钢结构基本原理课程设计钢框架设计说明书

钢结构基本原理课程设计

钢框架设计说明书

一、设计资料

工程名称：某多层图书馆二楼框架书库

kN mm，楼面板为150mm 工程资料：结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值72

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。框架平面布

置图和柱截面图如图1和图2。

工程要求：（1）设计次梁截面CL-1。

（2）设计框架主梁截面KL-1。

（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0.9～1.2m。

（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）绘制主梁与柱连接节点详图，短梁段及梁体连接节点详图，短梁段与梁

体制作详图(1#图纸一张)，KL-1钢材用量表，设计说明。

（6）计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、内力组合、主次梁截

面设计、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。

二、设计参数

混凝土自重：3

kN m厚度：150mm

25/

粉刷层：3

kN m厚度：15mm

17/

找平层： 320/kN m 厚度：20mm 楼面活荷载的标准值： 26/kN m

水磨石楼面： 20.65/kN m 钢材（Q235）强度设计值： 2215/d f N mm = 钢材（Q235）抗剪强度设计值：2125/v f N mm = 钢材（Q235）的弹性模量： 522.0610/E N mm =?

三、设计次梁截面CL-1 1.设计荷载

（1）恒载—标准层楼面（标准值）

水磨石面层楼面 粉刷层 找平层

结构层：150mm 单向钢筋混凝土楼板 2

3/75.3/2515.0m KN m KN m =? 合计： 5.055KN/m 2

（2）活载

楼面活载标准值 2

/7m KN

（3）竖向荷载下框架受荷总图

荷载由板到梁传递示意图如下图3所示：

1.305KN/m 2

a. 荷载标准值 楼面板传恒载=

m KN m m KN /7475.2225.4/055.52

1

2=??? 楼面传递活载=

m KN m m KN /5.3125.4/72

1

2=??? b. 荷载设计值

m KN q q q /397.714.12.1=+=活恒 c. 最大弯矩与剪力设计值

次梁架于主梁之上，相当于简支结构，计算简图如下图4：

KNm ql M 895.7229397.718

1

8122max =??==

71.3272

1

max ==

ql V 2.确定次梁的截面尺寸

由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取：

KNm M M 353.737895.72202.102.1max =?== 次梁所需的截面抵抗矩：

3610430.3215353.737mm f M W d x ?===计 次梁选用工字形截面，则：

（1）确定腹板尺寸

梁的经济高度： mm W h x e 67.75530073=-= 取： )(760e h h mm h >=

腹板厚度: mm h t e w 89.75

.3==

取： mm t w 12=

次梁计算简图4

若翼缘的厚度取：20mm t = 则 mm t h h w 7202=-= （2）确定翼缘尺寸：

每个翼缘所需的截面面积： 249.30066

mm h

t h W A w x f =-=

翼缘板的宽度： 232.150mm t

A b f f ==

暂取： 300f

b mm =

（3）次梁截面尺寸特征（如图5-1）：

493

3100164.212

72028812760300mm I x

?=?-?= 36910306.52

760100164.22mm h Ix Wx ?=?==

32997600370203002

360

12360mm S x =??+?

?= 43

390103680212

300201212720mm I y =??+?=

22064012720203002mm A =?+??=

mm A

I i y y 07.662064090103680==

= 22.13607

.669000

===y y i l λ

793.0760

30020

900013.069.0=???

+=b β

2y b b b 2

y y

43202351 4.4x t Ah W h f λ?βηλ????=++ ????? 235235]0])7604.42022.136(1[10306.57602064022.1364320793.026

2?+??+????

=

704.0= 由于b 0.6?>，则：

669.0704

.0282

.007.1'=-

=b ? 截面特征图5-1

（4）确定焊缝尺寸

KN V V mm N f w

f 71.327',/160max 2===

3

1216000036020300mm S =??= mm I VS f h x

w

f

f 58.74.111

=?

≥

min 6.71f h mm ≥==

mm t h f 242min max =≤

故取8f

h mm =，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。

3.次梁验算

次梁自重标准值：（用Q235钢材）

8.985.710)10590202502(6

????+??=-自q

m KN /22.1=

次梁自重设计值：KNm 464.122.12.12.1=?==自’

q q

次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力： 214.7429908.18

1

895.7228122max '

max =??+=+=ql M M KN l q q V 859.3292

9)908.1394.71(2)'(max

=?+=+=

（1）整体稳定性验算

1973.0215

10306.5669.010214.742''6

6

max <=????=d x b f W M ? 故次梁的整体稳定满足要求。

（2）局部稳定性验算

1507.51520b t ==≤=

84235846012720=≤==y

w w f t h 故次梁不会发生局部失稳。

(3) 刚度验算

mm EI l q x k 48.11100164.21006.23849000)59.15.317475.22(538459

54

4=?????++?==υ mm mm l 48.1136250

9000

250][=>===

υυ 故满足刚度要求。

（4）抗弯强度验算

226

max /215/2.13310

306.505.1241

.742'mm N f mm N W M d x x =<=??=γ 故抗弯强度满足要求。

（5）抗剪强度验算：

2

29

3max max /125/86.4012

100164.2299760010859.329mm N f mm N t I S V v w x x =≤=????==τ 故主梁的抗剪强度满足要求。

（6）翼缘焊缝验算

3

1216000036020300mm S =??=

2

9

31max /45.2912100164.2216000010859.329mm N t I S V w x =????==τ 29

6/547.13210

0164.2360

10241.742mm N I y M x x =???==σ

2122222/176/02.14245.293547.1323mm N f mm N =≤=?+=+βτσ

故翼缘焊缝折算应力符合。

综上所述：次梁为实腹式焊接工字型梁，截面

为2×300×20+720×12，如右图5-2。 翼缘与腹板采用焊缝连接，h f =8mm ， 钢结构在焊接时焊条采用E43列， 焊接方法为手工焊。

图5-2

四、设计框架主梁KL-1 1.设计荷载

如图，板荷载传递给次梁，次梁传递给主梁。主梁受自重恒载、次梁传递的集中恒载、次梁传递的集中活载。其中边缘主梁①⑤受力是主梁②③④受力的一半。则以主梁②③④进行研究设计。

主梁计算简图如下图6：

主梁截面尺寸待定，因此先不计主梁自重荷载。

集中恒载：KN KN G 845.2622.19)59.17475.22(=??+=

2 1

1

D

C

B

A

主梁计算简图6

集中活载：KN Q 9.39695.474.1=???=

（1）荷载分析：

由于此结构具有对称性，故仅对以下六种具有代表性的何在形式进行分析：

①

次梁传递集中力恒载

②

连续梁受满布活载

③

1跨受满布活载

④

2跨受满布活载

⑤

1、2跨受满布活载

⑥

1、3跨受满布荷载