中南大学钢结构基本原理课程设计(1)

中南大学钢结构基本原理课程设计

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120mm 工程资料：结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值82

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（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）设计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。

（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#图纸一张)，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、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，节点连接计算。

二、设计参数

混凝土自重： 325/kN m 厚度：120mm 粉刷层： 317/kN m 厚度：15mm 找平层： 320/kN m 厚度：20mm 楼面活荷载的标准值： 2

8kN/mm 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

3/3/2512.0m KN m KN m =⨯ 合计： 4.305KN/m 2

（2）活载

楼面活载标准值 2

/8m 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 /22.1720.4/305.42

1

2=⨯⨯⨯ 楼面传递活载=

m KN m m KN /3220.4/82

1

2=⨯⨯⨯ b. 荷载设计值

m KN q q q /464.654.12.1=+=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：

m KN ql M ·823.6629464.658

1

8122max =⨯⨯==

kN ql V 588.2942

1

max ==

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：

次梁计算简图

4

m KN M M ∙=⨯==079.676823.66202.102.1max 次梁所需的截面抵抗矩：

366

10145.321510079.676mm 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 58.72530073=-= 取： )(740e h h mm h >=

腹板厚度: mm h t e

w 70.75

.3==

取： mm t w 12= 若翼缘的厚度取：20mm t = 则 mm t h h w 7002=-= （2）确定翼缘尺寸：

每个翼缘所需的截面面积： 227706

mm h t h W A w x f =-= 翼缘板的宽度： 25.138mm t

A b f f ==

暂取： 300f

b mm =

（3）次梁截面尺寸特征（如图5-1）：

493

3108986.11270028812740300mm I x ⨯=⨯-⨯=

36910131.52

740108986.12mm h Ix Wx ⨯=⨯== 32895000360203002

350

12350mm S x =⨯⨯+⨯⨯= 4

3390100800212300201212700mm I y =⨯⨯+⨯= 22040012720203002mm A =⨯+⨯⨯=

截面特征图5-1

mm A

I i y y 46.6620400

90100800

==

=

42.13546.669000==

=y y i l λ 795.0740

30020

900013.069.0=⨯⨯⨯

+=b β

2y

b b b

2

y y 43202351 4.4x t Ah W h f λϕβηλ⎡⎤

⎛⎫⎢⎥=++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦

235

235

]0])7404.42042.135(1[10131.57402040042.1354320795.0262⨯

+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯

= 717.0= 由于b 0.6ϕ>，则：

677.0717

.0282

.007.1'=-

=b ϕ （4）确定焊缝尺寸

KN V V mm N f w

f 588.294',/160max 2===

3

12100000

35020300mm S =⨯⨯= mm I VS f h x w

f

f 45.14.111

=∙≥

m i n m a x

1.5 1.520 6.71

f h t

m m ≥== 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)12700203002(6⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=-自q m KN /596.1= 次梁自重设计值：KNm 883.1569.12.12.1=⨯==自’

q q 次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力： 888.6819883.18

1

823.6628122max '

max =⨯⨯+=+=ql M M KN l q q V 062.3032

9)883.1464.65(2)'(max

=⨯+=+=