广州城建职业学院实训指导书系别：建筑工程技术系年级专业: 09 建工技术专业实训项目: 钢结构设计《钢结构设计》实训指导书课程名称：钢结构设计适用专业：建筑工程技术开课学期：第四学期总学时：50 课程类别：理论+实践（38+12）课程性质：限选考核形式：考查一、实训项目名称及目标：1、型钢梁设计1）知识目标●了解梁的类型和应用；●掌握梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定计算；●掌握型钢梁的设计。

2）能力目标●能进行型钢梁设计。

2、轴心受压（压弯）柱设计1）知识目标●了解轴心受力构件的截面形式；●掌握轴心受力构件的强度和刚度计算；●掌握轴心受力构件的稳定性计算；●掌握实腹式轴心受压构件的截面设计；●掌握实腹式压弯构件的截面设计。

2）能力目标●能实腹式轴心受压构件的截面设计；●格构式轴心受压构件的截面设计。

3、钢结构连接设计1）知识目标●了解钢结构的连接方法和特点；●掌握对接焊缝及角焊缝的构造、工作性能及计算方法；●掌握螺栓排列及构造要求；●掌握普通螺栓和高强螺栓连接的性能和计算方法。

2）能力目标●能进行钢结构连接（焊接连接、螺栓连接）设计；4、钢结构参观实习报告1）知识目标●了解轻钢结构的类型、特点和适用范围；●了解网架结构的类型、特点和适用范围；●了解屋架结构的组成、形式、杆件、支撑体系；●了解钢结构的制作、防腐与防火。

2）能力目标●能正确分析各类钢结构体系。

二、实训报告写作格式及要求1、实训报告预计2周内完成，截止18周周五上交，由学习委员统一收齐。

2、实训项目任务划分按学号进行分组选做，要求独立完成，如遇抄袭，抄袭和被抄袭成绩都记为零分。

3、采用A4纸，报告书打印或手写均可。

四个项目同封面一起装订。

封面和项目内容如下：三、实训任务、设计步骤及设计案例项目一 型钢梁设计一）设计参数说明：学号尾数选做3、6、9、0任务一；学号尾数选做1、4、7任务二；学号尾数2、5、8选做任务三。

任务一、设计某车间工作平台热轧型钢次梁截面。

平台梁格布置如图所示，次梁支于主梁上面，平台板未与次梁翼缘牢固连接。

次梁承受板和面层自重标准值为3.2kN/m 2(有包2(静力荷载)。

钢材为Q235B 。

任务二、设计某车间工作平台热轧型钢次梁截面。

平台梁格布置如图所示，次梁支于主梁上面，平台板为刚性，可保证次梁的整体稳定。

次梁承受板恒载标准值为3kN/m 2，活荷载标准值为12kN/m 2(静力荷载)。

钢材为Q235B 。

qm5任务三、设计某车间工作平台热轧型钢次梁截面。

平台梁格布置如图所示，次梁支于主梁上面，平台板为刚性，可保证次梁的整体稳定。

次梁承受板恒载标准值为3kN/m 2，活荷载标准值为6kN/m 2(静力荷载)。

钢材为Q235B 。

q8mqm58m8m 8m二）设计步骤1、 计算M 、V ，确定钢材种类2、计算W nx)/(max f M W x nx γ=3、由截面模量选择合适的型钢，然后验算其他项目（抗弯强度、抗剪强度、局部强度、刚度整体稳定性）。

由于型钢截面的翼缘和腹板厚度较大，不必验算局部稳定；端部无大的削弱时，也不必验算剪应力。

而局部压应力也只在有较大集中荷载或支座反力处才验算。

1）抗弯强度 单向弯曲时f W M nxx x≤=γσ （1）双向弯曲时f W M W M nyy y nx x x≤+=γγσ（2）式中 M x 、M y —绕x 轴和y 轴的弯矩（对工字形和H 形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴）； W nx 、W ny —梁对x 轴和y 轴的净截面模量；y x γγ,—截面塑性发展系数，对工字形截面，20.1,05.1==y x γγ；对箱形截面，05.1==y x γγ；f —钢材的抗弯强度设计值。

当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ，但不超过y f /23515时，取0.1=x γ。

需要计算疲劳的梁，宜取0.1==y x γγ。

2）抗剪强度v wf It VS≤=τ （3）式中 V —计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值；S —中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩；I —毛截面惯性矩； t w —腹板厚度；f v —钢材的抗剪强度设计值。

当抗剪强度不满足设计要求时，常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。

型钢腹板较厚，一般均能满足上式要求，因此只在剪力最大截面处有较大削弱时，才需进行剪应力的计算。

3）局部承压强度图1局部压应力当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋，或受有移动的集中荷载时，应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。

假定集中荷载从作用处以1∶2.5（在h y 高度范围）和1∶1（在h R 高度范围）扩散，均匀分布于腹板计算高度边缘。

梁的局部承压强度可按下式计算f l t Fzw c ≤=ψσ （4）式中 F —集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数；ψ—集中荷载增大系数：对重级工作制吊车轮压，ψ＝1.35；对其他荷载，ψ＝1.0；z l —集中荷载在腹板计算高度边缘的假定分布长度，其计算方法如下跨中集中荷载 z l ＝a +5h y +2h R 梁端支反力 z l ＝a +2.5h y +a 1a —集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车轮压可取为50mm ； h y —自梁承载的边缘到腹板计算高度边缘的距离； h R —轨道的高度，计算处无轨道时h R ＝0；a 1—梁端到支座板外边缘的距离，按实际取，但不得大于2.5h y 。

当计算不能满足（4）式时，在固定集中荷载处，应设置支承加劲肋予以加强，并对支承加劲肋进行计算。

对移动集中荷载，则应加大腹板厚度。

4）折算应力在组合梁的腹板计算高度边缘处，当同时受有较大的正应力σ、剪应力τ和局部压应力σc 时，或同时受有较大的正应力σ和剪应力τ时，应按下式验算该处的折算应力f c c 12223βτσσσσ≤+-+（5）式中 c στσ,,——腹板计算高度边缘同一点上的弯曲正应力、剪应力和局部压应力。

τ按式（3）计算，c σ按式（4）计算， σ按下式计算nxI My=σ （6）nx I —净截面惯性矩；y —计算点至中和轴的距离；c σσ,均以拉应力为正值，压应力为负值；1β—折算应力的强度设计值增大系数。

当c σσ,异号时，取1β＝1.2；当c σσ,同号或cσ＝0取1β＝1.1。

5）刚度刚度验算即为梁的挠度验算。

按下式验算梁的刚度][v v ≤（7）式中 v —荷载标准值作用下梁的最大挠度；[v ]—梁的容许挠度值，规范规定的容许挠度值。

6）整体稳定f W M xb x ≤ϕ （8） 式中 M x —绕强轴作用的最大弯矩；W x —按受压纤维确定的梁毛截面模量；b ϕ—梁的整体稳定系数。

①规范规定等截面焊接工字形和轧制H 型钢简支梁的整体稳定系数ϕb 应按下式计算ϕb ＝βb yb y x y f h t W Ah 235])4.4(1[4320212ηλλ++⋅ （9） 式中 βb ──梁整体稳定的等效弯矩系数；λy ──梁在侧向支承点间对截面弱轴y -y 的长细比；A ──梁毛截面面积；h ──梁截面的全高；t 1──受压翼缘厚度。

ηb ──截面不对称影响系数：对双轴对称截面 ηb ＝0对单轴对称工字形截面加强受压翼缘 ηb ＝0.8（2αb －1）加强受拉翼缘 ηb ＝2αb －1αb ＝211I I I +──I 1和I 2分别为受压翼缘和受拉翼缘对y 轴的惯性矩。

当φb 大于0.6时，梁己进入非弹性工作阶段，必须对φb 进行修正。

当按式（9）确定的φb ＞0.6时，用下式求得的φb ´代替φb 进行梁的整体稳定计算φb ´＝1.07－bϕ282.0 （10） 但b ϕ不得大于1.0②轧制普通工字型钢梁，直接查P80，表4.2。

当查得的φb ＞0.6时，用（10）式求得的φb ´代替φb 进行梁的整体稳定计算当梁的整体稳定承载力不足时，可采用加大梁的截面尺寸或增加侧向支撑的办法予以解决，前一种办法中以增大受压翼缘的宽度最有效。

三）设计案例项目二轴心受压柱设计一）设计参数说明：学号尾数4、8选做任务一；学号尾数3、7、9选做任务二；学号尾数2、6选做任务三；学号尾数1、5、0选做任务四。

任务一、设计图示实腹式轴心受压构件截面尺寸。

设计参数：工字形截面，钢材为Q235，沿两个主轴平面的支撑条件如图所示，构件承受轴心压力为N=1700kN。

任务一任务二、设计实腹式轴心受压构件截面尺寸。

设计参数：两端铰接，柱高3.9m，承受轴心力设计荷载值N=1100kN，钢材为Q235。

任务三、设计实腹式轴心受压构件截面尺寸。

设计参数：如图所示柱子上端铰接，下端固定；承受的压力设计值为N＝1000kN，钢材为Q235。

任务三任务四：某两端铰接的压弯构件，其长度为4米，钢材为Q235，构件受到承受的压力设计值为N＝100kN，另在跨中受一集中荷载F=20KN作用，试设计该实腹式压弯构件截面尺寸，并验算其平面内与平面外的整体稳定性。

二）设计方法实腹式轴心受压柱设计实腹式轴心受压构件一般采用双轴对称截面，以避免弯扭失稳。

常用截面形式有型钢截面和组合截面两种形式。

实腹式轴心受压构件进行截面选择时应主要考虑以下原则：面积的分布应尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整体稳定承载力和刚度；两个主轴方向尽量等稳定性，即y x ϕϕ=，以达到经济的效果；便于与其他构件进行连接；尽可能构造简单，制造省工，取材方便。

1）实腹式轴心受压构件的截面设计首先应根据轴心压力的设计值、计算长度选定合适的截面形式，再初步确定截面尺寸，然后进行强度、整体稳定、局部稳定、刚度等的验算。

具体步骤如下：①假定柱的长细比λ，求出需要的截面面积A 。

一般假定λ=50～100，当压力大而计算长度小时取较小值，反之取较大值。

根据λ、截面分类（查P275附录B.1）可查得稳定系数ϕ(查P277-280附录C)，则需要的截面面积为：f N A ϕ=②求两个主轴所需要的回转半径λλy y x x l i l i 00;==③A 、由已知截面面积A 、两个主轴的回转半径y x i i ,优先选用轧制型钢。

B 、当现有型钢规格不满足所需截面尺寸时，可以采用组合截面，这时需先初步定出截面的轮廓尺寸，一般是根据回转半径确定所需截面的高度h 和宽度b 。

21;ααy xi b i h ≈≈(1α、2α为系数，表示h 、b 和回转半径y x i i ,之间的近似数值关系，常用截面可由P116表格5.5查得。

例如由三块钢板组成的工字形截面1α=0.43，2α=0.24。

)由所需要的A 、h 、b 等，再考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。