钢结构基本原理课程设计
钢框架设计说明书
一、设计资料
工程名称:某多层图书馆二楼框架书库
kN mm,楼面板为150mm 工程资料:结构采用横向框架承重,楼面活荷载标准值72
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。框架平面布
置图和柱截面图如图1和图2。
工程要求:(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0.9~1.2m。
(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、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。
二、设计参数
混凝土自重:3
kN m厚度:150mm
25/
粉刷层:3
kN m厚度:15mm
17/
找平层: 320/kN m 厚度:20mm 楼面活荷载的标准值: 26/kN m
水磨石楼面: 20.65/kN m 钢材(Q235)强度设计值: 2215/d f N mm = 钢材(Q235)抗剪强度设计值:2125/v f N mm = 钢材(Q235)的弹性模量: 522.0610/E N mm =?
三、设计次梁截面CL-1 1.设计荷载
(1)恒载—标准层楼面(标准值)
水磨石面层楼面 粉刷层 找平层
结构层:150mm 单向钢筋混凝土楼板 2
3/75.3/2515.0m KN m KN m =? 合计: 5.055KN/m 2
(2)活载
楼面活载标准值 2
/7m KN
(3)竖向荷载下框架受荷总图
荷载由板到梁传递示意图如下图3所示:
1.305KN/m 2
a. 荷载标准值 楼面板传恒载=
m KN m m KN /7475.2225.4/055.52
1
2=??? 楼面传递活载=
m KN m m KN /5.3125.4/72
1
2=??? b. 荷载设计值
m KN q q q /397.714.12.1=+=活恒 c. 最大弯矩与剪力设计值
次梁架于主梁之上,相当于简支结构,计算简图如下图4:
KNm ql M 895.7229397.718
1
8122max =??==
71.3272
1
max ==
ql V 2.确定次梁的截面尺寸
由于设计初钢梁自重未知(考虑安全因素),故取:
KNm M M 353.737895.72202.102.1max =?== 次梁所需的截面抵抗矩:
3610430.3215353.737mm f M W d x ?===计 次梁选用工字形截面,则:
(1)确定腹板尺寸
梁的经济高度: mm W h x e 67.75530073=-= 取: )(760e h h mm h >=
腹板厚度: mm h t e w 89.75
.3==
取: mm t w 12=
次梁计算简图4
若翼缘的厚度取:20mm t = 则 mm t h h w 7202=-= (2)确定翼缘尺寸:
每个翼缘所需的截面面积: 249.30066
mm h
t h W A w x f =-=
翼缘板的宽度: 232.150mm t
A b f f ==
暂取: 300f
b mm =
(3)次梁截面尺寸特征(如图5-1):
493
3100164.212
72028812760300mm I x
?=?-?= 36910306.52
760100164.22mm h Ix Wx ?=?==
32997600370203002
360
12360mm S x =??+?
?= 43
390103680212
300201212720mm I y =??+?=
22064012720203002mm A =?+??=
mm A
I i y y 07.662064090103680==
= 22.13607
.669000
===y y i l λ
793.0760
30020
900013.069.0=???
+=b β
2y b b b 2
y y
43202351 4.4x t Ah W h f λ?βηλ????=++ ????? 235235]0])7604.42022.136(1[10306.57602064022.1364320793.026
2?+??+????
=
704.0= 由于b 0.6?>,则:
669.0704
.0282
.007.1'=-
=b ? 截面特征图5-1
(4)确定焊缝尺寸
KN V V mm N f w
f 71.327',/160max 2===
3
1216000036020300mm S =??= mm I VS f h x
w
f
f 58.74.111
=?
≥
min 6.71f h mm ≥==
mm t h f 242min max =≤
故取8f
h mm =,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)
8.985.710)10590202502(6
????+??=-自q
m KN /22.1=
次梁自重设计值:KNm 464.122.12.12.1=?==自’
q q
次梁(包括自重)所承担的最大的弯矩与最大剪力: 214.7429908.18
1
895.7228122max '
max =??+=+=ql M M KN l q q V 859.3292
9)908.1394.71(2)'(max
=?+=+=
(1)整体稳定性验算
1973.0215
10306.5669.010214.742''6
6
max <=????=d x b f W M ? 故次梁的整体稳定满足要求。
(2)局部稳定性验算
1507.51520b t ==≤=
84235846012720=≤==y
w w f t h 故次梁不会发生局部失稳。
(3) 刚度验算
mm EI l q x k 48.11100164.21006.23849000)59.15.317475.22(538459
54
4=?????++?==υ mm mm l 48.1136250
9000
250][=>===
υυ 故满足刚度要求。
(4)抗弯强度验算
226
max /215/2.13310
306.505.1241
.742'mm N f mm N W M d x x =<=??=γ 故抗弯强度满足要求。
(5)抗剪强度验算:
2
29
3max max /125/86.4012
100164.2299760010859.329mm N f mm N t I S V v w x x =≤=????==τ 故主梁的抗剪强度满足要求。
(6)翼缘焊缝验算
3
1216000036020300mm S =??=
2
9
31max /45.2912100164.2216000010859.329mm N t I S V w x =????==τ 29
6/547.13210
0164.2360
10241.742mm N I y M x x =???==σ
2122222/176/02.14245.293547.1323mm N f mm N =≤=?+=+βτσ
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2×300×20+720×12,如右图5-2。 翼缘与腹板采用焊缝连接,h f =8mm , 钢结构在焊接时焊条采用E43列, 焊接方法为手工焊。
图5-2
四、设计框架主梁KL-1 1.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①⑤受力是主梁②③④受力的一半。则以主梁②③④进行研究设计。
主梁计算简图如下图6:
主梁截面尺寸待定,因此先不计主梁自重荷载。
集中恒载:KN KN G 845.2622.19)59.17475.22(=??+=
2 1
1
D
C
B
A
主梁计算简图6
集中活载:KN Q 9.39695.474.1=???=
(1)荷载分析:
由于此结构具有对称性,故仅对以下六种具有代表性的何在形式进行分析:
①
次梁传递集中力恒载
②
连续梁受满布活载
③
1跨受满布活载
④
2跨受满布活载
⑤
1、2跨受满布活载
⑥
1、3跨受满布荷载