中南大學土木工程學院土木工程專業（本科）
《鋼結構基本原理》課程設計任務書
題目：鋼框架主次梁設計
姓名：班級：學號：
建築工程系
目錄一設計條件 - 2 -
二設計內容和要求 - 2 -
三設計次梁截面cl-1 - 3 -
3.1 次梁截面內力計算（不含次梁的自重） - 3 -
3.2 次梁截面選取 - 5 -
3.3 次梁截面的驗算 - 7 -
1)截面的幾何特性 - 7 -
四、 設計框架主梁截面kl-1 - 10 -
4.1 框架主梁截面內力計算 - 10 -
4.2 主梁截面選取 - 13 -
4.3 主梁截面的驗算 - 16 -
五、 設計框架主梁短梁段與框架柱連線節點 - 19 -
5.1 連線處內力計算 - 19 -
5.2 設計焊縫尺寸 - 20 -
六設計框架主梁短梁段與梁體工地拼接節點 - 22 -
6.1 連線處內力計算 - 22 -
6.2 高強螺栓的選擇以及孔距的確定 - 23 -
6.3 截面特性 - 23 -
6.4 翼緣的拼接設計 - 24 -
6.5 腹板拼接計算 - 24 -
6.6 驗算鋼板淨截面強度 - 25 -
七設計體會 - 26 -
八設計規範及參考書籍 - 26 -
1、規範 - 26 -
2、參考書籍 - 27 -
一設計條件
某多層鋼框架結構三樓樓面結構布置如圖1所示，結構採用橫向框架承重，樓面活荷載標準值5，樓面板為150mm厚單向實心鋼筋混凝土板，樓層裝修從下至上具體如下：輕鋼龍骨吊頂(0.2《標準值》)→框架鋼梁→150mm厚實心鋼筋混凝土板(25《標準值》) →水磨石面層(包括20mm厚水泥砂漿找平，0.
65《標準值》)。荷載傳力途徑為：樓面板－次梁－主梁－柱－基礎。
設計中僅考慮豎向荷載作用，框架主梁按連續梁計算，次梁按簡支梁計算。
以下設計中鋼材選用q235。
（1）進行次梁cl-1截面設計。
（2）進行框架主梁kl-1截面設計，並繪製施工圖。
（3）進行框架主梁短梁段與梁體工地拼接節點設計，短梁段長度一般為0.9～1.2m，要求採用高強螺栓連線，並繪製施工圖。
（4）進行框架主梁短梁段與框架柱連線節點設計，要求採用焊縫連線，並繪製施工圖。
要求：提交設計計算說明書乙份，框架主梁kl-1施工圖（一號圖）一張。
計算說明書包括：
構件截面尺寸估算、荷載計算、內力組合、主次梁截面設計（包括截面板件連線焊縫設計）、主次梁強度、剛度、整體穩定、區域性穩定驗算。
計算書按中南大學課程設計統一格式編制，要求書寫認真、字跡工整，並按以下順序裝訂成冊：封面、設計任務書、目錄（應標明頁碼）、設計計算正文文字、設計體會、參考文獻（按規範格式書寫）、封底。
施工圖繪製包括：
繪製框架主梁短梁段與梁體制作詳圖、框架主梁短梁段與柱連線節點詳圖、短梁段與主梁梁體連線節點詳圖，kl-1鋼材用量表，設計說明(1#圖紙一張)。
施工圖圖面布置合理，比例適當，圖面整潔，線條清楚，文字採用宋體或仿宋體，符合製圖標準，達到施工圖要求。
由於次梁可以看作是兩端鉸接的，為了簡化計算，只將次梁兩側的樓面荷載以及樓面板自重加入計算，荷載的標準值入下：
樓面活載：；
根據樓面板的構造可知，
樓面混凝土自重：；
荷載設計值：（樓面活載大於）
則其計算簡圖如下圖3所示：
圖3 次梁荷載分布圖
由此可知其彎矩最大值出現在跨中，其彎矩剪力圖4如下所示:
圖4 次梁彎矩剪力圖
最大彎矩設計值（跨中截面處）
根據抗彎強度要求，考慮截面部分塑性發展係數，此時
1.鋼梁的最小高度（按最大撓度限值確定）
l=×400×8400=56.6cm
上式中取q235鋼的抗彎強度設計值得=215n/,e=206×n/和=。
2.經濟高度經驗公式
=7×－30cm
今需要的截面模量為
=7×－30cm ==56.37cm
取腹板高度==600mm，加翼緣厚度可使梁高度滿足上述要求。
1、抗剪要求
3.23mm
式中取q235鋼的=125n/。
2、區域性穩定和構造要求（式中以mm計）
7.0mm
=7＋0.003=7＋0.003×600=8.8mm
綜上取=10mm，選用腹板—600×10。
根據抗剪強度和整體穩定性要求
抗彎強度要求（見前）
整體穩定性要求（試取整體穩定性係數=0.70）
===2817.7＞1878.48
×≥×60×1=36.97a）
在確定和時，應考慮翼緣板的區域性穩定性和構造要求，近似取
≤13＝13=13
b）由式（）及（）得
=cm,取=320mm
≥==12.3mm，即取=14mm
供給×=32×1.4=44.8（需要×=36.
97是在假設=0.70時提出來的，因具體值還不確定，故供給的×值不一定大於或等於36.97。
所選×是否恰當，要在進行驗算後才知道，故這裡採用的都是初選的尺寸）。
初選截面如下圖5所示：
圖5 次梁初選截面
截面積=2×32×1.4＋60×1=149.6
慣性矩截面模量
===3263.1
對y軸的迴轉半徑
===7.15cm
梁的側向長細比
===117.5
半截面對中和軸的面積矩
受壓翼緣自由長度=8.4m，寬度=320mm
==26.25＞13
需要驗算整體穩定性
雙軸對稱焊接工字形等截面簡支梁的整體穩定性係數
=今令=1.15
那麼有=1.15××××=1.21＞0.6，顯然地，梁已經進入了彈塑性工作階段，其臨界彎矩值有明顯的降低，應該下式對進行修正
=1.07－0.282/
那麼 =1.07－0.282/1.21=0.84<1.0
=滿足要求
==滿足要求
n/＜＜125 n滿足要求
由於未知主梁的截面尺寸，故先假設，則。
即滿足要求，且不需要設定支承加勁肋。
==11.1＜13=13=13
滿足要求
滿足要求，因此不必設定加勁肋。
11.8mm
=≤=滿足要求，綜上所選的次梁截面合適。
由於框架主梁可以看作是剛接框架的，為了簡化計算，只將次梁的支座反力當作集中荷載作用再主梁上，主梁的自重再以後檢算時再考慮，即其計算簡圖如下圖6所示：
圖6 框架主梁荷載分布圖
由等跨樑的最不利荷載布置規律可知：
（1） 求某跨跨內的最大正彎矩時，應在本跨內布置荷載，然後隔跨布置；
（2） 求某跨跨內的最大負彎矩時，應在本跨不布置荷載，然後在左右鄰跨布置，然後隔跨布置；
（3） 求支座的最大剪力時，應在該支座左右鄰跨布置，然後隔跨布置。
有以上3條規律可知，其對應的彎矩剪力圖如下圖7-10所示：
圖7 情況（1）彎矩圖（622.90）
圖8 情況（2）彎矩圖（583.82）
圖9 情況（3）彎矩圖（585.54）
圖10 情況（3）剪力圖（262.71kn）
圖11 情況（3）軸力圖（77.41kn）
由以上分析可知，主梁所受到的最大內力為：
1.鋼梁的最小高度（按最大撓度限值確定）
由於梁兩端固定，則
l=×400×8000=54.0cm
上式中取q235鋼的抗彎強度設計值得=215n/,e=206×n/和=。
2.經濟高度經驗公式
=7×－30cm
今需要的截面模量為
=2215.6
=7×－30cm -30=61.3cm
取腹板高度==650mm，加翼緣厚度可使梁高度滿足上述要求。
1、抗剪要求
3.5mm
式中取q235鋼的=125n/。
2、區域性穩定和構造要求（式中以mm計）
7.3mm
=7＋0.003=7＋0.003×650=8.95mm
綜上取=10mm，選用腹板—650×10。
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