中南大学钢结构课程设计

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：

一、设计规范及参考书籍

1、规范

（1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB5009－2010） （4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB50017－2003）

（5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001） 2、参考书籍

（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003

（4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005

（5）包头钢铁设计研究院 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），

机械工业出版社，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2.0kNmm2（单号）、5.0kNmm2（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、设计内容要求

（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～

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#图纸一张)，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、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，节点连接计算。

图1 结构平面布置图

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内容。如：

说明：1：钢材用Q235－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

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

22

f 215N/mm,f 125N/mmv1、Q235钢，

2、E43焊条，

ffw 160N/mm2

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：

q 4 5 20kN/m

q 4 3 12kN/m

楼面板永久荷载标准值：

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：

q 1.4 20 1.2 12 42.4kN/m

楼面板荷载标准值：

q 20 12 32kN/m

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

Mmax Vmax

121

ql 42.4 112 641.3KN/m 8811

ql 42.4 11 233.2kN 22

次梁弯矩图：

次梁剪力图：

3、确定次梁的截面尺寸

Mmax641.3 106

Wx 2840.75cm3

xfd1.05 215选用截面模量最小值：

根据截面模量选用热轧H型钢 ,查附表可知：

H 488mmB 300mm

4

71400cmIx

t

t

4、次梁验算

12

11mm 18mm

Wx 2930cm

3

3

Sx 1084.11549.9cm

2

A 164.4cm

i

x

20.8cm

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）：

Mmax641.3 10622

208N/mm f 215N/mm

xWx1.05 2930 103

满足 6、②抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：

It

maxx

wX

232.20 103 1549.9 103 46.02N/mm2 fv 125N/mm2

4

71400 10 11

满足

7、③刚度检验

5qkl45 32 110004l11000V 41.48mm 44mm54

384EI384 2.06 10 71400 10250250x8、满足

故满足刚度要求。

HM488 300 11 18

综上所述，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：Gk 20 11 220KN 集中活载标准值：Qk 12 11 132KN 集中恒载设计值：G 1.2 11 20 264KN 集中活载设计值：Q 1.4 12 11 184.8KN

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

②1跨受满布活载

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