中南大学级钢结构课程设计计算书

中南大学钢结构课程设计题目：某钢平台结构布置及设计指导老师：龚永智老师姓名：周晓班级：土木1112班学号：12081117242014年2月25日2/25一、设计任务…………………………………………………3二、设计计算…………………………………………………..4A、楼面板部分……………………………………………4B、次梁部分……………………………………………..4C、主梁部分……………………………………………..6D、柱子部分……………………………………………..16E、连接部分……………………………………………..17（一）.框架主梁短梁段与框架柱节点（焊缝连接）（二）.框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点（高强螺栓连接）（三）.次梁与主梁工地拼接节点（高强螺栓连接）三、设计总结………………………………………………….243/25一、设计任务1、设计题目：某钢平台结构（布置及）设计。2、参考规范及书目：（1）中华人民共和国建设部.建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）（2）中华人民共和国建设部.房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001）（3）中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范（GB5009－2001）（2006版）（4）中华人民共和国建设部.钢结构设计规范（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部..钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）（6）沈祖炎等.钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006（7）李星荣等.钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005（8）包头钢铁设计研究院中国钢结构协会房屋建筑钢结构协.钢结构设计与计算（第二版），机械工业出版社，20063、设计构件：某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图（按照班级编号我是28号，参照附表一可知：柱网尺寸6×9，活荷载8，永久荷载5，钢材Q345,焊条E50型）。结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚单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。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600×300×12×18，楼层层高取3.9m。活荷载分项系数1.4；永久荷载分项系数1.2。4、设计内容要求：（1）验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整。（2）设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。（3）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。4/25（4）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0.9～1.2m。（5）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。（6）设计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。（7）绘制主梁与柱连接节点详图，次梁与主梁工地拼接节点，短梁段及主梁体连接节点详图，梁体截面详图，KL-1钢材用量表，设计说明等。（8）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，节点连接计算。二、设计计算根据荷载传力途径：楼面板－次梁－主梁－柱，依次计算各部分受力情况。A、楼面板部分楼面板为120mm厚单向实心钢筋混凝土板。楼面活载标准值：mKNqk/24380楼面板永久荷载标准值：mKNqk/15351楼面板自重已经包括在永久荷载里面，所以不计算。楼面板荷载设计值：q1.4241.21551.6kN/m楼面板荷载标准值：k241539/qKNmB、次梁部分次梁在主梁上方，按简支梁计算。次梁弯矩图：次梁剪力图：5/25单根次梁上最大弯矩为:22max11q51.69522.4588MlKNm两端剪力最大值为:max11q51.69232.20KN22lV选用截面模量最小值：63max522.45101605.07f1.05310xxdMWcm根据截面模量选用热轧H型钢5002001016HN,查附表可知：1225002001016180HmmBmmmmmmAcmtt4x33478001858.91084.120.5xxxWcmcmcmcmISi次梁验算由于选择的是热轧H型钢，不用验算局部稳定。又混凝土板覆盖在受弯构件的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止受压翼缘的侧向变形，故不用验算次梁的整体稳定性。综上分析可知，次梁验算需要对强度和刚度进行验算。①抗弯强度检验（翼缘边缘的弯曲应力）：622max3522.4510267.67/310/1.051858.910xxMNmmfNmmW满足②抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：3322max4xw232.20101084.11045.14/180/464721012tXvNmmfNmmVSI满足③折算应力（腹板和翼缘交界处）：6/25212r)5002(207.0)267.67238.76/500htNmmh（222222113238.76345.14251.24/1.1341/ZSNmmfNmm满足④刚度检验445455399000900034.80363843842.06104647210250250kxqllVmmmmEI满足C、主梁部分由简化力学模型得知，忽略连续梁对框架梁的荷载影响，只考虑次梁传递的荷载。而次梁的荷载又分为永久荷载和活荷载两部分，需要考虑荷载的最不利布置情况。选取中间一拼框架梁做分析计算，由于将次梁简化为两端铰接，各个部分所传递的荷载都相同。中间一拼框架梁同时承受两个次梁传递的荷载。主梁力学简化模型图：主梁截面尺寸待定，先不计主梁自重荷载。集中恒载标准值：𝐺𝑘=15×9=135𝑘𝑁集中活载标准值：𝑄𝑘=24×9=216𝑘𝑁集中恒载设计值：𝐺=15×9×1.2=162𝑘𝑁集中活载设计值：𝑄=24×9×1.4=302.4𝑘𝑁荷载分析：此结构具有对称性，仅对以下六种具有代表性的荷载在形式进行分析：①次梁传递集中力恒载②连续梁受满布活载7/25③1跨受满布活载④2跨受满布活载⑤1、2跨受满布活载⑥1、3跨受满布荷载不同荷载组合下的内力图①+②弯矩图：剪力图：8/25①+③弯矩图：剪力图：①+④弯矩图：剪力图：9/25①+⑤弯矩图：剪力图：①+⑥弯矩图：剪力图：10/25通过上图比较可知：最不利弯矩为①+⑥组合中：max555.66MKNm最不利剪力为①+⑤组合中：max309.41KNV考虑计算时未计自重，出于安全考虑取1.1555.66611.23MKNm主梁选用截面模量最小值：63max611.23101877.82f1.05310xxdMWcm假设主梁钢板厚度16mm，Q345钢的抗弯强度设计值得f=310N/2mm,E=206×310N/2mm和lv=250。梁最大容许挠度为L/250.尺寸设计（1）.腹板高度1）.钢梁的最小高度（按最大挠度限值确定）min3553109000.25054331.231.220610fllhmmEv2）.经济高度经验公式33x7-3071877.82-3056.361cm563.61mmhew综上计算，取腹板高度wh=0h=620mm(2).腹板厚度1）.抗剪要求wt=3max1.2309.411.23.32mm62018010wvVhf11/252）.局部稳定和构造因素wt=3.5wh=mm12.75.3620综上取wt=10mm，选用腹板620×10。(3).翼缘板截面尺寸（b×t）一般翼缘宽度取10mm的倍数，厚度取2mm的倍数翼缘宽度）（124,206.7(1/5,1/3)h=b，取mm200b在确定b和t时，应考虑翼缘板的局部稳定性要求，近似取tb2≤15235yf＝15235345=12.38即mmb28.746.2720046.27t根据抗剪强度和整体稳定性要求b×t≥wxhW－61whwt321877.821-620101995.41620610mm即1995.411995.419.98200tmmb取mm14t(4).截面特征根据上面计算，主梁截面尺寸如图。计算截面特征：mmI4833x10614.7]620)10200(648200[121mmhIWx38x76.235011232410614.72mmS3x1368100)2142620(14200231010310mmIy473310872.120014121210620121mmA21180010620214200mmAIixx02.2541180010614.7812/25mmAIiy83.391180010872.17y（5）确定焊缝尺寸查规范知Q345钢角焊缝抗剪强度为2f180wNmmfmax309.41KNV136201420014()88760022Smm13811.4309.418876001.431.41807.6141010fwxfmmVSIhfmaxfmin1.51.5145.61mmthminfmax1.21.21012mmth取10fhmm。钢结构在焊接时焊条采用E50系列，焊接方法为手工焊。主梁验算主梁自重标准值：6g7.85118009.80.9110qAkNm自重主梁自重设计值：01.21.20.911.09qkNmq自重主梁含自重后的最大弯矩和剪力近似为：22max0max01611.231.09616.148186KNmMMql0max0max11309.411.096312.6822lKNqVV强度验算1）抗弯强度验算226max0616.1410249.691.052350112.76310mmmmxxdMWNNf满足抗剪强度验算：13/25322max08xw312.6810136810056.18/180/7.6141010tXvNmmNmmVSIf满足局部压应力：322c1.0464.4203.683101022810dwzFNNmmmmftl式中:F为跨中集中力，162302.4464.4FGQKN158514022852zRmmahlha为集中荷载沿梁跨度方向上的支撑长度，取a=158mmyh为自集中荷载作用面至腹板计算点的距离，yh=14mm为集中荷载增大系数，此处取=1.0fd为钢材的抗压强度设计值，mmNfd2310局部承压满足要求，且不需要设置支承加劲肋2）折算应力：（翼缘与腹板相接处计算折算应力）012620249.69238.90620214hmmNhmax011xw328312.681088760036.45/7.6141010tNmmVSI222222112zs23/238.9203.68203.6836.45232.133103238.9ccdmmNNfmm满足3）焊缝强度验算：3221811.488760026.04180312.681.4107.6141010xfwfVNNSmmmmhIf满足整体稳定验算：将次梁作为主梁的侧向支撑，则14/2521.1334523516152003000l1b，故需要验算整体稳定性。其侧向的计算长度：m1.27.03loy长细比:81.1102.2543000xilxox72.5283.392100yilyoymax=max(x,y)=52.72[]=150.0