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1、,主 讲：贺 学 军 中南大学土木工程学院建筑工程系,钢结构基本原理课程设计钢框架主次梁设计,一、设计规范及参考书1、规范（1）中华人民共和国建设部.建筑结构制图标准S（GB/T501052001）（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（GB50092001）（4）中华人民共和国建设部.钢结构设计规范S（GB500172003）（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
2、.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,第一部分 钢结构课程设计任务书,二、设计条件 某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重。,第一部分 钢结构课程设计任务书,二、设计条件 某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重。,第一部分 钢结构课程设计任务书,天佑班10级钢结构课程设计分组表（共59人）,二、设计条件 某多层
3、钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重。楼面柱网尺寸及活荷载标准值详见上表所示，楼面板为150mm厚单向实心钢筋混凝土板。楼层装修从下至上具体如下：轻钢龙骨吊顶(0.2kN/m2)框架钢梁150mm厚实心钢筋混凝土板(25kN/m3)水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平，0.65kN/m2)。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作用，框架主梁按连续梁计算，次梁按简支梁计算。,第一部分 钢结构课程设计任务书,三、设计内容与要求设计内容：（1）进行次梁CL-1截面设计。（2）进行框架主梁KL-1截面设计，并绘制施工图。（3）进行框架主梁短梁段与梁体工地拼
4、接节点设计，短梁段长度一般为 0.91.2m，要求采用高强螺栓连接，并绘制施工图。（4）进行框架主梁短梁段与框架柱连接节点设计，要求采用焊缝连接，并绘制施工图。设计要求：提交设计计算说明书一份，框架主梁KL-1施工图（一号图）一张。,第一部分 钢结构课程设计任务书,三、设计内容与要求计算说明书包括：构件截面尺寸估算、荷载计算、内力组合、主次梁截面设计（包括截面板件连接焊缝设计）、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。计算书按中南大学课程设计统一格式编制，要求文本规范、层次分明、字体工整，图表准确，并按以下顺序装订成册：封面、设计任务书、目录(应标明各章节页码)、设计计算正文文本、设计体会、
5、参考文献（按规范格式书写）、封底。施工图绘制包括：绘制框架主梁短梁段与梁体制作详图、框架主梁短梁段与柱连接节点详图、短梁段与主梁梁体连接节点详图，KL-1钢材用量表，设计说明(1#图纸一张)。施工图图面布置合理，比例适当，图面整洁，线条清楚，文字采用宋体或仿宋体，符合制图标准，达到施工图要求。,第一部分 钢结构课程设计任务书,四、进度安排 周一：构件尺寸估算和楼盖荷载计算；周二：楼盖内力计算及内力组合；周三：主梁截面设计及连接设计计算；周四：施工图绘制；周五：计算文本整理。,第一部分 钢结构课程设计任务书,一、次梁CL-1截面设计按简支梁计算，优先选用型钢截面进行设计。根据楼面各层做法，计算楼
6、面荷载：楼面恒载、楼面活载。根据楼面荷载和次梁负荷面积，确定次梁所承受的荷载。按简支梁进行控制截面内力计算，根据材料强度选定截面尺寸。考虑到楼板对次梁的侧向支撑，可不进行整体稳定验算。如选用型钢截面可不进行局部稳定验算，否则则需进行局部稳定验算。进行次梁刚度验算，使其满足规范允许的挠度要求。,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、框架主梁KL-1截面设计（一）荷载计算及内力组合按固端连续梁计算，选用组合工字形截面进行设计。主梁承担的荷载：主梁自重g（可转化为跨中恒载Gz）、次梁传来的跨中集中恒载Gc、集中活载Q。内力组合时应考虑活载的最不利布置。恒载示意图：,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、
7、框架主梁KL-1截面设计内力组合时应考虑活载的最不利布置。活载的最不利布置示意图：,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,计算时应充分利用对称性，以减少计算工作量,二、框架主梁KL-1截面设计（二）组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,确定四个参数：hw或h、tw、翼缘b、t1)截面高度h(或hw)根据建筑高度、刚度要求和经济条件确定。建筑高度要求 hmax 满足梁下最小净空高度要求刚度要求 hmin 保证正常使用时梁的挠度不超过规范值。,经济条件要求 he 满足用钢量最小的要求。,二、框架主梁KL-1截面设计（二）组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,1)截面高度h(或hw
8、),h的确定(一般为50mm的倍数)：,6mmtw22mm，且一般取2mm的倍数,2)腹板厚度tw：近似假定最大剪应力为腹板平均剪应力的1.2倍。,二、框架主梁KL-1截面设计（二）组合截面尺寸估算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,翼缘宽度b一般取:,3)翼缘宽度b、厚度t：,翼缘厚度t一般取:,当b180mm时，b宜取10mm的倍数。t宜取2mm的倍数。,二、框架主梁KL-1截面设计（三）截面强度验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,正应力：,剪应力：,局部承压应力：,复合应力：,采用净截面计算,二、框架主梁KL-1截面设计（四）整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,采用毛截面计算,
9、基本公式：,b整体稳定系数，按GB50017-2003中附录B近似计算。,当cr0.6 fy时，应对稳定系数进行修正：,二、框架主梁KL-1截面设计（四）整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,1、等截面焊接工字型和轧制H型钢简支梁：,截面不对称影响系数。双轴对称截面：加强受拉翼缘：加强受压翼缘：I1、I2分别为受压翼缘、受拉翼缘对y轴的惯性矩。,梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按下表采用。,二、框架主梁KL-1截面设计（四）整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按下表采用。,二、框架主梁KL-1截面设计（四）整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步
10、骤,2、轧制普通工字钢简支梁：,二、框架主梁KL-1截面设计（四）整体稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,3、受弯构件整体稳定系数的近似计算：均匀受弯构件，当 时，其整体稳定系数，可按下列近似公式计算。工字型截面(含H型钢)：双轴对称时：单轴对称时：,二、框架主梁KL-1截面设计（五）局部稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,考虑有限塑性发展时，取,1.翼缘的局部稳定,考虑残余应力、初始挠曲等不利影响，设计中取,当采用塑性设计时应满足,二、框架主梁KL-1截面设计（五）局部稳定验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,2.腹板的局部稳定：按下表验算，不满足时考虑加劲肋设置,二、框架主梁K
11、L-1截面设计（六）刚度验算：按毛截面积验算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,二、框架主梁KL-1截面设计（七）翼缘与腹板连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,腹板与翼缘间的两条连接焊缝剪应力应满足：,三、框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,N作用下，端缝受力：,V作用下，侧缝受力(仅考虑腹板受剪)：,M作用下，端缝受力(a、b点)：,三、框架主梁短梁段与柱的连接焊缝计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,验算焊缝危险点a：,验算焊缝危险点b：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁翼缘板的拼接等强原则设计：拼接板净截面积不
12、小于翼缘板净截面积。高强螺栓数量按翼缘板净截面积An所能承受的轴力N确定。,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：一般先根据构造要求布置螺栓，然后进行验算。拼接截面处剪力V全部由腹板承担，作用于螺栓群形心处，由各螺栓平均分担，每个螺栓承担的垂直剪力为（n拼接缝一侧螺栓总数）：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,拼接截面处弯矩按翼缘和腹板毛截面积惯性矩比值分配，由翼缘和腹板共同承担。腹板分担的弯矩为：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,在弯矩作用下
13、，近似认为各螺栓只承受水平方向力的作用，距螺栓群形心最远的螺栓受力最大。受力最大螺栓承担的水平力为：,四、框架主梁与主梁的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,受力最大螺栓所受的合力应满足：,四、框架主梁短梁段与梁体的高强螺栓连接计算,第二部分 钢框架主次梁设计步骤,梁腹板的拼接：,腹板拼接板强度近似按下式验算：,一、框架主梁施工图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,利用对称性绘制一半绘图比例1:1501:200，沿梁截面高度方向应适当放大。主要绘制内容：梁体正面图和俯视图，轴线编号和轴线尺寸定位，对称符号、梁柱截面尺寸、连接节点详图（剖切图）定位和编号，主梁板件
14、编号；梁体腹板与翼缘连接焊缝尺寸；梁柱节点焊缝布置及尺寸；短梁与梁体高强螺栓连接布置及各细部尺寸，翼缘与腹板拼接板尺寸。,一、框架主梁施工图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,二、框架主梁短梁段与柱焊缝连接详图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,标注焊缝尺寸、各板件细部尺寸、梁端板件编号等。绘图比例1：101：20。当焊缝在弯矩、剪力作用下，不 能满足角焊缝的受力和构造要求 时，可设置支托来承担剪力，焊 缝只承担弯矩。若通过支托来承担横向剪力，应 对支托进行设计计算，并在施工 图中绘制详细的支托大样图，以 及支托与框架梁、柱的连接大样 图。,三、框架主梁短梁段与梁体高强螺栓连接详图绘制,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,标注各板件编号、细部尺寸、螺栓的布置方式和定位尺寸等，绘图比例1：101：20。,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,四、框架主梁KL-1钢材用量表,计算一根框架主梁KL-1(8m跨)所用钢材，包括梁主体板件、拼接板剪以及其它连接用钢材。,KL-1框架主梁(如8m跨)钢材用量表,五、设计说明,包括钢材的强度、规格；尺寸单位规定；工艺注意事项；以及其它需要说明但无法用图表表示的事项。,第三部分 钢框架主梁施工图绘制,
