钢结构三级项目第三组更新版

1、单层平面钢框架结构分析与设计钢结构三级项目第三小组小组成员：缪庆旭，吴涛涛，万意，孙路吉，李晨微， 孙悦榕，支与霞，赵俊宇。课题组的分工：梁缪庆旭 柱吴涛涛，万意 柱脚孙路吉，李晨微 柱头孙悦榕，支与霞，赵俊宇课程名称：钢结构基本原理指导教师：周洪彬，王兆强日期：2014年10月单层平面钢框架结构分析与设计摘要：根据单层平面钢框架结构的受力情况，通过受力分析，结构形式选择，结构分析计算与截面选择，受弯构件设计，轴心受力构件设计，压弯构件设计和构件连接设计初步确定材料和尺寸，再通过强度，刚度和稳定性进行验证校核最终确定选用合理的材料和尺寸。1结构受力分析 400KN 120KN B C 20KN

2、 AD杆件受力分析 N1=460KN N2=60KNB C 120KN 4000 B C 20KN 60KN 700060KNA D N11=460KN基础混凝土的强度的等级为C15（fc=7.2N/mm）2 BC梁的设计2.1梁的荷载计算跨中集中荷载F=120KN梁自重假设为q=4KN/M，为均布荷载MX=234.5KN VX=74KN Rb=474KN RC=74KN2.2梁截面选择2.2.1选择梁高h按构造要求决定hmaxhmax=4000-2000-100-250=1650mm按刚度要求决定hmin挠度允许值取按经济要he强度要求的截面模量为： 综合上述三方面取腹板高度h0=500mm

3、，h=520mm2.2.2确定腹板厚度安支座剪力计算按经验公式计算按构造要求计算综上三方面取腹板厚度为2.2.3翼缘尺寸 且翼缘宽度尚应满足：通常宽度按整体稳定要求构造设置加劲肋要求保证翼缘局部稳定综上所述，选用（不满足梁的整体稳定性构造要求，后面需验算。）2.2.4选用主梁截面尺寸及其参数如下： 8 500 520 10 梁的截面尺寸 60KN·m 剪力图弯矩图梁的自重（永久荷载设计值）2.3梁的验算与校核2.3.1梁的强度验算2.3.1.1弯曲强度验算：2.3.1.2折算强度验算：满足梁的强度要求2.3.2梁的整体稳定性验算2.3.3梁的刚度验算满足梁的刚度要求2.3.4梁的局部

4、稳定性验算2.3.4.1翼缘局部稳定性根据构造要求已经满足，不必进行验算。2.3.4.2腹板局部稳定性验算，可不设置横向加劲肋。因为跨中有一集中荷载，支座处有支反力RB,RC所以在跨中设置一支承加劲肋，在梁的两端点出设置突缘加劲肋翼缘焊缝设计（采用角焊缝）按构造要求hminhfhmax hmin=1.5 hmax=1.2hmin=9.6mm则5mmhf9.6mm集中荷载处所以采用hf=6mm的角焊缝可满足2.4加劲肋的设计与验算2.4.1跨中支承加劲肋设计2.4.1.1根据构造要求选择材料在跨中有集中力F=120KN作用，此处应设置支承加劲肋，加劲肋尺寸：，采用Q235，80mm×6

5、mm7000mm F=120KNbs=60mmtw=4mm520mm2.4.1.2支承加劲肋的验算端部承压强度验算腹板平面外稳定验算，查表得支承加劲肋与腹板连接焊缝强度验算采用，又共有四条焊缝2.4.2突缘支承加劲肋设计2.4.2.1根据构造要求选择材料采用Q23560mm*4mm2.4.2.2突缘支承加劲肋的验算端部承压强度验算腹板平面外稳定验算查表得支承加劲肋与腹板连接焊缝强度验算采用的角焊缝，又共有两条焊缝3.AB柱设计计算（选用热轧H型钢）3.1试选截面 假设=60，对宽翼缘H型钢，因b/h>0.8，所以不论对x轴或y轴都属b类截面，当=60时，查附录4-2得=0.807 所需截

6、面几何量： 由附表7.2中试选， ， 3.2截面验算 因对x轴和y轴值属b类，故由长细比的较大值 查附表4.2得 故不符 再由附表7.2试选， ， 因对x轴和y轴值属b类，故由长细比的较大值 查附表4.2得 因为是热轧型钢，可不验算局部稳定。4.CD柱设计计算4.1选择截面为HW175*175*7.5*11 选用Q235钢材 （根据、的极限情况查表选取对应截面）4.2验算4.2.1截面的几何特性查附表7.2可得A=51.43cm2 =7.53cm =4.37cm =334cm34.2.2验算强度=202=40 N=63.6kN4.2.3验算弯矩作用平面内的稳定查附表4.2（b类截面）得等效弯矩

7、系数4.2.4验算弯矩作用平面外的稳定查附表4.2（b类截面）得4.2.5局部稳定验算因为所选的为型钢，所以不需要进行局部稳定验算综上所述，该构件的强度、平面内、平面外、局部稳定都满足要求，所以该柱的设计是合理的。5. 轴心受压柱柱头的设计传力路径：梁突缘顶板加劲肋柱梁的截面尺寸：520*250*10*8 柱的截面尺寸为：175*175*11*7.5梁与柱连接示意图5.1顶板的厚度取20mm，与柱的焊接采用两面侧焊：，故取焊缝强度的验算：由附表1.2查得，对正面焊缝：满足要求 加劲肋示意图5.2支撑加劲肋的计算加劲肋的宽度：，用加劲肋的厚度：，故取加劲肋的高度：由于,所以两块加劲肋各承受的剪力

8、 ，故取由于水平方向没有力的作用则腹板的焊缝强度：加劲肋满足要求5.3梁的翼缘与顶板采用M20普通螺栓连接 螺栓排布示意图单个螺栓的承载力设计值，由附表1.3可知，抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：需要的螺栓数目：个，取2个6.C点压弯柱柱头的设计右边的压弯柱截面尺寸与左边的轴心受压柱截面尺寸相同，受力也一样。所以压弯柱柱头柱头的设计同轴心受压柱柱头设计。7.A点铰接柱脚的设计考虑梁的自重3.26KN，柱的自重1.58KN，上部荷载460KN,柱脚的轴心压力设计值为N=464.84KN，基础混凝土采用C15，其抗压强度设计值=7.2N/mm2.7.1底板尺寸需要的地板净面积 An=N/=46

9、4.84/7.2=63889mm2采用宽291mm，长为360mm的底板，毛面积为291×360=104760mm2，减去栓孔面积（约为4000mm2）大于所需净面积。基础对底板压应力为，。底板的区格有三种，先分别计算其单位宽度的弯矩。区格为四边支承，b/a=175/120=1.46.查表4.7，=0.0786. M1=Pa2=0.0786×4.56×1202=5161.2N区格为三边支承，b/a=60/175=0.343.查表4.8，=0.034. M2=Pa2=0.034×4.56×1752=4748.1N区格为悬臂部分，M3=5253.1

10、N这三种区格的弯矩值相差不大，不必调整板平面尺寸和隔板位置。最大弯矩5253.1N。底板厚度t 取t=14mm7.2隔板计算将隔板视为两端支于靴梁的简支梁，其线荷载为：=120×4.56=547.2.隔板与底板的连接为正面角焊缝，=1.22.取hf=10mm，焊缝强度计算：=.隔板与靴梁的连接为侧面角焊缝，所受隔板的支座反力为： R=.设求焊缝长度（即隔板高度）.取隔板高100mm，设隔板厚度t=8mmb/50=175/50=3.5mm.验算隔板抗剪抗弯强度 7.3靴梁计算 靴梁与柱身的链接（4条焊缝），按承受柱的压力N=460KN计算，此焊缝为侧面角焊缝，设，求其计算长度。取靴梁高

11、150mm.靴梁作为支承与柱边的悬伸梁，设厚度t=10mm，验算其抗弯和抗剪强度。靴梁与底板的连接焊缝和隔板与底板的连接焊缝传递全部柱的压力。设焊缝的焊脚尺寸均为。所需的焊缝总计算长度应为显然焊缝的实际计算总长度已超过此值。柱脚与基础的连接按构造采用两个20mm的锚栓。8.D点刚接柱脚的设计N=65KN M=40KN e=M/N=0.667 柱 Hw=175×175×7.5×11 Q235基础混凝土C15，抗压强度设计值fc=7.2N/mm2根据P159 6.21（a）（c）所示柱脚构造，取底板宽度b=bo+2t+2c b=175+2×30=235mm底板长度L： 解得L=396mm 采用L=420mm2b=470mm因为柱脚为刚性，底板与混凝土基础顶面间 应力分布变化如右图（2）所示受压区长度由得锚栓拉力为假设锚栓Q235，每边设两个锚栓所需每个锚栓 有效面积为由附表8.2，选用4个d=30mm的锚栓，每个锚栓 Ae=561mm2411mm2底板厚度对1区域基础对底板的最大应力为区格1四边支承板， 查表4.7 对2区域基础对底板的最大压应力为区格2为三边支承板， 查表4.8 区格3为悬臂部分底板厚度： 取隔板线荷载：隔板与底板 正面 取焊缝强度计算：隔板与靴梁 侧面 隔板的支座反力设