單層平面鋼框架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)--完整版.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除單層平面鋼框架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 姓 名：朱銳（組長(zhǎng)）、楊肖、馬健、徐耀、戴雅倩、候勝魯、項(xiàng)彥、李海星課程分工或貢獻(xiàn)：朱銳：軸心受壓柱 戴雅倩：受彎梁 楊肖：壓彎柱 項(xiàng)彥：鉸接柱腳 馬健、候勝魯：鉸接柱頭 徐耀、李海星：剛性柱腳指 導(dǎo) 教 師 ：周洪彬、王兆強(qiáng)2014年10月此文檔僅供學(xué)習(xí)與交流單層平面鋼框架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)李海星、項(xiàng)彥、候勝魯、徐耀、馬健、楊肖、戴雅倩、朱銳摘要：在熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)基本原理的前提下， 通過(guò)對(duì)單層單跨鋼框架的結(jié)構(gòu)方案的選用，首先進(jìn)行截面的估算（初選截面，假設(shè)長(zhǎng)細(xì)比等）， 其次進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)：連接的構(gòu)造和設(shè)計(jì)、軸心受力構(gòu)件的選擇與設(shè)計(jì)（包括強(qiáng)度、剛度、整體與局部穩(wěn)定）、受彎構(gòu)件截面的選擇與設(shè)計(jì)（包括強(qiáng)度、剛度、整體與局部穩(wěn)定）、壓彎或拉彎構(gòu)件截面的選擇與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的同時(shí)在設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)里詳細(xì)論述以上內(nèi)容。前言：在大學(xué)生動(dòng)手能力較弱的今天，各高校紛紛進(jìn)行課程改革，我校領(lǐng)導(dǎo)也積極行動(dòng)起來(lái)，安排了鋼結(jié)構(gòu)課程研究三級(jí)項(xiàng)目。實(shí)施此項(xiàng)精心準(zhǔn)備的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，旨在使學(xué)生在熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法和鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范深入了解并掌握一種單層平面鋼框架的相關(guān)知識(shí)、分析和設(shè)計(jì)方法，掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)的撰寫(xiě)方法，使學(xué)生具備獨(dú)立設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本能力，提高綜合應(yīng)用已有知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)資料留存意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作精神、項(xiàng)目組織與管理、交流表達(dá)能力，更好地培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力和綜合素質(zhì)。相關(guān)領(lǐng)域所做的工作和特色：在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，逐步發(fā)展高強(qiáng)度低合金鋼材，新增Q420鋼。鋼材質(zhì)輕，便于制造和安裝，良好、豐富的建筑藝術(shù)表現(xiàn)力使鋼結(jié)構(gòu)受到廣大建筑師的青睞。改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)的革新是本領(lǐng)域今后值得研究的課題。項(xiàng)目切入點(diǎn)：大前提是有良好的鋼結(jié)構(gòu)基本原理理論知識(shí)。鋼結(jié)構(gòu)方案的選擇及截面估算：方案選擇是概念設(shè)計(jì)，即根據(jù)內(nèi)力進(jìn)行迅速構(gòu)思，之后便是截面初步估算。主要是梁柱斷面尺寸的估算（柱按長(zhǎng)細(xì)比估算，梁高跨度的一般比值）。構(gòu)件設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：首先是材料選擇，其次是確定節(jié)點(diǎn)形式。前期概況：我們組抽到的單層平面鋼框架從結(jié)構(gòu)上說(shuō)是一個(gè)靜定結(jié)構(gòu)，受集中荷載和均布荷載的作用。我們組先進(jìn)行了小組討論，分析課程研究項(xiàng)目說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力與結(jié)構(gòu)形式的分析，通過(guò)結(jié)構(gòu)各部件所受荷載形式分為軸壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件、鉸接柱腳、鉸接柱頭和剛接柱頭。根據(jù)組內(nèi)成員特點(diǎn)進(jìn)行分工，各自就自己的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。之后小組討論成員進(jìn)行成果展示，相互檢查，提出問(wèn)題，進(jìn)行修正。項(xiàng)目預(yù)期結(jié)果：通過(guò)設(shè)計(jì)，同學(xué)們對(duì)課本知識(shí)有更深入的理解，熟練了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。組長(zhǎng)嚴(yán)格控制進(jìn)度和質(zhì)量，組員們團(tuán)結(jié)合作、積極認(rèn)真完成任務(wù)，最終項(xiàng)目圓滿成功。目 錄1、 結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖的計(jì)算2、 軸心受壓柱的設(shè)計(jì)3、 梁的設(shè)計(jì)4、 壓彎柱的設(shè)計(jì)5、 柱頭設(shè)計(jì)（左）6、 柱頭設(shè)計(jì)（右）7、 鉸接柱腳8、 剛性柱腳九、心得體會(huì)1.結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖的計(jì)算對(duì)整體方程得：?jiǎn)为?dú)考慮左邊柱： 圖1.1單獨(dú)考慮梁： 單獨(dú)考慮右邊柱： 聯(lián)立方程得： 圖1.2 受力分析圖圖1.3 彎矩圖圖1.4 軸力圖圖1.5 剪力圖2.軸心受壓柱的設(shè)計(jì)定柱的截面形式為熱軋H型鋼2.1初選截面如右圖所示由于熱軋H型鋼可以選用寬翼緣的形式，截面的寬度較大，因此長(zhǎng)細(xì)比的假設(shè)值可適當(dāng)減小，假設(shè)=60。對(duì)寬翼緣H型鋼，因b/H0.8,所以無(wú)論對(duì)X軸還是Y軸都屬于b類截面，查表得=0.807。所需的幾何量為：由附表選型鋼圖2.1 軸心受壓柱截面腹板的高度比,滿足構(gòu)造要求。2.2 截面驗(yàn)算因截面無(wú)孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因?yàn)闊彳圚型鋼，亦可不必驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行驗(yàn)算整體穩(wěn)定。因?qū)、Y軸均屬b類截面，故由長(zhǎng)細(xì)比較大值查表得滿足整體穩(wěn)定3.梁的設(shè)計(jì)根據(jù)M圖計(jì)算，最大彎矩設(shè)計(jì)值：則截面模量：圖3.1 受彎梁截面根據(jù)附表7.2查得 選用HN350175711，其他參數(shù)： 由于型鋼截面翼緣和腹板厚度較大，不必驗(yàn)算局部穩(wěn)定；端部無(wú)大的削弱時(shí)，也不必驗(yàn)算剪應(yīng)力。因此，只需進(jìn)行整體穩(wěn)定的驗(yàn)算：參數(shù)：等效彎矩系數(shù)：Y軸的長(zhǎng)細(xì)比：整體穩(wěn)定系數(shù)：整體穩(wěn)定滿足4.壓彎柱的設(shè)計(jì)柱所承受的最大軸力和彎矩分別為 試選熱軋H型鋼 4.1截面幾何特性 4.2驗(yàn)算強(qiáng)度4.3驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定 b類截面，查表得 4.4驗(yàn)算彎矩作用平面外的穩(wěn)定 b類截面，查表得 圖4.1 壓彎柱截面4.5局部穩(wěn)定驗(yàn)算由于是熱軋型鋼，因此不需要驗(yàn)算局部穩(wěn)定。5.柱頭設(shè)計(jì)（左）H形截面柱采用HW 1751757.511H形截面梁采用HN 350175711梁柱、頂板、突緣及加勁肋均采用Q235鋼連接點(diǎn)不受彎矩，采用鉸接5.1梁端設(shè)置加勁肋，梁端加勁肋尺寸3755010，采用=6mm，計(jì)算長(zhǎng)度 滿足要求 滿足要求因此，梁端加勁肋尺寸為37550105.2柱端設(shè)置加勁肋 a=80mm 計(jì)算長(zhǎng)度 彎矩：彎矩引起的應(yīng)力：剪力引起的應(yīng)力： 圖5.1 柱頭左截面焊縫的強(qiáng)度： 滿足要求 滿足要求因此，柱端加勁肋尺寸為2628010螺栓采用（粗制） 頂板尺寸 18518518 墊板尺寸 1855010 6.柱頭設(shè)計(jì)（右）H形截面柱采用HN (r=9) H形截面梁采用HN (r=13)梁、柱、頂板、突緣及加勁肋均采用Q235鋼6.1梁端設(shè)置加勁肋取 t=10mm h=370 b=150梁與加勁肋焊縫尺寸 計(jì)算長(zhǎng)度 剪力引起的應(yīng)力：6.2柱端設(shè)置加勁肋計(jì)算長(zhǎng)度設(shè)為 a=80 剪力引起的應(yīng)力： 滿足要求彎矩：彎矩引起的應(yīng)力：焊縫強(qiáng)度計(jì)算： 滿足要求因此，柱端加勁肋尺寸為1008010圖6.1 柱頭（右）螺栓采用 (粗制） 頂板尺寸 墊板尺寸圖6.1 柱頭右截面7.鉸接柱腳設(shè)計(jì)軸心壓力設(shè)計(jì)值為，選柱腳鋼材為鋼，焊條為型?；A(chǔ)混凝土采用C15，其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。7.1底板尺寸需要的底板凈面積：采用寬為295mm，長(zhǎng)為400mm的底板，毛面積為，減去錨栓孔面積（約為），大于所需凈面積?；A(chǔ)對(duì)底板的壓應(yīng)力為：底板的區(qū)格有四種，現(xiàn)分別計(jì)算其單位寬度的彎矩。區(qū)格為四邊支承板，查表4.7，區(qū)格為三邊支承板，,查表4.8，區(qū)格為懸臂部分，區(qū)格與區(qū)格數(shù)據(jù)相同，這四種區(qū)格的彎矩值相差不大，不必調(diào)整底板平面尺寸和隔板位置。最大彎矩為：。底板厚度：7.2隔板計(jì)算將隔板視為兩端支于靴梁的簡(jiǎn)支梁，其線荷載為：。隔板與底板的連接（僅考慮外側(cè)一條焊縫）為正面角焊縫，。焊縫強(qiáng)度計(jì)算：隔板與靴梁的連接（外側(cè)一條焊縫）為側(cè)面角焊縫，所受隔板的支座反力為：設(shè)求焊縫長(zhǎng)度（即隔板高度）：取隔板高100mm，設(shè)隔板厚度。驗(yàn)算隔板抗剪抗彎強(qiáng)度：7.3靴梁計(jì)算 靴梁與柱身的連接（4條焊縫），按承受柱的壓力計(jì)算，此焊縫為側(cè)面角焊縫，設(shè)，求其長(zhǎng)度，取靴梁高200mm。靴梁作為支撐于柱邊的懸伸梁，設(shè)厚度，驗(yàn)算其抗剪和抗彎強(qiáng)度靴梁與底板的連接焊縫和隔板與底板的連接焊縫傳遞全部柱的壓力，設(shè)焊縫的焊腳尺寸均為，所得的焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)為：，顯然焊縫的實(shí)際計(jì)算總長(zhǎng)度已超過(guò)此值。柱腳與基礎(chǔ)的連接按構(gòu)造采用兩個(gè)20mm的錨栓。圖 7.1鉸接柱腳8.剛性柱腳設(shè)計(jì)選用整體式剛接柱腳 N=54KN M=24KN.M選柱腳鋼材為鋼，焊條為型?；A(chǔ)混凝土采用C15，其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。8.1底板尺寸靴梁厚取t=10mm 底板寬B=150+102+302=230mm底板面積 底板長(zhǎng)L取450MM實(shí)際應(yīng)力兩者大小幾乎相等，因此可按均布荷載計(jì)算，取=0.52N/mm2四邊區(qū)格 b/a=130/71.5=1.8 查=0.095, M=0.0950.5271.571.5=252.5N.mm四邊區(qū)格 b/a=1.7 查 =0.091,M=0.0910.529090=383.3N.mm三邊區(qū)格 b1/a1=0.33 查=0.03,M=0.030.52150150=360N.mm一邊區(qū)格 M=0.50.523030=234N.mm所以板厚,取t=6mm。8.2靴梁與柱身間豎向焊縫計(jì)算取=10mm 取靴梁高度h=100mm8.3靴梁與底板的焊縫計(jì)算懸伸部分=0.22mm 柱身部分=0.14mm 因此取=6mm8.4靴梁強(qiáng)度計(jì)算支座最大剪力最大彎矩靴梁強(qiáng)度8.5隔板計(jì)算 取厚度t=10mm 隔板對(duì)底板荷載q=(50+90/2)0.52=49.4N/mm 隔板與底板焊縫 取=6mm 隔板與靴梁=6mm 隔板支座反力 焊縫長(zhǎng)度 取隔板高度h=30mm 厚度取t=10mm 強(qiáng)度驗(yàn)算： 8.6錨栓計(jì)算 本剛性柱腳的底板不受拉力， 故選420錨栓，鋼材Q235。圖8.1 剛性柱腳俯視圖圖8.2 剛性柱腳截面9.心得與體會(huì)徐耀：通過(guò)這次三級(jí)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和制作，我掌握了很多知識(shí)，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有了更加徹底和充分的認(rèn)識(shí)。本次三級(jí)項(xiàng)目采取以小組合作的方式分工分配任務(wù)進(jìn)行，同時(shí)我負(fù)責(zé)剛接柱腳的設(shè)計(jì)與制作，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)一步步的研究與分析，我逐步的掌握了關(guān)于剛接柱腳的相關(guān)知識(shí)，之后再結(jié)合實(shí)際情況和我們的設(shè)計(jì)要求，對(duì)剛接柱腳進(jìn)行了多次修改和完善。最后我將我的研究成果和小組成員進(jìn)行分享和討論，大家都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，我也學(xué)習(xí)到了小組其他成員的分析內(nèi)容，對(duì)自身的知識(shí)進(jìn)行了擴(kuò)充。我認(rèn)為這是一次非常有必要的項(xiàng)目活動(dòng)，既鍛煉了課堂知識(shí)的活用，又培養(yǎng)了自己動(dòng)手的實(shí)際能力。馬?。和瓿闪诉@一次三級(jí)項(xiàng)目的，我想我不僅僅是獲得了關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的知識(shí)與技能，更重要的是我學(xué)到了一些做科研所必備的素質(zhì)，它們會(huì)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)工作產(chǎn)生積極的影響。首先是團(tuán)隊(duì)合作的精神，個(gè)人能力再?gòu)?qiáng)，他所懂得的，能做的都是有限的，通過(guò)團(tuán)隊(duì)配合我們才能完成更艱難的任務(wù)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)配合才能取長(zhǎng)補(bǔ)短，充實(shí)自我。我真正接觸與見(jiàn)識(shí)了這個(gè)科學(xué)的世界，使我對(duì)科研和創(chuàng)新產(chǎn)生了好奇與興趣，而這些好奇與興趣必然引導(dǎo)我走向更高更遠(yuǎn)的科學(xué)世界，并樂(lè)此不疲，我想這個(gè)才是對(duì)我影響最深遠(yuǎn)的，也是對(duì)我最重要的。 候勝魯：做完三級(jí)項(xiàng)目后第一感覺(jué)，如獲重釋。在做三級(jí)項(xiàng)目的過(guò)程中，非常的無(wú)奈和焦急，因?yàn)闆](méi)有經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有詳細(xì)的步驟，沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，沒(méi)有足夠的資料，掌握知識(shí)也不牢固，總之感覺(jué)困難重重。雖然現(xiàn)在三級(jí)項(xiàng)目勉強(qiáng)完成了，感覺(jué)還是有好多錯(cuò)誤。有困難就會(huì)有收獲，三級(jí)項(xiàng)目確實(shí)增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，自我汲取知識(shí)的能力，和團(tuán)隊(duì)合作的能力。人多力量的，我們組用了大量的時(shí)間一起討論研究，雖然分工，也會(huì)互相幫忙，相互討論。不過(guò)感覺(jué)教學(xué)改革，每科學(xué)科都做設(shè)計(jì)，時(shí)間緊，任務(wù)重，難免感覺(jué)做不好。 項(xiàng)彥：周老師布置的鋼結(jié)構(gòu)三級(jí)項(xiàng)目任務(wù)轉(zhuǎn)眼已經(jīng)接近尾聲了。對(duì)于大三的這次整體的課程改革，我個(gè)人覺(jué)得對(duì)學(xué)生還是有一定的幫助的。首先，通過(guò)這次大的項(xiàng)目，我們小組每個(gè)成員都學(xué)會(huì)了怎樣與其它成員更好地互相合作。這次三級(jí)項(xiàng)目，還讓我們把前期沒(méi)有太明白的課程弄得更加清晰、透徹。不管怎么樣，這樣的項(xiàng)目對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)總體是利大于弊的。 李海星：通過(guò)這幾周和隊(duì)友們一起做鋼結(jié)構(gòu)三級(jí)項(xiàng)目，其中有無(wú)奈也有欣喜，不過(guò)幸好到最好成功完成了這次項(xiàng)目，對(duì)此我也有我自己的一些心得體會(huì)。首先是通過(guò)這個(gè)學(xué)會(huì)了和他人合作，大家知道如何分工，有困難時(shí)互相討論，才能一起把這個(gè)做好，不然單靠一個(gè)人是不可能完成的。然后就是通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目也讓我對(duì)書(shū)中的知識(shí)了解的更深透，其實(shí)這個(gè)三級(jí)項(xiàng)目貫穿了整本書(shū)的知識(shí)，做完這個(gè)項(xiàng)目后，讓我對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有了一個(gè)整體把握。最后也希望以后能再有這樣的討論，當(dāng)然不能太緊，這次所有課程都做，大家都感覺(jué)壓力很大，有時(shí)為了趕進(jìn)度難免有些地方做的不好，所以希望以后老師能協(xié)調(diào)布置。 楊肖：經(jīng)過(guò)幾周的準(zhǔn)備我們完成了三級(jí)項(xiàng)目，以下是我的幾點(diǎn)體會(huì)。通過(guò)對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單鋼架的設(shè)計(jì)，、使課本上學(xué)到的知