鋼結構課程設計-- 鋼框架主梁設計

1、<p>　　專業(yè)班級： </p><p><b>　　二〇一二年一月</b></p><p><b>　　一、設計構件</b></p><p>　　某多層圖書館二樓樓面結構布置圖如圖，結構采用橫向框架承重，樓面活荷載標準值5（0509）、6（0510），樓面板為150mm厚單向實心鋼筋混凝土板，荷

2、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。</p><p><b>　　二、設計內容要求</b></p><p>　?。?）設計次梁截面CL-1。</p><p>　?。?）設計框架主梁截面KL-1。</p><p>　?。?）設計框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點，要求

3、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>　?。?）繪制主梁與柱連接節(jié)點詳圖，短梁段及梁體連接節(jié)點詳圖，短梁段與梁體制作詳圖，KL-1鋼材用量表，設計說明(1#圖紙一張)。</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

4、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。</p><p><b>　　三、設計參數(shù)</b></p><p>　　混凝土自重： </p><p>　　厚度： </p><p>　　樓面活荷載的標準值：

5、 </p><p>　　鋼材（Q235）強度設計值： </p><p>　　鋼材（Q235）抗剪強度設計值： </p><p>　　鋼材（Q235）的彈性模量： </p><p>　　四、設計次梁截面CL-1</p><p><b>　　4.1設計荷載</b></

6、p><p>　　載: 150mm單向鋼筋混凝土樓板 </p><p>　　活載: 樓面活載標準值 </p><p>　　荷載傳力途徑為：樓面板－次梁－主梁－柱－基礎</p><p><b>　　荷載標準值</b></p><p><b>　　樓面板傳恒載：

7、</b></p><p><b>　　樓面?zhèn)鬟f活載： </b></p><p><b>　　荷載設計值 </b></p><p>　　最大彎矩與剪力設計值</p><p>　　次梁架于主梁之上，相當于簡支結構，計算簡圖如下圖3：</p><p><b

8、>　　圖3</b></p><p>　　4.2 次梁截面選取</p><p>　　假設次梁厚度小于16mm,有</p><p><b>　　截面模量： </b></p><p>　　根據(jù)截面模量選取次梁，選用 工字梁 </p><p><b>　　查表得其截面特征：&

9、lt;/b></p><p><b>　　考慮梁的自重： </b></p><p><b>　　最大彎矩：</b></p><p><b>　　最大剪力：</b></p><p><b>　　4.3強度驗算</b></p><p&

10、gt;<b>　　1．抗彎強度驗算</b></p><p><b>　　滿足要求.</b></p><p><b>　　2. 抗剪強度驗算</b></p><p><b>　　滿足要求.</b></p><p>　　3. 支座處局部壓應力驗算</p&

11、gt;<p>　　支反力為，假定支承長度為，由上次梁截面常數(shù)，，有 </p><p>　　集中荷載在腹板計算高度上分布長度為： </p><p><b>　　局部壓應力：</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　4.支座處折算應力驗算：</p&

12、gt;<p>　　可知折算應力滿足要求。</p><p><b>　　5. 剛度驗算</b></p><p>　　可知剛度驗算滿足要求。</p><p><b>　　6．穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　因為混凝土板覆蓋在受彎構件的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止受壓翼緣的側向變

13、形，所以不用驗算次梁的整體穩(wěn)定性。</p><p><b>　　7.局部穩(wěn)定性</b></p><p>　　由于選擇的是工字型鋼，不許驗算局部穩(wěn)定。</p><p>　　設計框架主梁KL-1</p><p><b>　　5.1設計荷載</b></p><p>　　忽略連續(xù)梁對

14、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>　　主梁計算簡圖如下圖：</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><p><b&

15、gt;　　集中活載標準值： </b></p><p><b>　　集中恒載設計值： </b></p><p>　　集中活載設計值： </p><p><b>　　荷載分析：</b></p><p>　　由于此結構具有對稱性，</p><p>　　故僅對以下六種具

16、有代表性的荷載在形式進行分析：</p><p><b>　　次梁傳遞集中力恒載</b></p><p><b>　　連續(xù)梁受滿布活載</b></p><p><b>　　1跨受滿布活載</b></p><p><b>　　2跨受滿布活載</b></p

17、><p><b>　　1、2跨受滿布活載</b></p><p>　　1、3跨受滿布荷載 </p><p>　　5.2 荷載組合下的內力圖</p><p><b>　?、?②：</b></p><p><b>　　①+③</b></p>&

18、lt;p><b>　?、?④</b></p><p><b>　?、?⑤</b></p><p><b>　　①+⑥</b></p><p><b>　　故由以上圖可知：</b></p><p><b>　　最不利彎矩為： </b&g

19、t;</p><p><b>　　最不利剪力為： </b></p><p>　　5.3 確定主梁的截面尺寸：</p><p>　　由于設計初鋼梁自重未知（考慮安全因素），故?。?lt;/p><p>　　主梁所需的截面抵抗矩：</p><p>　　選用工字形截面，則：</p><p&

20、gt;<b>　　確定腹板尺寸：</b></p><p><b>　　腹板高度：</b></p><p>　　主梁最小高度（由最大擾度限值確定）</p><p>　　主梁的經(jīng)濟高度： </p><p>　　取腹板高度： </p><p>&

21、lt;b>　　由抗剪強度要求 </b></p><p>　　由局部穩(wěn)定性與構造要求 </p><p>　　綜上，取 選用腹板 —</p><p>　?。?）確定翼緣尺寸：</p><p>　　每個翼緣所需的截面面積</p><p><b>　　翼緣板的寬度： </b></

22、p><p><b>　　綜合上述?。?</b></p><p>　　（3）主梁截面尺寸特征：</p><p><b>　　慣性矩： </b></p><p>　　截面模量： </p><p><b>　　面積：</b></p>

23、<p><b>　　確定焊縫尺寸</b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　?。?。鋼結構在焊接時焊條采用E43系列，焊接方法為手工焊。</p><p><b>　　3. 主梁驗算

24、</b></p><p>　　主梁自重標準值：（用Q235鋼材）</p><p>　　主梁自重設計值： </p><p>　　主梁（包括自重）所承擔的最大的彎矩與最大剪力近似按下式計算：</p><p>　　（1） 整體穩(wěn)定驗算： </p><p>　　將次梁作為主梁的側向

25、支撐，則</p><p>　　故主梁的整體穩(wěn)定不必驗算。</p><p>　?。?）局部穩(wěn)定性驗算</p><p><b>　　翼緣處：</b></p><p><b>　　腹板處：</b></p><p>　　故次梁不會發(fā)生局部失穩(wěn)。 </p><

26、;p>　　(3) 剛度驗算 </p><p><b>　　故滿足剛度要求。</b></p><p>　?。?）抗彎強度驗算</p><p>　　故抗彎強度滿足要求。</p><p>　?。?）抗剪強度驗算：</p><p>　　故主梁的抗剪強度滿足要求。<

27、/p><p><b>　　局部壓應力</b></p><p>　　故局部承壓滿足要求，且不需要設置支承加勁肋</p><p><b>　　折算應力：</b></p><p>　　翼緣與腹板相接處計算折算應力</p><p>　　故折算應力滿足要求。</p><

28、p>　　六、框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點的設計：</p><p><b>　　6.1 設計資料</b></p><p>　　受力類型：彎矩、剪力（軸力較小忽略不計）</p><p>　　荷載數(shù)據(jù)：短梁和柱通過焊縫連接，短梁長1m。由以上計算知，梁端最大彎矩和最大剪力分別為： </p><p><b>　

29、　焊縫的強度設計值：</b></p><p>　　主梁為組合工字型截面，材料Q235鋼，焊條為E43型焊條采用角焊縫焊接。 </p><p><b>　　6.2設計焊縫尺寸</b></p><p>　　連接采用沿全周施焊的角焊縫連接，轉角處連續(xù)施焊，沒有起弧和落弧所引起的焊口缺陷，并假定全部剪力由腹板的連接焊縫承擔，不考慮工字形翼緣

30、端部繞轉部分焊縫的作用。</p><p><b>　　1確定焊腳尺寸</b></p><p>　　角焊縫尺寸是根據(jù)板件的厚度確定的，由構造要求，</p><p>　　最大焊腳尺寸，規(guī)范規(guī)定，</p><p><b>　　當 </b></p><p><b>　　

31、t為較小板件的厚度</b></p><p>　　最小焊腳尺寸，規(guī)范規(guī)定， </p><p><b>　　t為較厚焊件厚度</b></p><p>　　由上，取焊腳尺寸 </p><p>　　全部剪力由腹板的連接焊縫承擔 </p><p><b>　　滿足條件</b

32、></p><p><b>　　2 焊縫截面特征</b></p><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>&l

33、t;b>　　焊縫慣性矩</b></p><p>　　水平焊縫繞自身軸慣性矩很小，計算忽略</p><p><b>　　3 驗算最危險點</b></p><p><b>　　剪力V作用下 </b></p><p>　　彎矩作用下 a點應力</p><p>&l

34、t;b>　　b點應力</b></p><p>　　在彎矩和剪力共同作用下，a,b為最危險點</p><p><b>　　a點</b></p><p><b>　　b點 </b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p&g

35、t;　　七、設計框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點（采用高強度螺栓）</p><p>　　1. 計算螺栓連接處的內力：</p><p>　　取短梁段長度為1.0m,由計算得主梁在各種不利荷載組合下的內力圖可知，距柱1.0m的短梁處，最大內力為：</p><p>　　采用精確設計的方法，即彎矩由翼緣和腹板共同承擔，剪力僅由腹板承擔，翼緣承擔的彎矩和腹板承擔的彎矩，二者

36、按剛度成比例分配：</p><p><b>　　梁的毛截面慣性矩：</b></p><p><b>　　腹板毛截面慣性矩：</b></p><p><b>　　翼緣毛截面慣性矩：</b></p><p>　　翼緣所承擔的彎矩： </p><p&g

37、t;　　腹板所承擔的彎矩： </p><p>　　2. 設計螺栓連接：</p><p>　　采用10.9級摩擦型高強M22螺栓，起孔徑為23.5mm,連接處的構件接觸面的為噴砂處理方法，抗滑移系數(shù)：，預拉力為：</p><p><b>　?。?）翼緣拼接設計</b></p><p>　　梁單側翼緣連接所需的高強度

38、螺栓數(shù)目</p><p>　　單個高強摩擦型螺栓抗剪承載力設計值： </p><p>　　螺栓兩排布置，孔徑取23.5mm，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>　　取</b></p><p><b>　　單側6個高強螺栓。

39、</b></p><p>　　翼緣外側拼接連接板的厚度：</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寬度和厚度：</p><p><b>　　厚度：</b></p>&l

40、t;p><b>　　寬度： </b></p><p>　　所以，內拼接板的尺寸為：</p><p><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><b>　?。?）腹板拼接設計</b></p>

41、;<p>　　腹板兩側連接板的厚度：</p><p>　　腹板兩側連接板的尺寸不妨取為：</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M22螺栓：</p><p>　　在腹板拼接板每側布兩列螺栓，每側用10個10.9級M22摩擦型高強螺栓，連接構件的接觸面采用噴砂處理。</p&g

42、t;<p><b>　?、?螺栓強度驗算</b></p><p>　　單個螺栓的抗剪承載力設計值：</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>&l

43、t;/p><p>　　所以螺栓的連接強度滿足要求。</p><p>　　翼緣拼接采用10個M22螺栓，拼接板尺寸為：</p><p><b>　　外拼接板： </b></p><p>　　3. 螺栓的凈截面強度驗算：</p><p><b>　?。?）翼緣板驗算</b></

44、p><p>　　翼緣板所受的軸力： </p><p><b>　　（2）腹板驗算</b></p><p>　　對腹板截面??—??比?—?凈截面大，所以只需驗算?—?凈截面</p><p><b>　　正應力：</b></p><p><b>　　剪應力：</b&

45、gt;</p><p>　　翼緣和腹板強度均滿足要求。</p><p><b>　　注：</b></p><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

46、民共和國建設部. 房屋建筑制圖統(tǒng)一標準（GB/T50001－2001）</p><p>　　（3）中華人民共和國建設部. 建筑結構荷載規(guī)范（GB5009－2001）</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）&

47、lt;/p><p><b>　　2、參考書籍</b></p><p>　?。?）沈祖炎等. 鋼結構基本原理，中國建筑工業(yè)出版社</p><p>　　（2）毛德培. 鋼結構，中國鐵道出版社</p><p>　?。?）李和華. 鋼結構連接節(jié)點設計手冊，中國建筑工業(yè)出版社</p><p>　?。?）王國周等