中南大学钢结构课程设计.doc

中南大学土木工程学院土木工程专业(本科)
《钢结构基本原理》课程设计任务书
题目:钢框架主次梁设计
姓名:朱钊辰
班级:土木天佑1001
学号:
目录
一、设计条件 2
二、设计内容和要求 3
三、设计次梁截面CL-1 4
次梁荷载设计(不含次梁的自重) 4
次梁截面设计 5
次梁截面验算 5
四、框架主梁内力组合及其计算 5
5
主梁截面设计 10
主梁截面验算 11
五、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点 13
计算拼接点荷载 13
螺栓连接设计 13
六、设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点 17
17
焊缝截面特征 18
焊缝受力分析 18
七、设计体会 20
八、参考文献 21

一、设计条件
某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示,结构采用横向框架承重,柱网布置尺寸及楼面活载大小详见“五附图”。楼面板为150mm厚单向实心钢筋混凝土板,楼层装修从下至上具体如下:轻钢龙骨吊顶(<标准值>)→框架钢梁→150mm厚实心钢筋混凝土板(25<标准值>) →水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平,<标准值>)。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作用,框架主梁按连续梁计算,次梁按简支梁计算。
结构布置柱网尺寸及楼面活荷载大小
组别
主梁跨度B (mm)
次梁跨度L (mm)
楼面活载标准值(kN/m2)
1
8400
9000

2
8400
9000

3
8000
8400

4
8000
8400

5
8000
9000

√ 6
8000
9000

以下设计中钢材选用Q235。
二、设计内容和要求
(1)进行次梁CL-1截面设计。
(2)进行框架主梁KL-1截面设计,并绘制施工图。
(3)进行框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点设计,~,要求采用高强螺栓连接,并绘制施工图。
(4)进行框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计,要求采用焊缝连接,并绘制施工图。
要求:提交设计计算说明书一份,框架主梁KL-1施工图(一号图)一张。
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(包括截面板件连接焊缝设计)、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。
计算书按中南大学课程设计统一格式编制,要求文本规范、层次分明、字体工整,图表准确,并按以下顺序装订成册:封面、设计任务书、目录(应标明各章节页码)、设计计算正文文本、设计体会、参考文献(按规范格式书写)、封底。
施工图绘制包括:
绘制框架主梁短梁段与梁体制作详图、框架主梁短梁段与柱连接节点详图、短梁段与主梁梁体连接节点详图,KL-1钢材用量表,设计说明(1#图纸一张)。
施工图图面布置合理,比例适当,图面整洁,线条清楚,文字采用宋体或仿宋体,符合制图标准,达到施工图要求。
三、设计次梁截面CL-1

(1)荷载标准值
1)由于次梁可以看作是两端铰接的,为了简化计算,只将次梁两侧的楼面荷载以及楼面板自重加入计算,荷载的标准值如下
楼面活载:;
2)根据楼面板的构造可知
楼面混凝土自重:;
(2)荷载设计值:

(3)最大弯矩与剪力设计值
次梁架于主梁上,相当于简支梁结构,计算简图如下
次梁荷载分布图:
次梁弯矩分布图:
次梁剪力分布图:
最大弯矩设计值为:



根据截面模量选用热轧普通工字型钢I63c,其截面特性及基本尺寸如下:


由于选用型钢,故无需检验其整体稳定及局部稳定,只需检验强度及刚度即可,计算如下:
(1)抗弯强度度验算
,满足
(2)抗剪强度验算
,满足
(3)刚度验算

,满足
综合上述计算,故次梁选用I63c满足要求。
四、框架主梁内力组合计算及其设计

由简化力学模型得知,忽略掉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恒载和活载两部分,故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,因此先假设不计主梁自重荷载,在验算中再计入自重。
集中恒载设计值:
集中活载设计值:
(1)荷载分析:
由于结构的对称性,仅对以下6种荷