鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)張華帥打印

1、鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程設(shè)計(jì)鋼框架設(shè)計(jì)說明書一、設(shè)計(jì)資料工程名稱：某多層圖書館二樓框架書庫工程資料：結(jié)構(gòu)采用橫向框架承重，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值7 kN mm2，樓面板為150mm厚單向?qū)嵭匿摻罨炷涟澹?荷載傳力途徑為：樓面板-次梁-主梁-柱-基 礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中僅考慮豎向荷載和活載作用 ，框架梁按連續(xù)梁計(jì)算?？蚣芷矫娌?置圖和柱截面圖如圖 1和圖2。閒0S2框架柱截頁圖、設(shè)計(jì)參數(shù)混凝土自重: 粉刷層：25 kN / m17 kN厚度：150mm厚度：15mm工程要求：(1) 設(shè)計(jì)次梁截面 CL-1。(2) 設(shè)計(jì)框架主梁截面 KL-1。(3) 設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)，要求采用焊縫連接， 短梁段長度

2、一般為0.91.2m。(4) 設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)，要求采用高強(qiáng)螺栓連接。(5) 繪制主梁與柱連接節(jié)點(diǎn)詳圖，短梁段及梁體連接節(jié)點(diǎn)詳圖，短梁段與梁體制作詳圖(1#圖紙一張)，KL-1鋼材用量表，設(shè)計(jì)說明。(6) 計(jì)算說明書，包括構(gòu)件截面尺寸估算、荷載計(jì)算、內(nèi)力組合、主次梁截 面設(shè)計(jì)、主次梁強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗(yàn)算。三、找平層：20 kN / m 3樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：6 kN /m2水磨石樓面：0.65 kN / m2鋼材（Q235）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fd 215 N / mm鋼材（Q235）抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:fv 125 N / mm鋼材（Q235）的彈性模量：5E 2.06

3、10 N設(shè)計(jì)次梁截面CL-1厚度：20mm22/ mm 21. 設(shè)計(jì)荷載（1）恒載一標(biāo)準(zhǔn)層樓面（標(biāo)準(zhǔn)值）水磨石面層樓面宀粉刷層I找平層結(jié)構(gòu)層：150mm單向鋼筋混凝土樓板合計(jì)：5.055KN/m（2）活載1.305KN/m320.15m 25KN /m 3.75KN /m2樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值27KN /m（3）豎向荷載下框架受荷總圖荷載由板到梁傳遞示意圖如下圖3所示:LL-1CL-1LL-1LL-1CL-1LITLL-1CL 1LL-LCL- 1L-LCLLLL-L饑1I打LL-1 -rii|LLL-L .EL一MM） 舛叫 一ajou 丄 旳閃 -O S3板傳荷載示世圖a. 荷載標(biāo)準(zhǔn)值1 2樓面

4、板傳恒載二丄 5.055KN/m2 4.5m 222.7475KN/m21樓面?zhèn)鬟f活載二丄7KN /m24.5m 231.5KN/m2b. 荷載設(shè)計(jì)值q 1.2q恒 1.4q 活 71.397 KN / mc. 最大彎矩與剪力設(shè)計(jì)值次梁架于主梁之上，相當(dāng)于簡支結(jié)構(gòu)，計(jì)算簡圖如下圖4:luwiiuimmuiuuuim次梁計(jì)算簡圖41 2 1 2M max -ql -71 .3979722.895 KNm8 81Vmax2 ql 327.712. 確定次梁的截面尺寸由于設(shè)計(jì)初鋼梁自重未知(考慮安全因素)，故?。篗 1.02M max 1.02 722.895737.353KNmmax次梁所需的截面

5、抵抗矩:WxM計(jì)fd737 .3532153.4301063 mm次梁選用工字形截面，則:(1)確定腹板尺寸梁的經(jīng)濟(jì)咼度：73 Wx 300755.67mm?。篽760mm(h he)腹板厚度：he-7.89mm3.5取：tw12mmhw2t720mm(2)確定翼緣尺寸:每個(gè)翼緣所需的截面面積:AfWxtwhh 623006.49 mm翼緣板的寬度:bfAf2150.32mm暫取:bf300mm(3)次梁截面尺寸特征（如圖 5-1）：Ix3300 7602883720121292.0164 10 mm汶OHWxlx2.0164 109Sxh25.306 106mm3360 1236030020

6、 370 2997600mm3IS3MM筑Iy7201231220 300290103680mm412A 2 300 20720 1220640mm2截面特征圖5-190103680.2064066.07 mm丄yly900066.07136.220.13 型口300 7604320Ah12ytbb2yWx4.4hb0.690.793235b可0.79343202136.22220640 760 15.306 106 (136.22 20)(4.4 760 )02352350.704由于b 0.6，貝U:b 1.07 遊 0.6690.704(4)確定焊縫尺寸ffw 160N/mm2,V Vm

7、ax 327.71KN3Si 300 20 3602160000mmhf7.58mmhfmin 1.5 tmax 15、20 6.71mmhfmax 2tmin 24mm故取hf 8mm，鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)焊條采用E43列，焊接方法為手工焊。3. 次梁驗(yàn)算次梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：(用Q235鋼材)q自(2 250 20 590 10) 10 6 7.85 9.81.22KN /m次梁自重設(shè)計(jì)值：q 1.2q自1.2 1.22 1.464KNm次梁(包括自重)所承擔(dān)的最大的彎矩與最大剪力:1M maxM maxIql2722.895 1 1.908 92742.2148 8V (q q)lVmax2(71.

8、394 1.908) 9“329.859KN2(1)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算MmaxbWxfd742 214 106742.214 1060.973 10.669 5.306 10215故次梁的整體穩(wěn)定滿足要求。(2) 局部穩(wěn)定性驗(yàn)算b 150t 207.515hwtw7201260故次梁不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)。(3) 剛度驗(yàn)算丄 5 (22.7475 誓何 90004 n.48mm384Elx 384 2.06 105 2.0164 109丄250900025036mm11.48mm故滿足剛度要求。(4)抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算Mmax742.2416xWx1.05 5.306 10133.2N/mm22215N /

9、mm故抗彎強(qiáng)度滿足要求。(5)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：Vmax SxmaxI xt w迦859 103 92997600 40.86N/mm2fv 125N/mm22.0164 109 12故主梁的抗剪強(qiáng)度滿足要求。(6)翼緣焊縫驗(yàn)算S1300 20 3602160000mmVmax SlI xtw迦859 103 9216000029.45N/mm22.0164 109 123Mxy6742.241 103602.0164 109132.547N/mm2 132.54723 29.452142.02N/mm2176N/mm2故翼緣焊縫折算應(yīng)力符合。綜上所述：次梁為實(shí)腹式焊接工字型梁，截面為 2 X30

10、0X20+720X12，如右圖 5-2。翼緣與腹板采用焊縫連接，hf=8mm ,鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)焊條采用E43列，焊接方法為手工焊。TdQX 12圖5-2四、設(shè)計(jì)框架主梁KL-11. 設(shè)計(jì)荷載SLL-1LL-1CL-1CL-1CL-1TLL-LLL1R-LCL-1LL-1CL-1LL-1CL-1CL-1LL-1CLla-iLL-1CLHLL-1WOOLL-1LL-1R-L90009000如圖，板荷載傳遞給次梁，次梁傳遞給主梁。主梁受自重恒載、次梁傳遞的集中恒載、 次梁傳遞的集中活載。其中邊緣主梁受力是主梁 受力的一半。則以主梁進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。主梁計(jì)算簡圖如下圖 6:巴9.000.129.000八1

11、9. 000飛A1BCD主梁計(jì)算簡圖6主梁截面尺寸待疋，因此先不計(jì)主梁自重荷載。集中恒載:G (22.7475 1.59)9 1.2KN262.845KN集中活載：Q 1.4 7 4.5 9396.9KN(1) 荷載分析:由于此結(jié)構(gòu)具有對稱性，故僅對以下六種具有代表性的何在形式進(jìn)行分析:262.S45262. 845252. S451rijAA9, 000B 000 次梁傳遞集中力恒載A 9,000396. 93g&g396,91r1AAA9.0009. 000連續(xù)梁受滿布活載9.0001跨受滿布活載396. 99?000g. ooo9. 000 2跨受滿布活載396. &A9. 000LT9

12、. 000IT9. 0001、2跨受滿布活載396. 9396. 91A9. 0009, 000a9 000A1、3跨受滿布何載396. 9396. 9119.000s9,000S9. QOO(2) 內(nèi)力計(jì)算 次梁集中力恒載M10.175 262.845 9413.981KNm, M 20.100 262.845 9236.560KNmMb Me 0.150 262.845 9354.840KNmVa Vd 0.350 262.84592.996KNVB 左Ve 右0.650 262.845170.849KNVB 右VC 左 0.500 262.845131.423KN 連續(xù)梁受滿布活載M10

13、.175 396.6 9624.645KNm, M 20.100 396.6 956.94KNmM b M C 0.150 396.6 9534.41KNmVA VD 0.350 396.6138.81KNVB 左VC 右0.650 396.6257.79KNVB 右Ve 左 0.500 396.6 198.3KN 1跨受滿布活載M10.200 396.6 9713.88KNm,M2 0KNmM b 0.100 396.6 9356.94KNm,MC 0.025 396.6 989.235KNmVA 0.40 396.6158.64KN ,VD 0.025 396.69.915KNVB左0.6

14、00 396.6237.96KN ,VC右0.025 396.69.915KNVB 右 Vc 左 0.125 396.649.575KNM1 0KNm,M20.175 396.6 9624.645KNmMb MC 0.075 396.6 9267.705KNmVa Vd 0.075 396.629.745KNVB 左VC 右0.075 396.629.745KNVB 右 VC 左 0.500 396.6 198.3KN 1、2跨受滿布活載M1 0.162 396.6 9 578.243KNm,M 2 0.137 396.6 9 489.008KNmVa 0.325 396.6128.895KN

15、 ,Vd 0.050 396.619.83KNVB左0.675 396.6267.705KN ,VC右0.050 396.6 19.83KNVB右 0.625 396.6247.875KN ,VC左 0.375 396.6148.725KN 1、3跨受滿布荷載M10.213 396.6 9760.282 KNm,M2 0KNmMb Me 0.075 396.6 929.745KNmVA VD 0.425 396.6168.555KNVB 左Ve 右0.575 396.6228.045KNVb右 Ve 左 0KN（3）內(nèi)力組合及最不利荷載項(xiàng)目工況I （+）工況n （+）工況川（+）工況W （+）

16、工況V （+）最不利荷載M( KNm1038.6351127.861413.981992.2241174.2631174.263M( KNm293.5236.56861.205725.56236.56861.205MB( 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)231.806251.63663.251221.891261.551261.551V( KIN-231.806-102.911-63.251-73.166-261

17、.551-261.551Vb左（KN-428.639-408.809-170.849-438.554-398.894-438.554Vc右（KN428.639160.934200.594190.679398.894428.639Vb右（KN330.353180.998329.723379.298131.423379.298Vc左（KN-330.353-81.84866.87717.302-131.423-330.353故由以上計(jì)算表知：最不利彎矩為：Mmax 1174.263KNm最不利剪力為：Vmax438.554KN2. 確定主梁的截面尺寸:由于設(shè)計(jì)初鋼梁自重未知（考慮安全因素），故取：M

18、 計(jì)1.02M max1.021174.2631197.748KNm主梁所需的截面抵抗矩：M 計(jì) 1197.748 106Wx5.571106mm3fd215主梁也選用工字形截面，則：（1）確定腹板尺寸：主梁的經(jīng)濟(jì)咼度：he 73 W,300940.92 mm?。篽950mm腹板厚度：twhe 3.58.76mm取：tw12mm若翼緣的厚度?。簍20mm則：hw950 2t910mm（2 ）確定翼緣尺寸：每個(gè)翼緣所需的截面面積：AfWx3964.21mm2h6翼緣板的寬度：bf A 3964.21 198.21mmt 20bf (-,-)h(150,316.7) mm綜合上述?。篵f 300m

19、m(3)主梁截面尺寸特征:3009503(30015)91033 5373 53 7Ix1212109 mm4Ix93.537 1037446450 mm455455 15 -2錯(cuò)誤!未找到引用源。確定焊縫尺寸Sx300 20 (455 10)34342687.5mm160N/mm2,VVmax438.554KNS1300 20 4653279000mm，hf1 ? 1.54mm1.4ffwhf min1.5、_tmax6.7mm ， hf max1.2tmin 1.2 15 18mmhf10mm。鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)焊條采用E43系列，焊接方法為手工焊。3. 主梁驗(yàn)算主梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：(用Q235鋼

20、材)(2 300 20 910 15) 10 6 7.85 9.81.97KN /m主梁自重設(shè)計(jì)值:q 1.2q自 2.346KN /m主梁(包括自重)所承擔(dān)的最大的彎矩與最大剪力近似按下式計(jì)算:M maxM maxIql 21174 .26312.346921198 .02 KNm8 8V maxV max史 438.554234692449.111 KN(1)整體穩(wěn)定驗(yàn)算：將次梁作為主梁的側(cè)向支撐，則k 鯉 15 16b 300故主梁的整體穩(wěn)定不必驗(yàn)算。(2)局部穩(wěn)定性驗(yàn)算薯7.515fy15235hwtw91060.671584235fy84故次梁不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)。剛度驗(yàn)算1.146GI

21、 3100 EI x1.615Ql3100 EI x0.667ql4100 EI x1.1463262.845 10390000.6671002.06 1053.537 10941.97 90001.61533396.6 109000100 2.06 105 3.537 1091002.06 1053.53710910.605mm900022.5mm400400故滿足剛度要求。(4) 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算M max1198 .0210610.605mm153 .2N / mm215 N / mmxWx1.05 7446450故抗彎強(qiáng)度滿足要求。(5)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：maxV maxSxxt w449.1

22、11 1034342687.53.3571091538.73N /mm2fv 125N /mm2故主梁的抗剪強(qiáng)度滿足要求。(6)翼緣焊縫驗(yàn)算S1300 20 4652790000mm3xtw449.111 103 27900003.537 109 1523.62N/mm2Mxy1198.020 106 4553.537 109144.113N/mm22 2144.1133 23.622146.036N/mm176N/mm故翼緣焊縫折算應(yīng)力符合。2圖5-2五、框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì):綜上所述：次梁為實(shí)腹式焊接工字型梁，截面為 2 X300X20+910X15，如右圖 5-2。翼緣與

23、腹板采用焊縫連接，hf=8mm ,鋼結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)焊條采用E43列，焊接方法為手工焊。1. 設(shè)計(jì)資料受力類型：彎矩、剪力(軸力較小忽略不計(jì))荷載數(shù)據(jù)：短梁和柱通過焊縫連接，短梁長1m由以上計(jì)算知，梁端最大彎矩和最大剪力分別為：M=979.485KNm V=438.554KN。焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ftw fcw 215N/mnf,fvW 125N/mm, ff 160N/mnf主梁為組合工字型截面(I 2 300 20 910 15)，材料Q235鋼，焊條為E43型焊 條采用角焊縫焊接。截面尺寸和作用荷載如圖所示。2. 連接計(jì)算連接采用沿全周施焊的角焊縫連接，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒有起弧和落弧所引起的焊

24、口缺陷，并假定全部剪力由腹板的連接焊縫承擔(dān)，不考慮工字形翼緣端部繞轉(zhuǎn)部分焊縫的作用。設(shè)沿工字形梁全周角焊縫的焊角尺寸為hf 10 mm水平焊縫繞自身軸的慣性矩很小，計(jì)算時(shí)忽略，全部焊縫對x軸的截面慣性矩近似地取：132294I fx 2 0.7 10 (91032 132.5 4502280 4802)2.534 109mm412焊縫在最外面邊緣“ 1 ”點(diǎn)處的截面抵抗矩：fxWf 5.224 106485焊縫在腹板頂部“ 2”點(diǎn)處的截面抵抗矩:WfI fx46565.449 10在彎矩作用下，角焊縫在最邊緣處“1 ”點(diǎn)處的最大應(yīng)力為:MWf979.485 1065.224 106187.49

25、N/mm2fffw 195.24N/mm2在翼緣和腹板交接的角焊縫“ 2”點(diǎn)處的M與V的共同作用下的應(yīng)力為:179.19N/mm2Mhw 979.485 106Wf h5.449 106b 300 2hf 280 mm5135 mm34.42N / mm2V2 0.7 hfhw3438.554 102 0.7 10 9101.22,( f)2f(V)2145.28N / mm2滿足設(shè)計(jì)要求。3. 按構(gòu)造設(shè)置水平加勁肋水平加勁肋應(yīng)設(shè)置于柱上相連梁的上下翼緣的位置上，且水平加勁肋的水平中心線應(yīng)與梁翼緣的水平中心線相重合；此時(shí)梁翼緣的內(nèi)力作為集中力作用于柱上。為了保證連接節(jié)點(diǎn)處不致于產(chǎn)生局部破環(huán)，水

26、平加勁肋應(yīng)按以下要求分別在與梁上下翼緣對應(yīng)處柱腹板的兩 側(cè)成對地布置。a、按水平加勁肋的構(gòu)造要求，設(shè)定其厚度為ts 15mm 0.7tFbbs18 得出，bsb、水平加勁肋的自由外伸寬度應(yīng)滿足下式要求:18 15270mmc、水平加勁肋采用完全焊透的坡口對接焊接連接fwbstsf/22 0.7lwW270 15 215/22 0.7 540 1603.6mmhfw 0.7tWc 21mm取 hfw 21mm故，焊縫截面如圖，取 hf 10 mm 。主梁IVr六、設(shè)計(jì)框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)（采用高強(qiáng)度螺栓）1. 計(jì)算螺栓連接處的荷載：（1）由集中荷載產(chǎn)生的固端彎矩:M 01V oi由上

27、述主梁內(nèi)力計(jì)算表知：梁端最大彎矩 M1 M max 979.485KNm對應(yīng)工況下支座最大剪力為Vi Vmax 438.554KN取短梁長度為1.0m，則集中荷載在1.0m處產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算如下:彎矩：M 01 M1 V1a540.931KNm剪力：V01 V1438.554 KN(2)由均布荷載產(chǎn)生的固端彎矩：M 02V 022M 2 M max均0.100gl20.100 2.346 919.003KNm由均布荷載產(chǎn)生的端部剪力：VVmax 均0.600gl0.600 2.346 912.668 KN均布荷載在1.2m處產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算如下：1 2彎矩：M02 M2 V2agl2 5.612K

28、Nm2剪力：V01V2 ga 10.322KN(3) 由集中、均布荷載疊加所得的彎矩剪力:彎矩：M0 M01 M 02559.934KNm剪力：V0 V01 V02451.222 KN2. 設(shè)計(jì)螺栓連接:采用精確設(shè)計(jì)的方法，即彎矩由翼緣和腹板共同承擔(dān)，剪力僅由腹板承擔(dān)，翼緣承擔(dān)的彎矩Mf和腹板承擔(dān)的彎矩Mw，二者按剛度成比例分配:300 mm950mm t 20mm tw 15mmlFbIwb1 bt(h2 tw (h12t)21-bt32595100000mm462t)3941963750mm4IobIwb If3537063750mm4則：M410.817KNmMwMo.F 559.934

29、410.817119.117KNmV。V01 V02451.222KN(1)翼緣拼接設(shè)計(jì)梁單側(cè)翼緣連接所需的高強(qiáng)度螺栓數(shù)目n Fb采用10.9級(jí)的M22螺栓:NbH1、V0.9 nf0.45 190153.9 kNnFbMfbHho Nv410.8172.87153.9 0.93螺栓孔徑取25.5mm,翼緣板的凈截面面積為:An (3002 25.5) 204980mm2翼緣板所能承受的軸向力設(shè)計(jì)值為:5980 2151285.7KNnFb1070.7153.96.9618 / 22 翼緣外側(cè)拼接連接板的厚度：t1- 310.5mm 取 t1 12mm2翼緣外側(cè)板的尺寸為：1 12 300 4

30、50 翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板的厚度：b tw 2hf300 15 2 10b 132.5mm2 2bt t24 15.32mm4b如果考慮內(nèi)外側(cè)拼接板截面面積相等，則有:t2300 1213.59mm2 132.5取t2 16mm，內(nèi)拼接板的尺寸為：2 12 140 450 螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算上述計(jì)算表明螺栓強(qiáng)度滿足，可不必進(jìn)行驗(yàn)算。故，翼緣拼接采用八個(gè) M22螺栓，拼接板尺寸為:夕卜拼接板：1 12 300 450夕卜拼接板：2 12 140 450(2)腹板拼接設(shè)計(jì)梁腹板連接所需的高強(qiáng)螺栓數(shù)目nwb采用10.9級(jí)的M22螺栓:nwbAwfv910 15 0.85 1252NvbH2 153.9 0.

31、93 103考慮到彎矩作用的影響，采用8個(gè)M22螺栓，并成兩排布置。 腹板兩側(cè)連接板的厚度:twhwt3 1 8.18mm 取 t3 14mm2h腹板兩側(cè)連接板的尺寸不妨取為：2 12 500 480則梁與梁的拼接板連接圖如下圖：連接構(gòu)件的接觸面采用噴砂處理。螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值:N：0.9 nf2 0.45 190153.9 kN剪力V。在螺栓群形心處所引起的附加彎矩:Voa451.222 0.122555.275KNm修正后的彎矩:MwMw119.117 55.275 174.392KNm螺栓最大應(yīng)力MN1xMw2ry12 174.3922 106 1802 101.41KN4 1802 4 1852 4 652 4 602MN1yMw