中南大学钢结构课程设计

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中南大学土木工程学院土木工程专业（本科）
《钢结构基本原理》课程设计任务书
题 目：
钢框架主次梁设计
姓 名：
班 级：
学 号：
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一、设计规及参考书籍
1、规
（1）中华人民国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）
（2）中华人民国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001）
（3）中华人民国建设部. 建筑结构荷载规（GB5009－2010）
（4）中华人民国建设部. 钢结构设计规（GB50017－2003）
（5）中华人民国建设部. .钢结构工程施工质量验收规（GB50205-2001）
2、参考书籍
（1）祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业，2006
（2）毛德培. 钢结构，中国铁道，1999
（3）绍藩. 钢结构，中国建筑工业，2003
（4）星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业，2005
（5）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，2006

二、设计构件
某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准
值2.0
2kNmm（单号）、5.02
kNmm
（双号），其中12班竖向梁跨度取值：学号1~10为8m、

学号11~20为10m；学号21~为12m；其中13班水平向梁跨度取值：学号1~10为9m、学
号11~20为11m；学号21~为13m；。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，
层高3.5m。

三、设计容要求
（1）设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。
（2）设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。
（3）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～
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1.2m。
（4）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。
（5）设高计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用强螺栓连接。
（6）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(2#图纸一)，KL-1钢材用量表，设计说明等。
（7）计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、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。

图1 结构平面布置图
CL-1CL-1CL-1CL-1
CL-1CL-1CL-1CL-1
CL-1CL-1CL-1CL-1

LL-1LL-1LL-1LL-1
LL-1LL-1LL-1LL-1
LL-1LL-1LL-1LL-1

LL-1LL-1LL-1LL-1

KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1KL-1K
L
-
1
K
L
-
1
K
L
-
1

54321
A
B
C

D

8
0
0
0
8
0
0
0
8
0
0
0

4
0
0
0
4
0
0
0
4
0
0
0
4
0
0
0
4
0
0
0
4

0
0
0

9000900090009000
提示：
（1）取其中一榀框架进行计算，如轴线3，计算中要考虑活荷载的不利布置。
（2）框架梁与柱为固结，次梁与框架梁之间为铰接。
（3） 绘图注意事项

1、平面布置图。
2、主梁施工详图.主要绘制主梁的正面图、平面图以及必要的侧面图和剖
面图， 特殊零件的大样图。
比例尺：轴线方向：1:20 ~1:30 ，以免图幅太大；杆件截面、节点详图
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1:10~1:15，或更大（原则清楚表达节点的细部制造要求）。
3、要全部注明的各零件（杆件和板件）的定位尺寸，孔洞的位置，以及对
工厂加工和工地施工的所有要求。
定位尺寸主要为主、次梁的轴线位置；螺栓孔位置要满足型钢线距表和螺栓容
许的排列距离要求；对加工及工地施工的其他要求包括零件切刨、孔洞直径和
焊缝尺寸等；焊缝要区分工厂焊缝和工地焊缝，以及适应运输单元的划分和拼
装。
4、施工图中应注明各零件的型号和尺寸，对各零件进行详细编号，并附有材
料表。型钢要注明型号和长度。钢板要注明宽、长和厚度。零件按主次、上下、
左右一定顺序逐一编号。编号与原则：完全相同的零件给予相同的零件数字编
号，否则给予不同的编号。
5、说明：包括钢材的标号、焊条型号、焊接方法和质量要求。图中未注明
的焊缝和螺孔尺寸以及油漆、运输和加工要求等图中未表现的其它容。如：
说明：1：钢材用Q
235－B
，焊条采用E43型

3：未注明的角焊缝尺寸为6㎜
4：未注明的焊缝长度为满焊
5：未注明的螺栓为M20，孔经Φ20.5
6：构件表面彻底除锈，涂防锈漆和醇酸磁漆各二度。
图例：

材料表
构件编号 零件号 截 面 长度（㎜）
数 量 重 量
正 反 每个 共计 合计

圆孔 装配螺栓 永久螺栓
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1
2
3
4
一、 设计计算
简化要点：
（1） 板面荷载按单向板分布；
（2） 次梁与框架梁铰接连接，各次梁受力相同，可任取其中一根分析；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。
（3） 框架梁按连续梁设计，应考虑荷载的最不利位置。

1、 结构材料材质

1、Q235钢，22/125,/215mmNfmmNfv
2、E43焊条，2/160mmNfwf
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：
4520kN/mq

楼面板永久荷载标准值：
4312kN/mq
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：
1.4201.21242.4kN/mq

楼面板荷载标准值：
201232kN/mq
B、 次梁部分
1、
次梁在主梁上方，按简支梁计算。

2、 计算最大弯矩与剪力设计值
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22
max

11
42.411641.3KN/m88Mql

max
11
42.411233.222VqlkN

次梁弯矩图：

次梁剪力图：

3、 确定次梁的截面尺寸
选用截面模量最小值：
6
3
max

641.3102840.75f1.05215
xxdMWcm

根据截面模量选用热轧H型钢 ,查附表可知：

1
2
2

4883001118164.4Hmm
Bmm
mm
mm
Acm

t
t

4
x
3

3

7140029301084.11549.920.8xxxWcm
cm
cm
cm

I
S
i

4、次梁验算
4、 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。
5、 ①抗弯强度检验（翼缘边缘的弯曲应力）：

6
22
max

3

641.310208/215/1.05293010
xxMNmmfNmm

W
满足

6、 ②抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：
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33
22
max4xw232.20101549.91046.02/125/714001011tX

v
NmmfNmm

VS

I
满足

7、 ③刚度检验

8、
4
4

54
5532110001100041.48443843842.06107140010250250kxqll

Vmmmm

EI
满足

故满足刚度要求。
综上所述，4883001118HM型钢满足要求。

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，框架梁按连续梁
计算。
主梁力学简化模型图：

主梁截面尺寸待定，因此先不计主梁自重荷载：
集中恒载标准值：
2011220kGKN

集中活载标准值：
1211132kQKN
集中恒载设计值：
1.21120264GKN

集中活载设计值：
1.41211184.8QKN
此结构具有对称性，仅对以下五种具有代表性的荷载在形式进行分析：
①连续梁受满布活载