单层平面钢框架结构设计.docx

1、单层平面钢框架结构设计单层平面钢框架结构设计、前期工作1.1 总体思路首先， 根据钢结构基本原理 课程研究设计说明书所给出的的单层平面钢框 架结构图， 小组内共同讨论分析了结构的各个构件， 并且进行组内分工协作， 分别 研究各结构之间的连接等等，找出各部分结构所需的技术方法和涉及到的知识点， 随之在课本中找到相应部分的内容， 我们在查找过程中发现课本中对铰接、 刚接柱 头设计的内容介绍的很少， 于是去图书馆借资料和相关书籍。 经过大家的多番讨论， 我们整理出了两种设计方案及可行性措施。然后我们将设计方案拿给指导老师审 核，老师给出建议和指导后， 我们不断的思考讨论和修改， 最终确定出了一种更合

2、 理的设计方案，给指导老师审核通过后，我们开始进行下一期工作。1.2 项目内容本小组研究的主要内容有： 结构分析计算与截面选择、 钢结构构件连接的设计、 钢结构轴心受力构件的设计、钢结构受弯构件的设计、钢结构压弯构件的设计。我们所设计的钢框架为超静定结构， 因此不能直接根据结构件所受的外力来确 定框架的内力图， 而是需要根据钢结构设计要求， 初步选定截面尺寸， 确定各个构 件的抗弯刚度 EI ，然后根据结构力学的知识，用力法解超静定方程，从而可以求 解出其轴力图、 剪力图和弯矩图， 据此对轴心受压柱、 受弯柱和压弯柱分别进行强 度、刚度和稳定性的验算，若有一项不符合，则需重新选取截面，再次进行

3、内力的 计算，直至所有构建均满足强度、刚度和稳定性的要求。1.3 可行性分析初步拟定的方案存在较大缺陷。 三根构件分别为轴心受力构件、 受弯构件和压 弯构件， 由于受力性质的不同， 各构件对于强度、 刚度和稳定等方面的要求不尽相 同，因此抗弯刚度的大小相差也较大， 一开始假定的三根构件的抗弯刚度相等显得 非常不合理。 后续的截面选取和验算工作可能会十分复杂， 需要多次选取才能获得 合适的截面，影响之后的柱头和柱脚的设计与计算。因此可行性较低。第二个方案中， 先根据经验假定各构件的抗弯刚度， 再带入整体验算， 显得较为灵 活，有利于减少选取截面的时间和修改的概率。因此可行性较高。1.4 实施计划

4、本组成员共有 8 人，分为四个小组， 两人一组，分别进行” 轴心受压柱的设计” ， 受弯梁的设计” ，”压弯柱的设计” ，”梁与柱的连接以及柱与基础的连接” 。首先第一步进行的是轴心受压柱的设计， 由其所受的轴心压力选择合适的截面 进行计算并验算其刚度与整体稳定性。第二步进行的是压弯梁的设计， 根据梁所受弯矩选择截面并验算其刚度与稳定 性。同时进行轴心受压柱柱头与柱脚的设计。第三步进行压弯柱的设计， 由其所受轴心压力与弯矩选择合适的截面并进行强 度，刚度与稳定性的验算。第四步进行的是刚接柱头与柱脚的设计，完成整个平面框架的设计。1.5 预期成果虽然初步拟定的方案可行性较低， 但是其仍然存在着可

5、行性的， 若通过假设三 个构件采用的同一个抗弯刚度 EI ，进行内力分析，截面选取，强度刚度与稳定性 的验算， 若初步拟定的方案可行， 则采用此种方案， 若不可行， 则采用第二种方案， 重新假定这三个构件的抗弯刚度 EI 1、EI 2、EI 3，然后再进行内力分析，截面选取， 强度刚度与稳定性验算，成功的选出轴心受压柱，梁，压弯柱所需型钢。二、项目分析设计2.1 初选截面经过多次选择，最终选定截面：轴心受压柱：热轧型 HW175 175 7.5 11 受弯构件：热轧型 HN350 175 7 11压弯柱：热轧型 HW200 200 8 122.2内力分析与计算根据初选截面，可得出412X=12

6、980cm4I 3x=4717cm此结构为一次超静定结构，将（1）柱断开，再加一对轴力X,得到 静定体系（如图），分别求出轴力XI, 外力F，均布荷载q1和q2的弯矩图 以及轴力和剪力图。25kN/mJUIIUIIIIIUUIUIIUU5kN/m200kN11 21p ( 36006 2 459P EI22 31(36004 6 4594 6EI346298.2597176EI2EI3带入公式（1）得1366-)4440416)44 MN列一次超静定结构方程： 1p 0112 111 (66.6 ) (6 6 4)El 223 El 372144EI2EI3Xi46298.25I 297176

7、I 372 144I2 I3带入数据得，X1=669.94 kN39.36kij m2.3轴心受压柱设计(1)选用热轧H型钢Q235计算长度 lox loy 359.45cm=0.80738.62cm2设入=60 (b类)，查附表4.2 ,3A N 669.94 10A 2f 0.807 215 10lox 359.45ix iy 5.99cm60选用 HW175175/50=3.5mm验算隔板抗剪弯强度VmaxR 68250NVmax 68250 2v 125N /mm1.5 1.5 102.4N /mm2Mmaxht 100 10max56 29.86 10210 100179.16N/m

8、m22215N /mm算，此焊缝为侧面角焊缝，设hf10mm，求其长度N4 0.7 hf ffw669.94 1034 0.7 10 160149.54mm(3)靴梁计算靴梁与柱身的连接(4条焊缝)按承受柱的压力 N=669.94kN取靴梁高200mm设靴梁厚t=10mm,验算其抗剪抗弯强度Vmax 68250 62.5 5.2 137.5 112937.5N1.5晋 1.5 84.7N/mm2 fv 125N/mm2max6 73.38 10510 2002100.07N/mm22215N / mm社焊缝的焊脚靴梁与地板的连接焊缝和隔板与地板的连接焊缝传递全部柱的压力, 尺寸均为hf 10m

9、m，贝y3491mm669.94 101.220.7 10 160显然，焊缝的实际计算已超过此值 柱脚与基础的连接构造采用两个 20mm的锚栓。2.8刚接柱头设计1.计算长度：取焊脚尺寸hf 10mm，槽口取10mm长焊缝长度:39.3610655.3mm200mmw1350 1118539.3610646.6mm200mmw2350 1121580.06103328mmw32 0.710 160 所以焊缝都符合要求2.加劲肋的验算：所以只需上下两衬板对应处各设置一加劲肋， 上部加劲肋受拉， 下部加劲肋受压,验证下部加劲肋。加劲肋尺寸：bs 匹 40 176 40 45.9 mm 取 Q 10

10、0mm30 30bsts 一 6.7mm 且 ts 11mm.取 ts 20mm.取 h 175mm 15（1）加劲肋在腹板平面外的稳定120mm1 3Iz 12 2 0.8312 103 2 3.34 102cm41212A 12 2 0.8 2 102259.2cmiz Va2.38cmho20 1.2 27.4iz2.38查表得：0.9965（b类）639.36 10350411.2 104NN压11.2 1049.5N / mm2215N / mm2A 2 0.9965 5920(2)局部承压强度验算查附表1.12fee 325N /mm39.36 10611.2ce(3)35011.

11、2 104220 100加劲肋于腹板的连接焊缝查表 ffw 160N / mm2，取 hf11 .22 0.7hflw 2 2 0.7所以该加劲肋符合要求2.9刚接柱脚设计(1)刚接柱脚的设计与验算 支座反力N 280.06kN 底板悬伸长度e 40mm底板宽度b 200 210max104N28N / mm22ee 325 N / mm8mm1048 (176 2 8) 62.5N /mm ff 160 N /mmM 0.64kN m 靴梁厚度t 10mm2 30 280mm3280.06 1030.64 106280122801l 123.5mm 取 b 280mm l 558mmN6M2

12、max21.83 N / mmblblN6M2min1.75N / mmblbl21 1.82N /mm22 1.80N/mm223 1.78N/mm(2)底板的区格有三种，现分别计算其单位宽度的弯矩区格为四边支承板-200 1.08a 186查表得 0.0536 M11a2 0.536 1.82 1862 3374.9N mm区格为三边支承板932000.465查表得 0.0511 M2maxa12 0.0511 1.83 2002 3740.52N mm区格为悬臂部分1 2 1 2M3 max(c 10) 1.83 30 828N mm2 2取最大弯矩 Mmax 3740.52N mm t

13、 6M max6 3740.52 彳 21510.2mm故取底板厚为20mm隔板计算隔 93 2 1.83 340.38N / mm2取 hf 8mm340.8 2001.22 0.7 8 200249.8N / mmw 2f 160 N /mmN丄A80 .0610 30.9965加“79215 N / mmR 1 342.4 200 34224 N2设 hf 8mmR0.7hf ffw342240.7 8 16038.2mm取 h 200mm,设隔板厚t10mmb5020050 4mm(3)验算抗弯抗剪强度:Vmax R 34224N1.5Vmax1.534224200 10225.7N

14、/ mmfv 125N/mm2max-342.24 2002 1711200N mm856 17.112 1010 2002225.7N /mm2215N / mm(4)靴梁N13280.06 106迢d 143230N200设hf8mm,14323080 mm，取 h 320mm2 0.7 8 16010mmR 3010max2空100234224 401.83 1.8027910047219.4NVmax1.5ht1.547219.4320 10222.2N / mm22v 125 N / mmM max R 558 100 932-40 1.815 558 1002 234224 86

15、1 40 1.815 179222943264 1163088.34106352.3N mmmax6 4106352310 3202224.1N / mm2215N / mm验算隔板与底板间焊缝强度:取 hf 8mmR 2342242f 1.22 0.7 hf b1.22 0.7 8200 16254.5 N / mm验算四条焊缝处靴梁与底板间焊缝强度:2160N /mm40 1.815 1792 1.22 0.7 8 179 1612995.42 1.22 0.7 8 16325.84N /mm160N /mm2验算两条焊缝处靴梁与底板间的焊缝强度：40 200 1.80 1.78f 2 1

16、1.4N/mm2 f 160N/mm21.220.7 8 200 16 1.22 0.7 8 184锚栓选4个d 20mm位置距边缘处各 93mm加劲肋 bs1 50mm,bs2 30mm, h，! 270mm,t 10mm横板 b 50mm, t 15mm, l 558mm三、总结经过小组成员这几周的努力， 终于完成了钢结构三级项目。 回想这几周的奋斗 故事，我们每个人获得的不仅仅是书本上的知识，更是获得了合作、友谊、经验与 成长。这些收获不仅是我们对钢结构这门课程有了最透彻的认识，也开阔了我们的思维， 扩展了我们的视野，培养了我们作为即将步入社会的大学生的基本能力， 团结合作才能创造出更大的成果。钢结构课本第四版钢结构连接节点设计手册 钢结构设计与应用范例 钢结构设计及实用计算135266.3i 400