单层平面钢框架结构设计.docx

单层平面钢框架结构设计

一、前期工作

总体思路

首先，根据《钢结构基本原理》课程研究设计说明书所给出的的单层平面钢框架结构图，小组内共同讨论分析了结构的各个构件，并且进行组内分工协作，分别研究各结构之间的连接等等，找出各部分结构所需的技术方法和涉及到的知识点，随之在课本中找到相应部分的内容，我们在查找过程中发现课本中对铰接、刚接柱头设计的内容介绍的很少，于是去图书馆借资料和相关书籍。经过大家的多番讨论，我们整理出了两种设计方案及可行性措施。然后我们将设计方案拿给指导老师审核，老师给出建议和指导后，我们不断的思考讨论和修改，最终确定出了一种更合理的设计方案，给指导老师审核通过后，我们开始进行下一期工作。

项目内容

本小组研究的主要内容有：结构分析计算与截面选择、钢结构构件连接的设计、钢结构轴心受力构件的设计、钢结构受弯构件的设计、钢结构压弯构件的设计。

我们所设计的钢框架为超静定结构，因此不能直接根据结构件所受的外力来确定框架的内力图，而是需要根据钢结构设计要求，初步选定截面尺寸，确定各个构件的抗弯刚度EI，然后根据结构力学的知识，用力法解超静定方程，从而可以求解出其轴力图、剪力图和弯矩图，据此对轴心受压柱、受弯柱和压弯柱分别进行强度、刚度和稳定性的验算，若有一项不符合，则需重新选取截面，再次进行内力的计算，直至所有构建均满足强度、刚度和稳定性的要求。

可行性分析

初步拟定的方案存在较大缺陷。三根构件分别为轴心受力构件、受弯构件和压弯构件，由于受力性质的不同，各构件对于强度、刚度和稳定等方面的要求不尽相

同，因此抗弯刚度的大小相差也较大，一开始假定的三根构件的抗弯刚度相等显得非常不合理。后续的截面选取和验算工作可能会十分复杂，需要多次选取才能获得合适的截面，影响之后的柱头和柱脚的设计与计算。因此可行性较低。

第二个方案中，先根据经验假定各构件的抗弯刚度，再带入整体验算，显得较为灵活，有利于减少选取截面的时间和修改的概率。因此可行性较高。

实施计划

本组成员共有8人，分为四个小组，两人一组，分别进行”轴心受压柱的设计”，”受弯梁的设计”，”压弯柱的设计”，”梁与柱的连接以及柱与基础的连接”。

首先第一步进行的是轴心受压柱的设计，由其所受的轴心压力选择合适的截面进行计算并验算其刚度与整体稳定性。

第二步进行的是压弯梁的设计，根据梁所受弯矩选择截面并验算其刚度与稳定性。同时进行轴心受压柱柱头与柱脚的设计。

第三步进行压弯柱的设计，由其所受轴心压力与弯矩选择合适的截面并进行强度，刚度与稳定性的验算。

第四步进行的是刚接柱头与柱脚的设计，完成整个平面框架的设计。

预期成果

虽然初步拟定的方案可行性较低，但是其仍然存在着可行性的，若通过假设三个构件采用的同一个抗弯刚度EI，进行内力分析，截面选取，强度刚度与稳定性的验算，若初步拟定的方案可行，则采用此种方案，若不可行，则采用第二种方案，重新假定这三个构件的抗弯刚度EI、EI、EI，然后再进行内力分析，截面选取，

1 2 3

强度刚度与稳定性验算，成功的选出轴心受压柱，梁，压弯柱所需型钢。

二、项目分析设计

初选截面

经过多次选择，最终选定截面：

轴心受压柱：热轧型HW175?175?7.5?11受弯构件：热轧型HN350?175?7?11

压弯柱：热轧型HW200?200?8?12

内力分析与计算

根据初选截面，可得出Ix=12980cm4

2

I=4717cm4

3X

此结构为一次超静定结构，将

（1）柱断开，再加一对轴力X，得到静定体系（如图），分别求出轴力X1，外力F，均布荷载q1和q2的弯矩图以及轴力和剪力图。

列一次超静定结构方程：? X ?? ?0

11 1 1p

? ? 1

(6?6?1?6?2)? 1 (6?6?4)

11 EI

2

2 3 EI

3

?72

EI

2

? ? 1

1p EI

?144

EI

3

(?3600?6?1?2?2?459?6?1?6?3)

2 3 4 4

2

? 1 (?3600?4?6?459?4?6?40?4?1?6)

EI 4

3

??46298.25?97176

EI EI

2 3

带入公式（1）得

46298.25?97176

2X ? I

2

1 72

I

2

I

3?144

3

I

3

带入数据得，X1=669.94kN

轴心受压柱设计

选用热轧H型钢Q235

计算长度l ?l

ox oy

?359.45cm

设λ=60（b类），查附表4.2，?=0.807

A?N

?f

? 6