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》课程设计计算书班级：土木***班指导老师：***姓名： ***学号：**********20**年**月目录第一部分课程设计题目一、设计规范及参考书籍 (3)二、设计构件 (3)三、设计内容要求 (4)第二部分设计计算过程一、结构简化 (5)二、设计次梁CL-1 (5)三、设计主梁KL-1 (7)四、设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点 (14)五、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点（采用高强螺栓） (16)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（GB5009－2001）（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（2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社（3）王国周等. 钢结构－原理与设计，清华大学出版社（4）罗邦富等. 钢结构设计计算手册（第三册），中国建筑工业出版社（5）李和华. 钢结构连接节点设计手册，中国建筑工业出版社二、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，楼面活荷载标准值0509）、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。
（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，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。
设计计算过程一、结构简化1、次梁：次梁架于主梁之上可简化为简支梁，简图如下：2、主梁：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，将框架主梁简化为三跨连续梁。
简图如下：二、设计次梁CL-11、设计荷载计算（1）恒载: 150mm单向钢筋混凝土楼板g c=0.15m×25N/m3=3.75KN/m2（2）活载: 楼面活载标准值q ck=6KN/m2则有恒载标准值： qk恒=3.75kN/m2×4.5m=16.875kN/m活载标准值：qk活=6kN/m2×4.5m=27kN/m荷载设计值：q=1.2qk恒+1.4qk活=58.05KN/m次梁中：最大弯矩设计值：M max=18ql2=18×58.05×92=587.76KN/m2最大剪力设计值：V max=12ql=12×58.05×9=261.23KN2、截面选取若次梁厚度h<16mm,则其截面模量为：W x=M maxx d=587.76=2603588.04mm3可根据截面模量选取次梁，选用 Q235热轧轻型工字梁I65，其截面特征为：I x=101412cm4 W x=3120.4cm3 S x=1809.4cm3I xS x=56.05cmA=152.80cm2 ℎ=650mm b=200mm t=19.2mm r=22.0mm t w=12.0mm r1=9.0mm ρ=119.94kg/m3考虑梁的自重：q1=58.05+1.2ρg=58.05+1.2×119.94×9.8×10−3=59.46kN/m最大弯矩：M max=18q1l2=18×59.46×92=602.03kN/m2最大剪力：V m ax=12q1l=12×59.46×9=267.57kN3、强度验算（1）抗弯强度验算σ=M xγx W x=602.03×1061.05×3120.4×103=183.75N/mm2<f d=215N/mm2满足要求. （2）抗剪强度验算τ=VS xw x=267.57×103=39.78N/mm2<f d=215N/mm2满足要求.（3）支座处局部压应力验算支反力为267.57kNt=19.2mm r=22.0mm，有ℎy=r+t=19.2+22.0=41.2mm 集中荷载在腹板计算高度上分布长度为：l z=a+5ℎy=170+5×41.2=376mm局部压应力：σc=Vt z l z =267.57×10312.0×376=59.30N/mm2<f d=215N/mm2满足要求。
（4）支座处折算应力验算：√σ2+σc2−σσc+3τ2=√183.752+59.302−183.75×59.30+3×39.782=176.44N/mm2<f d=215N/mm2可知折算应力满足要求。
（5）刚度验算w l =5q k l3384EI x=5×59.30×90003384×2.06×105×101412×104=2.69×10−3<[wl]=1250=4×10−3可知刚度验算满足要求。
（6）稳定性验算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。
（7）局部稳定性由于选择的是工字型钢，不许验算局部稳定。
三、设计主梁KL-11、设计荷载计算集中恒载标准值：G k=(15.00+1.0414)×9=144.37kN集中活载标准值：G k=24.00×9=216kN集中恒载设计值：G=(15.00+1.0414)×9×1.2=173.25kN集中活载设计值：Q=24.00×9×1.4=302.4kN（注：主梁截面尺寸待定，因此先不计入主梁自重荷载。
）荷载分析：此结构具有对称性，仅对以下六种具有代表性的荷载在形式进行分析：（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2、不同荷载组合下的内力图(注：以下内力图由Structural Mechanics结构力学求解器求得) A:（1）+（2）B:①+③C:①+④D:①+⑤E:①+⑥由以上图可知：最不利弯矩为：M max=756.63kN/m2最不利剪力为：V max=−316.73kN3、界面选取设计初钢梁自重未知，考虑安全因素，取：M=1.02M max=771.76主梁所需的截面抵抗矩： W x=Mγx f d =771.76×1061.05×215=3.42×106mm3选用工字形截面，则：（1）确定腹板尺寸：腹板高度：主梁最小高度（由最大扰度限值确定）δ=l400=9000400=22.5mmℎmin≥5fl31.2E[lδ]=5×215×9000231.2×2.06×105×20=677.39mm主梁的经济高度：ℎe=7×√W x3−300=754.65mm 取腹板高度：ℎw=760mm由抗剪强度要求t w≥1.2V maxℎw f v =1.2×316.73×103760×125=4.01mm由局部稳定性与构造要求 t w =√ℎw 3.5=√7603.5=7.88mmt w =7+0.003ℎw =7+0.003×760=9.28mm综上，取t w =10mm 选用腹板 760×10（2）确定翼缘尺寸：每个翼缘所需的截面面积A f =W xℎw −t w ℎw 6=3.42×106760−10×7606=3233.33mm 2翼缘板的宽度： b f =A f t=3233.3315=215.56mmb f =(15,13)ℎ=(15,13)×760=(152,253.33)mm综合上述取： b f =290mm t f =14mm（3）主梁截面尺寸特征：惯性矩： I x =b f ℎ312−(b f−t w )ℎ0312=290×(760+14×2)312−280×760312=1.582×109mm 4截面模量：W x =I xℎ/2=1.582×109788/2=4015407mm 3面积： A =2×270×14+760×10=15160mm 2（4）确定焊缝尺寸f f w =160N/mm 2 V =V max =316.73kNS 1=290×14×380=1542800mm 3ℎf ≥11.4f f w VS 1I x =316.73×103×15428001.4×160×1.582×109=1.38mmℎfmax ≥1.5√t max =1.5√14 =5.61mmℎfmax≤1.2t min=1.2×10=12mm钢结构在焊接时焊条采用E43系列，焊接方法为手工焊。
4、主梁验算主梁自重标准值：（用Q235钢材）q自=(2×270×14+760×10)×10−6×7.85×9.8=1.17kN/m主梁自重设计值：q=1.2q自=1.40kN/m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：M max1=M max+18ql2=756.63+8.505=765.14kN/m2V max1=V max1+q1l2=316.73+7.56=324.29kN（1）整体稳定验算：将次梁作为主梁的侧向支撑，则l1 b =4500290=15.52≤16√235f y=16故主梁的整体稳定不必验算。
（2）局部稳定性验算翼缘处：bt =14014=10≤15√235f y=15腹板处：ℎwt w =76010=76≤114√235f y=114故次梁不会发生局部失稳。