海波的钢结构课程设计中南大学讲解Word格式.docx
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4=12KN/m；
楼面活载标准值：
8×
4=32KN/m；
楼面恒载设计值：
1.2=14.4KN/m；
楼面活载设计值：
32×
1.4=44.8KN/m；
qk=12+32=44KN/m;
q=14.4+44.8=59.2KN/m。
其计算简图如下图所示：
活载
9000
图1.次梁荷载分布图
由此可知弯矩最大值出现在跨中，其弯矩剪力图如图2如下所示：
即Mmax=KN•m
vmax=KN
M=KN•m
V=KN
图3次梁弯矩剪力图
2.次梁截面选取
截面次梁厚度小于16mm，且自重未知，考虑安全因素（选用Q235钢）
M=1.02M=611.388KN•m
截面模量：
mm3
根据截面模量选取次梁的，需用Q235工字梁工63b
Ix=98171cm3，，Sx=1846.6cm3，，A=167.19cm2，h=630cm，b=178mm，tw=15.0mm，t=22mm，r=15.0mm，r1=7.5mm，ρ=131.35kg/m
q＇=59.2+ρ×
g×
1.2=59.2+131.35×
9.8×
1.2×
10-3=60.74KN/m
Mxˊ=q＇l2=×
60.74×
92=615KN.m
最大剪力
Vˊ=×
q＇×
l=×
9×
60.74=273.33KN
3.强度验算
1.抗弯强度验算
σ===187.9N/<
=215N/
满足要求
2.抗剪强度验算
τ===34.265N/<
=125N/
3.支座处局部压应力验算
支反力为273.33，假定支承长度a=17cm，查型钢表有r=15，t=22，故有：
所以集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度为：
=a+5=170+5×
（15+22）=355mm
局部压应力：
===51.33N/<
4.支座处折算应力验算：
=178.38N/<
折算应力满足要求。
5.刚度验算
==2.12<
[]=
刚度满足要求。
6.稳定性验算
因为铺板（钢筋混凝土板）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，所以不需验算次梁的整体稳定性。
7.局部稳定验算
由于选择工字型型钢，故不需要局部稳定验算。
二．设计框架主梁KL-1
主梁截面内力计算
由简化力学模型可得，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恒载和活载两部分，故要考虑荷载的最不利布置情况。
由于框架主梁可以看作是刚接框架的，为了简化计算，主梁的自重在以后验算时再予以考虑。
受力情况如下：
主梁截面估算
由次梁传到主梁的集中力如下：
恒载标准值：
=（12+1.29）×
9=119.61KN
活载标准值：
=32×
9=288KN
恒载设计值：
G=1.2=1.2×
119.61=143.532KN
活载设计值：
Q=1.4=1.4×
288=403.2KN
主梁在各种情况活荷载作用下的弯矩图与剪力图如下：
1
2
3
4
5
主梁在恒载作用下的弯矩图与剪力图如下：
弯矩图（KN/m）
剪力图（KN）
恒载与情况1组合荷载的弯矩图与剪力图
恒载与情况2组合荷载的弯矩图与剪力图
弯矩图（KN/m）
剪力图（KN）
恒载与情况3组合荷载的弯矩图与剪力图
恒载与情况4组合荷载的弯矩图与剪力图
恒载与情况5组合荷载的弯矩图与剪力图
由以上的五种情况知：
梁在恒载与情况3组合荷载作用下弯矩最大，=886.38KN.m
梁在恒载与情况4组合荷载作用下弯矩最大，=365.46KN
1.主梁截面选取
1.1腹板高度
钢梁的最小高度（按最大挠度限值确定）
≧[]δ===20mm
==535.225mm
上式中取Q235刚的抗弯强度设计值得
f=215N/E=2.06×
N/
经济高度经验公式
=7×
－30=7×
－30=80.43cm
取腹板高度=800mm
2.2腹板厚度
抗剪强度要求=4.39mm
式中取Q235钢=125N/
局部稳定与构造要求：
===8.08mm
=7＋0.003=7＋0.003×
800=9.4mm
综上取=10mm，选用腹板——800×
10
翼缘板截面尺寸（b×
t）
=3574.67
=﹙﹚h≥11.9mm
取=250mm，≥12.58mm取=15mm
初选截面如下图所示
2.主梁截面的验算
1.）截面特性
面积矩=250×
15×
407.5=1528125
=1528125＋=2328125
面积A＝2×
250×
15＋800×
10＝15500
惯性矩＝1672229167
截面模量＝＝4029468
2.）梁的内力修正计算
自重：
q＝7850×
15500×
×
＝1.192KN/m
把自重等效成集中荷载设计值：
＝1.192×
8＝9.536KN
G＇＝9.536×
1.2＝11.443KN
则主梁的恒载标准值：
119.61＋9.536＝129.146KN
主梁的恒载设计值：
143.532＋11.443＝154.975KN
加上主梁自重后最大弯矩：
＝902.41KN•m
最大剪力：
＝372.89KN
3.）主梁截面验算
抗弯强度验算
σ===213.3N/<
抗剪强度验算
τ===51.91N/<
局部压应力验算
===188.53N/<
翼缘与腹板的相接处折算应力验算：
=σ=205.59N/
===34.08N/
==206.24N/<
整体稳定验算
因为次梁为主梁的侧向支撑，故主梁的受压翼缘的自由长度l=4000mm，
l与梁的受压翼缘宽度b之比：
=16=16，
故不用验算主梁的整体稳定性。
局部稳定性验算：
翼缘处：
=8<
13=13
腹板处：
=80<
114=114
故局部稳定。
刚度验算
最大挠度：
δ=1.146=
1.146×
=7.19
<
=20mm所以刚度满足要求
三．柱与主梁短梁段的焊缝设计
1.焊缝处内力计算：
由主梁的各种不利荷载组合下的内力图可知，在连接处的最大内力为：
M=750.45KN•mV=372.89KN
腹板焊缝承受全部剪力，弯矩由全部焊缝承担。
（焊缝如下图）有：
2.设计焊缝尺寸
拼接焊板均采用Q235钢板，焊条采用E43型系列焊条，角焊缝手工焊缝，沿全周施焊，没有起弧和落弧引起的焊缝缺陷
1）确定焊缝尺寸
角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。
根据构造要求：
最大焊脚尺寸：
规范规定当t>
6mm时≤tmin-（1~2）=13~14mm
最小焊脚尺寸：
规范规定，≥1.5=1.5=6.36mm
取=10mm
焊接在受弯时翼缘与腹板交接处将产生剪力，这个剪力T应由连接板翼缘与腹板的角焊缝承受，公式为：
T==1.4
≥==1.52mm故满足要求
2）焊缝截面特征
水平焊缝面积：
=0.7×
10×
2×
[230+（230－10）]=6300mm
竖向焊缝面积：
=0.7×
（800－15）=10990mm
总面积：
=10990+6300=17290mm
焊缝惯性矩：
[﹙400＋15＋3.5﹚2×
230＋﹙400－3.5﹚2×
220＋×
﹙800－15]=1612531171水平焊缝绕自身轴惯性矩很小，计算时忽略
==3821164
3）验算最危险应力
首先假设腹板焊缝承受全部剪力，而全部焊缝共同承担弯矩。
在剪力V作用下=33.93N/
在弯矩M作用下，产生a点应力=196.393N/
b点应力=183.331N/
四．设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点
1.连接处内力计算
由于工地拼接时，预先将长为0.9m的主梁与柱子焊接，由主梁在各种不利荷载组合下内力图可知，在距柱子0.9m处的最大内力为：
M=453.91KN•mV=372.89KN
则梁的毛截面惯性矩=1672229167
腹板毛截面惯性矩=
翼缘毛截面惯性矩=-=1672229167-=1245562500
翼缘所承担的弯矩×
M==338.1KN•m
腹板所承担的弯矩×
M==115.81KN•m
2.高强螺栓的选择以及孔径的确定
选用10.9级的摩擦型高强螺栓M20，起孔径为21.5mm，在连接处的构件接触面的处理方法为喷砂时，其抗滑移系数μ=0.45预应力P=155KN
3.高强螺栓拼接板的选择及其强度验算
一个高强螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值为：
=0.9μP=0.9×
0.45×
155=125.55KN
翼缘盖板螺栓上受到的内力为通过螺栓群中心线的轴力
=422.625KN故n==3.366取
一个高强螺栓摩擦型连接的抗拉承载力设计值为：
=0.8P=0.8×
155=124KN
螺栓端距:
2≤≤4有40mm＜80mm
螺孔中距:
3≤≤8有60mm＜160mm
翼缘外侧拼接板厚度=t＋3=0.5×
15＋3=10.5mm
选用钢板：
1——450×
翼缘内侧连接板宽度b==120mm
厚度：
=＋4=＋4=11.8mm
=＋4=＋4=10.4mm故取=12mm
2——450×
120×
12
上述计算表明螺栓强度满足，可不必进行验算
翼缘拼接采用八个M22螺栓
腹板两侧连接板厚度：
t=＋1=＋1=9mm
3——10×
600×
600
在腹板拼接板每侧设置两列螺栓，每侧用12个10.9级M20摩擦型高强螺栓。
连接处的分析简图如下图所示：
=＋V
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