《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書-鋼框架主次梁設(shè)計(jì)

《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書題目：鋼框架主次梁設(shè)計(jì)《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)規(guī)范及參考書籍1、規(guī)范（1）中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)[S]（GB/T50105－2010）（2）中華人民共和國(guó)建設(shè)部.房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]（GB/T50001－2010）（3）中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]（GB5009－2012）（4）中華人民共和國(guó)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（GB50017－2003）（5）中華人民共和國(guó)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]（GB50205-2001）2、參考書籍（1）沈祖炎等.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006（2）毛德培.鋼結(jié)構(gòu)[M].中國(guó)鐵道出版社，1999（3）陳紹藩.鋼結(jié)構(gòu)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003（4）李星榮等.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005（5）包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究院

中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)協(xié).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算（第二版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006二、設(shè)計(jì)條件某多層鋼框架結(jié)構(gòu)三樓樓面結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，結(jié)構(gòu)采用橫向框架承重，柱網(wǎng)布置尺寸及樓面活載大小詳見“五附圖”。樓面板為150mm厚單向?qū)嵭匿摻罨炷涟?，樓層裝修從下至上具體如下：輕鋼龍骨吊頂(0.2<標(biāo)準(zhǔn)值>)→框架鋼梁→150mm厚實(shí)心鋼筋混凝土板(25<標(biāo)準(zhǔn)值>)→水磨石面層(包括20mm厚水泥砂漿找平，0.65<標(biāo)準(zhǔn)值>)。荷載傳力途徑為：樓面板－次梁－主梁－柱－基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中僅考慮豎向荷載作用，框架主梁按連續(xù)梁計(jì)算，次梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（1）進(jìn)行次梁CL-1截面設(shè)計(jì)。（2）進(jìn)行框架主梁KL-1截面設(shè)計(jì)，并繪制施工圖。（3）進(jìn)行框架主梁短梁段與梁體工地拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，短梁段長(zhǎng)度一般為0.9～1.2m，要求采用高強(qiáng)螺栓連接，并繪制施工圖。（4）進(jìn)行框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，要求采用焊縫連接，并繪制施工圖。要求：提交設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份，框架主梁KL-1施工圖（一號(hào)圖）一張。計(jì)算說(shuō)明書包括：構(gòu)件截面尺寸估算、荷載計(jì)算、內(nèi)力組合、主次梁截面設(shè)計(jì)（包括截面板件連接焊縫設(shè)計(jì)）、主次梁強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定驗(yàn)算。計(jì)算書按中南大學(xué)課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一格式編制，要求文本規(guī)范、層次分明、字體工整，圖表準(zhǔn)確，并按以下順序裝訂成冊(cè)：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、目錄（應(yīng)標(biāo)明各章節(jié)頁(yè)碼）、設(shè)計(jì)計(jì)算正文文本、設(shè)計(jì)體會(huì)、參考文獻(xiàn)（按規(guī)范格式書寫）、封底。施工圖繪制包括：繪制框架主梁短梁段與梁體制作詳圖、框架主梁短梁段與柱連接節(jié)點(diǎn)詳圖、短梁段與主梁梁體連接節(jié)點(diǎn)詳圖，一根KL-1鋼材用量表，設(shè)計(jì)說(shuō)明(1#圖紙一張)。施工圖圖面布置合理，比例適當(dāng)，圖面整潔，線條清楚，文字采用宋體或仿宋體，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到施工圖要求。四、進(jìn)度安排周一：構(gòu)件尺寸估算和樓蓋荷載計(jì)算；周二：樓蓋內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合；周三：主梁截面設(shè)計(jì)及連接設(shè)計(jì)計(jì)算；周四：施工圖繪制；周五：計(jì)算文本整理。五、附圖結(jié)構(gòu)布置柱網(wǎng)尺寸及樓面活荷載大小組別主梁跨度B(mm)次梁跨度L(mm)樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)1800084009.0√2800084007.03840090007.04840090006.05800090008.0目錄一、設(shè)計(jì)說(shuō)明…………………1二、次梁CL-1截面設(shè)計(jì)………12.1次梁荷載和內(nèi)力的計(jì)算（不含次梁自重）………12.2次梁截面的選取……………………22.3次梁截面的驗(yàn)算……………………2三、框架主梁KL-1截面設(shè)計(jì)…………………33.1主梁荷載計(jì)算及內(nèi)力組合…………33.2主梁截面的選取……………………93.3主梁截面的驗(yàn)算…………………113.4翼緣與腹板連接焊縫計(jì)算………14四、框架主梁短梁段與梁體工地拼接點(diǎn)設(shè)計(jì)………………154.1梁翼緣板的拼接…………………154.2梁腹板的拼接……………………164.3翼緣與腹板凈截面的強(qiáng)度驗(yàn)算…………………19五、框架主梁短梁段與框架柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)………………205.1框架主梁短梁段與柱的連接焊縫計(jì)算…………20六、設(shè)計(jì)體會(huì)…………………22七、參考文獻(xiàn)…………………23一、設(shè)計(jì)說(shuō)明在本次鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，鋼材均采用Q235鋼。設(shè)計(jì)任務(wù)書圖1中，取B=8000mm，L=8400mm，樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為7KN/m。二、次梁CL-1截面設(shè)計(jì)2.1次梁荷載和內(nèi)力的計(jì)算（不含次梁自重）2.1.1荷載的計(jì)算由于設(shè)計(jì)中，次梁可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，所以為了簡(jiǎn)化計(jì)算，只將次梁兩側(cè)樓面板的自重和樓面板所受的活載加入計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如下：（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值①樓面板所受活載的標(biāo)準(zhǔn)值為：②根據(jù)樓面板的構(gòu)造，計(jì)算得樓面板自重的標(biāo)準(zhǔn)值為：（2)荷載設(shè)計(jì)值①樓面板所受活載的設(shè)計(jì)值為：②樓面板自重的設(shè)計(jì)值：2.1.2截面內(nèi)力的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求，次梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：①次梁截面的最大彎矩值為：②次梁截面的最大剪力值為：2.2次梁截面的選取次梁所需的凈截面模量為：所以，根據(jù)次梁所需的凈截面模量，選用熱軋普通工字型剛I56c，其截面特性如下：2.3次梁截面的驗(yàn)算由于次梁選用的是工字型鋼，可不需對(duì)次梁進(jìn)行局部穩(wěn)定性驗(yàn)算，又考慮到樓板對(duì)次梁的側(cè)向約束，次梁的整體穩(wěn)定性也不需要驗(yàn)算。所以，對(duì)次梁只需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算即可，具體計(jì)算如下：2.3.1次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算（采用荷載設(shè)計(jì)值）（1）次梁的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算所以，次梁滿足抗彎強(qiáng)度要求。（2）次梁的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算所以，次梁滿足抗剪強(qiáng)度要求。2.3.2次梁的剛度驗(yàn)算（采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值、考慮次梁自重）（1）次梁發(fā)生的最大撓度為：（2）次梁的容許撓度為：所以，次梁滿足剛度要求。綜上所述，次梁采用熱軋普通工字型剛I56c滿足設(shè)計(jì)要求。三、框架主梁KL-1截面設(shè)計(jì)3.1主梁荷載計(jì)算及內(nèi)力組合在設(shè)計(jì)過程中，只考慮次梁傳遞給主梁的力，又因次梁的荷載分為恒載和活載，所以需要考慮次梁活載的最不利位置。設(shè)計(jì)過程中選取中間的框架主梁做分析計(jì)算，由于次梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁，各個(gè)部分所傳遞的荷載相同，所以中間框架主梁同時(shí)受兩個(gè)次梁傳遞的荷載。具體簡(jiǎn)化得到的主梁力學(xué)模型如下：由于主梁的截面尺寸還沒確定，所以設(shè)計(jì)截面時(shí)先不計(jì)主梁的自重荷載，在驗(yàn)算時(shí)再計(jì)入主梁的自重。3.1.1荷載的計(jì)算主梁所受集中恒載的設(shè)計(jì)值為：（2）主梁所受集中活載的設(shè)計(jì)值為：3.1.2截面內(nèi)力的計(jì)算在主梁上的集中荷載分布一共有7種形式，根據(jù)對(duì)稱性，獨(dú)立不相同的荷載分布形式有5種?，F(xiàn)利用矩陣位移法的PF軟件分別計(jì)算其彎矩和剪力，并確定其中的最不利荷載位置及其大小。計(jì)算方法：采用矩陣位移法，利用PF程序進(jìn)行電算。Step1：確定坐標(biāo)系，為節(jié)點(diǎn)、桿系編號(hào)。見圖1.圖1重要說(shuō)明：：圖中假設(shè)（1）、（2）、（3）位置均有均布荷載Q，當(dāng)計(jì)算不同情況下的荷載時(shí)，剩余位置設(shè)為0即可。如此，方便程序輸入。：由于內(nèi)力計(jì)算時(shí)與材料本身無(wú)關(guān)，故輸入時(shí)E、I均可取為1.Step2:建立輸入文件，按規(guī)定格式輸入各參數(shù)。Step3:運(yùn)行程序，輸出結(jié)果。見3.1.3分析結(jié)果。3.1.3.結(jié)果分析注意：依照矩陣位移法的正負(fù)號(hào)規(guī)定，截面上彎矩逆時(shí)針時(shí)為正，向上剪力為正。情況一：第一種集中荷載在下圖2：圖2彎矩圖：剪力圖為：情況一各截面處的受力情況為下表1：類型11.2中點(diǎn)處22.3中點(diǎn)33.4中點(diǎn)4左右左右左右左右左右M875.9783.7-783.7-322.7322.7-115.2115.392.0-92.023.0-23.0-46.1V395.1395.1-263.4-263.449.3949.3949.449.4-16.5-16.5-16.5-16.5情況二：荷載作用位置如下圖彎矩圖為：剪力圖為：情況二各處受力情況為下表2：類型11.2中點(diǎn)處22.3中點(diǎn)33.4中點(diǎn)4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情況三：受力情況為下圖彎矩圖為：剪力圖為：類型11.2中點(diǎn)處22.3中點(diǎn)33.4中點(diǎn)4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情況四：受力情況圖為下圖:彎矩圖為：剪力圖為：類型11.2中點(diǎn)處22.3中點(diǎn)33.4中點(diǎn)4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1情況五：受力情況為：彎矩圖為：剪力圖為：類型11.2中點(diǎn)處22.3中點(diǎn)33.4中點(diǎn)4左右左右左右左右左右M-115.3-57.657.6-230.5230.5461.0-461-230.5230.5-115.3115.3115.3V-41.2-41.2-41.2-41.2164.6164.6-164.6-164.641.141.141.141.1根據(jù)上面的彎矩與剪力圖，可以得出最不利荷載可能發(fā)生在下圖中標(biāo)字母或者數(shù)字的截面：這些截面的內(nèi)力統(tǒng)計(jì)如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）最不利荷載-232.4-388.9-492.6129.6-363.0-518.6-751.0232.4388.9440.78不需算376.0453.7686.1-232.4-388.9-181.50-259.3-440.8-129.6-621.3232.4388.9不需算518.6453.7不需算751.0-232.4-388.951.7-259.28-207.4-129.6-621.3232.4388.9不需算不需算不需算453.7686.1-232.4-388.9-25.9129.6103.7-518.6-751.0110.7185.2222.2-46.3175.9231.5342.2左110.7185.2222.2-46.3175.9231.5342.2右-110.7-185.2-148.2-46.3-194.5-138.9-305.2左-110.7-185.2-142.2-46.3-194.5-139.9-305.2右110.7185.227.7185.2213.00323.7左110.7185.227.7185.2213.00323.7右-110.7-185.227.7-185.2-157.40-295.9左-110.7-185.227.7-185.2-157.40-295.9右110.7185.2-9.346.937.6138.9295.9左110.7185.2-9.346.937.6138.9295.9右-110.7-185.2-9.346.937.6-231.5-342.2-110.7-185.2-9.346.937.6-231.5-342.2所以，由上表得出，，3.2:最不利荷載位置的確定3.3:內(nèi)力設(shè)計(jì)值的計(jì)算由于恒載的分布情況與上述第五種情況相似，依據(jù)荷載和內(nèi)力的分布成正比，易得到：并且由前面五種情況的對(duì)比，得到：由于上述活載引起的最大內(nèi)力在1號(hào)節(jié)點(diǎn)，將上述內(nèi)力線性疊加，可得最大內(nèi)力值出現(xiàn)在1號(hào)節(jié)點(diǎn)，其值為：3.4組合截面尺寸的估算已知梁最大彎矩為(未考慮自重的影響）為：估計(jì)截面尺寸厚度＜16mm,梁凈截面抵抗彎矩為：梁的高度在凈空方面沒有限制，依據(jù)《規(guī)范》，主梁容許繞度為，查表得為：按經(jīng)驗(yàn)公式，得梁的經(jīng)濟(jì)高度為：參照以上數(shù)據(jù)，選取梁腹高度為：因梁支座處（既結(jié)點(diǎn)1處）截面為最大剪力，依公式計(jì)算的腹板厚度為：俺經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)梁腹板厚度為：綜合考慮，取為：所需要的緣板面積為：取，則翼緣厚度為：，取梁的截面簡(jiǎn)圖如下圖：3.5截面強(qiáng)度驗(yàn)算截面實(shí)際幾何性質(zhì)計(jì)算：主梁自重估計(jì)（梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度自重，取標(biāo)準(zhǔn)值）：（注意：1.2為考慮腹板加勁肋等附加構(gòu)件使自重增大的系數(shù)）。主梁自重產(chǎn)生的最大彎矩為（在節(jié)點(diǎn)1處）：截面最大總彎矩為（節(jié)點(diǎn)1處）：正應(yīng)力為：支座處最大剪力為：假設(shè)剪應(yīng)力均有腹板均勻承擔(dān)，剪應(yīng)力為：由于次梁集中力作用處應(yīng)該設(shè)置支撐加勁肋，所以不需要驗(yàn)算腹板的橫向局部壓應(yīng)力。支座截面處（即結(jié)點(diǎn)1處)折算應(yīng)力計(jì)算：3.6整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：驗(yàn)算是否需要進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算：故無(wú)需驗(yàn)算。3.7局部穩(wěn)定性驗(yàn)算梁翼緣寬厚比驗(yàn)算：滿足要求，無(wú)需配置加勁肋。3.8剛度驗(yàn)算以跨中繞度來(lái)控制：近似偏安全的按兩端簡(jiǎn)支的截面梁計(jì)算，則：依據(jù)規(guī)范，所以,,剛度滿足要求。3.9翼緣與腹板鏈接焊縫計(jì)算查表得：根據(jù)構(gòu)造要求，綜上：取。3.3.1主梁的強(qiáng)度驗(yàn)、六、設(shè)計(jì)體會(huì)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)可以說(shuō)是我在大學(xué)里接觸到的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)。雖然在課程設(shè)計(jì)過程中遇到了很多困難和很多令自己困惑的問題，但是當(dāng)自己解決這些問題后，成就感和滿足感油然而生?；仡櫿麄€(gè)課程設(shè)計(jì)過程，可以說(shuō)還是記憶猶新。起初，當(dāng)老師把設(shè)計(jì)任務(wù)布置下來(lái)的時(shí)候，我覺得這題目有點(diǎn)難做，并且還要用CAD畫圖，而我的CAD已經(jīng)很久沒有接觸過，所以不免擔(dān)心任務(wù)完不成。在布置任務(wù)時(shí)，老師給了我們基本參考書和鋼結(jié)構(gòu)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，這給我們帶來(lái)了很多的便利，使我們初步認(rèn)識(shí)了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些基本方法和流程。在開始課程設(shè)計(jì)之前，我把參考資料仔細(xì)地研究了一遍，從中知道了大概要設(shè)計(jì)的內(nèi)容。經(jīng)過對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的詳細(xì)分析，猛然感覺課程設(shè)計(jì)的專業(yè)性之強(qiáng)，如果我能很好的完成課程設(shè)計(jì)，那么它將給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升。同時(shí)它也能訓(xùn)練我的邏輯思維，給予我設(shè)計(jì)的空間，能使我對(duì)抽象的理論有具體生動(dòng)的認(rèn)識(shí)。在課程設(shè)計(jì)過程中，遇到的問題是接二連三的，首