中南大学级钢结构课程设计计算书Word格式.docx
《中南大学级钢结构课程设计计算书Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中南大学级钢结构课程设计计算书Word格式.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2、参考规范及书目：
（1）中华人民共和国建设部.建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）
（2）中华人民共和国建设部.房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001）
（3）中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范（GB5009－2001）（2006版）
（4）中华人民共和国建设部.钢结构设计规范（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）
（6）沈祖炎等.钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006
（7）李星荣等.钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005
（8）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），机械工业出版社，2006
3、设计构件：
某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图（按照班级编号我是28号，参照附表一可知：
柱网尺寸6×
9，活荷载8，永久荷载5，钢材Q345,焊条E50型）。
结构采用横向框架承重，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，楼层层高取3.9m。
活荷载分项系数1.4；
永久荷载分项系数1.2。
4、设计内容要求：
（1）验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整。
（2）设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。
（3）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。
（4）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。
（5）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。
（6）设计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。
（7）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，KL-1钢材用量表，设计说明等。
（8）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、设计计算
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。
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：
楼面板永久荷载标准值：
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：
楼面板荷载标准值：
B、次梁部分
次梁在主梁上方，按简支梁计算。
次梁弯矩图：
次梁剪力图：
单根次梁上最大弯矩为:
两端剪力最大值为:
选用截面模量最小值：
根据截面模量选用热轧H型钢
查附表可知：
次梁验算
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。
1抗弯强度检验（翼缘边缘的弯曲应力）：
2抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：
③折算应力（腹板和翼缘交界处）：
④刚度检验
C、主梁部分
由简化力学模型得知，忽略连续梁对框架梁的荷载影响，只考虑次梁传递的荷载。
而次梁的荷载又分为永久荷载和活荷载两部分，需要考虑荷载的最不利布置情况。
选取中间一拼框架梁做分析计算，由于将次梁简化为两端铰接，各个部分所传递的荷载都相同。
中间一拼框架梁同时承受两个次梁传递的荷载。
主梁力学简化模型图：
主梁截面尺寸待定，先不计主梁自重荷载。
集中恒载标准值：
集中活载标准值：
集中恒载设计值：
集中活载设计值：
荷载分析：
此结构具有对称性，仅对以下六种具有代表性的荷载在形式进行分析：
①次梁传递集中力恒载
②连续梁受满布活载
③1跨受满布活载
④2跨受满布活载
⑤1、2跨受满布活载
⑥1、3跨受满布荷载
不同荷载组合下的内力图
①+
弯矩图：
剪力图：
1+③
1+④
1+⑤
1+⑥
通过上图比较可知：
最不利弯矩为①+⑥组合中：
最不利剪力为①+⑤组合中：
考虑计算时未计自重，出于安全考虑取
主梁选用截面模量最小值：
假设主梁钢板厚度
，Q345钢的抗弯强度设计值得
=310N/
E=206×
N/
和
=250。
梁最大容许挠度为L/250.
尺寸设计
（1）.腹板高度
1）.钢梁的最小高度（按最大挠度限值确定）
2）.经济高度经验公式
综上计算，取腹板高度
=
=620mm
（2）.腹板厚度
1）.抗剪要求
2）.局部稳定和构造因素
=
综上取
=10mm，选用腹板620×
10。
（3）.翼缘板截面尺寸（
×
）
一般翼缘宽度取10mm的倍数，厚度取2mm的倍数
翼缘宽度
，取
在确定
时，应考虑翼缘板的局部稳定性要求，近似取
≤15
＝15
=12.38即
根据抗剪强度和整体稳定性要求
≥
－
即
取
（4）.截面特征
根据上面计算，主梁截面尺寸如图。
计算截面特征：
（5）确定焊缝尺寸
查规范知Q345钢角焊缝抗剪强度为
取
。
钢结构在焊接时焊条采用E50系列，焊接方法为手工焊。
主梁验算
主梁自重标准值：
主梁自重设计值：
主梁含自重后的最大弯矩和剪力近似为：
强度验算
1）抗弯强度验算
抗剪强度验算：
局部压应力：
式中:
F为跨中集中力，
为集中荷载沿梁跨度方向上的支撑长度，取
=158mm
为自集中荷载作用面至腹板计算点的距离，
=14mm
为集中荷载增大系数，此处取=1.0
为钢材的抗压强度设计值，
局部承压满足要求，且不需要设置支承加劲肋
2）折算应力：
（翼缘与腹板相接处计算折算应力）
3）焊缝强度验算：
整体稳定验算：
将次梁作为主梁的侧向支撑，则
，
其侧向的计算长度：
长细比:
max=max（x,y）=52.72<
[]=150.00长细比（即刚度）满足。
对x轴，y轴均为b类截面
查《钢结构基本原理》附表4-4，
简支梁整体稳定系数
为整体稳定的等效临界弯矩系数,查规范GB50017-2003表B.1,取
y为梁在侧向支承点间对截面弱轴y-y的长细比,
A为毛截面面积
h为梁截面的全高
t1为受压翼缘厚度
为截面不对称系数，取
=0
应根据弹塑性方法来修正，
欧拉临界力
有端弯矩和横向荷载作用且使构件产生同向弯曲
在构件段内有弯矩和横向荷载作用且使构件产生异向弯曲
又主梁简化模型轴力
局部稳定性验算
翼缘：
腹板：
刚度验算
计算知
D、柱子部分
次梁自重标准值：
梁自重设计值：
用结构力学求解器求得简化图的弯矩和轴力图如下：
轴力图：
由上图可知
框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600×
柱子截面特征：
刚度验算：
强度验算：
整体稳定性验算：
E．连接部分
采用焊缝连接：
Q345角焊接的的抗拉强度
Q345对接焊缝的抗拉强度
在剪力和轴力作用下，焊缝应力分布为矩形。
其中剪应力由腹板承担，轴力则由所有焊缝承受。
在弯矩作用下，焊缝应力分布为三角形。
从应力分布来看，最危险点为“a”或者“b”点。
1）.焊角尺寸
采用手工焊角焊缝，则有焊角尺寸应满足
又
2）.焊缝截面特征
水平焊缝面积
竖向焊缝面积
焊缝总面积
构件截面对称，焊缝也对称，因此焊缝形心至水平板顶面的距离（
）与焊缝形心至水平板底面的距离（
）等于y=
=324mm
焊缝惯性矩
3）.焊缝受力分析
根据最不利荷载计算出的内力，可知在短梁段与柱连接点处的最大内力可能出现两种情况：
（1）“a”处受力为：
“a“点应力为：
结论：
“a”点应力满足要求。
（2）“b”处受力为：
“b“点应力为
“b“点应力满足要求。
由以上计算可知采用全部双面角焊缝能满足设计的要求。
1、计算螺栓连接处的内力
（1）由集中荷载产生的固端弯矩
取短梁段长度为1.0m,由计算得主梁在各种不利荷载组合下的内力图可知，距柱1.0m的短梁处，最大内力为：
弯矩：
剪力：
（2）由均布荷载产生的固端弯矩
由均布荷载产生的端部剪力：
均布荷载在1.0m处产生的内力计算如下：
弯矩：
剪力：
（3）由集中、均布荷载叠加所得的弯矩剪力
（4）弯矩分配
采用精确设计的方法，即弯矩由翼缘和腹板共同承担，剪力仅由腹板承担，翼缘承担的弯矩
和腹板承担的弯矩
，二者按刚度成比例分配：
梁的毛截面惯性矩：
腹板毛截面惯性矩：
翼缘毛截面惯性矩：
翼缘所承担的弯矩：
腹板所承担的弯矩:
2.设计螺栓连接
（1）翼缘拼接设计
采用10.9级摩擦型高强M22螺栓，起孔径为25.5mm,连接处的构件接触面的为喷砂处理方法，抗滑移系数：
螺栓端距：
螺孔中距：
取
1 梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目
单个高强摩擦型螺栓抗剪承载力设计值：
螺栓两排布置，孔径取25.5mm，翼缘板的净截面面积为：
翼缘板所能承受的轴向力设计值为：
单侧8个高强螺栓。
翼缘外侧拼接连接板的厚度：
延长度方向尺寸取500mm，翼缘外侧板的尺寸为：
③翼缘内侧拼接连接板的宽度和厚度：
宽度：
厚度：
升级会员 