钢框架主次梁设计钢结构课程设计.pdf
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1、钢结构基本原理课程设计钢结构基本原理课程设计钢结构基本原理课程设计钢框架主梁设计钢结构基本原理课程设计一、设计构件一、设计构件某多层图书馆二楼楼面结构布置图如图,结构采用横向框架承重,22kN mmkN mm楼面活荷载标准值 5(0509)、6(0510),楼面板为150mm 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。D45004500KL-19000LL-1CL-1LL-1CL-1LL-1CL-1LL-1CL-1KL-1KL-1KL-1KL-150045004500KL-19000CL-1CL-1CL-1CL-1KL-1
2、KL-1KL-145004500KL-19000CL-1CL-1CL-1CL-1KL-1KL-1KL-1KL-1A1LL-19000LL-19000LL-19000LL-1900023图1 结构平面布置图45图2 框架柱截面图.2 2.30540BLL-1LL-1LL-1LL-1KL-130CLL-1LL-1LL-1LL-1钢结构基本原理课程设计二、设计内容要求二、设计内容要求(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 0.91.2m。(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
3、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,KL-1 钢材用量表,设计说明(1#图纸一张)。(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。三、设计参数三、设计参数混凝土自重:25 kN/m3厚度:150 mm楼面活荷载的标准值:6 kN/m2钢材(Q235)强度设计值:fd 215 N/mm2钢材(Q235)抗剪强度设计值:fv 125 N/mm2钢材(Q235)的弹性模量:.3 3.E 2.06 105N/mm2钢结构基本原理课程设计四、设计次梁截面四、设计次梁截面 CL-1CL-
4、14.14.1 设计荷载设计荷载320.15m 25KN/m 3.75KN/m载载:150mm 单向钢筋混凝土楼板活载活载:楼面活载标准值6KN/m2荷载传力途径为:楼面板次梁主梁柱基础a.荷载标准值荷载标准值楼面板传恒载:3.75/2 4.5=16.875/楼面传递活载:6/2 4.5=27.00/荷载设计值荷载设计值=1.2恒+1.4活=58.05/b.最大弯矩与剪力设计值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3:图 3=82=8 58.05 92=587.76/211=58.05 9=261.2322114.24.2 次梁截面选取次梁截面选取.4 4.钢结构
5、基本原理课程设计假设次梁厚度小于16mm,有截面模量:=587.76=2603588.0431.05 215根据截面模量选取次梁,选用235工字梁 65查表得其截面特征:33=1014124=3120.4=1809.4=56.05=152.802=650=200=19.2=22.0=12.01=9.0=119.94/3考虑梁的自重:1=58.05+1.2=58.05+1.2 106.27 9.8 103=59.30/最大弯矩:=812=8 59.30 92=600.41/2最大剪力:=21=2 59.30 9=266.8511114.34.3 强度验算强度验算1抗弯强度验算600.41 106
6、=183.25/2=215/231.05 3120.4 10满足要求.2.抗剪强度验算266.85 103=39.67/2=215/212.0 56.05 10满足要求.3.支座处局部压应力验算支反力为266.85,假定支承长度为a 17cm,由上次梁截面常数,.5 5.钢结构基本原理课程设计=19.2=22.0,有=+=19.2+22.0=41.2集中荷载在腹板计算高度上分布长度为:=+5=170+5 41.2=376局部压应力:=266.8510312.0376=59.14/2=215/2满足要求。4.支座处折算应力验算:2+2+32=183.252+59.142 183.25 59.14
7、+3 39.672=175.96/2=215/2可知折算应力满足要求。5.刚度验算535 59.30 90003=2.69 10354384384 2.06 10 101412 101 =4 103250可知刚度验算满足要求。6稳定性验算因为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,所以不用验算次梁的整体稳定性。7.局部稳定性由于选择的是工字型钢,不许验算局部稳定。五、五、设计框架主梁设计框架主梁 KL-1KL-15.15.1 设计荷载设计荷载忽略连续梁对框架主梁的荷载影响,只考虑次梁传递的荷载,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,将框架主
8、梁简化为三跨连.6 6.钢结构基本原理课程设计续梁。主梁计算简图如下图:1AB2C3D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:=(15.00+1.0414)9=144.37集中活载标准值:=24.00 9=216集中恒载设计值:=(15.00+1.0414)9 1.2=173.25集中活载设计值:=24.00 9 1.4=302.4(1 1)荷载分析:)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荷载在形式进行分析:次梁传递集中力恒载次梁传递集中力恒载连续梁受满布活载连续梁受满布活载.7 7.钢结构基本原理课程设计1 1 跨受满布活载跨受满布活载2 2 跨受满布
9、活载跨受满布活载1 1、2 2 跨受满布活载跨受满布活载1 1、3 3 跨受满布荷载跨受满布荷载5.25.2 荷载组合下的内力图荷载组合下的内力图+:.8 8.钢结构基本原理课程设计+.9 9.钢结构基本原理课程设计+.1010.钢结构基本原理课程设计故由以上图可知:最不利弯矩为:=756.63/2最不利剪力为:=316.735.35.3 确定主梁的截面尺寸:确定主梁的截面尺寸:由于设计初钢梁自重未知(考虑安全因素),故取:=1.02=771.76主梁所需的截面抵抗矩:771.76 106=3.42 1063=1.05 215选用工字形截面,则:(1 1)确定腹板尺寸:确定腹板尺寸:腹板高度:
10、主梁最小高度(由最大扰度限值确定).1111.钢结构基本原理课程设计=9000=22.540040055 215 90002=677.3931.2 31.2 2.06 105 20主梁的经济高度:=7 3 300=754.65取腹板高度:=800由抗剪强度要求 1.2=1.2316.731038001253.5=3.80由局部稳定性与构造要求=8003.5=8.08=7+0.003=7+0.003 800=9.4综上,取=10选用腹板800 10(2 2)确定翼缘尺寸:)确定翼缘尺寸:每个翼缘所需的截面面积3.42 10610 800=2941.67268006翼缘板的宽度:=2941.671
11、5=196.111 11 1=,=,800=160,266.675 35 3综合上述取:=290=14(3 3)主梁截面尺寸特征:)主梁截面尺寸特征:惯性矩:=3120312290 800+14 23280 8003=1.771 10941212截面模量:=/2=1.771109828/2=42798773面积:错误错误!未定义书签。未定义书签。=2 270 14+800 10=155602.1212.钢结构基本原理课程设计(3 3)确定焊缝尺寸)确定焊缝尺寸ffw 160 N/mm2,V Vmax 438.554 KNS1 30020465 279000mm3,hf11.4ffwVS11.5
12、4mmIx11438.554 103 279000=0.311.41.4 160 1.771 109hf min 1.5tmax 6.7mm,hf max1.2tmin1.215 18mm取:hf10mm。钢结构在焊接时焊条采用E43 系列,焊接方法为手工焊。3.3.主梁验算主梁验算主梁自重标准值:(用 Q235 钢材)q自=(2 270 14+800 10)106 7.95 9.8=1.212kN/m主梁自重设计值:q=1.2自=1.45/.1313.钢结构基本原理课程设计主梁(包括自重)所承担的最大的弯矩与最大剪力近似按下式计算:1=+82=756.63+8.809=765.44/21(1
13、 1)整体稳定验算:整体稳定验算:将次梁作为主梁的侧向支撑,则14500235=15.52 16=16290故主梁的整体稳定不必验算。(2 2)局部稳定性验算)局部稳定性验算翼缘处:=11=1+=316.73+7.83=324.56214014=10 15=15235腹板处:=80010=80 114=11235故次梁不会发生局部失稳。(3)(3)刚度验算刚度验算33=1.146+1.615100100144.37 103 90003=1.146100 2.06 105 2.532 109216 103 90003+1.615100 2.06 105 2.532 1099000=7.188=2
14、2.5400400.1414.钢结构基本原理课程设计故满足刚度要求。(4 4)抗弯强度验算)抗弯强度验算1765.44 106=170.33/2=215/21.05 4279877故抗弯强度满足要求。(5 5)抗剪强度验算:)抗剪强度验算:=324.5610337578001.771109102=68.87/2=125/故主梁的抗剪强度满足要求。局部压应力局部压应力324.56 1032=116.74 =125/10 (166+2 21+5 14)故局部承压满足要求,且不需要设置支承加劲肋折算应力:折算应力:翼缘与腹板相接处计算折算应力08001=170.33=164.57/2800+2 14
15、324.56 103 1978000=36.25/291.771 10 1022=1+2+31=164.572+116.742 164.57 116.74+3 36.252=159.50/2 6 (12)=14 (12)=1213t 为较小板件的厚度最小焊脚尺寸,规范规定,1.5=1.530=8.2t 为较厚焊件厚度由上,取焊脚尺寸hf10mmT VS12heffw1.4hfffwIx全部剪力由腹板的连接焊缝承担VS302.051031337000得hf1.313mm满足条件w91.4ffIx1.41601.37310.1616.钢结构基本原理课程设计1.4=324.5610319780001
16、.41601.771109=1.618满足条件2 焊缝截面特征水平焊缝面积fl=0.7 10 2 (290 20)+(290 20 10)=74202竖向焊缝面积=0.7 10 2 800=112002焊缝总面积=f1+=186202焊缝惯性矩=0.7 10 2 270(400+14)2+260 4002+=1.245 1094水平焊缝绕自身轴惯性矩很小,计算忽略1.245 109=30072463=400+143 验算最危险点剪力 V 作用下1 800312=324.5610311200=28.98/2=192.12/2828=185.63/2800弯矩作用下 a 点应力=577.76106
17、3007246b点应力=0=577.761063007246在弯矩和剪力共同作用下,a,b 为最危险点2a 点=192.12/2=1.22 160=195/Mfbfw22185.63b 点()+(vf)=(1.22)+(28.98)=154.89 ff=160N/mm222满足要求七、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点(采用高强度螺栓)七、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点(采用高强度螺栓)1.1.计算螺栓连接处的内力:计算螺栓连接处的内力:取短梁段长度为 1.0m,由计算得主梁在各种不利荷载组合下的内力图可知,.1717.钢结构基本原理课程设计距柱 1.0m 的短梁处,最大内力为:M 3
18、37.33KN mV 300.72KN由第五个组合得:M=337.33kN/m由第四个组合得:V=316.73kN采用精确设计的方法,即弯矩由翼缘和腹板共同承担,剪力仅由腹板承担,翼缘承担的弯矩Mf和腹板承担的弯矩Mw,二者按刚度成比例分配:梁的毛截面惯性矩:=1.771 1094腹板毛截面惯性矩:=10800312=4266666674翼缘毛截面惯性矩:3290 2 14=+2 14 290(400+7)2=1345202507412翼缘所承担的弯矩:=13452025071.771109 337.33=256.23/337.33=81.27/腹板所承担的弯矩:=4266666671.771
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