#中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本課程方案計(jì)算書

1、中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院： 土木項(xiàng)目學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 土木項(xiàng)目 1111姓 名： 楊靖東學(xué) 號(hào)： 1208111520指導(dǎo)老師： 龔永智實(shí)驗(yàn)日期： 2018 年 2 月鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)鋼框架設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)題目：某鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu) 布置及）設(shè)計(jì)。、參考規(guī)范及書目1、規(guī)范/ 221）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/T50001 2001）3）中華人民共和國(guó)建設(shè)部 . 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50092001） 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 GB50017 2003） 5）

2、中華人民共和國(guó)建設(shè)部. . 鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001）6）沈祖炎等 . 鋼結(jié)構(gòu)基本原理，中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2006 7）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， 20058）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， 2006三、設(shè)計(jì)構(gòu)件某多層圖書館二樓書庫(kù)樓面結(jié)構(gòu)布置圖如圖1具體參照附表一按學(xué)號(hào)確定各自的柱網(wǎng)尺寸）。結(jié)構(gòu)采用橫向框架承重，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

3、按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。其中框架柱為焊接 H 型鋼，截面 尺寸為 H600 3001218，樓層層高取 3.9m.采用的鋼材、焊條為：學(xué)號(hào)為單號(hào)的同學(xué)用 Q235 鋼，焊條為 E43型；雙號(hào)的同學(xué)用 Q345鋼，焊條為 E50 型；活荷載分項(xiàng)系數(shù) 1.4永久荷載分項(xiàng)系數(shù) 1.2/ 22 四、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求驗(yàn)算焊接 H型鋼框架柱的承載能力，如不足請(qǐng)自行調(diào)整。設(shè)計(jì)次梁截面 CL-1熱軋 H 型鋼)。設(shè)計(jì)框架主梁截面 KL-1焊接工字鋼)。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 0.9 1.2m。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。設(shè)計(jì)次梁與主梁工地拼

4、接節(jié)點(diǎn)，要求采用高強(qiáng)螺栓連接。繪制次梁與主梁工地拼接節(jié)點(diǎn)詳圖，次梁與主梁工地拼接節(jié)點(diǎn)， 短梁段及主梁體連接節(jié)點(diǎn)詳圖，梁體截面詳圖， KL-1 鋼材用量表， 設(shè)計(jì)說(shuō)明等。計(jì)算說(shuō)明書，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。鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)鋼框架設(shè)計(jì)說(shuō)明書一、構(gòu)建整體信息及其簡(jiǎn)化模型 某多層圖書館二樓書庫(kù)樓面結(jié)構(gòu)布置圖如圖 1，結(jié)構(gòu)采用橫向框 架承重，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 6 ，樓面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 5 , 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

5、用?？蚣芰喊催B續(xù)梁計(jì)算。其中框架柱為焊接 H 型鋼， 截面尺寸為 H60030012 18，樓層層高取 3.9m，班級(jí)序號(hào) 21，柱網(wǎng)尺寸 812，例如下圖中柱網(wǎng)尺寸為 99單位： m)。/ 22二、樓蓋荷載計(jì)算及次梁設(shè)計(jì)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；（ 3） 框架梁按連續(xù)梁設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮荷載的最不利位置。1、 結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)Q235鋼，E43 焊條，2、荷載組合計(jì)算樓面板永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：樓面板自重標(biāo)準(zhǔn)值：樓面板活載標(biāo)準(zhǔn)值：樓面板恒載設(shè)計(jì)值：樓面板活載設(shè)計(jì)值：組合均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：組合均布荷載設(shè)計(jì)值為：3、計(jì)算最大彎矩

6、與剪力設(shè)計(jì)值 在設(shè)計(jì)荷載作用下的最大彎矩為：/ 221.02 ）：4、確定次梁的截面尺寸次梁所需的截面抵抗矩 ( 鋼梁自重未知，故考慮安全系數(shù)次梁選用 H 形截面，則選用 HN792*300. 查表得其截面特征：若考慮梁的自重：5. 次梁驗(yàn)算 1)按抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算故次梁的抗彎強(qiáng)度滿足要求 剛度驗(yàn)算/ 22故滿足剛度要求。綜上所述， HN792*300型鋼滿足要求。三、框架梁內(nèi)力組合計(jì)算及其設(shè)計(jì)1、力學(xué)模型分析及其內(nèi)力計(jì)算忽略連續(xù)梁對(duì)框架主梁的荷載影響，只考慮次梁傳遞的荷載，主梁受自 重恒載、次梁傳遞的集中恒載、次梁傳遞的集中活載，將框架主梁簡(jiǎn)化 為三跨連續(xù)梁?？蚣苤髁涸O(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如下：主梁截面尺寸待

7、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：對(duì)于連續(xù)多跨梁，有如下規(guī)律：1）支座處最不利荷載組合是將活荷載滿布于此支座所在的兩跨，其余跨相 鄰布置活荷載；, 下圖為彎矩圖 (KNm) b恒載與情況的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖G G+Q G上圖為剪力圖 (KN,下圖為彎矩圖 (KNm) c恒載與情況的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖G+Q GG+Q/ 22上圖為剪力圖 (KN,下圖為彎矩圖 (KNm)d恒載與情況的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖G+Q G+Q G上圖為剪力圖 (KN,下圖為彎矩圖 (KNm) e恒載與情況的組合荷

8、載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖G+Q G+Q G+Q/ 22上圖為剪力圖 (KN,下圖為彎矩圖 (KNm) 由以上五種情況可知：梁在恒載與工況 3 的組合荷載作用下彎矩最大 梁在恒載和工況 3 的組合荷載作用下剪力最大2、框架梁的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算所需截面模量為 鋼梁自重為止故考慮安全系數(shù) 1.02 )：、腹板高度(1梁的最小高度不得超過(guò)設(shè)根據(jù)正常使用極限狀態(tài)的要求，梁在荷載標(biāo)準(zhǔn)值的作用下的撓度計(jì)規(guī)范規(guī)定的容許值 。據(jù)此可得到簡(jiǎn)支梁的最小高度為(2梁的經(jīng)濟(jì)高度 經(jīng)濟(jì)高度經(jīng)驗(yàn)公式為取腹板高度/ 22、腹板厚度取、翼緣板的尺寸又：初選截面如圖所示：、主梁的截面特性10 / 22翼緣寬度：、翼緣與腹板連接焊

9、縫計(jì)算、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11 / 22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)算式中 , 腹板計(jì)算高度邊緣同一點(diǎn)上同時(shí)產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，跨中截面腹板與翼緣處正應(yīng)力 折算應(yīng)力滿足。(5整體穩(wěn)定性驗(yàn)算連續(xù)梁兩端固結(jié)，受壓翼緣自由長(zhǎng)度 ，次梁可視為主梁受壓翼緣的一個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)，故故不需要驗(yàn)算該梁的整體穩(wěn)定性。所以主梁的整體穩(wěn)定性滿足要求(6局部穩(wěn)定性 因?yàn)榭紤]了截面部分發(fā)展塑性變形，

10、受壓翼緣板的自由外伸寬度與其厚 度之比局部穩(wěn)定性符合要求。(7主梁剛度驗(yàn)算主梁在組合荷載作用下的最大撓度為12 / 22所以主框架梁剛度滿足要求(8) 翼緣與腹板焊縫計(jì)算故滿足。綜上所述，主梁設(shè)計(jì)截面滿足要求四、驗(yàn)算框架柱的承載能力邊柱驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算不滿足因此選用 HN700*300型鋼滿足整體穩(wěn)定性及剛度彎矩作用在平面內(nèi)：彎矩作用在平面外：13 / 22局部穩(wěn)定性：H 型鋼不需要驗(yàn)算局部穩(wěn)定性 綜上所述框架柱承載能力足夠。五、主梁短梁段與柱的焊縫連接設(shè)計(jì)1、 焊縫處內(nèi)力計(jì)算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：焊縫分布情況如下2 、 焊腳尺寸的設(shè)計(jì)焊件均采用 Q235

11、鋼材，焊條為 E43 型，角焊縫為手工焊接，采用引弧板，沒(méi)有 起弧和落弧引起的缺陷。按構(gòu)造要求確定焊腳的尺寸： 角焊縫的尺寸除滿足強(qiáng)度要求外，還必須符合對(duì)其尺寸的限制和構(gòu)造的要求 根據(jù)構(gòu)造要求最大焊腳尺寸： 當(dāng)采用手工焊時(shí)，其中 為較薄板件的厚度14 / 22最小焊腳尺寸：當(dāng)采用手工焊時(shí)， 其中 為較厚板件的厚度 由上取3 驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度焊縫截面特征我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于，當(dāng)超過(guò)這個(gè)值時(shí)，超出部分不予考慮。設(shè)計(jì)中豎直焊縫為焊縫計(jì)算截面如圖所示：水平焊縫面積豎向焊縫面積焊縫總面積15 / 22焊縫慣性矩水平焊縫繞自身軸慣性矩很小，計(jì)算時(shí)忽略。)焊縫強(qiáng)度檢算有規(guī)范，鋼材為 Q

12、235，焊條為 E43型的手工焊，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為根據(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： “a”點(diǎn)應(yīng)力分析：故“a”點(diǎn)滿足要求。2)“ b”點(diǎn)應(yīng)力分析：b”點(diǎn)應(yīng)力為：故“b”點(diǎn)滿足要求。綜上所述焊縫強(qiáng)度滿足要求。六、設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與梁體工地高強(qiáng)螺栓拼接節(jié)點(diǎn)/ 226.1 連接處內(nèi)力計(jì)算因?yàn)楣さ仄唇訒r(shí)，預(yù)先將長(zhǎng)為 1.0m 的主梁與柱子焊接 即以上第五部分所 述），由主梁在各種不利荷載組合下的內(nèi)力圖可知，在為距柱子 1.0m 處的最大 內(nèi)力為：由上述主梁內(nèi)力計(jì)算表知：梁端最大彎矩對(duì)應(yīng)工況下支座最大剪力為取短梁長(zhǎng)度為 1.0m，則集中荷載在 1.0m

13、 處產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算如下：彎矩：剪力：高強(qiáng)螺栓的選擇以及孔距的確定因?yàn)橐砭壈逄幐鶕?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，因而翼緣處的螺栓采用 M22 的 10.9 級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，孔徑，腹板處采用 M24 的 10.9 級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，孔徑一個(gè) M20高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 一個(gè) M24高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值傳力摩擦面數(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，對(duì)于/ 22M22，P取 190KN , 對(duì)于 M24，P取 225KN。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

14、矩分配到腹板上的彎矩翼緣拼接設(shè)計(jì) 梁?jiǎn)蝹?cè)翼緣連接所需的高強(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 8 個(gè)。 翼緣外側(cè)拼接連接板的厚度：/ 22翼緣外側(cè)板的尺寸為： 翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板的厚度：如果考慮內(nèi)外側(cè)拼接板截面面積相等，則有：取 ，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。 故，翼緣拼接采用八個(gè) M22螺栓，拼接板尺寸為： 外拼接板： 內(nèi)拼接板：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)的 M24螺栓：考慮到彎矩作用的影響，采用 8個(gè) M24螺栓，并成兩排布置。 腹板兩側(cè)連接板的厚度：腹板兩側(cè)連接板的尺寸不妨取為：則梁與梁的拼接板連接圖如下圖：19 / 22連接構(gòu)件的接觸面采用噴砂處理螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：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/ 22故螺栓的連接強(qiáng)度滿足要求。故，腹板拼接采用 8個(gè) M24螺栓，拼接板尺寸為： 外拼接板：6