钢结构连接节点设计手册 (第二版)

“H柱外包刚接”节点计算书一. 节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》（第二版）节点类型为：H柱外包刚接柱截面：H-350*357*19*19，材料：Q345柱与底板全截面采用对接焊缝，焊缝等级为：二级，采用引弧板；底板尺寸：L*B= 380 mm×390 mm，厚：T= 20 mm锚栓信息：个数：2采用锚栓：双螺母焊板锚栓库_Q235-M30方形锚栓垫板尺寸(mm)：B*T=70×20底板下混凝土采用C40基础梁混凝土采用C25基础埋深：1.5m栓钉生产标准：GB/T 10433栓钉抗拉强度设计值：f=215 N/mm^2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M16×120行向排列：200 mm×8列向排列：仅布置一列栓钉混凝土外包尺寸信息：X向：h1=180 mmX向：h2=180 mmY向：b1=80 mmY向：b2=80 mm实配钢筋：4HRB400_25+8HRB400_16+8HRB400_16X向钢筋保护层厚度：C x=30 mmY向钢筋保护层厚度：C y=30 mm实配箍筋：矩形箍HRB400-Φ6@250节点示意图如下：二. 荷载信息设计内力：组合工况内力设计值组合工况1 -250.3 256.30.0 0.0 0.0 否三. 验算结果一览最大压应力(MPa) 1.69 最大19.1 满足等强全截面 1满足基底最大剪力(kN) 256 最大100不满足绕x轴抗弯承载力(kN*m) 432 最小1121不满足绕y轴抗弯承载力(kN*m) 308 最小513不满足沿Y向抗剪应力比 4.84 最大49.9 满足 X向栓钉直径(mm) 16.0 最小16.0满足 X向列间距(mm) 0 最大200满足 X向行间距(mm) 200 最大200满足 X向行间距(mm) 200 最小96满足 X向边距(mm) 179 最小为28满足绕Y轴承载力比值 0.90 最大1.00 满足绕X轴承载力比值 0 最大1.00 满足绕Y轴含钢率(%) 0.49 最小0.20 满足绕X轴含钢率(%) 0.49 最小0.20 满足沿Y向主筋中距(mm) 86.4 最小50.0 满足沿Y向主筋中距(mm) 86.4 最大200 满足沿X向主筋中距(mm) 125 最小50.0 满足沿X向主筋中距(mm) 125 最大200 满足沿Y向锚固长度(mm) 560 最小560满足沿X向锚固长度(mm) 1080 最小875 满足 X向抗剪应力比 0.34 最大1.00 满足 Y向抗剪应力比 1.09 最大1.00不满足箍筋间距(mm) 250 最大250 满足箍筋直径(mm) 6.00 最大10.0 满足四. 混凝土承载力验算控制工况：组合工况1，N=(-250.332) kN；底板面积：A=L*B =380×390×10^-2=1482cm^2底板承受的压力为：N=250.332 kN底板下混凝土压应力：σc=250.332/1482 ×10=1.68915 N/mm^2≤19.1，满足五. 柱对接焊缝验算柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求六. 柱脚抗剪验算控制工况：组合工况1，N=(-250.332) kN；V x=256.3 kN；V y=0 kN；锚栓所承受的总拉力为：T a=0 kN柱脚底板的摩擦力：V fb=0.4*(-N+T a)=0.4×(250.332+0)=100.133 kN柱脚所承受的剪力：V=(V x^2+V y^2)^0.5=(256.3^2+0^2)^0.5=256.3 kN＞100.133，不满足七. 柱脚节点抗震验算1 绕x轴抗弯最大承载力验算绕x轴柱全塑性受弯承载力：W p=2.70756e+006mm3M p=W p*f y=2.70756e+006×345=934.107 kN·m因为N/N y=250332/6.77545e+006=0.0369469<=0.13, 所以M pc=M p=934.107 kN·m绕x轴柱脚的极限受弯承载力：A s=0.25π×162×4+0.25π×252×2=1786mm2M u1=M pc/(1-l r/l)=9.34107e+008/(1-1500/4500)=1401.16 kN·mM u2=0.9A s f yk h0=0.9×1786×400×672=432.068 kN·mM u,base j=min(M u1,M u2)=432.068 kN·m<1.2M pc=1120.93 kN·m, 不满足2 绕y轴抗弯最大承载力验算绕y轴柱全塑性受弯承载力：W p=1.23892e+006mm3M p=W p*f y=1.23892e+006×345=427.429 kN·m因为N/N y=250332/6.77545e+006=0.0369469<=Aw/A, 所以M pc=1*M p=427.429 kN·m绕y轴柱脚的极限受弯承载力：A s=0.25π×162×4+0.25π×252×2=1786mm2M u1=M pc/(1-l r/l)=4.27429e+008/(1-1500/4500)=641.143 kN·mM u2=0.9A s f yk h0=0.9×1786×400×479=307.977 kN·mM u,base j=min(M u1,M u2)=307.977 kN·m<1.2M pc=512.914 kN·m, 不满足八. 栓钉验算栓钉生产标准：GB/T 10433栓钉抗拉强度设计值：f=215 N/mm^2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M16×120行向排列：200 mm×8列向排列：仅布置一列栓钉1 沿Y向栓钉验算承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-250.332)kN，My=0kN·m，Vx=256.3kN顶部箍筋处弯矩设计值：Myu=|0+256.3×0.05|=12.815 kN·mX向截面高度：h x=350mmX向翼缘厚度：t x=19mm沿Y向一侧栓钉承担的翼缘轴力：N f=12.815/(350-19)×10^3=38.716kN单个栓钉受剪承载力设计值计算：栓钉钉杆面积：A s=πd^2/4=3.14159×16^2/4=201.062 mm^2N vs1=0.43*A s(E c*f c)^0.5=0.43×201.062×(333200)^0.5×10^-3=49.9058 kNN vs2=0.7*A s*f*γ=0.7×201.062×215×1.67 ×10^-3=50.5339 kN N vs=min(N vs1，N vs2)=49.9058 kN沿Y向单根栓钉承受剪力：V=38.716/8/1=4.8395kN≤49.9058，满足2 沿X向栓钉验算H型截面柱，沿X向栓钉按构造设置即可，不验算！九. 钢筋验算X向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：Mx=0 kN·m，Vy=0 kNX向柱脚底部弯矩设计值：Mxd=|0|=0 kN·mY向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：My=0 kN·m，Vx=256.3 kNX向柱脚底部弯矩设计值：Myd=|0|=0 kN·m外包混凝土X向长度：X=710 mm外包混凝土Y向长度：Y=517 mm实配钢筋：4HRB400_25+8HRB400_16+8HRB400_16单侧角筋面积：A c=981.748 mm^2沿Y向中部筋面积：A my=804.248 mm^2外包混凝土X向计算长度：X0=710-30-25×0.5=667.5 mm构造要求沿Y向配筋量：A ymin=0.002*X0*Y=690.195 mm^2沿Y向单侧实配面积：A sy=A c+A my=1786 mm^2≥A ymin=690.195，满足要求沿X向中部筋面积：A mx=804.248 mm^2外包混凝土Y向计算长度：Y0=517-30-25×0.5=474.5 mm构造要求沿X向配筋量：A xmin=0.002*Y0*X=673.79 mm^2沿X向单侧实配面积：A sx=A c+A mx=1786 mm^2≥A xmin=690.195，满足要求沿Y向钢筋中心间距：X00=625 mm角筋绕Y轴承载力：M cy=A c*F yc*X0=981.748×360×667.5 ×10^-6=235.914 kN·m中部筋绕Y轴承载力：M my=A mx*F ym*X0=804.248×360×667.5 ×10^-6=193.261 kN·m实配钢筋绕绕Y轴承载力：M sy=M cy+M my=235.914+193.261=429.175 kN·mM sy≥|M y|=384.45，满足要求沿X向钢筋中心间距：Y00=432 mm角筋绕X轴承载力：M cx=A c*F yc*Y0=981.748×360×474.5 ×10^-6=167.702 kN·m中部筋绕X轴承载力：M mx=A mx*F ym*Y0=804.248×360×474.5 ×10^-6=137.382 kN·m实配钢筋绕X轴承载力：M sx=M cx+M mx=167.702+137.382=305.084 kN·mM sx≥|M x|=0，满足要求十. 外部混凝土抗剪验算X向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-250.332) kN，Vx=256.3 kNX向柱脚底部剪力设计值：Vxd=max(|256.3-0.4×250.332|，0)=100.133 kNY向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-250.332) kN，Vy=0 kNY向柱脚底部剪力设计值：Vyd=max(|0-0.4×250.332|，0)=356.433 kN 水平箍筋X向配箍率：ρshx=2×56.5487/(357+160)/250=0水平箍筋Y向配箍率：ρshy=2×56.5487/(350+360)/250=0工字形类截面，ρsh不能大于0.06取ρshx=0，取ρshy=0外包混凝土所分配的X向受剪承载力：V rcx1=(0.07×11.9+0.5×360×0)×(357+160)×680×10^-3=348.222 kNV rcx2=(0.14×11.9×160/(160+357)+360×0)×(357+160)×680×10^-3=292.006 kN 外包混凝土X向受剪承载力比值：ξx=100.133/min(348.222,292.006)=0.342914≤1.0，满足外包混凝土所分配的Y向受剪承载力：V rcy1=(0.07×11.9+0.5×360×0)×(350+360)×487×10^-3=327.683 kNV rcy2=(0.14×11.9×360/(360+350)+360×0)×(350+360)×487×10^-3=371.396 kN 外包混凝土Y向受剪承载力比值：ξy=356.433/min(327.683,371.396)=1.08774>1.0，不满足。

软件主要针对型钢混凝土埋入式刚性柱脚节点，计算主要遵循《钢结构连接节点设计手册》（第二版）及《钢骨混凝土结构设计规程》（YB 9082-2006）中的相关条文及规定。

《钢结构连接节点设计手册》（第二版）中埋入式柱脚相关技术内容，主要针对钢柱做埋入式柱脚节点。

设计注意事项刚性固定埋入式柱脚时直接将钢柱埋入钢筋混凝土基础或基础梁的柱脚。

其埋入办法：一是预先将钢柱脚按要求组装固定在设计标高上，然后浇灌基础或基础梁的混凝土；另一种是预先按要求浇灌基础或基础梁的混凝土，在浇灌混凝土时，按要求留出安装钢柱脚用的插入杯口，待安装好钢柱脚后，再用混凝土强度等级比基础高一级的混凝土灌实。

通常情况下，前一种方法对提高和确保钢柱脚和钢筋混凝土基础或基础梁的组合效应或整体刚度有利，所以在工程实际中多被采用。

在埋入式柱脚中，钢柱的埋入深度是影响柱脚的固定度、承载力和变形能力的重要因素，而且有时对于中柱、边柱和角柱，其埋入深度也不尽相同，这就需要选择易于进行钢筋混凝土补强的埋入深度来处理。

为防止钢柱的局部压屈和局部变形，在钢柱向钢筋混凝土基础或基础梁传递水平力处压应力最大值的附近，设置水平加劲肋是一个有效的补强措施；对箱型截面柱和圆管形截面柱处设置水平加劲肋的环形横隔板外，在箱内和管内浇灌混凝土也将获得良好的效果。

为防止基础或基础梁中混凝土早期的压坏和剪坏，应配置补强钢筋，合理地确定钢柱周边的钢筋混凝土保护层厚度及其配筋是很重要的。

在中柱、边柱和角柱中，其钢筋混凝土保护层厚度有时是不尽一致，特别在边柱和角柱的柱脚中，对没有设置基础梁的一侧，钢柱翼缘面处的钢筋混凝土保护层厚度；中柱不得小于180mm；边柱、角柱的外侧不宜小于250mm。

配置在钢柱埋入部分中的钢筋，出基础或基础梁应有的配筋外，尚应在钢柱周边增设补强垂直纵向主筋、架立筋、箍筋、顶部加强箍筋、基础梁主筋在钢柱埋入部分水平方向弯折处的加强箍筋。

在整体框架的内力分析时，对柱脚部分的刚度和刚度区域应留有一定的富裕量，刚度区域的高度应比基础或基础梁混凝土顶面高出1.2倍的钢柱截面高度。

H型钢柱拼接节点技术手册柱与柱的拼接连接节点，理想的情况应是设置在内力较小的位置。

但是，在现场从施工的难易和提高安装效率方面考虑，通常框架柱的拼接连接接头宜设置在框架梁上方1.3m附近。

为了便于制造和安装，减少柱的拼接连接节点数目，一般情况下，柱的安装单元以三层为一根。

特大或特重的柱，其安装单元应根据起重、运输、吊装等机械设备的能力来确定。

H型钢柱的拼接，其翼缘板的拼接主要有高强度螺栓+拼接板的双剪拼接、单剪拼接，或翼缘板直接采用完全焊透的坡口对接焊缝连接；腹板的拼接主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。

我们常用的形式主要是：翼缘板拼接为采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，腹板的拼接主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。

其他形式下的各种拼接组合也会用到，计算时应该根据实际的拼接方式加以验算。

拼接节点的验算主要遵循《钢结构连接节点设计手册》（第二版）中的相关条文及规定。

通常情况下，作用于柱拼接节点处的内力有轴心压力、弯矩和剪力。

当拼接连接处的内力小于柱承载力设计值的一半时，从柱的连续性来衡量拼接连接节点的性能，其设计用内力应取柱承载力设计值的1/2。

非抗震设防的高层钢结构，当在拼接连接处不产生拉力，且被连接的柱端面经过铣平加工且紧密结合时，其轴心压力和弯矩的25%分别由柱端面直接传递。

也就是说，符合上述要求的柱的拼接节点连接，可分别按轴心压力和弯矩的75%来计算，而剪力是不能通过柱端接触面传递的。

柱的拼接连接，对H形截面柱其翼缘通常采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，腹板采用高强度螺栓连接；也可全部采用高强度螺栓连接。

当采用高强度螺栓连接时，翼缘和腹板的拼接连接板应尽可能成对设置，而且两侧连接板的面积分布应尽可能与柱的截面相一致；在有弯矩作用的拼接连接节点中，拼接连接板的截面面积和截面抵抗矩均应大于母材的截面面积和截面抵抗矩。

柱的拼接连接，当采用完全焊透的坡口对接焊缝连接时，尚应采取以下措施。

（1）为保证上、下柱拼接连接焊缝根部的间隙，可根据具体情况，选用以下的方法：①利用柱腹板的拼接连接板支承上柱。

《钢结构设计原理》课程设计任务书一、设计题目——24米普通钢屋架设计二、设计目的本次课程设计的目的是综合运用本课程所学知识进行钢屋架设计，以加强理论和实际的联系，提高学生综合考虑问题和设计的能力。

三、设计资料（一）设计原始资料某地一金工车间，车间总长度为60m，跨度24m，柱距6m；采用梯形钢屋架，屋面坡度为i=1/10；不上人屋面，屋架上铺有1.5×6.0m的预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，屋架两端铰接于钢筋混凝土柱上，混凝土标号为C20。

车间内设有两台20/5t中级工作制桥式吊车，冬季室外计算温度-20˚C，抗震设防烈度为8度；屋架形式及几何尺寸见附图1。

（二）屋架形式—梯形钢屋架（无檩体系）（三）荷载资料（荷载标准值）1.永久荷载防水层（三毡四油上铺绿豆砂）0.35-0.402KN m/找平层（20mm厚水泥砂浆）0.402KN m/保温层（可选用泡沫混凝土或加气混凝土，厚40、80、120mm；任选其一）预应力钢筋混凝土大型屋面板 1.402KN m/钢屋架和支撑自重参见《建筑结构荷载规范》GB50009－2001 2.可变荷载基本风压0.502KN m/基本雪压（共3组数据，任选其一）0.40、0.50、0.602/KN m屋面积灰荷载标准值0.752KN m/屋面均布活荷载（不上人屋面）《建筑结构荷载规范》GB50009－2001注：以上数据均为水平投影值。

四、设计任务本次课程设计着重钢屋架的设计，内容应包括结构总体方案、选型和布置，考虑屋面构件、支撑构件与钢屋架间的相互联系，以及钢屋架的设计计算和施工图绘制。

设计中应收集和阅读有关资料，组织和分析有关设计内容和问题。

设计成果应包括设计计算书一份，并绘制钢屋架施工图一张（手工或计算机绘制），每个学生应认真独立完成全部设计任务。

（一）计算书内容设计计算书应包括设计原始资料、方案、选型、布置及和设计内容有关的说明，以及画施工图所需要的全部计算。

4.1解：kN N N N QK Q GK G 420315324.1315312.1=⨯⨯+⨯⨯=+=γγ焊缝质量为三级，用引弧板施焊。

查表得E43焊条的2/185mm N f W t =，Q235钢的2/215mm N f =。

mm bf N t W t 35.11185200104203=⨯⨯=≥ 故取mm t 12=。

4.2解：k k k Q K Q G K G N N N N N N 36.18.04.12.02.1=⨯+⨯=+=γγ焊缝质量为二级，2/215mm N f W t =未用引弧板施焊mm l W 376122400=⨯-=tl Nf W W t =，k W W t N t l f N 36.1== kN t l f N W W t k 3.71336.11237621536.1=⨯⨯==4.4解： 1）焊脚尺寸f h背部尺寸⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=≤=⨯=≥mmt h mmt h f f 6.982.12.174.4105.15.1min 1max 1趾部尺寸()()⎪⎩⎪⎨⎧=-=-≤=⨯=≥mmt h mmt h f f 7~62~182~174.4105.15.1min 2max 2 为方便备料，取mm h h h f f f 621===，满足上述要求。

2）轴心力N 的设计值kN N N N Q K Q G K G 4.2481809.04.11801.02.1=⨯⨯+⨯⨯=+=γγ按角钢背与趾部侧面角焊缝内力分配系数可知:等边角钢内力分配系数3.01=be 7.02=b e对角钢趾部取力矩平衡得: 21Ne b N =kN N N be N 52.744.2483.03.021=⨯===kN N N N N 88.1734.2487.07.012=⨯==-=3)焊缝长度。

当构件截面为一只角钢时，考虑角钢与节点板单面连接所引起的偏心影响， W t f 应乘以折减系数0.85。

“H柱埋入刚接”节点计算书一. 节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》（第二版）节点类型为：H柱埋入刚接柱截面：H-196*99*4*6，材料：Q345柱与底板全截面采用对接焊缝，焊缝等级为：二级，采用引弧板；底板尺寸：L*B= 230 mm×130 mm，厚：T= 20 mm锚栓信息：个数：2采用锚栓：双螺母弯钩锚栓库_Q235-M20方形锚栓垫板尺寸(mm)：B*T=70×20底板下混凝土采用C40基础梁混凝土采用C25基础埋深：1.5m栓钉生产标准：GB/T 10433栓钉抗拉强度设计值：f=215 N/mm^2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M16×120行向排列：200 mm×7列向排列：仅布置一列栓钉实配钢筋：4HRB400_25+6HRB400_16+4HRB400_16近似取X向钢筋保护层厚度：C x=30 mm近似取Y向钢筋保护层厚度：C y=30 mm节点示意图如下：二. 荷载信息设计内力：组合工况内力设计值组合工况1 -200.0 25.40.0 0.0 50.0 否三. 验算结果一览最大压应力(MPa) 6.69 最大19.1 满足等强全截面 1满足基底最大剪力(kN) 25.4 最大80.0 满足绕x轴抗弯承载力(kN*m) 1220 最小49.4 满足绕y轴抗弯承载力(kN*m) 2415 最小12.5 满足 X向承担剪力(kN) 76.6 最大253 满足 X向压应力(MPa) 1.26 最大11.9 满足 Y向承担剪力(kN) 0 最大341 满足 Y向压应力(MPa) 0 最大11.9 满足沿Y向抗剪应力比 38.5 最大49.9 满足 X向栓钉直径(mm) 16.0 最小16.0 满足 X向列间距(mm) 0 最大200 满足 X向行间距(mm) 200 最大200 满足 X向行间距(mm) 200 最小96 满足 X向边距(mm) 50 最小为28 满足绕Y轴承载力比值 0.33 最大1.00 满足绕X轴承载力比值 0 最大1.00 满足绕Y轴含钢率(%) 0.49 最小0.20 满足绕X轴含钢率(%) 0.56 最小0.20 满足沿Y向主筋中距(mm) 133 最小50.0 满足沿Y向主筋中距(mm) 133 最大200 满足沿X向主筋中距(mm) 124 最小50.0 满足沿X向主筋中距(mm) 124 最大200 满足沿Y向锚固长度(mm) 560 最小560 满足沿X向锚固长度(mm) 880 最小875 满足四. 混凝土承载力验算控制工况：组合工况1，N=(-200) kN；底板面积：A=L*B =230×130×10^-2=299cm^2底板承受的压力为：N=200 kN底板下混凝土压应力：σc=200/299 ×10=6.68896 N/mm^2≤19.1，满足五. 柱对接焊缝验算柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求六. 柱脚抗剪验算控制工况：组合工况1，N=(-200) kN；V x=25.4 kN；V y=0 kN；锚栓所承受的总拉力为：T a=0 kN柱脚底板的摩擦力：V fb=0.4*(-N+T a)=0.4×(200+0)=80 kN柱脚所承受的剪力：V=(V x^2+V y^2)^0.5=(25.4^2+0^2)^0.5=25.4 kN≤80，满足七. 柱脚节点抗震验算1 绕x轴抗弯最大承载力验算绕x轴柱全塑性受弯承载力：W p=146716mm3M p=W p*f y=146716×345=50.617 kN·m因为N/N y=200000/682755=0.292931>0.13, 所以M pc=1.15(1-N/Ny)M p=41.1582 kN·m 绕x轴柱脚的极限受弯承载力：M u,base j=f ck B c l[((2l + h b)2+h b2)0.5-(2l +h b)]=26.8×99×3500×[((2×3500+1500)2+15002)0.5-(2×3500+1500)]=1219.63kN·m >=1.2Mpc=1.2×4.11582e+007=49.3898 kN·m, 满足2 绕y轴抗弯最大承载力验算绕y轴柱全塑性受弯承载力：W p=30139M p=W p*f y=30139×345=10.398 kN·m因为N/N y=200000/682755=0.292931<=Aw/A, 所以M pc=1M p=10.398 kN·m绕y轴柱脚的极限受弯承载力：M u,base j=f ck B c l[((2l + h b)2+h b2)0.5-(2l +h b)]=26.8×196×3500×[((2×3500+1500)2+15002)0.5-(2×3500+1500)]=2414.63 kN·m >=1.2Mpc=1.2×1.0398e+007=12.4775 kN·m, 满足八. 端部X向抗剪验算1 X向基本参数柱子X向截面高度： h c=196mmX向受压翼缘宽度： b f=99mm柱子X向翼缘厚度： t f=4mm柱子X向腹板厚度： t w=12mm柱子腹板弯角半径： r=4mm基础梁混凝土标号：C25弹性模量：E c=28000N/mm^2抗压强度：f c=11.9N/mm^2抗拉强度：f t=1.27N/mm^2基础埋置深度： d=1.5m水平加劲肋厚度： t s=6mm加劲肋中心到混凝土顶面距离：d s=50mm2 X向抗剪验算基础梁抗剪面积:A cs=1990.98cm^2柱脚上部加劲肋有效承压宽度b e,s计算：b e,s=2*t f+2*t s=2×4+2×6=20mm柱腹板的有效承压宽度b e,w计算：b e,w=2*t f+2*r+t w=2×4+2×4+12=28mm钢柱承压区的承压力合力到混凝土顶面的距离d c计算：d c=(b f*b e,s*d s+d*d*b e,w/8-b e,s*b e,w*d s)/(b f*b e,s+d*b e,w/2-b e,s*b e,w)=(99×20×50+1500×1500×28/8-20×28×50)/(99×20+1500×28/2-20×28) =354.416mm柱子反弯点距离混凝土顶面高度h0计算：最大抵抗剪力：V cap=A cs*f t=1990.98×1.27/10=252.854kNh0=M y/V x=50/25.4×1000=1968.5mm承受剪力：V=(h0+d c)*V x/(3*d/4-d c)=(1968.5+354.416)×25.4/(3×1500/4-354.416)=76.5681k N≤252.854，满足3 X向承压验算混凝土承压力：σ=(2*h0/d+1)*[1+(1+1/(2*h0/d+1)^2)^0.5]*V/b f/d=(2×1968.5/1500+1)×[1+(1+1/(2×1968.5/1500+1)^2)^0.5]×25.4/99/1500×10^3=1.26312N/mm^2≤11.9，满足九. 端部Y向抗剪验算1 Y向基本参数柱子Y向截面高度： h c=99mmY向受压翼缘宽度： b f=196mm柱子Y向翼缘厚度： t f=12mm柱子Y向腹板厚度： t w=4mm柱子腹板弯角半径： r=4mm2 Y向抗剪验算基础梁抗剪面积:A cs=2685.88cm^2柱脚上部加劲肋有效承压宽度b e,s计算：b e,s=2*t f+2*t s=2×12+2×6=36mm柱腹板的有效承压宽度b e,w计算：b e,w=2*t f+2*r+t w=2×12+2×4+4=36mm钢柱承压区的承压力合力到混凝土顶面的距离d c计算：d c=(b f*b e,s*d s+d*d*b e,w/8-b e,s*b e,w*d s)/(b f*b e,s+d*b e,w/2-b e,s*b e,w)=(196×36×50+1500×1500×36/8-36×36×50)/(196×36+1500×36/2-36×36) =317.857mm柱子反弯点距离混凝土顶面高度h0计算：最大抵抗剪力：V cap=A cs*f t=2685.88×1.27/10=341.107kNh0=M x/V y=0/0×1000=0m m承受剪力：V=(h0+d c)*V y/(3*d/4-d c)=(0+317.857)×0/(3×1500/4-317.857)=0 kN≤341.107，满足3 Y向承压验算混凝土承压力：σ=(2*h0/d+1)*[1+(1+1/(2*h0/d+1)^2)^0.5]*V/b f/d=(2×0/1500+1)×[1+(1+1/(2×0/1500+1)^2)^0.5]×0/196/1500×10^3=0N/mm^2≤11.9，满足十. 栓钉验算栓钉生产标准：GB/T 10433栓钉抗拉强度设计值：f=215 N/mm^2栓钉强屈比：γ=1.67沿Y向栓钉采用：M16×120行向排列：200 mm×7列向排列：仅布置一列栓钉1 沿Y向栓钉验算承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：N=(-200)kN，My=50kN·m，Vx=25.4kN顶部箍筋处弯矩设计值：Myu=|50+0.0254×50|=51.27 kN·mX向截面高度：h x=196mmX向翼缘厚度：t x=6mm沿Y向一侧栓钉承担的翼缘轴力：N f=51.27/(196-6)×10^3=269.842kN单个栓钉受剪承载力设计值计算：栓钉钉杆面积：A s=πd^2/4=3.14159×16^2/4=201.062 mm^2N vs1=0.43*A s(E c*f c)^0.5=0.43×201.062×(333200)^0.5×10^-3=49.9058 kNN vs2=0.7*A s*f*γ=0.7×201.062×215×1.67 ×10^-3=50.5339 kNN vs=min(N vs1，N vs2)=49.9058 kN沿Y向单根栓钉承受剪力：V=269.842/7/1=38.5489kN≤49.9058，满足2 沿X向栓钉验算H型截面柱，沿X向栓钉按构造设置即可，不验算！十一. 钢筋验算1 内力计算X向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：Mx=0 kN·m，Vy=0 kNX向柱脚底部弯矩设计值：Mxd=|0-0×1.5|=0 kN·mY向承载力验算控制工况：组合工况1控制内力：My=50 kN·m，Vx=25.4 kNY向柱脚底部弯矩设计值：Myd=|50+25.4×1.5|=88.1 kN·m2 承载力计算外包混凝土X向长度：X=581 mm外包混凝土Y向长度：Y=484 mm实配钢筋：4HRB400_25+6HRB400_16+4HRB400_16单侧角筋面积：A c=981.748 mm^2沿Y向中部筋面积：A my=402.124 mm^2外包混凝土X向计算长度：X0=581-30-25×0.5=538.5 mm构造要求沿Y向配筋量：A ymin=0.002*X0*Y=521.268 mm^2沿Y向单侧实配面积：A sy=A c+A my=1383.87 mm^2≥A ymin=521.268，满足要求沿X向中部筋面积：A mx=603.186 mm^2外包混凝土Y向计算长度：Y0=484-30-25×0.5=441.5 mm构造要求沿X向配筋量：A xmin=0.002*Y0*X=513.023 mm^2沿X向单侧实配面积：A sx=A c+A mx=1584.93 mm^2≥A xmin=521.268，满足要求沿Y向钢筋中心间距：X00=496 mm角筋绕Y轴承载力：M cy=A c*F yc*X0=981.748×360×538.5 ×10^-6=190.322 kN·m 中部筋绕Y轴承载力：M my=A mx*F ym*X0=603.186×360×538.5 ×10^-6=77.9557 kN·m 实配钢筋绕绕Y轴承载力：M sy=M cy+M my=190.322+77.9557=268.277 kN·mM sy≥|M y|=88.1，满足要求沿X向钢筋中心间距：Y00=399 mm角筋绕X轴承载力：M cx=A c*F yc*Y0=981.748×360×441.5 ×10^-6=156.039 kN·m 中部筋绕X轴承载力：M mx=A mx*F ym*Y0=603.186×360×441.5 ×10^-6=95.8703 kN·m 实配钢筋绕X轴承载力：M sx=M cx+M mx=156.039+95.8703=251.909 kN·mM sx≥|M x|=0，满足要求。

“箱形柱外露刚接”节点计算书==================================================================== 计算软件：TSZ结构设计系列软件 TS_MTSTool v4.6.0.0计算时间：2017年04月24日 14:19:26====================================================================一. 节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》（第二版）节点类型为：箱形柱外露刚接柱截面：BOX-200*10，材料：Q235柱与底板全截面采用对接焊缝，焊缝等级为：二级，采用引弧板；底板尺寸：L*B= 540 mm×540 mm，厚：T= 30 mm锚栓信息：个数：6采用锚栓：双螺母焊板锚栓库_Q235-M27方形锚栓垫板尺寸(mm)：B*T=70×20底板下混凝土采用C30节点前视图如下：节点下视图如下：二. 荷载信息设计内力：组合工况内力设计值组合工况1 315.0 5.0-5.0 8.0 10.0 否组合工况2 46.0 0.0 -8.0 12.0 76.0 否组合工况3 160.0 -3.0 -15.0 30.0 -5.0 否三. 验算结果一览最大压应力(MPa) 6.52 最大14.3 满足受拉承载力(kN) 52.9 最大64.3满足底板厚度(mm) 30.0 最小29.9 满足等强全截面 1满足板件宽厚比 12.8 最大14.9 满足板件剪应力(MPa) 14.9 最大180 满足焊缝剪应力(MPa) 16.1 最大200 满足焊脚高度(mm) 10.0 最小8.22 满足焊脚高度(mm) 10.0 最大16.8 满足板件宽厚比 12.8 最大14.9 满足板件剪应力(MPa) 24.3 最大180 满足焊缝剪应力(MPa) 26.5 最大200 满足焊脚高度(mm) 10.0 最小8.22 满足焊脚高度(mm) 10.0 最大16.8 满足基底最大剪力(kN) -126 最大0 满足绕x轴抗弯承载力(kN*m) 155 最小140满足绕y轴抗弯承载力(kN*m) 103 最小140不满足四. 混凝土承载力验算控制工况：组合工况2，N=46 kN；M x=12 kN·m；M y=76 kN·m；1 按单向公式双向叠加计算1.1 单独X向偏压下计算偏心距：e=76/46 ×10^3=1652.2 mm底板计算方向长度：L x=540 mm底板垂直计算方向长度：B x=540 mm锚栓在计算方向离底板边缘距离：d=55 mme1=L x/6=540/6=90 mme2=L x/6+d/3=540/6+55/3=108.33 mme > e2，故：混凝土弹性模量：E c=30000N/mm^2钢材弹性模量：E s=2.06e+005N/mm^2弹性模量比：n=E s/E c=2.06e+005/30000=6.8667锚栓的总有效面积：A e=1378.2 mm^2有一元三次方程的各系数如下：A=1B=3*(e-L/2x)=3×(1652.2-540/2)=4146.5C=6*n*A e/B x*(e+L x/2-d)=6×6.8667×1378.2/540×(1652.2+540/2-55)=1.9634e+005 D=-C*(L x-d)=(-1.9634e+005)×(540-55)=(-9.5224e+007)解方程式：Ax^3+Bx^2+Cx+D=0，得底板受压区长度：x=128.05 mmσcx=2*N*(e+L x/2-d)/B x/x/(L x-d-x/3)=2×46×(1652.2+540/2-55)/540/128.05/(540-55-128.05/3) ×10^3=5.6167N/mm^2锚栓群承受的拉力：T ax=N*(e-L/2+x/3)/(L-d-x/3)=46×(1652.2-540/2+128.05/3)/(540-55-128.05/3)=148.18 kN单个锚栓承受的最大拉力：N tax=T ax/3=148.18/3=49.394 kN1.2 单独Y向偏压下计算偏心距：e=12/46 ×10^3=260.87 mm底板计算方向长度：L y=540 mm底板垂直计算方向长度：B y=540 mm锚栓在计算方向离底板边缘距离：d=55 mme1=L y/6=540/6=90 mme2=L y/6+d/3=540/6+55/3=108.33 mme > e2，故：混凝土弹性模量：E c=30000N/mm^2钢材弹性模量：E s=2.06e+005N/mm^2弹性模量比：n=E s/E c=2.06e+005/30000=6.8667锚栓的总有效面积：A e=918.81 mm^2有一元三次方程的各系数如下：A=1B=3*(e-L/2y)=3×(260.87-540/2)=(-27.391)C=6*n*A e/B y*(e+L y/2-d)=6×6.8667×918.81/540×(260.87+540/2-55)=33359 D=-C*(L y-d)=(-33359)×(540-55)=(-1.6179e+007)解方程式：Ax^3+Bx^2+Cx+D=0，得底板受压区长度：x=217.07 mmσcy=2*N*(e+L y/2-d)/B y/x/(L y-d-x/3)=2×46×(260.87+540/2-55)/540/217.07/(540-55-217.07/3) ×10^3=0.90511N/mm^2锚栓群承受的拉力：T ay=N*(e-L/2+x/3)/(L-d-x/3)=46×(260.87-540/2+217.07/3)/(540-55-217.07/3)=7.0484 kN单个锚栓承受的最大拉力：N tay=T ay/2=7.0484/2=3.5242 kN1.3 应力合成底板下混凝土压应力:σc=σcx+σcy=6.5218 N/mm^2锚栓群承受的总拉力:T a=T ax+T ay=155.23 kN单个锚栓承受的最大拉力:N ta=N tax+N tay=52.918 kN2 按双向偏压进行精确计算柱脚受力不合理，无法计算！混凝土抗压强度设计值：f c=14.3N/mm^2底板下混凝土最大受压应力：σc=6.5218N/mm^2底板下混凝土最大受压应力设计值：σc14.3N/mm^26.52≤14.3，满足五. 锚栓承载力验算控制工况：组合工况2，N=46 kN；M x=12 kN·m；M y=76 kN·m；锚栓最大拉力：N ta=52.918 kN(参混凝土承载力验算)锚栓的拉力限值为：N t=64.317kN锚栓承受的最大拉力为：N ta=52.918kN≤64.317，满足六. 底板验算1 混凝土反力作用下截面所围区格分布弯矩计算截面所围区格按四边支承板计算，依中心点取混凝土压应力控制工况：组合工况3，最大混凝土压应力：σc=0.45535 N/mm^2长边长度：a3=H-T f=190 mm短边长度：b3=B-T w=190 mm分布弯矩：M strSub=0.048×0.45535×190×190 ×10^-3=0.78903 kN2 混凝土反力作用下边角区格分布弯矩计算边角区格按两边支承板计算，依自由角点取混凝土压应力控制工况：组合工况2，最大混凝土压应力：σc=6.5218 N/mm^2Y向加劲肋到底板边缘长度：a=0.5×[540-(2-1)×190]=175 mmX向加劲肋到底板边缘长度：b=0.5×[540-(2-1)×184]=178 mm跨度：a2=(175^2+178^2)^0.5=249.62 mm区格不规则，按等面积等跨度折算悬挑长度：b2=124.63 mm分布弯矩：M c2=0.059886×6.5218×249.62×249.62 ×10^-3=24.336 kN3 混凝土反力作用下X向加劲肋间区格分布弯矩计算X向加劲肋间区格按三边支承板计算，依跨度中点取混凝土压应力控制工况：组合工况3，最大混凝土压应力：σc=0.52521 N/mm^2跨度：a2=184 mm悬挑长度：b2=0.5×(540-200+10)=175 mm分布弯矩：M c3=0.10907×0.52521×184×184 ×10^-3=1.9393 kN·m4 混凝土反力作用下Y向加劲肋间区格分布弯矩计算Y向加劲肋间区格按三边支承板计算，依跨度中点取混凝土压应力控制工况：组合工况3，最大混凝土压应力：σc=2.053 N/mm^2跨度：a2=190 mm悬挑长度：b2=0.5×(540-200+10)=175 mm分布弯矩：M c4=0.10668×2.053×190×190 ×10^-3=7.9069 kN·m5 锚栓拉力作用下角部区格分布弯矩计算角部区格按两边支承板计算控制工况：组合工况2，锚栓拉力：N ta=52.918 kN锚栓中心到X向加劲肋距离：l a1=0.5×[540-(2-1)×184]-0.5×14-55=116mml a1对应的受力长度：l l1=116+min[155-0.5×(540-200)，116+0.5×27]=101 m m 锚栓中心到Y向加劲肋距离：l a2=0.5×[540-(2-1)×190]-0.5×14-55=113 mml a2对应的受力长度：l l2=113+min[155-0.5×(540-200)，113+0.5×27]=98 mm 弯矩分布系数：ζa1=116×113/(101×113+116×98)=0.57539分布弯矩：M a1=N ta*ζa1=52918×0.57539×10^-3=30.449 kN6 锚栓拉力作用下X向加劲肋间区格分布弯矩计算X向加劲肋间区格按三边支承板计算区格内无锚栓或锚栓不受力，取分布弯矩：M a2=0 kN7 锚栓拉力作用下Y向加劲肋间区格分布弯矩计算Y向加劲肋间区格按三边支承板计算区格内无锚栓或锚栓不受力，取分布弯矩：M a3=0 kN8 要求的最小底板厚度计算综上，底板各区格最大分布弯矩值为：M max=30.449 kN受力要求最小板厚：t min=(6*M max/f)^0.5=(6×30.449/205 ×10^3)^0.5=29.853 mm≤30，满足一般要求最小板厚：t n=20 mm≤30，满足柱截面要求最小板厚：t z=10 mm≤30，满足七. 柱对接焊缝验算柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求八. X向加劲肋验算加劲肋外伸长度：L b=155 mm加劲肋间反力区长度：l i=min(0.5×184，155)=92 mm加劲肋外反力区长度：l o=min{0.5×[540-184×(2-1)]，155)=155 mm反力区面积：S r=(92+155)×155×10^-2=382.85 cm^21 X向加劲肋板件验算控制工况：组合工况3，混凝土压应力：σcm=1.3579 N/mm^2计算区域混凝土反力：F c=1.3579×382.85/10=51.986 kN控制工况：组合工况3，承担锚栓反力：F a=4.757 kN板件验算控制剪力：V r=max(F c，F a)=51.986 kN计算宽度取为上切边到角点距离：b r=179.2 mm板件宽厚比：b r/t r=179.2/14=12.8≤14.856，满足扣除切角加劲肋高度：h r=270-20=250 mm板件剪应力：τr=V r/h r/t r=51.986×10^3/(250×14)=14.853 Mpa≤180，满足2 X向加劲肋焊缝验算焊缝验算控制剪力和控制工况同板件验算，V r=51.986 kN角焊缝有效焊脚高度：h e=2×0.7×10=14 mm角焊缝计算长度：l w=h r-2*h f=250-2×10=230 mm角焊缝剪应力：τw=V r/(2*0.7*h f*l w)=51.986/(2×14×230)=16.145 MPa≤200，满足九. Y向加劲肋验算加劲肋外伸长度：L b=155 mm加劲肋间反力区长度：l i=min(0.5×190，155)=95 mm加劲肋外反力区长度：l o=min{0.5×[540-190×(2-1)]，155)=155 mm反力区面积：S r=(95+155)×155×10^-2=387.5 cm^21 Y向加劲肋板件验算控制工况：组合工况3，混凝土压应力：σcm=2.1989 N/mm^2计算区域混凝土反力：F c=2.1989×387.5/10=85.206 kN控制工况：组合工况3，承担锚栓反力：F a=2.3785 kN板件验算控制剪力：V r=max(F c，F a)=85.206 kN计算宽度取为上切边到角点距离：b r=179.2 mm板件宽厚比：b r/t r=179.2/14=12.8≤14.856，满足扣除切角加劲肋高度：h r=270-20=250 mm板件剪应力：τr=V r/h r/t r=85.206×10^3/(250×14)=24.344 Mpa≤180，满足2 Y向加劲肋焊缝验算焊缝验算控制剪力和控制工况同板件验算，V r=85.206 kN角焊缝有效焊脚高度：h e=2×0.7×10=14 mm角焊缝计算长度：l w=h r-2*h f=250-2×10=230 mm角焊缝剪应力：τw=V r/(2*0.7*h f*l w)=85.206/(2×14×230)=26.461 MPa≤200，满足十. 柱脚抗剪验算控制工况：组合工况1，N=315 kN；V x=5 kN；V y=(-5) kN；锚栓所承受的总拉力为：T a=0 kN柱脚底板的摩擦力：V fb=0.4*(-N+T a)=0.4×((-315)+0)=(-126) kN柱脚底板产生的摩擦力能够满足抗剪要求,(-126)≤0，满足十一. 柱脚节点抗震验算1 绕x轴抗弯最大承载力验算绕x轴柱全塑性受弯承载力：W p=5.42e+005mm3M p=W p*f y=5.42e+005×235=127.37 kN·m因为N/N y=(-3.15e+005)/1.786e+006=(-0.17637)<=0.13, 所以M pc=M p=127.37 kN·m 绕x轴柱脚的极限受弯承载力：M u1=f u b A e(L-X n/3)=368.42×1378.2×(485-540/3)=154.87 kN·mM u2=f ck BXn(L-X n/2)=20.1×540×540×(540-540/2)=1582.5 kN·mM u,base j=min(M u1,M u2)=154.87 kN·m >=1.1M pc=140.11 kN·m, 满足2 绕y轴抗弯最大承载力验算绕y轴柱全塑性受弯承载力：W p=5.42e+005mm3M p=W p*f y=5.42e+005×235=127.37 kN·m因为N/N y=(-3.15e+005)/1.786e+006=(-0.17637)<=0.13, 所以M pc=M p=127.37 kN·m 绕y轴柱脚的极限受弯承载力：M u1=f u b A e(L-X n/3)=368.42×918.81×(485-540/3)=103.25 kN·mM u2=f ck BXn(L-X n/2)=20.1×540×540×(540-540/2)=1582.5 kN·mM u,base j=min(M u1,M u2)=103.25 kN·m <1.1M pc=140.11 kN·m, 不满足。

中南大学土木工程学院土木工程专业（本科）《钢结构基本原理》课程设计任务书题目：钢框架主次梁设计姓名：楼佳悦班级：土木天佑0901学号：1208091917建筑工程系一、设计规范及参考书籍1、规范（1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2001）（2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001）（3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. 钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001）2、参考书籍（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006（2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999（3）陈绍藩. 钢结构[M]. 中国建筑工业出版社，2003（4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）[M]. 机械工业出版社，2006二、设计条件某多层钢框架结构三楼楼面结构布置如图1所示，结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值52kN m(第三组)，楼面板为150mm厚单向实kN m(第二组) 、72kN m(第一组)、62心钢筋混凝土板，楼层装修从下至上具体如下：轻钢龙骨吊顶(0.22kN m<标准值>)→框架钢梁→150mm厚实心钢筋混凝土板(253kN m<标准值>) →水磨石面层(包括20mm厚水泥砂浆找平，0.652kN m<标准值>)。

荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。

设计中仅考虑竖向荷载作用，框架主梁按连续梁计算，次梁按简支梁计算。

三、设计内容和要求（1）进行次梁CL-1截面设计。