中國(guó)礦業(yè)大學(xué)《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程設(shè)計(jì)鋼筋結(jié)構(gòu)部分

..第二部分：鋼結(jié)構(gòu)〔中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院土木11-7班xx一、設(shè)計(jì)資料某鋼結(jié)構(gòu)工作平臺(tái),結(jié)構(gòu)平面布置如圖所示,鋪板采用預(yù)制鋼筋混凝土平板,焊接于次梁上,次梁與主梁,主梁與柱均為鉸接,柱與基礎(chǔ)為剛性連接。平臺(tái)均布恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔包括平臺(tái)鋪板自重為,活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為。鋼材采用Q235B,焊條為E43型,手工焊接。平臺(tái)基礎(chǔ)頂面到平臺(tái)鋪板底部高度。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。主梁GL2與次梁GL3平接,主梁GL2一端支承于中柱頂中,另一端支承于邊柱側(cè)〔柱頂與梁頂部平齊,中柱采用格構(gòu)式、邊柱采用實(shí)腹式構(gòu)件；次梁GL3采用型鋼梁,主梁GL2采用組合梁?！睱1=8400mm,L2=9300mm二、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容1.確定次梁和預(yù)制板的布置。〔繪制平面布置圖2.平臺(tái)梁的設(shè)計(jì)〔繪制平臺(tái)梁詳圖〔1次梁GL3的設(shè)計(jì)〔2主梁GL2的設(shè)計(jì)選擇主梁〔焊接組合梁截面〔截面可沿長(zhǎng)度改變；計(jì)算翼緣焊縫；設(shè)計(jì)加勁肋。3.平臺(tái)柱的設(shè)計(jì)〔繪制邊柱及中柱詳圖〔1邊柱GZ3設(shè)計(jì)〔實(shí)腹式：按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)〔2中柱GZ4設(shè)計(jì)〔格構(gòu)式：按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)4.梁柱連接設(shè)計(jì)〔繪制連接詳圖〔1主梁GL2與邊柱GZ3的連接設(shè)計(jì)〔2主梁GL2與次梁GL3的連接設(shè)計(jì)三、設(shè)計(jì)過(guò)程1.確定梁和預(yù)制板的布置見(jiàn)圖12.次梁GL3的設(shè)計(jì)〔1荷載及內(nèi)力〔暫不計(jì)次梁自重次梁GL3為跨度的兩端簡(jiǎn)支梁。恒載標(biāo)準(zhǔn)值活載標(biāo)準(zhǔn)值 總荷載標(biāo)準(zhǔn)值 總荷載設(shè)計(jì)值：圖1平面布置圖由永久荷載效應(yīng)控制的組合由可變荷載效應(yīng)控制的組合故總荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制,次梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)取最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 最大彎矩設(shè)計(jì)值 最大剪力設(shè)計(jì)值 〔2試選截面設(shè)次梁自重引起的彎矩為〔估計(jì)值。因次梁上鋪鋼筋混凝土平臺(tái)板并與之相焊接,故不必計(jì)算整體穩(wěn)定性。截面將由抗彎強(qiáng)度確定,設(shè)翼緣厚度大于,取,則需要的抵抗矩為均布荷載作用下簡(jiǎn)支梁的撓度條件為需要的慣性矩為按需要的和查型鋼表,選用熱軋普通工字鋼,有關(guān)參數(shù)如下：〔3截面強(qiáng)度驗(yàn)算〔計(jì)入次梁自重彎矩設(shè)計(jì)值 剪力設(shè)計(jì)值 彎曲應(yīng)力 〔滿足要求剪應(yīng)力 〔滿足要求〔4截面剛度驗(yàn)算〔撓度驗(yàn)算因提供的〔需要值,故撓度條件必然滿足。3.主梁GL2設(shè)計(jì)〔1內(nèi)力計(jì)算〔暫不計(jì)主梁自重由于柱截面尺寸未確定,為計(jì)算簡(jiǎn)便,偏安全地取軸線距離為跨度。故,主梁GL2為跨度的兩端簡(jiǎn)支梁。次梁傳給主梁的集中力標(biāo)準(zhǔn)值 次梁傳給主梁的集中力設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制：由永久荷載效應(yīng)控制：故取最大彎矩設(shè)計(jì)值最大剪力設(shè)計(jì)值〔2試選截面需要的截面抵抗矩為〔假定翼緣厚度超過(guò),?、俑拱甯叨攘旱淖钚「叨龋焊鶕?jù)主梁剛度要求,由梁的最小高跨比計(jì)算公式得梁的經(jīng)濟(jì)高度：故取腹板高度②腹板厚度〔假定腹板厚度不超過(guò),取故取腹板厚度所需翼緣面積為通常翼緣；不比計(jì)算整體穩(wěn)定性的要求為：〔受壓上翼緣自由長(zhǎng)度；構(gòu)造及放置面板的要求為；放置加勁肋的要求；取上下翼緣寬度相同。綜合以上因素,確定取,,滿足要求。受壓翼緣自由外伸寬度與厚度之比因此,受壓翼緣的局部穩(wěn)定得到保證?！?截面驗(yàn)算①內(nèi)力計(jì)算梁的截面積梁的單位長(zhǎng)度自重取自重分項(xiàng)系數(shù)為,考慮構(gòu)造系數(shù),則：自重設(shè)計(jì)值最大彎矩為最大剪力為②截面特性③強(qiáng)度驗(yàn)算彎曲應(yīng)力〔滿足要求剪切應(yīng)力〔滿足要求折算應(yīng)力〔跨度中點(diǎn)處折算應(yīng)力〔離支座處故梁的截面強(qiáng)度滿足要求?！?整體穩(wěn)定驗(yàn)算次梁可以作為主梁的側(cè)向支承,主梁受壓翼緣自由長(zhǎng)度,受壓翼緣寬度,則,故梁的整體穩(wěn)定不必進(jìn)行驗(yàn)算?！?梁的剛度驗(yàn)算集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 等效均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔構(gòu)造系數(shù)計(jì)算撓度時(shí),不必考慮因翼緣寬度改變的影響,近似按下式計(jì)算〔滿足要求〔6梁的截面改變采用改變翼緣寬度的方法。取截面改變處離支座的距離,下面對(duì)截面改變處進(jìn)行驗(yàn)算。①截面內(nèi)力變截面處彎矩變截面處剪力②截面尺寸需要的截面模量 需要的翼緣面積 取翼緣寬度為,厚度,則翼緣面積為③截面參數(shù) ,④穩(wěn)定驗(yàn)算受壓翼緣外伸寬度與厚度之比,故受壓翼緣的局部穩(wěn)定滿足要求。⑤強(qiáng)度驗(yàn)算彎曲應(yīng)力 〔滿足要求剪切應(yīng)力 〔滿足要求折算應(yīng)力故梁的截面改變處強(qiáng)度滿足要求。〔7翼緣和腹板的連接焊縫采用直角角焊縫,所需焊縫的焊腳尺寸構(gòu)造要求,故取焊腳尺寸〔8局部穩(wěn)定驗(yàn)算①各區(qū)格的局部穩(wěn)定驗(yàn)算,應(yīng)配置橫向加勁肋,在支座處和每根次梁處〔即集中荷載處設(shè)支承加勁肋,且加勁肋間距,滿足構(gòu)造要求。梁承受靜力荷載,按規(guī)范要求,宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度。但為了節(jié)省鋼材,已將梁設(shè)計(jì)成了沿跨度為變截面,若考慮腹板屈曲后強(qiáng)度,變截面處可能會(huì)不滿足承載力要求,故本設(shè)計(jì)不考慮腹板屈曲后強(qiáng)度。區(qū)格Ⅰ用于腹板受彎計(jì)算時(shí)通用高厚比為用于腹板受剪計(jì)算時(shí)通用高厚比為次梁連接于主梁的加勁肋上,估腹板計(jì)算高度邊緣的局部壓應(yīng)力。支座附近區(qū)格Ⅰ的平均彎矩和平均剪力為：平均彎矩在腹板計(jì)算高度邊緣的彎曲應(yīng)力平均剪力在腹板計(jì)算高度邊緣的剪切應(yīng)力〔滿足要求區(qū)格Ⅱ用于腹板受彎計(jì)算時(shí)通用高厚比為用于腹板受剪計(jì)算時(shí)通用高厚比為次梁連接于主梁的加勁肋上,估腹板計(jì)算高度邊緣的局部壓應(yīng)力。支座附近區(qū)格Ⅱ的平均彎矩和平均剪力為：平均彎矩在腹板計(jì)算高度邊緣的彎曲應(yīng)力平均剪力在腹板計(jì)算高度邊緣的剪切應(yīng)力〔滿足要求區(qū)格Ⅲ用于腹板受彎計(jì)算時(shí)通用高厚比為用于腹板受剪計(jì)算時(shí)通用高厚比為次梁連接于主梁的加勁肋上,估腹板計(jì)算高度邊緣的局部壓應(yīng)力。支座附近區(qū)格Ⅲ的平均彎矩和平均剪力為：平均彎矩在腹板計(jì)算高度邊緣的彎曲應(yīng)力平均剪力在腹板計(jì)算高度邊緣的剪切應(yīng)力②中間加勁肋〔橫向截面估算寬度,取厚度,取焊縫：,?、壑ё觿爬咧ё戳Ω鶕?jù)端部承壓條件：得,取支座加勁肋采用,有關(guān)參數(shù)如下：,,<c類截面>,加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性〔滿足要求支座加勁肋與腹板的連接焊縫,取,則<滿足要求>3.邊柱GZ3的設(shè)計(jì)〔1初選截面按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)初步選取截面尺寸。柱GZ3一端鉸接,一端剛接,側(cè)面半柱高處設(shè)柱間支撐。計(jì)算高度；邊次梁GL3線荷載 GL3傳到GZ3頂?shù)妮S力設(shè)計(jì)值 GL2傳到GZ3側(cè)的軸力設(shè)計(jì)值 軸向力的合力設(shè)計(jì)值 采用工字型組合截面柱,翼緣為軋制邊。按軸心受壓估算截面尺寸,但實(shí)際為偏心受壓,故取增大系數(shù)。按照式和式,當(dāng)取,時(shí),。當(dāng)取,時(shí),,所以取,查表〔C類,所需截面面積為：按穩(wěn)定性要求按經(jīng)濟(jì)性要求二者相差較小,而且前者比后者略大,截面符合要求。故取,則,??；高度應(yīng)滿足,取,腹板厚度。取,,,。則截面的幾何特性為：〔2強(qiáng)度驗(yàn)算偏心距 偏心彎矩 <滿足要求>圖4邊柱截面尺寸〔3彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性驗(yàn)算,查表,b類截面,〔滿足要求〔4彎矩作用平面外穩(wěn)定性驗(yàn)算；查表,b類截面,,取〔滿足要求〔5局部穩(wěn)定驗(yàn)算腹板：翼緣：局部穩(wěn)定滿足要求。4.中柱GZ4的設(shè)計(jì)〔1初選截面①分肢截面〔對(duì)實(shí)軸計(jì)算中柱采用格構(gòu)式柱,按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)軸力,一端鉸接,一端剛接假定,查得所需截面面積 所需回轉(zhuǎn)半徑 分肢采用一對(duì)槽鋼翼緣內(nèi)向,選用,則截面特性為,,,,②分肢間距采用綴條式,柱內(nèi)力偏大。綴條采用角鋼,兩綴條面內(nèi)斜綴條毛截面面積之和。按等穩(wěn)定原則,得采用,實(shí)際兩槽鋼翼緣間凈距〔2穩(wěn)定性驗(yàn)算〔繞實(shí)軸,查表,b類截面,〔滿足要求〔3穩(wěn)定性驗(yàn)算〔繞虛軸〔滿足要求,如采用人字式單斜綴條體系,,交匯于分肢槽鋼邊線,則,取滿足要求,不必驗(yàn)算分肢穩(wěn)定和強(qiáng)度。槽鋼為軋制型鋼,也無(wú)需驗(yàn)算分肢局部穩(wěn)定?！?綴條設(shè)計(jì)①柱的剪力每個(gè)綴條面剪力綴條采用,,采用人字式單斜綴條體系,,分肢斜綴條長(zhǎng)度②穩(wěn)定性驗(yàn)算一根綴條內(nèi)力綴條。查表,b類截面,單面連接等邊角鋼按軸心受壓計(jì)算穩(wěn)定性時(shí),強(qiáng)度折減系數(shù)〔滿足要求③綴條連接單面連接等邊角鋼按軸心受壓計(jì)算連接時(shí),強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)綴條焊縫采用角焊縫,肢背按構(gòu)造要求,肢背和肢尖焊縫均用,,則〔4橫隔設(shè)計(jì)柱截面最大寬度為,橫隔間距和。柱高,上下兩端柱頭、柱腳處以及中點(diǎn)處設(shè)置鋼板橫隔,與斜綴條節(jié)點(diǎn)配合設(shè)置。5.連接設(shè)計(jì)〔1主梁與次梁的連接設(shè)計(jì)次梁的支座反力采用高強(qiáng)螺栓摩擦性平接法連接,高強(qiáng)螺栓采用,級(jí),孔徑為,采用噴砂處理。一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值所需的螺栓的數(shù)量〔考慮連接處的約束作用,取次梁支座反力增大系數(shù)取螺栓排列如圖所示,螺栓間距,端距及邊距均滿足容許間距的要求。