁14800 8000mm1929.44kg929.44kg4次梁16440 11000mm11419.59kg1419.59kg5蓋板6000360mm1116.96kg33.92kg6蓋板3200520mm1113.06kg26.12kg7柱子1756835001482.68kg482.68kg三、設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)為期兩周的課程設(shè)計(jì)，我再次溫習(xí)了有關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)原理的知識(shí)，也更進(jìn)一步的學(xué)會(huì)了它的運(yùn)用，對(duì)于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的驗(yàn)算還有結(jié)構(gòu)截面形狀大小的設(shè)計(jì)與選用也更得