鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、目錄1荷載計(jì)算及荷載組合1.1按樓面構(gòu)造做法計(jì)算列表 11.2荷載組合及內(nèi)力計(jì)算 12.截面尺寸估算2.1根據(jù)剛度確定最小高度 12.2梁截面預(yù)估尺寸 23.次梁設(shè)計(jì)3.1 次梁CL-1的荷載和內(nèi)力 33.2 次梁CL-1的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算 44.主框架梁設(shè)計(jì)4.1主框架梁KL-1的荷載和內(nèi)力 54.2主框架梁KL-1的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算 6 4.3連梁LL-1設(shè)計(jì) 75.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)5.1框架主梁與柱連接節(jié)點(diǎn) 75.2框架主梁短段與梁主體工地拼接節(jié)點(diǎn) 86.連接節(jié)點(diǎn)及KL-1施工圖 101.荷載計(jì)算及荷載組合1.1按樓面構(gòu)造做法計(jì)算列表1。表1.荷載匯集表序號(hào)荷載名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)值(KN/m2)1水磨石樓地面 0.6

2、5215mm厚水泥砂漿找平層0.015x20=0.32150mm厚鋼筋砼板 0.15x25=3.753鋁合金龍骨吊頂 0.10永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值總重gk4.804樓面活荷載5.5可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值總重pk5.5此處根據(jù)任務(wù)書(shū)填寫(xiě)1.2荷載統(tǒng)計(jì)計(jì)算對(duì)于一般框架結(jié)構(gòu)荷載組合公式為 ： （4）式中2.截面尺寸估算工程設(shè)計(jì)中有許多鋼梁是按強(qiáng)度條件確定截面尺寸的，這些梁都有防止整體失穩(wěn)的構(gòu)件與之相連，例如有樓面板的樓面梁。由于跨度較大所以采用焊接組合截面。首先定出梁的高度，它既是用料節(jié)省的主要因素，又受到相關(guān)要求的制約，包括凈空限制和撓度要求。因此需要從下面三個(gè)方面考慮：（1）容許最大高度hmax: （2）容許

3、最小高度hmin:量的最小高度根據(jù)剛度條件決定，也就是根據(jù)撓度確定。（3）經(jīng)濟(jì)高度he:最經(jīng)濟(jì)的截面高度應(yīng)該使梁的總用鋼量最小。2.1根據(jù)剛度確定最小高度根據(jù)資料計(jì)算荷載是非常重要的步驟本設(shè)計(jì)題目中的梁假定是以均布荷載作用下的簡(jiǎn)支梁，所以 （1）當(dāng)梁強(qiáng)度得到充分利用時(shí)，代入（1）或（2）如果采用Q235鋼材，得到：（3）2.2梁截面預(yù)估尺寸（1）框架梁KL-1：,跨度此處根據(jù)任務(wù)書(shū)填寫(xiě)，取中翼緣H型鋼HM600X300X12X20，根據(jù)題目選擇詳見(jiàn)圖2所示。截面特性參數(shù)：A=192.5cm2;Ix =118000cm4; Iy =9020cm4; g=151kg/m; ix =24.8cm;

4、iy =6.85cm;Wx=4020cm3; Wy=601cm3;Sx=7243cm3; Sy=900cm3;腹板計(jì)算高厚比 H0/Tw=588/12=49翼緣寬厚比 B/T=300/20=15（2） 次梁CL-1：,跨度此處根據(jù)任務(wù)書(shū)填寫(xiě)，取中翼緣H型鋼HM450X300X11X18，詳見(jiàn)圖3所示。截面特性參數(shù)：A=157.4cm2; Ix =56100cm4; Iy =8110cm4; g=124kg/m;ix=18.9cm;iy =7.18cm;Wx=2550cm3;Wy=541cm3;Sx=2804cm3;Sy=810cm3;(3) 連梁LL-1：，跨度此處根據(jù)任務(wù)書(shū)填寫(xiě)，取中翼緣H型

5、鋼HM450X300X11X18根據(jù)題目選擇, 截面特性參數(shù)同CL-1。圖2. KL-1截面示意圖 圖3. CL-1截面示意圖3.次梁設(shè)計(jì)3.1 次梁CL-1的荷載和內(nèi)力：按照規(guī)定支承板的長(zhǎng)邊與短邊之比>2時(shí)，可以忽略短邊方向傳遞的荷載。均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值均布荷載組合值 計(jì)算見(jiàn)圖詳見(jiàn)圖4所示。圖4. CL-1計(jì)算簡(jiǎn)圖將每跨作為簡(jiǎn)支梁計(jì)算。按照單跨簡(jiǎn)支梁計(jì)算內(nèi)力和撓度【2】：跨中彎矩 支座剪力 跨中撓度3.2 次梁CL-1的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算：1) 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算2) 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算3) 剛度驗(yàn)算 4) 整體穩(wěn)定驗(yàn)算：次梁的受壓翼緣板的自由長(zhǎng)度，受壓翼緣寬度，所以需要驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性。5) 局部穩(wěn)定驗(yàn)算

6、采用的是熱軋H型鋼，所以局部穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。腹板計(jì)算高厚比 H0/Tw=414/11=37.63<170翼緣寬厚比 B/T=300/18=16.67<19 通過(guò)上述驗(yàn)算得知，次梁CL-1規(guī)格HM450x300x11x18，設(shè)計(jì)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定的各項(xiàng)要求。4.主框架梁設(shè)計(jì)4.1主框架梁KL-1的荷載和內(nèi)力：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值 均布荷載組合值 CL-1傳來(lái)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 CL-1傳來(lái)集中荷載組合值 圖5. KL-1計(jì)算簡(jiǎn)圖按照三跨連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力和撓度【2】：跨中最大彎矩 支座最大彎矩 最大剪力 最大撓度1) 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算2) 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算3) 剛度驗(yàn)算 4) 整體穩(wěn)定驗(yàn)

7、算：框架主梁的受壓翼緣板的自由長(zhǎng)度，受壓翼緣寬度，所以需要驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性。5) 局部穩(wěn)定驗(yàn)算采用的是熱軋H型鋼，所以局部穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。腹板計(jì)算高厚比 H0/Tw=560/12=46.67<170翼緣寬厚比 B/T=300/20=15.0<19 通過(guò)上述驗(yàn)算得知，框架主梁KL-1規(guī)格HM600x300x12x20，設(shè)計(jì)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定的各項(xiàng)要求。4.3連梁LL-1設(shè)計(jì)：同CL-1。 綜上，在豎向荷載作用下各梁的內(nèi)力和撓度值詳見(jiàn)表2。梁編號(hào)截面規(guī)格HxBxT1xT2最大彎矩（KN.m）最大剪力(KN)最大撓度（mm）CL-1450x300x11x18524.8

8、2249.9025.76LL-1450x300x11x18524.82249.9025.76KL-1600x300x12x20699.45/-603.17321.5218.005節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)5.1框架主梁與框架柱連接節(jié)點(diǎn)此節(jié)點(diǎn)采用直角角焊縫連接方式。取框架主梁段長(zhǎng)度為1.0m。節(jié)點(diǎn)處計(jì)算內(nèi)力：彎矩豎向壓力 水平剪力V=0(因未考慮水平荷載作用，所以節(jié)點(diǎn)處不存在水平推力。)鋼柱翼緣邊處（或框架梁端部）的計(jì)算內(nèi)力：彎矩豎向壓力假定焊縫為周邊圍焊，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒(méi)有起落弧所引起的焊口缺陷，并且假定不設(shè)支托，即豎向剪力全部有腹板豎向焊縫承受。彎矩由全部焊縫承受。設(shè)焊縫厚度hf=10mm。腹板上豎向焊縫有

9、效截面面積為全部焊縫對(duì)x軸的慣性矩為 焊縫最邊緣處的截面模量為翼緣和腹板連接處的截面模量為邊緣處最大應(yīng)力為腹板與翼緣連接處由M和V共同作用，所以：所以，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知框架主梁與框架柱的節(jié)點(diǎn)連接，采用半自動(dòng)焊的角焊縫連接，焊縫厚度為10mm，并且保證一律滿(mǎn)焊。圖6. 框架柱與梁連接節(jié)點(diǎn)大樣圖5.2框架主梁短段與框架梁主體工地拼接節(jié)點(diǎn)此節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)度螺栓連接方式。取框架主梁段長(zhǎng)度為1.0m。已知計(jì)算內(nèi)力：跨中彎矩支座彎矩支座剪力分析可知KL-1的零彎矩點(diǎn)約位于距離端部2.0m處，所以1.0m短段梁處的彎矩為假定采用高強(qiáng)度摩擦型連接，螺栓M22,10.9級(jí)。梁表面經(jīng)噴砂處理，工地拼接設(shè)計(jì)如下:1)翼緣板的拼接：螺栓孔徑取23.5mm。翼緣板的凈截面面積為：翼緣所能承受的軸向力設(shè)計(jì)值為：一個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：需要的螺栓數(shù)目為：個(gè)，取8個(gè)翼緣拼接板的截面采用：1-8x300x610 2-8x120x6102) 腹板的拼接梁的毛截面慣性矩為腹板的毛截面慣性矩為 腹板所分擔(dān)的彎矩為 假定腹板拼接板為2-10x330x530，在腹板拼接縫每側(cè)兩列螺栓，共采用12個(gè)高強(qiáng)度螺栓，排列如圖所示。每個(gè)螺栓所承受的豎向剪力為：在彎矩作用下，受力最大螺栓所受水平剪力為：所以，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知框架主梁短段與框架主梁的拼接