中南大学钢结构基本原理课程设计
时间：2025-07-15
中南大学钢结构基本原理课程设计
一、设计资料
工程名称：某多层图书馆二楼框架书库
工程资料：结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值7kNmm2，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。框架平面布置图和柱截面图如图1和图2。
工程要求：（1）设计次梁截面CL-1。
（2）设计框架主梁截面KL-1。
（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(1#图纸一张)，KL-1钢材用量表，设计说明。
（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。
二、设计参数
混凝土自重： 25kN粉刷层： 17kN
/m
/m
3
厚度：150mm 厚度：15mm
3
找平层： 20kN
/m
3
厚度：20mm
楼面活荷载的标准值： 6kN/m2
水磨石楼面： 0.65kN/m2 钢材（Q235）强度设计值： fd 215N/mm2 钢材（Q235）抗剪强度设计值：fv 125N/mm2 钢材（Q235）的弹性模量： E
2.06 10N/mm
5
2
三、设计次梁截面CL-1 1.设计荷载
（1）恒载—标准层楼面（标准值）
水磨石面层楼面 粉刷层 找平层
结构层：150mm单向钢筋混凝土楼板 0.15m 25KN/m3 3.75KN/m2 合计： 5.055KN/m2
1.305KN/m2
（2）活载
楼面活载标准值 7KN/m2
（3）竖向荷载下框架受荷总图
荷载由板到梁传递示意图如下图3所示：
a. 荷载标准值 楼面板传恒载=
1212
5.055KN/m 4.5m 2 22.7475KN/m
2
楼面传递活载=
b. 荷载设计值
7KN/m 4.5m 2 31.5KN/m
2
q 1.2q恒 1.4q活 71.397KN/m c. 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4：
次梁计算简图4
18
18
M
max
ql
2
71.397 9
2
722.895KNm
Vmax
12
ql 327.71
2.确定次梁的截面尺寸
由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取： M 1.02M
max
1.02 722.895 737.353KNm
次梁所需的截面抵抗矩：
Wx
M
计
fd
737.353215
3.430 10mm
63
次梁选用工字形截面，则：
（1）确定腹板尺寸
梁的经济高度： he 7x 300 755.67mm 取： h 760mm(h he)
he3.5
腹板厚度: tw
7.89mm
取： tw 12mm
若翼缘的厚度取：t 20mm 则 hw h 2t 720mm （2）确定翼缘尺寸：
每个翼缘所需的截面面积： Af
Aft
Wxh
twh6
3006.49mm
2
翼缘板的宽度： bf
150.32mm
2
暂取： bf 300mm （3）次梁截面尺寸特征（如图5-1）： I
x
300 760
12Ixh2
3
288 720
12
9
3
94
2.0164 10mm
Wx
2.0164 10
760
2
5.306 10mm
63
Sx 360 12
3602
3
300 20 370 299760mm0
3
Iy
720 12
12
20 300
12
3
2 9010368mm0
4
A 2 300 20 720 12 20640mm
2
截面特征图5-1
liy
900066.07
iy
IyA
9010368020640
66.07mm y
0.793
136.22
b 0.69 0.13
9000 20300 760
4320Ah
b b2
yWx
235
b
fy
136.22 204.4 760
)] 0]
2
0.793
4320136.22
2
20640 7605.306 10
6
[1 (
235
235
0.704 由于 b 0.6，则：
b' 1.07
0.2820.704
0.669
（4）确定焊缝尺寸
ff
w
160N/mm,V Vmax' 327.71KN
2
3
S1 300 20 360 216000mm 0
hf
11.4ff
w
VS1Ix
7.58mm
hfm
in
1.x
2 06m.7m 1
hfmax 2tmin 24mm
故取hf 8mm，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。
3.次梁验算
次梁自重标准值：（用Q235钢材）
6
q自 (2 250 20 590 10) 10 7.85 9.8
1.22KN/m
’
次梁自重设计值：q 1.2q自 1.2 1.22 1.464KNm
次梁（包括自重）所承担的最大的弯矩与最大剪力： M
'max
M
max
18
ql
2
722.895
18
1.908 9
2
742.214
Vmax
(q q')l
2
(71.394 1.908) 9
2
329.859KN
（1）整体稳定性验算
M
max
'
b'Wxfd
742.214 10
66
0.669 5.306 10 215
0.973 1
故次梁的整体稳定满足要求。
（2）局部稳定性验算
b 150 7.5 t
20
15
hwtw
72012
60 84
235fy
84
故次梁不会发生局部失稳。
(3) 刚度验算
5qkl
4
384EIl250
x
5 (22.7475 31.5 1.59) 9000384 2.06 10 2.0164 10 36mm 11.48mm
5
9
4
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