钢结构基本原理课程设计钢框架设计说明书

中南大学土木建筑学院1钢结构基本原理课程设计钢框架设计说明书一、设计资料工程名称：某多层图书馆二楼框架书库工程资料：结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值72kNmm，楼面板为150mm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。框架平面布置图和柱截面图如图1和图2。工程要求：（1）设计次梁截面CL-1。（2）设计框架主梁截面KL-1。（3）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。（4）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。（5）绘制主梁与柱连接节点详图，短梁段及梁体连接节点详图，短梁段与梁体制作详图(1#图纸一张)，KL-1钢材用量表，设计说明。（6）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。二、设计参数混凝土自重：325/kNm厚度：150mm粉刷层：317/kNm厚度：15mm中南大学土木建筑学院2找平层：320/kNm厚度：20mm楼面活荷载的标准值：26/kNm水磨石楼面：20.65/kNm钢材（Q235）强度设计值：2215/dfNmm钢材（Q235）抗剪强度设计值：2125/vfNmm钢材（Q235）的弹性模量：522.0610/ENmm三、设计次梁截面CL-11.设计荷载（1）恒载—标准层楼面（标准值）水磨石面层楼面粉刷层找平层结构层：150mm单向钢筋混凝土楼板23/75.3/2515.0mKNmKNm合计：5.055KN/m2（2）活载楼面活载标准值2/7mKN（3）竖向荷载下框架受荷总图荷载由板到梁传递示意图如下图3所示：1.305KN/m2中南大学土木建筑学院3a.荷载标准值楼面板传恒载=mKNmmKN/7475.2225.4/055.5212楼面传递活载=mKNmmKN/5.3125.4/7212b.荷载设计值mKNqqq/397.714.12.1活恒c.最大弯矩与剪力设计值次梁架于主梁之上，相当于简支结构，计算简图如下图4：KNmqlM895.7229397.71818122max71.32721maxqlV2.确定次梁的截面尺寸由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取：KNmMM353.737895.72202.102.1max次梁所需的截面抵抗矩：3610430.3215353.737mmfMWdx计次梁选用工字形截面，则：（1）确定腹板尺寸梁的经济高度：mmWhxe67.75530073取：)(760ehhmmh腹板厚度:mmhtew89.75.3取：mmtw12次梁计算简图4中南大学土木建筑学院4若翼缘的厚度取：20mmt则mmthhw7202（2）确定翼缘尺寸：每个翼缘所需的截面面积：249.30066mmhthWAwxf翼缘板的宽度：232.150mmtAbff暂取：300fbmm（3）次梁截面尺寸特征（如图5-1）：4933100164.21272028812760300mmIx36910306.52760100164.22mmhIxWx3299760037020300236012360mmSx43390103680212300201212720mmIy22064012720203002mmAmmAIiyy07.66206409010368022.13607.669000yyil793.076030020900013.069.0b2ybbb2yy432023514.4xtAhWhf235235]0])7604.42022.136(1[10306.57602064022.1364320793.0262704.0由于b0.6，则：669.0704.0282.007.1'b截面特征图5-1中南大学土木建筑学院5（4）确定焊缝尺寸KNVVmmNfwf71.327',/160max231216000036020300mmSmmIVSfhxwff58.74.111minmax1.51.5206.71fhtmmmmthf242minmax故取8fhmm，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。3.次梁验算次梁自重标准值：（用Q235钢材）8.985.710)10590202502(6自qmKN/22.1次梁自重设计值：KNm464.122.12.12.1自’qq次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力：214.7429908.181895.7228122max'maxqlMMKNlqqV859.32929)908.1394.71(2)'(max（1）整体稳定性验算1973.021510306.5669.010214.742''66maxdxbfWM故次梁的整体稳定满足要求。（2）局部稳定性验算1502357.5151520ybtf84235846012720ywwfth故次梁不会发生局部失稳。(3)刚度验算中南大学土木建筑学院6mmEIlqxk48.11100164.21006.23849000)59.15.317475.22(538459544mmmml48.11362509000250][故满足刚度要求。（4）抗弯强度验算226max/215/2.13310306.505.1241.742'mmNfmmNWMdxx故抗弯强度满足要求。（5）抗剪强度验算：2293maxmax/125/86.4012100164.2299760010859.329mmNfmmNtISVvwxx故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝验算31216000036020300mmS2931max/45.2912100164.2216000010859.329mmNtISVwx296/547.132100164.236010241.742mmNIyMxx2122222/176/02.14245.293547.1323mmNfmmN故翼缘焊缝折算应力符合。综上所述：次梁为实腹式焊接工字型梁，截面为2×300×20+720×12，如右图5-2。翼缘与腹板采用焊缝连接，hf=8mm，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。图5-2中南大学土木建筑学院7四、设计框架主梁KL-11.设计荷载如图，板荷载传递给次梁，次梁传递给主梁。主梁受自重恒载、次梁传递的集中恒载、次梁传递的集中活载。其中边缘主梁⑤受力是主梁③④受力的一半。则以主梁③④进行研究设计。主梁计算简图如下图6：主梁截面尺寸待定，因此先不计主梁自重荷载。集中恒载：KNKNG845.2622.19)59.17475.22(211DCBA主梁计算简图6中南大学土木建筑学院8集中活载：KNQ9.39695.474.1（1）荷载分析：由于此结构具有对称性，故仅对以下六种具有代表性的何在形式进行分析：①次梁传递集中力恒载②连续梁受满布活载③1跨受满布活载④2跨受满布活载⑤1、2跨受满布活载⑥1、3跨受满布荷载中南大学土木建筑学院9（2）内力计算①次梁集中力恒载KNmMKNmM560.2369845.262100.0,981.4139845.262175.021KNmMMCB840.3549845.262150.0KNVVDA996.92845.262350.0KNVVB849.170845.262650.0C右左KNVVB423.131845.262500.0C左右②连续梁受满布活载KNmMKNmM94.5696.396100.0,645.62496.396175.021KNmMMCB41.53496.396150.0KNVVDA81.1386.396350.0KNVVB79.2576.396650.0C右左KNVVB3.1986.396500.0C左右③1跨受满布活载KNmMKNmM0,88.71396.396200.021KNmMKNmMCB235.8996.396025.0,94.35696.396100.0KNVKNVDA915.96.396025.0,64.1586.39640.0KN915.96.396025.0,96.2376.396600.0C右左VKNVBKNVVB575.496.396125.0C左右中南大学土木建筑学院10④2跨受满布活载KNmMKNmM645.62496.396175.0,021KNmMMCB705.26796.396075.0KNVVDA745.296.396075.0KNVVB745.296.396075.0C右左KNVVB3.1986.396500.0C左右⑤1、2跨受满布活载KNmMKNmM008.48996.396137.0,243.57896.396162.021KNVKNVDA83.196.396050.0,895.1286.396325.0KNVKNVB83.196.396050.0,705.2676.396675.0C右左KNVKNVB725.1486.396375.0,875.2476.396625.0C左右⑥1、3跨受满布荷载KNmMKNmM0,282.76096.396213.021KNmMMCB745.2996.396075.0KNVVDA555.1686.396425.0KNVVB045.2286.396575.0C右左KNVVB0C左右（3）内力组合及最不利荷载项目工况Ⅰ（①+②）工况Ⅱ（①+③）工况Ⅲ（①+④）工况Ⅳ（①+⑤）工况Ⅴ（①+⑥）最不利荷载M1（KNm）1038.6351127.861413.981992.2241174.2631174.263M2（KNm）293.5236.56861.205725.56236.56861.205MB（KNm）-889.25-711.78-622.545-979.485-384.585-979.485MC（KNm）-889.25-265.605-622.545-533.31-384.585-889.25VA（KN）231.806251.63663.251221.891261.551261.551中南大学土木建筑学院11VD（KN）-231.806-102.911-63.251-73.166-261.551-261.551VB左（KN）-428.639-408.809-170.849-438.554-398.894-438.554VC右（KN）428.639160.934200.594190.679398.894428.639VB右（KN）330.353180.998329.723379.298131.423379.298VC左（KN）-330.353-81.84866.87717.302-131.423-330.353故由以上计算表知：最不利弯矩为：KNmM263.1174max最不利剪力为：KNV554.438max2.确定主梁的截面尺寸：由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取：KNmM748.119