鋼結構課程設計--鋼框架主次梁設計

1、<p>　　《鋼結構基本原理》課程設計任務書</p><p>　　題 目：鋼框架主次梁設計</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><

2、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計條件2</b></p><p>　　二、設計內容和要求3</p><p>　　三、設計次梁截面CL-14</p><p>　　3.1 次梁荷載設計（不含次梁的自重）4</p><p>　　3.2

3、 次梁截面設計5</p><p>　　3.3 次梁截面驗算5</p><p>　　四、框架主梁內力組合及其計算5</p><p>　　4.1主梁荷載設計5</p><p>　　4.2 主梁截面設計10</p><p>　　4.3 主梁截面驗算11</p><p>　　五、設計框架主梁

4、短梁段與梁體工地拼接節(jié)點13</p><p>　　5.1 計算拼接點荷載13</p><p>　　5.2 螺栓連接設計13</p><p>　　六、設計框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點17</p><p>　　6.1焊縫尺寸確定17</p><p>　　6.2 焊縫截面特征18</p><

5、p>　　6.3 焊縫受力分析18</p><p><b>　　七、設計體會20</b></p><p><b>　　八、參考文獻21</b></p><p><b>　　一、設計條件</b></p><p>　　某多層鋼框架結構三樓樓面結構布置如圖1所示，結構采用橫

6、向框架承重，柱網布置尺寸及樓面活載大小詳見“五 附圖”。樓面板為150mm厚單向實心鋼筋混凝土板，樓層裝修從下至上具體如下：輕鋼龍骨吊頂(0.2<標準值>)→框架鋼梁→150mm厚實心鋼筋混凝土板(25<標準值>) →水磨石面層(包括20mm厚水泥砂漿找平，0.65<標準值>)。荷載傳力途徑為：樓面板－次梁－主梁－柱－基礎。設計中僅考慮豎向荷載作用，框架主梁按連續(xù)梁計算，次梁按簡支梁計算。</p

7、><p>　　結構布置柱網尺寸及樓面活荷載大小</p><p>　　以下設計中鋼材選用Q235。</p><p><b>　　二、設計內容和要求</b></p><p>　　（1）進行次梁CL-1截面設計。</p><p>　　（2）進行框架主梁KL-1截面設計，并繪制施工圖。</p>

8、<p>　?。?）進行框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點設計，短梁段長度一般為0.9～1.2m，要求采用高強螺栓連接，并繪制施工圖。</p><p>　?。?）進行框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點設計，要求采用焊縫連接，并繪制施工圖。</p><p>　　要求：提交設計計算說明書一份，框架主梁KL-1施工圖（一號圖）一張。</p><p><b>　

9、　計算說明書包括：</b></p><p>　　構件截面尺寸估算、荷載計算、內力組合、主次梁截面設計（包括截面板件連接焊縫設計）、主次梁強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗算。</p><p>　　計算書按中南大學課程設計統(tǒng)一格式編制，要求文本規(guī)范、層次分明、字體工整，圖表準確，并按以下順序裝訂成冊：封面、設計任務書、目錄（應標明各章節(jié)頁碼）、設計計算正文文本、設計體會、參考文獻（

10、按規(guī)范格式書寫）、封底。</p><p><b>　　施工圖繪制包括：</b></p><p>　　繪制框架主梁短梁段與梁體制作詳圖、框架主梁短梁段與柱連接節(jié)點詳圖、短梁段與主梁梁體連接節(jié)點詳圖，KL-1鋼材用量表，設計說明(1#圖紙一張)。</p><p>　　施工圖圖面布置合理，比例適當，圖面整潔，線條清楚，文字采用宋體或仿宋體，符合制圖標

11、準，達到施工圖要求。</p><p>　　三、設計次梁截面CL-1</p><p><b>　　1.次梁荷載設計</b></p><p><b>　?。?）荷載標準值</b></p><p>　　1）由于次梁可以看作是兩端鉸接的，為了簡化計算，只將次梁兩側的樓面荷載以及樓面板自重加入計算，荷載的標準

12、值如下 </p><p><b>　　樓面活載：；</b></p><p>　　2）根據樓面板的構造可知</p><p><b>　　樓面混凝土自重：；</b></p><p><b>　?。?）荷載設計值：</b></p><p>　　（3）最大彎矩與

13、剪力設計值</p><p>　　次梁架于主梁上，相當于簡支梁結構，計算簡圖如下</p><p><b>　　次梁荷載分布圖：</b></p><p><b>　　次梁彎矩分布圖：</b></p><p><b>　　次梁剪力分布圖：</b></p><p&g

14、t;　　最大彎矩設計值為： </p><p><b>　　2.次梁截面設計</b></p><p>　　根據截面模量選用熱軋普通工字型鋼I63c，其截面特性及基本尺寸如下：</p><p><b>　　3.次梁截面驗算</b></p><p>　　由于選用型鋼，故無需檢驗其整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定，只需檢

15、驗強度及剛度即可，計算如下： </p><p>　?。?）抗彎強度度驗算</p><p><b>　　，滿足</b></p><p><b>　?。?）抗剪強度驗算</b></p><p><b>　　，滿足</b></p><p><b>　

16、　（3）剛度驗算</b></p><p><b>　　，滿足</b></p><p>　　綜合上述計算，故次梁選用I63c滿足要求。</p><p>　　四、 框架主梁內力組合計算及其設計</p><p><b>　　1.主梁荷載設計</b></p><p>　　

17、由簡化力學模型得知，忽略掉連續(xù)梁對框架梁的荷載影響，只考慮次梁傳遞的荷載。而次梁的荷載又分為恒載和活載兩部分，故要考慮荷載的最不利布置情況。選取中間一拼框架梁做分析計算，由于將次梁簡化為兩端鉸接，各個部分所傳遞的荷載都相同。中間一拼框架梁同時承受兩個次梁傳遞的荷載。</p><p><b>　　主梁力學簡化模型圖</b></p><p>　　主梁截面尺寸待定，因此先假

18、設不計主梁自重荷載，在驗算中再計入自重。</p><p><b>　　集中恒載設計值：</b></p><p><b>　　集中活載設計值：</b></p><p><b>　?。?)荷載分析：</b></p><p>　　由于結構的對稱性，僅對以下6種荷載形式進行分析，并用“

19、結構力學求解器”求出彎矩圖和剪力圖如下所示：</p><p>　　1）次梁傳遞集中力恒載</p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b>　　剪力圖：</b></p><p>　　2）連續(xù)梁受滿布活載</p><p><b>　　彎矩圖：<

20、;/b></p><p><b>　　剪力圖</b></p><p><b>　　3）跨受滿布活載</b></p><p><b>　　彎矩圖</b></p><p><b>　　剪力圖</b></p><p><b&g

21、t;　　4）2跨受滿布活載</b></p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b>　　剪力圖：</b></p><p>　　5）1、2跨受滿布活載</p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><

22、b>　　剪力圖：</b></p><p>　　6）1、3跨受滿布活載</p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b>　　剪力圖：</b></p><p><b>　　（2）內力計算</b></p><p>　?。?/p>

23、3）內力組合及最不利荷載</p><p><b>　　故由上表可知：</b></p><p><b>　　2.主梁截面設計</b></p><p>　　先假設鋼板厚度，則取Q345鋼的抗彎強度設計值得, ，梁最大容許撓度為，</p><p><b>　　先假設。</b><

24、/p><p><b>　　（1）腹板高度</b></p><p>　　1）鋼梁的最小高度（按撓度限值計算）</p><p>　　2）經濟高度經驗公式</p><p><b>　　綜合上述，</b></p><p><b>　　腹板厚度</b></p&g

25、t;<p><b>　　取腹板厚度</b></p><p><b>　　翼緣寬度及厚度</b></p><p><b>　　翼緣寬度,取</b></p><p><b>　　翼緣厚度取</b></p><p><b>　　則，滿足&

26、lt;/b></p><p><b>　　截面特征</b></p><p><b>　　確定焊縫尺寸</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　3.主梁截面驗算</b></p><p>　　主

27、梁自重標準值：（此處采用鋼材）</p><p><b>　　主梁自重設計值：</b></p><p>　　主梁（包含自重）所承擔的最大彎矩值與最大剪力近似按下式計算：</p><p><b>　　（1）強度驗算</b></p><p><b>　　1）抗彎強度</b></

28、p><p><b>　　2）抗剪強度</b></p><p><b>　　3）局部承壓強度</b></p><p><b>　　4)折算應力</b></p><p>　　綜合上述，故滿足強度條件</p><p><b>　?。?）整體穩(wěn)定驗算<

29、;/b></p><p><b>　　，則</b></p><p><b>　　故整體穩(wěn)定性滿足</b></p><p><b>　?。?）局部穩(wěn)定驗算</b></p><p><b>　　故局部穩(wěn)定性滿足</b></p><p&

30、gt;<b>　　剛度驗算</b></p><p><b>　　故滿足剛度要求</b></p><p>　?。?）翼緣與腹板焊縫計算</p><p><b>　　，滿足要求。</b></p><p>　　綜上可知，主梁設計截面滿足要求。</p><p>

31、　　五、框架主梁短梁段與梁體工地拼接結點設計</p><p><b>　　1.計算拼接點荷載</b></p><p>　　由于工地拼接時，預先將長為1.0m的主梁與柱子焊接，利用結構力學求解器得到各種不利荷載組合下的內力圖如下</p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b

32、>　　剪力圖：</b></p><p>　　由求解器求得在為距柱子1.0m處的最大內力為：</p><p><b>　　2.螺栓連接設計</b></p><p><b>　　則按比例分配得</b></p><p><b>　?。?）翼緣拼接設計</b><

33、/p><p>　　1）梁單側翼緣連接所需的高強度螺栓數目</p><p>　　采用10.9級的M20螺栓：</p><p>　　翼緣外側拼接連接板的厚度：</p><p>　　翼緣內側拼接連接板的厚度：</p><p><b>　　取</b></p><p>　　如果考慮內外側

34、拼接板截面面積相等，則有：</p><p><b>　　4）螺栓強度驗算</b></p><p>　　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6個M20螺栓，拼接板尺寸為：</p><p><b>　　外拼接板：</b></p><p><b>　　內拼接板：</b&

35、gt;</p><p>　　翼緣螺栓分布圖如下：</p><p><b>　?。?）腹板拼接設計</b></p><p>　　1）梁腹板連接所需的高強螺栓數目 ： </p><p>　　2）腹板兩側連接板的厚度：</p><p><b>　　3)螺栓強度驗算 </b><

36、;/p><p>　　單個螺栓的抗剪承載力設計值：</p><p>　　故螺栓的連接強度滿足要求，腹板采用10M20螺栓，</p><p>　　拼接板尺寸為：，螺栓布置如下：</p><p>　?。?）螺栓的凈截面強度驗算：</p><p><b>　　選截面1—1討論：</b></p>

37、<p><b>　　最大正應力</b></p><p><b>　　最大剪應力</b></p><p><b>　　交接處折算應力</b></p><p>　　綜上，螺栓選擇和布置符合要求。</p><p>　　六、 框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點設計</p&g

38、t;<p>　　在剪力和軸力作用下，焊縫應力分布為矩形。其中剪應力由腹板承擔，軸力則由所有焊縫承受。在彎矩作用下，焊縫應力分布為三角形。從應力分布來看，最危險點為“a”或者“b”點(如下圖)。</p><p><b>　　1.焊角尺寸確定</b></p><p>　　采用手工焊角焊縫，則有焊角尺寸應滿足</p><p><b

39、>　　又</b></p><p><b>　　焊縫示意圖：</b></p><p><b>　　2.焊縫截面特征</b></p><p><b>　　水平焊縫面積</b></p><p><b>　　豎向焊縫面積</b></p>

40、;<p><b>　　焊縫總面積 </b></p><p>　　構件截面對稱，焊縫也對稱，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</p><p><b>　　求焊縫慣性矩</b></p><p><b>　　3.焊縫受力分析</b></p>

41、<p>　　根據最不利荷載計算出的內力，可知在短梁段與柱連接點處的最大內力可能出現(xiàn)兩種情況：（軸力為0）</p><p><b>　　“a”點應力分析</b></p><p><b>　　“a”點應力為</b></p><p>　　結論：“a”點應力滿足要求。</p><p>　?。?）“

42、b”處受力為：</p><p><b>　　“b“點應力為</b></p><p>　　結論：“b“點應力滿足要求。</p><p>　　綜上，螺栓選擇和布置符合要求。</p><p><b>　　七、設計體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，我更加扎實地掌握了

43、有關鋼結構設計方面的知識，首先，課程設計幫助我們鞏固了課堂的理論知識。將一些在課堂上一知半解的知識進行了進一步消化，有了更深的理解。另外，課程設計還將課上零散的知識串聯(lián)在了一起，從鋼材的選擇，到梁截面的選擇，再到構件間的連接，都有一個系統(tǒng)的回顧。讓我們重新瀏覽了一遍書本，梳理了鋼結構基本原理的知識。</p><p>　　在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一遍遍的思考和審視終于發(fā)現(xiàn)了問題的關鍵所在，同時也暴露出

44、了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，只有自己真正動手去做，才能明白這其中的奧妙。</p><p>　　在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的驗算環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在同學們的共同努力下，也都終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習時間過程中，我們一定要不懈努力，不

45、能遇到問題就想到要退縮，而應積極主動地去面對問題，并發(fā)現(xiàn)癥結，然后一一進行解決，只有這樣，才能有所收獲，才能從這精心安排的課程設計中學到一些知識。</p><p>　　課程設計雖說是一門專業(yè)性很強的課程，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，但其同時又是一門哲學課，讓我明白了許多道理。通過此次課程設計，我掌握了鋼結構的幾種受力類型及相應的破壞形式；了解了驗算每種破壞形式的原理及步驟；同時對鋼結構的螺栓和焊縫連接也

46、有了更深一步的認識。</p><p>　　回顧此次課程設計，至今讓感慨頗多，從理論到時間，在這短短幾天的日子里，可以說是苦多于甜，但是我們也真的學到了很多東西，不僅鞏固了之前的知識，還獲得了許多書本之外的寶貴財富。這次課程設計讓我明白了理論纖細實際的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合，從理論中得出結論，并以實踐驗證，才是真正的有所收獲，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在

47、設計過程中遇到問題是必然的，但在解決問題中始終保持一顆求學的心卻是我們的學海無涯的心態(tài)使然。</p><p>　　八、設計規(guī)范及參考書籍</p><p><b>　　1.規(guī)范</b></p><p>　　（1）中華人民共和國建設部. 建筑結構制圖標準[S]（GB/T50105－2001）</p><p>　?。?）中華人

48、民共和國建設部. 房屋建筑制圖統(tǒng)一標準[S]（GB/T50001－2001）</p><p>　?。?）中華人民共和國建設部. 建筑結構荷載規(guī)范[S]（GB5009－2001）</p><p>　　（4）中華人民共和國建設部. 鋼結構設計規(guī)范[S]（GB50017－2003）</p><p>　?。?）中華人民共和國建設部. 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S]（GB5

49、0205-2001）</p><p><b>　　2.參考書籍</b></p><p>　　（1）沈祖炎等. 鋼結構基本原理[M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2006</p><p>　?。?）毛德培. 鋼結構[M]. 中國鐵道出版社，1999</p><p>　　（3）陳紹藩. 鋼結構[M]. 中國建筑工業(yè)出版社，2003