钢结构课程设计钢框架主梁设计.docx
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钢结构课程设计钢框架主梁设计
《钢结构基本原理》课程设计计算书
题目:
铜樞探殳薯筱针
一、设计任务
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5KN/m,楼面板为150mm厚单向实心钢筋混凝土板,荷载传力途径为:
楼面板一次梁一主梁一柱一基础。
设计中仅考虑竖向荷载和活载作用。
框架梁按连续梁计算。
楼面活载标准值5KN/m2
2.2次梁荷载的设计(自重暂不考虑)
楼面板传恒载q恒=£x4.655KN/m~x4.5加x2=20.95KN/tn
楼面传递活载q汛=-x5KN/m2x4.5/hx2=22.5KN/m
2
山可变荷载效应控制的组合
q=\.2q恒+1・4仏〔=1.2x20.95+1.4x22.5=56.64KN/加
山永久荷载效应控制的组合
q=1・35%口+1.4x0.7/.;=1.35x20.95+1.4x0.7x22.5=50.33KN/in所以荷载设讣值
q=56.64KN/m
2.3次梁所受最大弯矩与剪力设计值
次梁架于主梁之上,相当于简支结构,计算简图如下图:
luuiuuiuiunuiuiuun
次梁计算简图
max
=-ql2=1x56.64x92=573.48KN•加
88
yz=丄/=丄x56.64x9=254.88KN
max2▲2
2.4初选次梁的截面尺寸
2.4.1梁高的确定
由于设计荷载时未考虑钢梁自重,考虑安全因素,可取:
M=1.02Mmix=1.02x573.48=584.95KN•m
则次梁所需的截面抵抗矩:
7=
=眯磐5皿
梁的最小高度(按最大挠度限值确定):
的抗弯强度设计值/=215N/mm:
E二206X10汎/mm'和[-]=250o)
v
梁经济高度经验公式
力=7x师-3OO=7xV2.59xl06-300=661.3/h/h
所以取腹板高度hw=650mm加翼缘厚度可使梁高度满足上述要求。
2.4.2腹板尺寸的确定
腹板inj度取hw=650mm
则腹板片度:
1箭旧族圧七1-2Vm1.2x254.88x10-
抗剪强度要求:
人>———==3.8〃?
〃?
hwfv650x125
式中取Q235钢的/.二125N/””/。
局部稳定和构造因素:
tw=〉、-=7.3“"”
」•丿J•丿
取几二10mm,则腹板可选用一630X10。
WW
2.4.3翼缘板尺寸的确定
根据翼缘所需要的截面惯性矩确定翼缘板尺寸:
2.5次梁整体稳定的验算
2.5.1截面儿何特性
截面积A=2x300x12+650x10=13700wm2
梁在侧向长细比"产帶十.3
A=O.69+O.13x2222^=o.759
300x674
cr“432013700x674,i*148.3x12.,小235
=0.759x7xL'1+(厂+0x
14&罗3.021xlO6Y4.4x674235
=0.620
n727
由于久>0.6,则:
加=1.07-碣=0.615
次梁自重标准值:
(用Q235钢材)
彳]=(3x9.42x2+5x10.20)x9.8=1.054R7V/加
=\.22KN/m
次梁自重设计值:
q=1・2如=1.2x1.054=1.265kN/m
次梁(包括自重)所承担的最大的弯矩与最大剪力:
M喰+討厂=573.48+1x1.265x92=586.29^-7h
血空=(56.64+1.265)x9=260.57册
2.5.2整体稳定性验算
=3\5N/mm2>fd=2\5N/mm2
Mma;_586.29xl06
(pf;Wx~0.615x3.021xl06
整体稳定不能满足要求,需要加大截面。
腹板选用一650X12
翼缘选用一320X16
截面儿何特性
截面积A=2x320x16+650x12=1804Oh/?
/2
惯性矩I=丄x320x6823-—x308x6503=1.410xl09mm4“1212
I、.=2x—x16x3203+—x650x12、=8.747xlO7mm>1212
截ill模'KWx==I;J%=4.135x106nun3
%
梁在侧向长细比«十鬻®
235
T
Q'"69+°・E加".776
q4320Ah
y•'
cr”432018040x682」:
129.3x16小235
=0.776xx—J1+(y]+0]x
129.324.135xl06V4.4x682235
=0.725
AOQO由于%>0・6,贝ij:
加=1.07-匕丝:
=0・681
0.725
次梁自重标准值:
(用Q235钢材)
=(2x20.10x2+5x12.25)x9.8=l・388RN/〃?
次梁自重设计值:
“=l・2q自=1.2x1.388=1.666kN/m
次梁(包括自重)所承担的最大的弯矩与最大剪力:
・1・61
M喰=%七”=573.48+-xl.666x9-=588.47必N"
Vmax=⑺+小=(56.64+1.666)x9=262.377册
urn££
整体稳定性验算
此时次梁整体稳定满足要求。
2.3.3局部稳定性验算
故次梁不会发生周部失稳,不需要设置加劲肋。
2.5.4抗弯强度验算
588.474x1()6
yWx"1.05x4.135xl06
=\35.5N/mm2 故抗弯强度满足要求。 2.5.5抗剪强度验算 Z.CM2剪力全部由腹板承担s“=12x——=633750加J 8 上仝_262.377皿严3375。 =9.站皿2*円25"加l・410xl0\12 max At. 故主梁的抗剪强度满足要求。 2.5.6刚度验算 5qf_5x(20.95+22.5+1.388)x9000 u 384EZr384x2.06xl0>xl.410xl09 =13.2mm rnI9000“… [u]===36〃〃”>u=\3.2mm 250250 故满足刚度要求。 320X16 终选次梁截面如右图: 650X12 次梁截而图 三、设计框架主梁KL-1 3.1荷载分析 3.1.1主梁的受力分析 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。 其中边缘主梁① ⑤受力是主梁②③④受力的一半。 则以主梁②③④进行研究设计。 主梁按多跨连续梁设计,计算简图如下图 A (2)X ABC 主梁截面尺寸待定,因此先不计主梁口重荷载。 则主梁跨中所受集中荷载设计值: 集中恒载: G=1・2x(20.95+1.388)x9=241.25KN 集中活载: 0=1.4x22.5x9=283.5^ G+0=241.25+283.5=524.75^ 3.1.2荷载的组合情况 山于此结构具有对称性,故仅对以下六种荷载情况进行分析: 1仅次梁传递集中力恒载时 241.25241.25241.25 2仅 (1)跨有集中活载时 283.5 (1)Y (2)Y(3) 77y7777y77 3仅 (2)跨有集中活载时 283.5 (1)Y (2)Y(H 77x777^77 4 (1) (2)跨有集中活载时 283-5 283.5 5 (1)(3)跨有集中活载时 283.5 ⑥ (1) (2)(3)跨都有集中活载时 283.5283.5283.5 3.1.3内力计算 ①仅次梁传递集中力恒载时 / r4 [25.69 卩BXC 379.97 379.97 D ②仅 (1)跨有集中活载时 -255.15 v 510.30 (2>° 63.79 ③仅 (2)跨有集中活载时 二一r (1) 141.75 21.26 -21.26 -• (3)' -14 .75 446.51 ④ (1) (2)跨有集中活载时 177.19 14.18 ✓*- 92.14 /\• • .J⑴• -106.3 ・19 .36 ⑤ (1)(3)跨有集中活载时 163.01 12049 册420.49 ⑥ (1) (2)(3)跨都有集中活载时 各跨挠度表 编号 (1)跨 (2)跨 (3)跨 ① 3.5 0.6 3.5 ② 5.3 -1.7 0.56 ③ -1.7 4.2 -1.7 ④ 3.5 2.5 -1.1 ⑤ 5.9 -3.4 5.9 ⑥ 4.6 0.7 4.6 表中单位为mm,挠度先下为正向上为负。 山①和其它情况弯矩的叠加可得跨中最大弯矩的产生为①咆时 M屮=379.97+542.19=922.16k/V•m 山①和其它情况弯矩的叠加可得支座处最大负弯矩的产生为①时 M殳=-325.69-446.51=-772.2kN・m 山①和其它情况剪力的叠加可得剪力最大的产生为①+®时 %=156.81+191.36=348.17^(在支座B左侧) 山①和其它情况挠度的叠加可得挠度最大的产生为①+©时 v„=3.5+5.9=9Amm ni 故由以上计算知: 最不利弯矩为: Mn际=922・16kN・m 最不利剪力为: Vmax=348.17^ 3.2初选主梁的截面尺寸 3.2.1梁高的确定 由于设讣荷载时未考虑钢梁自重,考虑安全因素,可取: M=1.02A/max=1.02x922.16=940.60^m 则次梁所需的截面抵抗矩: tIZM 940.60xlO6…"63 wx-= --4.17xlO6/rz/H A人仁 1.05x215 梁的最小高度(按最大挠度限值确定): 5x215x9000 31.2x206xlO3 的抗弯强度设计值f=215N/mm: E=206XlO^N/mm3和E-]=400o) v 梁经济高度经验公式 hs=7x师-3OO=7x封4.17x106_3(X)=826.7〃〃” 所以取腹板高度饥=800〃州加翼缘厚度可使梁高度满足上述要求。 3.2.2腹板尺寸的确定 腹板高度取hw=800mm 则腹板厚度: 抗剪强度要求: 5二竺竺=仝密空竺=3.9〃"式中取Q235钢的九hwfv800x125 =125N/mm2Q 局部稳泄和构造因素: 几.=斗? =斗二=8.1〃劝 丿•丿J•丿 取/M=14mm,则腹板
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