中南大学钢结构课程设计
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
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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2.02kN mm （单号）、5.02kN mm （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
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，
2
2/125,/215mm N f mm N f v ==
2、E43焊条，
2
/160mm N f w f =
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：
1.420 1.2124
2.4kN /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
22max
11
42.411641.3KN/m 88M ql ==??= max
11
42.411233.222
V ql kN ==??=
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
641.310
2840.75
f 1.05215
γ
?
===
?
x
x d
M
W cm
根据截面模量选用热轧H型钢 ,查附表可知：
1
2
2
488
300
11
18
164.4
=
=
=
=
=
H mm
B mm
mm
mm
A cm
t
t
4
x
3
3
71400
2930
1084.11549.9
20.8
=
=
=
=
x
x
x
W
cm
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
641.310
208/215/
1.05293010
σ
γ
?
===<=
??
x x
M
N mm f N mm
W满足
6、②抗剪强度检验（腹板处的剪应力）：
33
22
max
4
x w
232.20101549.910
46.02/125/
714001011
t
τ???
===<=
??
X
v
N mm f N mm V S
I满足
7、③刚度检验