单层平面钢框架结构分析与设计--完整版

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1、单层平面钢框架结构分析与设计姓名：朱锐（组长）、杨肖、马健、徐耀、戴雅倩、候胜鲁、项彦、李海星课程分工或贡献：朱锐：轴心受压柱戴雅倩：受弯梁杨肖：压弯柱项彦：铰接柱脚马健、候胜鲁：铰接柱头徐耀、李海星：刚性柱脚指导教师：周洪彬、王兆强2014年10月单层平面钢框架结构分析与设计——李海星、项彦、候胜鲁、徐耀、马健、杨肖、戴雅倩、朱锐摘要：在熟练掌握《钢结构基本原理》的前提下，通过对单层单跨钢框架的结构方案的选用，首先进行截面的估算（初选截面，假设长细比等），其次进行钢结构的主要设计：连接的构造和设计、轴心受力构件的选择与设计（包括强度、刚度、整体与局部稳定）、受弯构件截面的选

2、择与设计（包括强度、刚度、整体与局部稳定）、压弯或拉弯构件截面的选择与设计，设计的同时在设计计算书里详细论述以上内容。前言：在大学生动手能力较弱的今天，各高校纷纷进行课程改革，我校领导也积极行动起来，安排了钢结构课程研究三级项目。实施此项精心准备的设计项目，旨在使学生在熟练掌握《钢结构基本原理》的基础上，结合结构力学分析方法和钢结构规范深入了解并掌握一种单层平面钢框架的相关知识、分析和设计方法，掌握钢结构设计计算书的撰写方法，使学生具备独立设计结构构件的基本能力，提高综合应用已有知识解决工程实际问题的能力，培养资料留存意识、团队合作精神、项目组织与管理、交流表达能力，更好地培

3、养土木工程专业学生的专业技术能力和综合素质。相关领域所做的工作和特色：在钢结构设计方面，逐步发展高强度低合金钢材，新增Q420钢。钢材质轻，便于制造和安装，良好、丰富的建筑艺术表现力使钢结构受到广大建筑师的青睐。改进钢结构设计方法和结构的革新是本领域今后值得研究的课题。项目切入点：①大前提是有良好的《钢结构基本原理》理论知识。②钢结构方案的选择及截面估算：方案选择是概念设计，即根据内力进行迅速构思，之后便是截面初步估算。主要是梁柱断面尺寸的估算（柱按长细比估算，梁高跨度的一般比值）。③构件设计与节点设计：首先是材料选择，其次是确定节点形式。前期概况：我们组抽到的单层平面钢框架

4、从结构上说是一个静定结构，受集中荷载和均布荷载的作用。我们组先进行了小组讨论，分析课程研究项目说明书的内容，然后进行结构内力与结构形式的分析，通过结构各部件所受荷载形式分为轴压构件、受弯构件、压弯构件、铰接柱脚、铰接柱头和刚接柱头。根据组内成员特点进行分工，各自就自己的内容进行设计。之后小组讨论成员进行成果展示，相互检查，提出问题，进行修正。项目预期结果：通过设计，同学们对课本知识有更深入的理解，熟练了相关设计计算。组长严格控制进度和质量，组员们团结合作、积极认真完成任务，最终项目圆满成功。目录一、结构内力图的计算二、轴心受压柱的设计三、梁的设计四、压弯柱的设计五、柱头设计（

5、左）六、柱头设计（右）七、铰接柱脚八、刚性柱脚九、心得体会1.结构内力图的计算对整体方程得：单独考虑左边柱：图1.1单独考虑梁：单独考虑右边柱：联立方程得：图1.2受力分析图图1.3弯矩图图1.4轴力图图1.5剪力图2.轴心受压柱的设计定柱的截面形式为热轧H型钢2.1初选截面如右图所示由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面的宽度较大，因此长细比的假设值可适当减小，假设λ=60。对宽翼缘H型钢，因b/H>0.8,所以无论对X轴还是Y轴都属于b类截面，查表得=0.807。所需的几何量为：由附表选型钢图2.1轴心受压柱截面腹板的高度比,满足构造要求。2.2截面验算因截面无孔眼削弱

6、，可不验算强度。又因为热轧H型钢，亦可不必验算局部稳定，只需进行验算整体稳定。因对X、Y轴均属b类截面，故由长细比较大值查表得∴满足整体稳定3.梁的设计根据M图计算，最大弯矩设计值：则截面模量：图3.1受弯梁截面根据附表7.2查得选用HN350×175×7×11，其他参数：由于型钢截面翼缘和腹板厚度较大，不必验算局部稳定；端部无大的削弱时，也不必验算剪应力。因此，只需进行整体稳定的验算：参数：等效弯矩系数：Y轴的长细比：整体稳定系数：∴整体稳定满足4.压弯柱的设计柱所承受的最大轴力和弯矩分别为试选热轧H型钢4.1截面几何特性4.2验算强度4.3验算弯矩作用平面内的稳定b类截面

7、，查表得4.4验算弯矩作用平面外的稳定b类截面，查表得图4.1压弯柱截面4.5局部稳定验算由于是热轧型钢，因此不需要验算局部稳定。5.柱头设计（左）H形截面柱采用HW175×175×7.5×11H形截面梁采用HN350×175×7×11梁柱、顶板、突缘及加劲肋均采用Q235钢连接点不受弯矩，采用铰接5.1梁端设置加劲肋，梁端加劲肋尺寸375×50×10，采用=6mm，计算长度满足要求满足要求因此，梁端加劲肋尺寸为375×50×105.2柱端设置加劲肋a=80mm计算长度弯矩：弯矩引起的应力：剪力引起的应