《钢结构基本原理》课程设计计算书--钢框架主次梁设计(1).docx

钢结构基本原理课程设计计算书题目：弱植杂：法罄微行钢结构基本原理课程设计任务书一、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S(GB/T50105-2010)(2)中华人民共和国建设部.房屋建筑制图统一标准S(GB/T50001-2010)(3)中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范S(GB5009-2012)(4)中华人民共和国建设部.钢结构设计规范S(GB50017-2003)(5)中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)2、参考书籍(1)沈祖炎等.钢结构基本原理M.中国建筑工业出版社，2006(2)毛德培.钢结构M.中国铁道出版社，1999(3)陈绍藩.钢结构M.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)M.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）M.机械工业出版社，2006二、设计条件某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重，柱网布置尺寸及楼面活载大小详见“五附图二楼面板为15Omm厚单向实心钢筋混凝土板，楼层装修从下至上具体如下：轻钢龙骨吊顶（0.2kNm2标准值）一框架钢梁-150mm厚实心钢筋混凝土板（25kN?v标准值）一水磨石面层（包括20mm厚水泥砂浆找平，0.65kN标准值）。荷载传力途径为：楼面板一次梁一主梁一柱一基础。设计中仅考虑竖向荷载作用，框架主梁按连续梁计算,次梁按简支梁计算。三、设计内容和要求（1）进行次梁C1-I截面设计。（2）进行框架主梁K1-I截面设计，并绘制施工图。（3）进行框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点设计，短梁段长度一般为0.91.2m,要求采用高强螺栓连接，并绘制施工图。（4）进行框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计，要求采用焊缝连接，并绘制施工图。要求：提交设计计算说明书一份，框架主梁K1-I施工图（一号图）一张。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（包括截面板件连接焊缝设计）、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。计算书按中南大学课程设计统一格式编制，要求文本规范、层次分明、字体工整，图表准确，并按以下顺序装订成册：封面、设计任务书、目录（应标明各章节页码）、设计计算正文文本、设计体会、参考文献（按规范格式书写）、封底。施工图绘制包括：绘制框架主梁短梁段与梁体制作详图、框架主梁短梁段与柱连接节点详图、短梁段与主梁梁体连接节点详图,一根K1J钢材用量表,设计说明（1#图纸一张）。施工图图面布置合理，比例适当，图面整洁，线条清楚，文字采用宋体或仿宋体，符合制图标准，达到施工图要求。四、进度安排周一：构件尺寸估算和楼盖荷载计算;周二：楼盖内力计算及内力组合；周三：主梁截面设计及连接设计计算;周四：施工图绘制；周五：计算文本整理。五、附图911TC1-I11-IC1-I11-IC1-I11-IC1-I©§2.11-I.11-I.IU11-IT,11-I.500WQC1-IC1-IC1-IC1-I©W0.11-I、11-I.11-II.11-I.1C1-IC1-IC1-IC1-IjZ.11-1.I工11-I.11-II/，11-I,J1111图2框弟计僦而图Q)Qbc；C图1结构平面布置图结构布置柱网尺寸及楼面活荷载大小组别主梁跨度5(mm)次梁跨度1(mm)楼面活载标准值(kN?)1800084009.072800084007.03840090007.04840090006.05800090008.0目录一、设计说明1二、次梁C1-I截面设计12.1 次梁荷载和内力的计算（不含次梁自重）12.2 次梁截面的选取22.3 3次梁截面的验算2三、框架主梁K1-1截面设计33.1 主梁荷载计算及内力组合33.2 主梁截面的选取93.3 主梁截面的验算113.4 翼缘与腹板连接焊缝计算14四、框架主梁短梁段与梁体工地拼接点设计154.1 梁翼缘板的拼接154.2 梁腹板的拼接164.3 翼缘与腹板净截面的强度验算19五、框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计205.1框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算20六、设计体会22七、参考文献23一、设计说明在本次钢结构设计过程中，钢材均采用Q235钢。设计任务书图1中，取B=8000mm,1=8400mm,楼面活载标准值为7KNm.二、次梁C1-I截面设计2.1 次梁荷载和内力的计算(不含次梁自重)2.1.1 荷载的计算由于设计中，次梁可按简支梁计算，所以为了简化计算，只将次梁两侧楼面板的自重和楼面板所受的活载加入计算，具体计算结果如下：(1)荷载标准值楼面板所受活载的标准值为：%=gx7x8=28KN根据楼面板的构造，计算得楼面板自重的标准值为：qk=gx(0.2x8+2.5x0.15x8+0.65x8)=18.4KN(2)荷载设计值楼面板所受活载的设计值为：/=gx7x8x1.4=39.2KN楼面板自重的设计值：qk=TX(0.2x8+2.5x0.15x8+0.65x8)x1.2=22.08KN2.1.2 截面内力的计算根据设计要求，次梁的计算简图如下：次梁截面的最大弯矩值为：MmaX=1X2+23.2)×8.42=540.4896KN8次梁截面的最大剪力值为：7max=-×(41.2+23.2)×8.4=257.376侬2. 2次梁截面的选取次梁所需的净截面模量为:=2510.98cn2Minax540.4896x106xf1.05×205所以，根据次梁所需的净截面模量，选用热轧普通工字型刚156c,其截面特性如下:Zx=7143WM=2551.1Cm35r=1525.6c7ix=2.2Scmm-123.85Agmz=560cwb=17Ocrntw=16.5CTnt=2cm2.3次梁截面的验算由于次梁选用的是工字型钢，可不需对次梁进行局部稳定性验算，又考虑到楼板对次梁的侧向约束，次梁的整体稳定性也不需要验算。所以，对次梁只需进行强度和刚度验算即可，具体计算如下：2.3.1次梁的强度验算（采用荷载设计值）（1）次梁的抗弯强度验算Mmas540,4896×1O6xW11x1.05×2551.Ix1tf=201.78VW<f=25Nmm2所以，次梁满足抗弯强度要求。（2）次梁的抗剪强度验算EmaXSX257.376×IO3×1447.2×103IJh.71430×104×16.5=37.5N/mnr<f=25Nmnr所以，次梁满足抗剪强度要求。2.3.2次梁的刚度验算（采用荷载标准值、考虑次梁自重）(1)次梁发生的最大挠度为:=18.71w5Qk14_5×(32+18.4+123.85x9.8÷100)80004384E7-384×2.06×105×71430×104(2)次梁的容许挠度为:250250%2二33.6相机18.71相机所以，次梁满足刚度要求。综上所述，次梁采用热轧普通工字型刚156c满足设计要求。三、框架主梁K1-I截面设计3.1主梁荷载计算及内力组合在设计过程中，只考虑次梁传递给主梁的力，又因次梁的荷载分为恒载和活载，所以需要考虑次梁活载的最不利位置。设计过程中选取中间的框架主梁做分析计算，由于次梁简化成简支梁，各个部分所传递的荷载相同，所以中间框架主梁同时受两个次梁传递的荷载。具体简化得到的主梁力学模型如下：由于主梁的截面尺寸还没确定，所以设计截面时先不计主梁的自重荷载，在验算时再计入主梁的自重。3.1.1 荷载的计算(1)主梁所受集中恒载的设计值为：Q4G=1.2×(18.4+9.8×123.85÷1000)×-×2=197.71W（2）主梁所受集中活载的设计值为：84Q=1.4X28X刀x2=329.28KN3.1.2 截面内力的计算在主梁上的集中荷载分布一共有7种形式，根据对称性，独立不相同的荷载分布形式有5种。现利用矩阵位移法的PF软件分别计算其弯矩和剪力，并确定其中的最不利荷载位置及其大小。计算方法：采用矩阵位移法，利用PF程序进行电算。Step1：确定坐标系，为节点、杆系编号。见图1.图1重要说明：（1）：图中假设（1）、（2）、（3）位置均有均布荷载Q,当计算不同情况下的荷载时，剩余位置设为O即可。如此，方便程序输入。（2）：由于内力计算时与材料本身无关，故输入时E、I均可取为1Step2:建立输入文件，按规定格式输入各参数。Step3:运行程序，输出结果。见3.1.3分析结果。3. 1.3.结果分析注意：依照矩阵位移法的正负号规定，截面上弯矩逆时针时为正，向上剪力为正。情况一：第一种集中荷载在下图2：图2弯矩图：剪力图为:情况一各截面处的受力情况为下表1：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M875.9783.7-783.7-322.7322.7-115.2115.392.0-92.023.0-23.0-46.1V395.1395.1-263.4-263.449.3949.3949.449.4-16.5-16.5-16.5-16.5情况二：荷载作用位置如下图(1)剪力图为:情况二各处受力情况为下表2：类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情况三:受力情况为下图(T)%弯矩图为：剪力图为:类型11.2中点处22.3中点33.4中点4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461