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：目录一、设计条件 (3)二、设计要求和内容 (3)三、设计次梁截面CL-1 (4)3.1次梁荷载设计 (4)3.2次梁内力计算 (5)3.3次梁截面设计 (6)3.4次梁验算 (6)四、框架主梁内力组合计算及截面设计 (7)4.1主梁荷载计算 (7)4.2主梁截面设计 (10)4.3主梁截面验算 (11)五、设计框架柱 (15)5.1 确定框架柱所承受的荷载 (15)5.2 框架柱截面初选 (15)5.3 框架柱截面验算 (16)六、设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点 (17)6.1 设计资料及示意说明 (17)6.2 选定焊缝尺寸 (17)6.3 焊缝强度验算 (18)七、设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点 (19)7.1 拼接点内力计算 (19)7.2 梁翼缘板拼接设计 (20)7.3 腹板拼接设计 (22)7.4 净截面强度计算 (24)八、次梁与主梁工地拼接节点设计 (26)8.1 设计说明 (26)8.2 连接计算 (26)8.3 加劲肋与主梁的角焊缝设计计算 (27)九、心得体会 (28)十、参考文献 (28)一、设计条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4.0 kN/mm 2，其中竖向梁跨度取值为12m 。

楼面板为100mm 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，层高3.5m 。

二、设计要求和内容（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。

6000BLL-16000K L -112000CL-1LL-1LL-13LL-1K L -1CL-1K L -19000图1 结构平面布置图CL-16000K L -1CLL-1CL-1LL-1CL-1K L -112000LL-1K L -1LL-1K L -19000212000LL-19000LL-160005DCL-1LL-1CL-1K L -1LL-1K L -11LL-16000K L -19000CL-16000LL-1LL-14LL-1K L -1ACL-1K L -1CL-1K L -1CL-1K L -1CL-1K L -1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。

三、设计次梁截面CL-13.1次梁荷载设计由于次梁与框架梁之间可以视为铰接，为了简化计算，可以将次梁两侧的楼面荷载及楼面板自重加入计算，荷载如下：1>楼面板为100mm厚单向实心钢筋混凝土板。

楼面活载标准值：q k=4.0×6=24 kN/m2>根据楼板材料可知楼面板永久荷载标准值：g k=25×0.1×6=15kN/m3>荷载设计值：q d=1.4×24=33.6kN/mg d=1.2×15=18kN/m楼面板荷载设计值：q=33.6+18=51.6kN/m3.2次梁内力计算1.次梁架于主梁上，相当于简支梁结构，计算简图如下2.计算最大弯矩与剪力设计值M max=18ql2=18×51.6×92=522.45kN/mV m ax=12ql=12×51.6×9=232.2kN次梁弯矩图：次梁剪力图：次梁计算简图次梁弯矩图次梁剪力图3.3次梁截面设计选用Q235钢，f=215N/mm2，f v=125N/mm2W x=M maxγx f d=522.45×1061.05×215=2.314286×106mm3根据截面模量选用热轧H型钢，查附表后选择HM488×300×11×18型钢，截面特性如下：3.4次梁验算由于选择的是热轧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。

<1>抗弯刚度强度检验σ=M maxγx W x =522.45×1061.05×2820×103=176.44N/mm2<f=215N/mm2，满足<2>抗剪强度检验τ=V max S xI X t w =232.20×103×1549.918×10368900×104×11=47.49N/mm2<f v=125N/mm2，满足<3>刚度检验v=5384q k l4EI x=5×51.6×90004384×2.06×105×68900×104=31.06mm<l250=36mm，满足综合上述计算结果，次梁选择HM440×300×11×18型钢满足要求。

四、框架主梁内力组合计算及截面设计4.1主梁荷载计算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：因主梁的尺寸未知，计算时暂时忽略主梁的自重荷载，验算时再考虑主梁的自重。

集中恒荷载标准值：G k=15×9=135kN集中活荷载标准值：Q k=24×9=216kN集中恒荷载设计值：G=135×1.2=162kN集中活荷载设计值：Q=216×1.4=302.4kN由于此楼面的结构具有对称性，故仅需对以下五种荷载形式进行分析：1.连续梁受满布活荷载弯矩图：剪力图：2.连续梁1跨受满布活荷载弯矩图：剪力图：3.连续梁2跨受满布活荷载弯矩图：剪力图：4.连续梁1、2跨受满布活荷载弯矩图：剪力图：5.连续梁1、3跨受满布活荷载弯矩图：剪力图：4.2主梁截面设计通过以上计算，以及弯矩图比较可知：最不利弯矩组合产生的最大弯矩为5中M max =847.8kN ∙m 最不利剪力组合产生的最大弯矩为5中V max =270kN （1）梁高的确定由于计算时未考虑梁的自重，出于安全考虑，取M =1.1×847.8=932.58kN ∙m 。

假设主梁钢板厚度≤16mm ，Q 235钢的抗弯强度设计值为f =215N/mm 2，E =2.06×105N/mm 3，以及[lv]=400。

则所需截面模量为：W X=M max γx f d=932.58×1061.05×215=4131cm 3梁的最小高度（按最大挠度限值确定）：ℎmin ≥5fl 31.2E [l v ]=5×215×1200031.2×2.06×105×400=802.8mm 梁的经济高度经验公式ℎs =7×√W x 3−300=7×√4.131×1063−300=823.2mm所以取腹板高度ℎw=800mm，加上翼缘厚度可使梁高度满足上述要求。

（2）腹板尺寸的确定取腹板高度为ℎw=800mm，根据抗剪要求和剧本稳定和构造因素确定腹板厚度。

抗剪要求：t w≥1.2V maxℎw f v=1.2×270×103800×125=3.24mm局部稳定和构造因素：t w=√ℎw3.5=√8003.5=8.1mm综上，取t w=14mm，选用腹板—800×14。

（3）翼缘板截面尺寸的确定翼缘宽度一般取10mm的倍数，厚度取2mm的倍数。

根据翼缘所需要的截面惯性矩确定翼缘板尺寸：bt=2(I x−I w)ℎw2=W xℎw−16ℎw t w=4.131×106800−16×800×14=3297.1mm2考虑翼缘板的稳定性和构造要求，近似可取：b 2t ≤15√235f y综上，可得b=√3297.1×30=314.5mm，故取b=360mmt≥b360=36030=12mm，取t=18mm故翼缘板可选用—360×18。

综上，初选主梁截面为—836×360×14×18，如下图。

4.3主梁截面验算（1）截面特性计算I x=112×360×8363−112×(360−14)×8003=2.7656×109mm4 W x=I xℎ2⁄=2.7656×109418=6.6163×106mm3S x=360×18×409+400×200×14=3770320mm3S l =360×18×409=2650320mm 3I y =1×800×143+2×1×18×3603=1.40151×108mm 4A =2×360×18+800×14=24160mm 2 i x =√I x =√2.7656×109=383.33mmi y =√I y A =√1.40151×10824160=76.16mm（2）翼缘与腹板连接焊缝计算 采用E 43焊条，f f w =160N/mm 2V =V max =270kNS l =360×18×409=2650320mm 3ℎf ≥11.4f f w ∙V ∙S lI x=1.16mm ℎfmin ≥1.5√t max =1.5×√18=6.36mm ℎfmax ≤1.2t min =1.2×14=16.8mm综上，取ℎf =10mm ，钢结构在焊接时采用E 43焊条，焊接方法为手工焊。