鋼結構基本原理課程設計--某鋼平臺結構（布置及）設計

1、<p>　　鋼結構基本原理課程設計</p><p><b>　　鋼框架設計任務書</b></p><p><b>　　一、設計題目：</b></p><p>　　某鋼平臺結構（布置及）設計。</p><p><b>　　二、參考規(guī)范及書目</b></p>

2、<p><b>　　1、規(guī)范</b></p><p>　?。?）中華人民共和國建設部. 建筑結構制圖標準（GB/T50105－2001）</p><p>　　（2）中華人民共和國建設部. 房屋建筑制圖統(tǒng)一標準（GB/T50001－2001）</p><p>　?。?）中華人民共和國建設部. 建筑結構荷載規(guī)范（GB5009－2001）

3、</p><p>　?。?）中華人民共和國建設部. 鋼結構設計規(guī)范（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（GB50205-2001）</p><p>　　（6）沈祖炎等. 鋼結構基本原理，中國建筑工業(yè)出版社，2006</p><p>　　（7）李星榮等. 鋼結構連接節(jié)點設計

4、手冊（第二版），中國建筑工業(yè)出版社，2005</p><p>　　（8）包頭鋼鐵設計研究院 中國鋼結構協(xié)會房屋建筑鋼結構協(xié). 鋼結構設計與計算（第二版），機械工業(yè)出版社，2006</p><p><b>　　三、設計構件</b></p><p>　　某多層圖書館二樓書庫樓面結構布置圖如圖1（具體參照附表一按學號確定各自的柱網尺寸）。結

5、構采用橫向框架承重，樓面板為120mm厚單向實心鋼筋混凝土板，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和活載作用，框架梁按連續(xù)梁計算，次梁按簡支梁計算。其中框架柱為焊接H型鋼，截面尺寸為H600×300×12×18，樓層層高取3.9m.</p><p>　　采用的鋼材、焊條為：學號為單號的同學用Q235鋼，焊條為E43型；雙號的同學用Q345鋼，焊條為E50

6、型；</p><p>　　活荷載分項系數(shù)1.4</p><p>　　永久荷載分項系數(shù)1.2</p><p><b>　　四、設計內容要求</b></p><p>　　驗算焊接H型鋼框架柱的承載能力，如不足請自行調整。</p><p>　　設計次梁截面CL-1（熱軋H型鋼）。</p>

7、<p>　　設計框架主梁截面KL-1（焊接工字鋼）。</p><p>　　設計框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點，要求采用焊縫連接，短梁段長度一般為0.9～1.2m。</p><p>　　設計框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點，要求采用高強螺栓連接。</p><p>　　設計次梁與主梁工地拼接節(jié)點，要求采用高強螺栓連接。</p><p>

8、　　繪制次梁與主梁工地拼接節(jié)點詳圖，次梁與主梁工地拼接節(jié)點，短梁段及主梁體連接節(jié)點詳圖，梁體截面詳圖，KL-1鋼材用量表，設計說明等。</p><p>　　計算說明書，包括構件截面尺寸估算、荷載計算、內力組合、主次梁截面設計、主次梁強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗算，節(jié)點連接計算。</p><p>　　鋼結構基本原理課程設計</p><p><b>　　鋼

9、框架設計說明書</b></p><p>　　一、構建整體信息及其簡化模型</p><p>　　某多層圖書館二樓書庫樓面結構布置圖如圖1，結構采用橫向框架承重，樓面活荷載標準值6，樓面永久荷載標準值5,樓面板為120mm厚單向實心鋼筋混凝土板，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和活載作用。框架梁按連續(xù)梁計算。其中框架柱為焊接H型鋼，截面尺寸為H60

10、0×300×12×18，樓層層高取3.9m，班級序號21，柱網尺寸8×12，例如下圖中柱網尺寸為9×9（單位：m）。</p><p>　　二、樓蓋荷載計算及次梁設計</p><p><b>　　簡化要點：</b></p><p>　　板面荷載按單向板分布；</p><p>

11、;　　次梁與框架梁鉸接連接，各次梁受力相同，可任取其中一根分析；</p><p>　　框架梁按連續(xù)梁設計，應考慮荷載的最不利位置。</p><p><b>　　結構材料材質</b></p><p><b>　　Q235鋼，</b></p><p><b>　　E43焊條，</b>

12、;</p><p><b>　　荷載組合計算</b></p><p>　　樓面板永久荷載標準值：</p><p><b>　　樓面板自重標準值：</b></p><p>　　樓面板活載標準值： </p><p><b>　　樓面板恒載設計值：</b>&l

13、t;/p><p><b>　　樓面板活載設計值：</b></p><p>　　組合均布荷載標準值為：</p><p>　　組合均布荷載設計值為：</p><p>　　計算最大彎矩與剪力設計值</p><p>　　在設計荷載作用下的最大彎矩為：</p><p><b>

14、　　確定次梁的截面尺寸</b></p><p>　　次梁所需的截面抵抗矩(鋼梁自重未知，故考慮安全系數(shù)1.02）：</p><p>　　次梁選用H形截面，則選用HN792*300.</p><p><b>　　查表得其截面特征：</b></p><p><b>　　若考慮梁的自重：</b>

15、;</p><p><b>　　5.次梁驗算</b></p><p>　　（1）按抗彎強度驗算 </p><p>　　故次梁的抗彎強度滿足要求。</p><p><b>　?。?）抗剪強度驗算</b></p><p>　　故次梁抗

16、剪強度滿足要求。</p><p><b>　　(3) 剛度驗算</b></p><p>　　故滿足剛度要求。 </p><p>　　綜上所述，HN792*300型鋼滿足要求。 </p><p>　　三、框架梁內力組合計算及其設計</p><p>　　1、力學模型分析及其內力計算</p

17、><p>　　忽略連續(xù)梁對框架主梁的荷載影響，只考慮次梁傳遞的荷載，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，將框架主梁簡化為三跨連續(xù)梁。</p><p>　　框架主梁設計簡圖如下：</p><p>　　主梁截面尺寸待定，因此先不計主梁自重荷載：</p><p><b>　　集中恒載標準值：</b></p

18、><p><b>　　集中活載標準值：</b></p><p><b>　　集中恒載設計值：</b></p><p><b>　　集中活載設計值：</b></p><p>　　對于連續(xù)多跨梁，有如下規(guī)律：</p><p>　?。?）支座處最不利荷載組合是將活

19、荷載滿布于此支座所在的兩跨，其余跨相鄰布置活荷載；</p><p>　?。?）跨中截面的最不利荷載組合既是將活荷載滿布于此跨，其余跨相鄰布置活荷載。</p><p>　　由此可以得到5種最不利荷載組合。</p><p>　　① 集中活荷載作用于第1單元</p><p>　?、?集中活荷載作用于第2單元</p><p>

20、　?、?集中活荷載作用于第1、3單元</p><p>　　④ 集中活荷載作用于第1、2單元</p><p>　　⑤ 集中活荷載作用于第1、2、3單元</p><p>　　a．恒載與情況①的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖</p><p>　　G+Q G G</p><p>

21、;　　上圖為剪力圖(KN),下圖為彎矩圖(KNm）</p><p>　　b．恒載與情況②的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖</p><p>　　G G+Q G</p><p>　　上圖為剪力圖(KN),下圖為彎矩圖(KNm）</p><p>　　c．恒載與情況③的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖

22、</p><p>　　G+Q G G+Q </p><p>　　上圖為剪力圖(KN),下圖為彎矩圖(KNm）</p><p>　　d．恒載與情況④的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖</p><p>　　G+Q G+Q G</p><p>

23、　　上圖為剪力圖(KN),下圖為彎矩圖(KNm）</p><p>　　e．恒載與情況⑤的組合荷載引起的主框架梁彎矩圖和剪力圖</p><p>　　G+Q G+Q G+Q</p><p>　　上圖為剪力圖(KN),下圖為彎矩圖(KNm）</p><p>　　由以上五種情況可知：</p><

24、p>　　梁在恒載與工況3的組合荷載作用下彎矩最大</p><p>　　梁在恒載和工況3的組合荷載作用下剪力最大。</p><p>　　2、框架梁的設計及驗算</p><p>　　所需截面模量為（鋼梁自重為止故考慮安全系數(shù)1.02）：</p><p><b>　　2.1、腹板高度</b></p><

25、;p><b>　　(1)梁的最小高度</b></p><p>　　根據正常使用極限狀態(tài)的要求，梁在荷載標準值的作用下的撓度不得超過設計規(guī)范規(guī)定的容許值。據此可得到簡支梁的最小高度為</p><p><b>　　n=300</b></p><p><b>　　(2)梁的經濟高度</b></p

26、><p><b>　　經濟高度經驗公式為</b></p><p><b>　　取腹板高度</b></p><p><b>　　2.2、腹板厚度</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　2.3、翼緣板的尺寸&l

27、t;/p><p><b>　　翼緣寬度：</b></p><p><b>　　又：</b></p><p><b>　　初選截面如圖所示：</b></p><p>　　2.4、主梁的截面特性</p><p>　　2.5、翼緣與腹板連接焊縫計算</p&g

28、t;<p>　　2.6、主梁截面驗算</p><p><b>　　主梁自重標準值：</b></p><p><b>　　主梁自重設計值：</b></p><p>　　主梁（包括自重）所承受的最大彎矩與最大剪力按照近似計算：</p><p><b>　　(1)抗彎強度驗算<

29、;/b></p><p>　　考慮部分發(fā)展塑性變形 取</p><p>　　所以抗彎強度滿足要求</p><p><b>　　(2)抗剪強度驗算</b></p><p>　　所以抗剪強度滿足要求</p><p>　　(3)局部承壓強度驗算</p><p><b

30、>　　跨中集中力：</b></p><p><b>　　局部壓應力：</b></p><p><b>　　折算應力驗算</b></p><p>　　翼緣與腹板相接處計算折算應力：</p><p>　　式中, -------- 腹板計算高度邊緣同一點上同時產生的正應力、剪應力和局部壓

31、應力 </p><p>　　其中,，跨中截面腹板與翼緣處正應力</p><p><b>　　折算應力滿足。</b></p><p>　　(5)整體穩(wěn)定性驗算</p><p>　　連續(xù)梁兩端固結，受壓翼緣自由長度，次梁可視為主梁受壓翼緣的一個側向支承點，故。故不需要驗算該梁的整體穩(wěn)定性。</p><p&

32、gt;　　所以主梁的整體穩(wěn)定性滿足要求</p><p><b>　　(6)局部穩(wěn)定性</b></p><p>　　由于考慮了截面部分發(fā)展塑性變形，受壓翼緣板的自由外伸寬度與其厚度之比 </p><p>　　局部穩(wěn)定性符合要求。</p><p><b>　　(7)主梁剛度驗算</b></p&g

33、t;<p>　　主梁在組合荷載作用下的最大撓度為</p><p>　　所以主框架梁剛度滿足要求。</p><p><b>　　翼緣與腹板焊縫計算</b></p><p><b>　　故滿足。</b></p><p>　　綜上所述，主梁設計截面滿足要求。</p><p

34、>　　驗算框架柱的承載能力</p><p><b>　　邊柱驗算：</b></p><p><b>　?、購姸闰炈?lt;/b></p><p><b>　　不滿足</b></p><p>　　因此選用HN700*300型鋼</p><p><b&

35、gt;　　滿足</b></p><p><b>　?、谡w穩(wěn)定性及剛度</b></p><p><b>　　彎矩作用在平面內：</b></p><p><b>　　彎矩作用在平面外：</b></p><p><b>　?、劬植糠€(wěn)定性：</b>&

36、lt;/p><p>　　H型鋼不需要驗算局部穩(wěn)定性</p><p>　　綜上所述框架柱承載能力足夠。</p><p>　　五、主梁短梁段與柱的焊縫連接設計</p><p>　　1、 焊縫處內力計算</p><p>　　由主梁在各種不利荷載組合下的內力圖可知，在連接處的最大內力為：</p><p>&

37、lt;b>　　焊縫分布情況如下</b></p><p>　　2 、 焊腳尺寸的設計</p><p>　　焊件均采用Q235鋼材，焊條為E43型，角焊縫為手工焊接，采用引弧板，沒有起弧和落弧引起的缺陷。</p><p>　　按構造要求確定焊腳的尺寸：</p><p>　　角焊縫的尺寸除滿足強度要求外，還必須符合對其尺寸的限制和

38、構造的要求</p><p><b>　　根據構造要求</b></p><p>　　最大焊腳尺寸： 當采用手工焊時，</p><p>　　其中為較薄板件的厚度</p><p>　　最小焊腳尺寸：當采用手工焊時， </p><p>　　其中為較厚板件的厚度</p><p>&l

39、t;b>　　由上取</b></p><p><b>　　3 驗算焊縫強度</b></p><p><b>　　3.1焊縫截面特征</b></p><p>　　我國設計規(guī)范中規(guī)定側面角焊縫的計算長度不宜大于，當超過這個值時，超出部分不予考慮。設計中豎直焊縫為故焊縫計算截面如圖所示：</p>

40、<p><b>　　水平焊縫面積</b></p><p><b>　　豎向焊縫面積</b></p><p><b>　　焊縫總面積</b></p><p><b>　　焊縫慣性矩</b></p><p>　?。ㄋ胶缚p繞自身軸慣性矩很小，計算時忽

41、略。）</p><p><b>　　3.2焊縫強度檢算</b></p><p>　　有規(guī)范，鋼材為Q235，焊條為E43型的手工焊，角焊縫強度設計值為:</p><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>　　(1)“a”點應力分析：</

42、p><p><b>　　“a”點應力為</b></p><p>　　故“a”點滿足要求。</p><p>　　（2）“b”點應力分析：</p><p><b>　　“b”點應力為：</b></p><p>　　故“b”點滿足要求。</p><p>　　綜上

43、所述焊縫強度滿足要求。</p><p>　　六、設計框架主梁短梁段與梁體工地高強螺栓拼接節(jié)點 </p><p>　　6.1 連接處內力計算</p><p>　　由于工地拼接時，預先將長為1.0m的主梁與柱子焊接（即以上第五部分所述），由主梁在各種不利荷載組合下的內力圖可知，在為距柱子1.0m處的最大內力為：</p><p>　　由上述主梁內力

44、計算表知：</p><p><b>　　梁端最大彎矩 ，</b></p><p>　　對應工況下支座最大剪力為</p><p>　　取短梁長度為1.0m，則集中荷載在1.0m處產生的內力計算如下：</p><p><b>　　彎矩： </b></p><p><b&g

45、t;　　剪力：</b></p><p>　　6.2 高強螺栓的選擇以及孔距的確定</p><p>　　由于翼緣板處根據構造要求配置的螺栓數(shù)量遠大于根據強度驗算所需的數(shù)量，因而翼緣處的螺栓采用M22的10.9級摩擦型高強螺栓連接，孔徑，腹板處采用M24的10.9級摩擦型高強螺栓連接，孔徑 </p><p>　　一個M20高強螺栓的抗剪承載力設計值</

46、p><p>　　一個M24高強螺栓的抗剪承載力設計值</p><p>　　——傳力摩擦面數(shù)目為2</p><p>　　——摩擦面的抗滑移系數(shù)，鋼材采用Q235，噴砂</p><p>　　——每個高強螺栓的預壓應力，通過查閱鋼結構設計規(guī)范，對于M22，P取190KN ,對于M24，P取225KN。</p><p><

47、b>　　6.3 截面特性</b></p><p>　　毛截面慣性矩，由前已算出</p><p><b>　　腹板慣性矩，</b></p><p><b>　　翼緣慣性矩，</b></p><p><b>　　則分配到翼緣的彎矩</b></p>&

48、lt;p><b>　　分配到腹板上的彎矩</b></p><p><b>　　6.4翼緣拼接設計</b></p><p>　　梁單側翼緣連接所需的高強度螺栓數(shù)目</p><p>　　根據翼緣所承受的彎矩，翼緣拼接板所傳遞的軸向力為</p><p><b>　　,</b>&

49、lt;/p><p>　　其中h為兩翼緣形心間的距離。拼接板向邊傳遞磁力所需螺栓的個數(shù)為</p><p>　　螺栓孔徑取24mm，翼緣板的凈截面面積為：</p><p>　　翼緣板所能承受的軸向力設計值為：</p><p><b>　　采用8個。</b></p><p>　　翼緣外側拼接連接板的厚度：&

50、lt;/p><p><b>　　取</b></p><p>　　翼緣外側板的尺寸為：</p><p>　　翼緣內側拼接連接板的厚度：</p><p>　　如果考慮內外側拼接板截面面積相等，則有： </p><p>　　取，內拼接板的尺寸為：</p><p&

51、gt;<b>　　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。</p><p>　　故，翼緣拼接采用八個M22螺栓，拼接板尺寸為：</p><p><b>　　外拼接板： </b></p><p><b>　　內拼接板： </b><

52、/p><p><b>　　6.5腹板拼接設計</b></p><p>　　梁腹板連接所需的高強螺栓數(shù)目：</p><p>　　采用10.9級的M24螺栓：</p><p>　　考慮到彎矩作用的影響，采用8個M24螺栓，并成兩排布置。</p><p>　　腹板兩側連接板的厚度：</p>&

53、lt;p><b>　　取</b></p><p>　　腹板兩側連接板的尺寸不妨取為：</p><p>　　則梁與梁的拼接板連接圖如下圖：</p><p>　　連接構件的接觸面采用噴砂處理。</p><p><b>　　螺栓強度驗算</b></p><p>　　單個螺栓的

54、抗剪承載力設計值：</p><p>　　剪力 在螺栓群形心處所引起的附加彎矩：</p><p><b>　　修正后的彎矩：</b></p><p><b>　　螺栓最大應力</b></p><p>　　故螺栓的連接強度滿足要求。</p><p>　　故，腹板拼接采用8個M24

55、螺栓，拼接板尺寸為：</p><p><b>　　外拼接板： </b></p><p>　　6.6. 螺栓的凈截面強度驗算：</p><p>　　（1）選截面1—1討論：</p><p>　　最大正應力 </p><p><b>　

56、　最大剪應力</b></p><p>　　對于點b,折算應力為：</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　?。?）選截面2—2討論：</p><p>　　最大正應力 </p><p><b>　　

57、最大剪應力</b></p><p>　　對于點b,折算應力為：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　七、次梁與主梁工地拼接節(jié)點計算</p><p>　　次梁看做是簡支梁，故其支座處只有剪力，沒有彎矩。由之前計算知次梁支處最大剪力為V=495.9kN。采用10.9級高強螺栓。孔徑