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1、2011级土木工程钢结构课程设计中南大学铁道校区本科土木工程专业钢结构基本原理课程设计设计书姓 名： 学 院：土木工程学院班 级：土木工程1115学 号：指导老师：蔡勇日 期：2014/2/15目录一、设计规范及参考书籍.3二、设计构件. .3三、设计内容要求. .3四、设计次梁截面CL-1.4 4.1 次梁截面内力计算（不含次梁的自重）.4 4.2 次梁截面选取.5 4.3 次梁截面的验算.8五、设计框架主梁截面KL-1.10 5.1 框架主梁截面内力计算.10 5.2 主梁截面选取.185.3 主梁截面的验算. 20六、设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点.216.1 设计资料. .216.

2、2 连接计算. .226.3 按构造设置水平加劲肋.23七、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点.24 7.1 连接处内力计算.24 7.2 高强螺栓的连接设计.25 7.3 验算净截面强度.28八、设计体会.30 一、设计规范及参考书籍1、规范（1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T501052001）（2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T500012001）（3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB50092010）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB500172003）（5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范

3、（GB50205-2001）2、参考书籍（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006（2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999（3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003（4）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（5）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，2006（6）钢梁在满足刚度要求下梁高的估算（7）焊缝强度设计值（8）钢结构设计手册（第二版）（上、下），中国建筑工业出版社，2006二、设计构件某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如下图，结构采用横向框架承重，楼面活

4、荷载标准值6（第一组）、8（第二组），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。柱与主梁采用刚性连接。三、设计内容要求（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0.91.2m。（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

5、、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。四、设计次梁截面CL-1学号120811楼面活荷载标准值83.1次梁截面内力计算（不含次梁的自重）（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）根据楼面板的构造计算如下： 轻钢龙骨吊顶(0.2) 150mm厚实心钢筋混凝土板(25) 水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平，0.65) 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： 次梁荷载分布图由此可知其弯

6、矩最大值出现在跨中，最大弯矩（跨中截面处）设计值为： 最大剪力（支座处）设计值为： 3.2次梁截面选取由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取： 次梁所需的净截面模量：次梁选用工字形截面，则： （1）确定腹板尺寸梁的经济高度： 取： 腹板厚度: 取： 若翼缘的厚度取： 则 （2）确定翼缘尺寸： 每个翼缘所需的截面面积： 翼缘板的宽度： 暂取： （3）次梁截面尺寸特征（如下图）： 由于，则： （4）确定焊缝尺寸 故取，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） 次梁自重设计值： 次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力： （1）整体

7、稳定性验算 故次梁的整体稳定满足要求。（2）局部稳定性验算 故次梁不会发生局部失稳。 (3) 刚度验算 故满足刚度要求。（4） 抗弯强度验算 故抗弯强度满足要求。（5）抗剪强度验算：故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝验算 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232020+74012，如下图。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。 五、设计框架柱梁CL-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。其中边缘主梁受力是主梁受力的一半。则以主梁进行研究

8、设计。主梁计算简图如下图： A B C D主梁截面尺寸待定，因此先不计主梁自重荷载。集中恒载(设计值)：集中活载（设计值）：主梁承受次梁传递的集中恒载：连续梁受满布活载1跨受满布活载2跨受满布活载1、2跨受满布活载1、3跨受满布活载内力组合及最不利荷载项目工况I（+）工况II（+）工况III（+）工况IV（+）工况V（+）最不利荷载（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）故由以上计算表知： 最不利弯矩为： 最不利剪力为：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： 主梁所需的截面抵抗矩： 主梁也选用工字形截面，则：（1）确定腹板尺寸： 主梁的经济高度： 取： 腹板厚

9、度: 取： 若翼缘的厚度取： 则： （2）确定翼缘尺寸： 每个翼缘所需的截面面积： 翼缘板的宽度： 综合上述取： （3）主梁截面尺寸特征： 翼缘：30020 腹板：93012 （3） 确定焊缝尺寸 ， ， 取： 。钢结构在焊接时焊条采用E43系列，焊接方法为手工焊。3. 主梁验算主梁自重标准值：（用Q235钢材） 主梁自重设计值： 主梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力近似按下式计算： （1） 整体稳定验算： 将次梁作为主梁的侧向支撑，则故主梁的整体稳定不必验算。（2）局部稳定性验算 故次梁不会发生局部失稳。 (3) 刚度验算 故满足刚度要求。 （4）抗弯强度验算 故抗弯强度满足要求。（

10、5）抗剪强度验算： 故主梁的抗剪强度满足要求。（6）翼缘焊缝折算应力验算 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230020+93012。翼缘与腹板采用焊缝连接，hf=10mm，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。六、框架主梁短梁段与框架柱连接节点的设计：1. 设计资料受力类型：弯矩、剪力（轴力较小忽略不计）荷载数据：短梁和柱通过焊缝连接，短梁长1m。由以上计算知，梁端最大弯矩和最大剪力分别为：M=1040.54KNm，V=463.20KN。 焊缝的强度设计值：主梁为组合工字型截面（），材料Q235钢，焊条为E43型焊条采用角焊缝焊接。截面尺寸和作用

11、荷载如图所示。 2. 连接计算连接采用沿全周施焊的角焊缝连接，转角处连续施焊，没有起弧和落弧所引起的焊口缺陷，并假定全部剪力由腹板的连接焊缝承担，不考虑工字形翼缘端部绕转部分焊缝的作用。角焊缝尺寸是根据板件的厚度确定的，由构造要求最大焊脚尺寸，规范规定：当t6mm hft-12=12-12=1011mm t为较小板件的厚度。 最小焊脚尺寸，规范规定：hf1.5t=1.520=6.7mm t为较厚焊件厚度 由上，取焊脚尺寸 hf=10mm设沿工字形梁全周角焊缝的焊角尺寸为水平焊缝绕自身轴的惯性矩很小，计算时忽略，全部焊缝对x轴的截面惯性矩近似地取： 焊缝在最外面边缘“1”点处的截面抵抗矩：焊缝在

12、腹板顶部“2”点处的截面抵抗矩：在弯矩作用下，角焊缝在最边缘处“1”点处的最大应力为：在翼缘和腹板交接的角焊缝“2”点处的M与V的共同作用下的应力为： 满足设计要求。3. 按构造设置水平加劲肋水平加劲肋应设置于柱上相连梁的上下翼缘的位置上，且水平加劲肋的水平中心线应与梁翼缘的水平中心线相重合；此时梁翼缘的内力作为集中力作用于柱上。为了保证连接节点处不致于产生局部破环，水平加劲肋应按以下要求分别在与梁上下翼缘对应处柱腹板的两侧成对地布置。a、 按水平加劲肋的构造要求，设定其厚度为b、 水平加劲肋的自由外伸宽度应满足下式要求： 得出，c、 水平加劲肋采用完全焊透的坡口对接焊接连接取 故，焊缝截面如

13、图，取。七、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点（采用高强度螺栓）1. 计算螺栓连接处的荷载： （1）由集中荷载产生的固端弯矩： 由上述主梁内力计算表知：梁端最大弯矩 ，对应工况下支座最大剪力为取短梁长度为1.0m，则集中荷载在1.0m处产生的内力计算如下： 弯矩： 剪力：（2）由均布荷载产生的固端弯矩： 由均布荷载产生的端部剪力： 均布荷载在1m处产生的内力计算如下： 弯矩： 剪力：（3）由集中、均布荷载叠加所得的弯矩剪力： 弯矩： 剪力：2. 设计螺栓连接： 采用精确设计的方法，即弯矩由翼缘和腹板共同承担，剪力仅由腹板承担，翼缘承担的弯矩和腹板承担的弯矩，二者按刚度成比例分配： 则： （1

14、）翼缘拼接设计1 梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目采用10.9级摩擦型高强M24螺栓，起孔径为25.5mm,连接处的构件接触面的为喷砂处理方法，抗滑移系数：，预拉力为：P=225kN 螺栓两排布置，螺栓孔径取25.5mm，翼缘板的净截面面积为：翼缘板所能承受的轴向力设计值为： 单侧采用6个高强螺栓。2 翼缘外侧拼接连接板的厚度： 取 翼缘外侧板的尺寸为：3 翼缘内侧拼接连接板的厚度： 如果考虑内外侧拼接板截面面积相等，则有： 取，内拼接板的尺寸为：4 螺栓强度验算 上述计算表明螺栓强度满足，可不必进行验算。 故，翼缘拼接采用六个M24螺栓，拼接板尺寸为：外拼接板： 内拼接板： （2）腹板拼接设计1 梁腹板连接所需的高强螺栓数目： 采用10.9级的M24螺栓： 考虑到弯矩作用的影响，采用10个M24螺栓，并成两排布置。2 腹板两侧连接板的厚度： 取 腹板两侧连接板的尺寸不