#中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本課程方案計算書

1、中南大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計任務(wù)書學(xué) 院： 土木項目學(xué)院專業(yè)班級： 土木項目 1111姓 名： 楊靖東學(xué) 號： 1208111520指導(dǎo)老師： 龔永智實驗日期： 2018 年 2 月鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計鋼框架設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目：某鋼平臺結(jié)構(gòu) 布置及）設(shè)計。、參考規(guī)范及書目1、規(guī)范/ 221）中華人民共和國建設(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）中華人民共和國建設(shè)部 . 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50092001） 4）中華人民共和國建設(shè)部 . 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50017 2003） 5）

2、中華人民共和國建設(shè)部. . 鋼結(jié)構(gòu)項目施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001）6）沈祖炎等 . 鋼結(jié)構(gòu)基本原理，中國建筑工業(yè)出版社， 2006 7）李星榮等 . 鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點設(shè)計手冊 第二版），中國建筑工業(yè) 出版社， 20058）包頭鋼鐵設(shè)計研究院中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)協(xié) . 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 第二版），機械工業(yè)出版社， 2006三、設(shè)計構(gòu)件某多層圖書館二樓書庫樓面結(jié)構(gòu)布置圖如圖1具體參照附表一按學(xué)號確定各自的柱網(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)計中僅考慮豎向荷載和活載作用，框架梁按 連續(xù)梁計算，次梁

3、按簡支梁計算。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)號為單號的同學(xué)用 Q235 鋼，焊條為 E43型；雙號的同學(xué)用 Q345鋼，焊條為 E50 型；活荷載分項系數(shù) 1.4永久荷載分項系數(shù) 1.2/ 22 四、設(shè)計內(nèi)容要求驗算焊接 H型鋼框架柱的承載能力，如不足請自行調(diào)整。設(shè)計次梁截面 CL-1熱軋 H 型鋼)。設(shè)計框架主梁截面 KL-1焊接工字鋼)。設(shè)計框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點，要求采用焊縫連接，短 梁段長度一般為 0.9 1.2m。設(shè)計框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點，要求采用高強螺栓連 接。設(shè)計次梁與主梁工地拼

4、接節(jié)點，要求采用高強螺栓連接。繪制次梁與主梁工地拼接節(jié)點詳圖，次梁與主梁工地拼接節(jié)點， 短梁段及主梁體連接節(jié)點詳圖，梁體截面詳圖， KL-1 鋼材用量表， 設(shè)計說明等。計算說明書，包括構(gòu)件截面尺寸估算、荷載計算、內(nèi)力組合、主 次梁截面設(shè)計、主次梁強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗算，節(jié) 點連接計算。鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計鋼框架設(shè)計說明書一、構(gòu)建整體信息及其簡化模型 某多層圖書館二樓書庫樓面結(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)計中僅考慮豎向荷載 和活載作

5、用?？蚣芰喊催B續(xù)梁計算。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，班級序號 21，柱網(wǎng)尺寸 812，例如下圖中柱網(wǎng)尺寸為 99單位： m)。/ 22二、樓蓋荷載計算及次梁設(shè)計簡化要點：（ 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，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)計值：樓面板活載設(shè)計值：組合均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：組合均布荷載設(shè)計值為：3、計算最大彎矩

6、與剪力設(shè)計值 在設(shè)計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. 次梁驗算 1)按抗彎強度驗算故次梁的抗彎強度滿足要求 剛度驗算/ 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)力組合計算及其設(shè)計1、力學(xué)模型分析及其內(nèi)力計算忽略連續(xù)梁對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，將框架主梁簡化 為三跨連續(xù)梁?？蚣苤髁涸O(shè)計簡圖如下：主梁截面尺寸待

7、定，因此先不計主梁自重荷載：集中恒載標(biāo)準(zhǔn)值：集中活載標(biāo)準(zhǔn)值：集中恒載設(shè)計值：集中活載設(shè)計值：對于連續(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)計及驗算所需截面模量為 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規(guī)范規(guī)定的容許值 。據(jù)此可得到簡支梁的最小高度為(2梁的經(jīng)濟高度 經(jīng)濟高度經(jīng)驗公式為取腹板高度/ 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、縫計算、主梁截面驗算主梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：主梁自重設(shè)計值：主梁包括自重)所承受的最大彎矩與最大剪力按照近似計算：(1抗彎強度驗算 考慮部分發(fā)展塑性變形 取所以抗彎強度滿足要求(2抗剪強度驗算11 / 22所以抗剪強度滿足要求(3局部承壓強度驗算 跨中集中力：局部壓應(yīng)力：(4) 折算應(yīng)力驗算式中 , 腹板計算高度邊緣同一點上同時產(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)定性驗算連續(xù)梁兩端固結(jié)，受壓翼緣自由長度 ，次梁可視為主梁受壓翼緣的一個側(cè)向支承點，故故不需要驗算該梁的整體穩(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 因為考慮了截面部分發(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) 翼緣與腹板焊縫計算故滿足。綜上所述，主梁設(shè)計截面滿足要求四、驗算框架柱的承載能力邊柱驗算：強度驗算不滿足因此選用 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1、 焊縫處內(nèi)力計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度要求外，還必須符合對其尺寸的限制和構(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，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， 其中 為較厚板件的厚度 由上取3 驗算焊縫強度焊縫截面特征我國設(shè)計規(guī)范中規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度不宜大于，當(dāng)超過這個值時，超出部分不予考慮。設(shè)計中豎直焊縫為焊縫計算截面如圖所示：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，計算時忽略。)焊縫強度檢算有規(guī)范，鋼材為 Q

12、235，焊條為 E43型的手工焊，角焊縫強度設(shè)計值為根據(jù)最不利荷載計算出的內(nèi)力，可知在短梁段與柱連接點處的最大內(nèi)力可能出現(xiàn)兩種情況： “a”點應(yīng)力分析：故“a”點滿足要求。2)“ b”點應(yīng)力分析：b”點應(yīng)力為：故“b”點滿足要求。綜上所述焊縫強度滿足要求。六、設(shè)計框架主梁短梁段與梁體工地高強螺栓拼接節(jié)點/ 226.1 連接處內(nèi)力計算因為工地拼接時，預(yù)先將長為 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)力計算表知：梁端最大彎矩對應(yīng)工況下支座最大剪力為取短梁長度為 1.0m，則集中荷載在 1.0m

13、 處產(chǎn)生的內(nèi)力計算如下：彎矩：剪力：高強螺栓的選擇以及孔距的確定因為翼緣板處根據(jù)構(gòu)造要求配置的螺栓數(shù)量遠大于根據(jù)強度驗算所需的數(shù)量，因而翼緣處的螺栓采用 M22 的 10.9 級摩擦型高強螺栓連接，孔徑，腹板處采用 M24 的 10.9 級摩擦型高強螺栓連接，孔徑一個 M20高強螺栓的抗剪承載力設(shè)計值 一個 M24高強螺栓的抗剪承載力設(shè)計值傳力摩擦面數(shù)目為 2 摩擦面的抗滑移系數(shù)，鋼材采用 Q235，噴砂每個高強螺栓的預(yù)壓應(yīng)力，通過查閱鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對于/ 22M22，P取 190KN , 對于 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 梁單側(cè)翼緣連接所需的高強度螺栓數(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)計值為：采用 8 個。 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： 螺栓強度驗算 上述計算表明螺栓強度滿足，可不必進行驗算。 故，翼緣拼接采用八個 M22螺栓，拼接板尺寸為： 外拼接板： 內(nèi)拼接板：腹板拼接設(shè)計梁腹板連接所需的高強螺栓數(shù)目采用 10.9 級的 M24螺栓：考慮到彎矩作用的影響，采用 8個 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度驗算單個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值：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故螺栓的連接強度滿足要求。故，腹板拼接采用 8個 M24螺栓，拼接板尺寸為： 外拼接板：6