中南大学钢结构课程设计

中南大学土木工程学院土木工程专业（本科）《钢结构基本原理》课程设计任务书

题目：钢框架主次梁设计

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一、设计规及参考书籍

1、规

（1）中华人民国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）

（2）中华人民国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001）

（3）中华人民国建设部. 建筑结构荷载规（GB5009－2010）

（4）中华人民国建设部. 钢结构设计规（GB50017－2003）

（5）中华人民国建设部. .钢结构工程施工质量验收规（GB50205-2001）

2、参考书籍

（1）祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业，2006

（2）毛德培. 钢结构，中国铁道，1999

（3）绍藩. 钢结构，中国建筑工业，2003

（4）星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业，2005

（5）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），机械工业，2006

二、设计构件

某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值2.02

kN mm（单号）、5.02

kN mm（双号），其中12班竖向梁跨度取值：学号1~10为8m、学号11~20为10m；学号21~为12m；其中13班水平向梁跨度取值：学号1~10为9m、学号11~20为11m；学号21~为13m；。楼面板为120mm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，次梁按简支梁计算。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600×300×12×18，层高3.5m。

三、设计容要求

（1）设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。

（2）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。

（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）设高计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用强螺栓连接。

（6）绘制主梁与柱连接节点详图，次梁与主梁工地拼接节点，短梁段及主梁体连接节点详图，梁体截面详图(2#图纸一)，KL-1钢材用量表，设计说明等。

（7）计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、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，节点连接计算。

图1 结构平面布置图

提示：

（1）取其中一榀框架进行计算，如轴线3，计算中要考虑活荷载的不利布置。（2）框架梁与柱为固结，次梁与框架梁之间为铰接。

（3）绘图注意事项

1、平面布置图。

2、主梁施工详图.主要绘制主梁的正面图、平面图以及必要的侧面图和剖面图，特殊零件的大样图。

比例尺：轴线方向：1:20 ~1:30 ，以免图幅太大；杆件截面、节点详图

1:10~1:15，或更大（原则清楚表达节点的细部制造要求）。

3、要全部注明的各零件（杆件和板件）的定位尺寸，孔洞的位置，以及对工厂加工和工地施工的所有要求。

定位尺寸主要为主、次梁的轴线位置；螺栓孔位置要满足型钢线距表和螺栓容许的排列距离要求；对加工及工地施工的其他要求包括零件切刨、孔洞直径和焊缝尺寸等；焊缝要区分工厂焊缝和工地焊缝，以及适应运输单元的划分和拼装。

4、施工图中应注明各零件的型号和尺寸，对各零件进行详细编号，并附有材料表。型钢要注明型号和长度。钢板要注明宽、长和厚度。零件按主次、上下、左右一定顺序逐一编号。编号与原则：完全相同的零件给予相同的零件数字编号，否则给予不同的编号。

5、说明：包括钢材的标号、焊条型号、焊接方法和质量要求。图中未注明的焊缝和螺孔尺寸以及油漆、运输和加工要求等图中未表现的其它容。如：

说明：1：钢材用Q 235－B ，焊条采用E43型 3：未注明的角焊缝尺寸为6㎜

4：未注明的焊缝长度为满焊 5：未注明的螺栓为M20，孔经Φ20.5

6：构件表面彻底除锈，涂防锈漆和醇酸磁漆各二度。

图例：

材料表

1

2

3 4

一、 设计计算

简化要点：

（1） 板面荷载按单向板分布；

（2） 次梁与框架梁铰接连接，各次梁受力相同，可任取其中一根分析；根据荷载传力途径：

楼面板－次梁－主梁－柱，依次计算各部分受力情况。

（3） 框架梁按连续梁设计，应考虑荷载的最不利位置。

1、 结构材料材质

1、Q235钢，2

2/125,/215mm N f mm N f v ==

2、E43焊条，

2

/160mm N f w f =

A 、 楼面板部分

楼面板为120mm 厚单向实心钢筋混凝土板。 楼面活载标准值：

4520kN /m =⨯=q

楼面板永久荷载标准值：

4312kN /m =⨯=q

楼面板自重已经包括在永久荷载里面，所以不计算。 楼面板荷载设计值：

1.420 1.2124

2.4kN /m =⨯+⨯=q 楼面板荷载标准值：

201232kN /m =+=q

B 、 次梁部分

1、次梁在主梁上方，按简支梁计算。

2、 计算最大弯矩与剪力设计值

22

max

11

42.411641.3KN/m

88

M ql

==⨯⨯=

max

11

42.411233.2

22

V ql kN

==⨯⨯=

次梁弯矩图：

次梁剪力图：

3、确定次梁的截面尺寸

选用截面模量最小值：

6

3

max

641.310

2840.75

f 1.05215

γ

⨯

===

⨯

x

x d

M

W cm

根据截面模量选用热轧H型钢,查附表可知：

1

2

2

488

300

11

18

164.4

=

=

=

=

=

H mm

B mm

mm

mm

A cm

t

t

4

x

3

3

71400

2930

1084.11549.9

20.8

=

=

=

=

x

x

x

W

cm

cm

cm

cm

I

S

i

4、次梁验算

4、由于选择的是热轧H型钢，不用验算局部稳定。又混凝土板覆盖在受弯构件的受压翼缘

上并与其牢固连接，能阻止受压翼缘的侧向变形，故不用验算次梁的整体稳定性。综上分析可知，次梁验算需要对强度和刚度进行验算。

5、①抗弯强度检验（翼缘边缘的弯曲应力）：

6

22

max

3

641.310

208/215/

1.05293010

σ

γ

⨯

===<=

⨯⨯

x x

M

N mm f N mm

W满足

6、②抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：