中南大学《钢结构基本原理》课程设计设计名称：钢框架主次梁设计专业班级：土木1112班姓名：周世超学号：指导老师：龚永智设计任务书（一）、设计题目某钢平台结构（布置及）设计。

（二）、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[S]（GB/T50105－2001）（2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001）（3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（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[S]（GB50205-2001）2、参考书籍（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999（3）陈绍藩. 钢结构[M]. 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）[M]. 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）[M]. 机械工业出版社，2006 （三）、设计内容某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图一所示，结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚的单向实心钢筋混凝土板。

荷载的传力途径为：楼面板—次梁—主梁—柱—基础，设计中仅考虑竖向荷载与动荷载的作用。

框架按照连续梁计算，次梁按照简支梁计算。

其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600X300X12X18，楼层层高取3.9米采用的钢材为Q345，焊条为E50柱网尺寸9 ×9，永久荷载5，活荷载10活荷载分项系数为1.4恒荷载分项系数为1.2（四）、设计内容要求1)验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整2)设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。

3)设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。

4)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。

5)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。

6)设计次梁与主梁工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。

7)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，KL-1钢材用量表，设计说明等。

8)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。

要求： 1. 课程设计任务书一份2. 课程设计计算书一份，插图应按一定比例绘制，图文并茂。

3. ＃2 图纸一张（可以手绘），图纸应符合《房屋建筑制图统一标准（GB/T 50001—2001）》和《建筑结构制图标准（GB/T 50105—2001）》的要求（注意：上交时，按照＃2 图标准尺寸折叠好）内容包括：（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。

材料表的作用——主要是：①配料和计算用钢指标，②其次是吊装时配备起重运输设备，还可③是一切零件毫无遗漏地表示清楚。

（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。

说明：1：钢材强度等级2：焊条类型3：未注明的角焊缝尺寸为6mm4：未注明的焊缝长度为满焊5：未注明的螺栓为M20，孔径Φ226：构件表面彻底除锈，涂防锈漆和醇酸磁漆各二度。

钢框架设计说明书目录一、设计资料---------------------------------------------------------------6二、次梁CL-1截面设计----------------------------------------------------6三、框架主梁KL-1截面设计--------------------------------------------8四、框架柱的验算设计-----------------------------------------------------17 五、主梁短梁段与柱的焊缝设计-----------------------------------------19六、设计框架主梁短梁段与梁体工地高强螺栓拼接节点---------21七、次梁与主梁工地拼接节点设计--------------------------------------26一、设计资料某多层图书馆二楼书库楼面结构布置图如图1，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值102kN m，楼面永久荷载标准值52kN m,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图2 框架柱截面图300CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1CL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1LL-1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1K L -1ABCD9000900090009000900090009000450045004500450045004500600185641812二、次梁CL-1截面设计 1、结构材料材质 混凝土自重厚度：Q345钢: 22/185,/310mm N f mm N f v == E50焊条，2/200mm N f w f = 2、荷载组合计算楼面板永久荷载标准值：m kN g k /5.225.45=⨯= 楼面板自重标准值：m kN /5.135.412.025=⨯⨯楼面板活载标准值： m kN q k /455.410=⨯= 楼面板恒载设计值：()m kN g d /2.432.15.135.22=⨯+= 楼面板活载设计值：m kN q d /634.145=⨯= 组合均布荷载标准值为：m kN /81455.225,.13=++ 组合均布荷载设计值为：m kN /2.106632.43=+ 3、计算最大弯矩与剪力设计值在设计荷载作用下的最大弯矩为： 4、确定次梁的截面尺寸次梁所需的截面抵抗矩(钢梁自重未知，故考虑安全系数1.02）： 次梁选用H 形截面，则选用HM600*300. 查表得其截面特征： 若考虑梁的自重： 5.次梁验算（1）按抗弯强度验算 故次梁的抗弯强度满足要求。

（2）抗剪强度验算故次梁抗剪强度满足要求。

(3) 刚度验算[]mmlmm EI l q x k 3625098.28101180001006.23849000)10008.91515.225.4345(538454544==<=⨯⨯⨯⨯⨯÷⨯+++⨯==νν故满足刚度要求。

综上所述，HM600X300X12X18型钢满足要求。

三、框架主梁KL-1截面设计1、力学模型分析及其内力计算荷载的传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。

楼面板和次梁的自重等恒载通过次梁传递到主梁，根据以上的简化，次梁简化为两段铰接，故以集中力的形式将力传递到主梁上。

在计算恒载时，由于主梁的截面尚未选定且主梁自重所占比例较小，可先不考虑在计算范围内。

框架主梁设计简图：由次梁传到主梁上的集中力如下：恒载标准值：KN g k 1.4029108.915192.433=⨯⨯⨯+⨯=- 活载标准值：KN q k 405945=⨯= 恒载设计值：KN G 52.4824022.1=⨯= 活载设计值：KN Q 5674054.1=⨯= 对于连续多跨梁，有如下规律：（1）支座处最不利荷载组合是将活荷载满布于此支座所在的两跨，其余跨相邻布置活荷载；（2）跨中截面的最不利荷载组合既是将活荷载满布于此跨，其余跨相邻布置活荷载。

由此可以得到5种最不利荷载组合。

① 集中活荷载作用于第1单元 ② 集中活荷载作用于第2单元 ③ 集中活荷载作用于第1、3单元 ④ 集中活荷载作用于第1、2单元 ⑤ 集中活荷载作用于第1、2、3单元a ．恒载与情况①的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图G+Q G Gb ．恒载与情况②的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图 G G+Q Gc ．恒载与情况③的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图 G+Q G G+Qd ．恒载与情况④的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图 G+Q G+Q Ge ．恒载与情况⑤的组合荷载引起的主框架梁弯矩图和剪力图 G+Q G+Q G+Q 由以上五种情况可知：梁在恒载与工况2的组合荷载作用下弯矩最大m KN M •=34.1393max 梁在恒载和工况3的组合荷载作用下剪力最大KN V 64.595max =。

2、框架梁的设计及验算所需截面模量为（钢梁自重为止故考虑安全系数1.02）： 2.1、腹板高度 (1)梁的最小高度根据正常使用极限状态的要求，梁在荷载标准值的作用下的挠度υ不得超过设计规范规定的容许值[]/l n υ=。

据此可得到简支梁的最小高度为3min101340⨯⋅⋅=⎪⎭⎫⎝⎛f n l h x γ n=400 (2)梁的经济高度 经济高度经验公式为取腹板高度mm h w 900= 2.2、腹板厚度 取mm t w 15= 2.3、翼缘板的尺寸翼缘宽度：()mm b mm mm h b 300,333,20031,51w ==⎪⎭⎫⎝⎛=取又：29.28436mm ht h W A w x f =⋅-=初选截面如图所示： 2.4、主梁的截面特性 2.5、翼缘与腹板连接焊缝计算 2.6、主梁截面验算主梁自重标准值：m kN q /38.1108.985.7179456'=⨯⨯⨯=- 主梁自重设计值：m kN q /66.138.12.12.1'=⨯=主梁（包括自重）所承受的最大弯矩与最大剪力按照近似计算：(1)抗弯强度验算考虑部分发展塑性变形 取 1.05x γ= 所以抗弯强度满足要求 (2)抗剪强度验算 所以抗剪强度满足要求 (3)局部承压强度验算跨中集中力：kN F 52.104956752.482=+= 局部压应力：(4)折算应力验算由内力图可知，最大弯矩和剪力发生的截面（跨中）很接近，可当成发生在同一截面来验算，且在跨中作用有集中荷载。