钢结构平台设计

钢结构设计原理课程设计说明书姓 名：学 号：指导教师： 目录一.设计资料3二.结构形式3三.材料选择3四.铺板设计41.荷载计算42.强度计算43.挠度计算5五.加劲肋设计51.型号及尺寸选择52.荷载计算53.内力计算54.截面特性计算65.强度计算66.变形计算7六.平台次梁设计71.中间次梁设计72.边次梁设计9七.平台主梁设计111.中间主梁设计112.边主梁设计13八.柱设计151.中间柱设计152.边柱设计（B轴线）183.边柱（轴线）204.角柱23九.节点设计251.主次梁连接252.主梁与柱子283.柱脚节点3038钢结构平台设计计算书一.设计资料某厂房内工作平台，平面尺寸为189m2（平台板无开洞），台顶面标高为+4.500m，平台上均布荷载标准值为12KN/m2，设计全钢工作平台。设计任务1）材料选择2）梁柱及支撑布置3）结构设计（含完整计算书）4）绘制平台施工图（至少三个节点详图）二.结构形式平面布置，主次梁，主梁跨度4500mm，次梁跨度6000mm，次梁间距1500mm，铺板宽600mm，长度1500mm，铺板下设加劲肋，间距600mm。共设12根柱。三.材料选择铺板用6mm厚花纹钢板，钢材牌号为，手工焊，型焊条，钢材弹性模量 ，钢材密度，基础混凝土强度等级为。四.铺板设计 柱网布置图1.荷载计算已知平台均布活荷载标准值：厚花纹钢板自重恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。均布荷载标准值均布荷载设计值2.强度计算花纹钢板，取，平台板单位宽度最大弯矩设计值为：设计满足强度要求。3.挠度计算可以认为刚度满足要求。五.加劲肋设计1.型号及尺寸选择平板厚度不小于l1/150l1/120=45mm，现取t=6mm。选用-1008钢板，钢材为Q235。加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊角尺寸6mm，每焊150mm长度后跳开50mm。加劲肋高度取为60mm。此连接构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。加劲肋的计算截面为图所示的T形截面，铺板计算宽度为30t=180mm，跨度为1.8m。2.荷载计算分布在一T形截面简支加劲肋上的设计荷载应为600mm范围内的荷载，加劲肋自重为，偏安全的按均布荷载考虑。均布荷载标准值：均布荷载设计值：3.内力计算简支梁跨中最大弯矩设计值：支座处最大剪力设计值：4.截面特性计算截面形心位置：加劲肋计算简图截面惯性矩：支座处抗剪面积只计铺板部分，偏安全仍取180mm范围，则5.强度计算受拉侧（界面下边缘）应力最大截面塑性发展系数取1.20，受剪计算：6.变形计算挠度计算：设计满足强度和刚度的要求。六.平台次梁设计1.中间次梁设计（1）计算简图将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨6.0m。次梁的荷载主要是由铺板加劲肋传来相隔0.6m分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。选用热轧普通工字钢作为主次梁，次梁与主梁做成铰接连接。次梁承受荷载图次梁计算简图（2）选取型钢梁截面板和加劲肋传给梁的荷载设计值：次梁跨中弯矩设计值：最小截面模量：试选，截面几何特征如下：（3）荷载计算计入所选截面自重后，均布荷载标准值：均布荷载设计值：因次梁构造较为简单，可不设置加劲肋，所以不计入构造系数。（4）内力计算（5）强度计算，但超出不足。（6）变形计算设计满足强度和刚度要求。因为有楼板密铺在次梁的受压翼缘并与其牢固相连，能阻止次梁受压翼缘侧向位移，所以可不进行次梁的整体稳定验算。对于型钢，亦不必进行局部稳定验算。2.边次梁设计（1）计算简图边次梁受力形式和中间次梁相似，看做两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨6.0m。其荷载主要也是由铺板加劲肋传来相隔0.6m分布的集中力，但作为均布荷载考虑，相比于中间次梁，只是其荷载值减小了一半。（2）选取型钢梁截面板和加劲肋传给梁的荷载设计值：次梁跨中弯矩设计值：最小截面模量：试选，截面几何特征如下：（3）荷载计算计入所选截面自重后，均布荷载标准值：均布荷载设计值：因次梁构造较为简单，可不设置加劲肋，所以不计入构造系数。（4）内力计算（5）强度计算（6）变形计算设计满足强度和刚度要求。同中间次梁，因为有楼板密铺在次梁的受压翼缘并与其牢固相连，能阻止次梁受压翼缘侧向位移，可不进行整体稳定验算。对于型钢，亦不必进行局部稳定验算。七.平台主梁设计1.中间主梁设计（1）计算简图以轴上的负荷为设计依据，主梁与柱子两端为铰接，将主梁看作两端简支于柱顶的弯曲构件，梁跨4.5m。其荷载主要是由次梁传来的集中力，主梁计算简图如图所示。（a）（b）（a）计算简图 （b）内力设计值分布图（2）选取型钢梁截面次梁传给主梁的荷载设计值：次梁传给主梁的荷载标准值：次梁跨中弯矩设计值：最小截面模量：试选，截面几何特征如下：（3）荷载计算考虑构造系数后的主梁的自重标准值：主梁的自重设计值：由于主梁跨度较小，不设置加劲肋也能满足要去，所以不计入构造系数。（4）内力计算跨中弯矩值：支座处剪力值：（5）强度计算（6）变形计算设计满足强度和刚度要求。考虑铺板及次梁对主梁受压翼缘的约束，可不进行整体稳定验算。对于型钢，亦不必进行局部稳定验算。2.边主梁设计（1）计算简图边主梁形式与中间主梁相似，与柱子两端为铰接，将主梁看作两端简支于柱顶的弯曲构件，梁跨4.5m。其荷载主要是由次梁传来的集中力，但相比于中间主梁，荷载减半。 （2）选取型钢梁截面次梁传给主梁的荷载设计值：次梁传给主梁的荷载标准值：次梁跨中弯矩设计值：最小截面模量：试选，截面几何特征如下：（3）荷载计算考虑构造系数后的主梁的自重标准值：主梁的自重设计值：由于主梁跨度较小，不设置加劲肋也能满足，所以不计入构造系数。（4）内力计算跨中弯矩值：支座处剪力值：（5）强度计算但超出不到。（6）变形计算设计满足强度和刚度要求。考虑铺板及次梁对主梁受压翼缘的约束，可不进行整体稳定验算。对于型钢，亦不必进行局部稳定验算。八.柱设计1.中间柱设计（1）初选截面以中柱为依据，选择柱子截面并计算。柱脚铰接于地面，平台结构在纵横两方向都设置交叉支撑，柱子采用宽翼缘H型钢，钢材为Q235。一根主梁传递的竖向反力设计值：一根次梁传递的竖向反力设计值：即柱顶轴力设计值：柱子计算简图如图所示，因有柱间支撑，柱子高度为梁顶高度减去梁半高，即梁轴线到地面的高度。（a） (b)(a)平台柱梁建筑高度 （b）计算简图所以柱子高度为：。初设弱轴方向计算长细比为y=100，按b类截面查得相应的轴心受压构件的稳定系数=0.555，则所需面积：柱两端分别与主梁和基础铰接，所以柱的计算高度为：截面回转半径查附录附表，初选截面。 基本几何系数为：翼缘厚 ，腹板厚，截面积，惯性矩回转半径，理论重量。（2）荷载计算柱顶轴力设计值可取，如考虑一半柱子重量集中柱顶。相比于原荷载，可忽略不计。（3）整体稳定计算绕两主轴截面分类均属b类曲线，故按较大长细比计算，查得：则所以满足整体稳定要求。截面无削弱，可不进行强度验算。（4）刚度计算刚度满足要求。（5）柱间支撑设置由于没有水平荷载且竖向荷载较小，所以柱间支撑可按构造设置。柱间支撑采用双角钢，设置在B和2,3轴线处，如图所示。最大计算长度为6.363m，允许长细比为200，则，选用。支撑的连接采用焊缝，焊缝尺寸为6mm，焊缝长度80mm，同时在连接处设置M12普通4.6级安装螺栓。沿次梁方向的柱间支撑沿主梁方向的柱间支撑2边柱设计（B轴线）（1）初选截面此处边柱承受两根边主梁和一根中间次梁传来的荷载，其中两根边主梁传来的荷载关于柱轴线对称，可看做是轴向荷载，中间次梁传来的荷载为偏心荷载，柱为压弯组合构件。一根主梁传递的竖向反力设计值：一根次梁传递的竖向反力设计值：即柱顶竖向力设计值为：柱子高度为：。初设弱轴方向计算长细比为y=100，按b类截面查得相应的轴心受压构件的稳定系数=0.555，则所需面积：柱两端分别与主梁和基础铰接，所以柱的计算高度为：截面回转半径综合考虑主梁与柱的节点连接问题，查附录附表，初选截面。 基本几何系数为：翼缘厚 ，腹板厚，截面积，惯性矩回转半径，理论重量。（2）荷载计算柱顶轴力设计值可取如考虑一半柱子重量集中柱顶。相比于原荷载，可忽略不计.柱截面为为压弯构件，主梁产生的弯矩为（3）强度计算截面为双轴对称构件，只需对翼缘处进行强度验算，截面塑性发展系数： 、满足要求。（4）整体稳定计算弯矩作用平面内的稳定性验算由，查得，（b类截面）。满足要求。弯矩作用平面外的稳定性验算由，查得，满足要求。（5）刚度计算满足要求。3边柱（轴线）（1）初选截面：此处边柱承受两根边主次梁和一根中间主梁传来的荷载，其中两根边次梁传来的荷载关于柱轴线对称，可看做是轴向荷载，中间主梁传来的荷载为偏心荷载，柱为压弯组合构件。一根主梁传递的竖向反力设计值：一根次梁传递的竖向反力设计值：即柱顶竖向力设计值为：综合考虑主梁与柱的节点连接问题，同B轴线边柱选。 基本几何系数为：翼缘厚 ，腹板厚，截面积，惯性矩回转半径，理论重量。（2）荷载计算柱顶轴力设计值可取如考虑一半柱子重量集中柱顶。相比于原荷载，可忽略不计.柱截面为为压弯构件，主梁产生的弯矩为（3）强度计算：截面为双轴对称构件，只需对翼缘处进行强度验算，截面塑性发展系数：3强度计算：截面为双轴对称构件，只需对翼缘处进行强度验算，截面塑性发展系数： 、满足要求。（4）整体稳定计算：弯矩作用平面内的稳定性验算由，查得，（b类截面）。满足要求。弯矩作用平面外的稳定性验算由，查得：满足要求。（5）刚度计算满足要求。 4.角柱 （1）初选截面：角柱承受一根边主次梁和一根边主梁传来的荷载，且均为偏心荷载，柱双向偏心受压。一根主梁传递的竖向反力设计值：一根次梁传递的竖向反力设计值：即柱顶竖向力设计值为：（2）荷载计算柱顶轴力设计值可取如考虑一半柱子重量集中柱顶。相比于原荷载，可忽略不计.柱截面为双向压弯构件，弯矩为设弱轴方向的计算长细比为y=70，查得=0.751，则所需面积因为，则截面回转半径 采用焊接工字型截面，翼缘，腹板，其截面面积：（3）整体稳定计算查表得，所以有：满足平面内外稳定。截面无削弱，在满足稳定性的条件下，必然满足强度条件，所以可不必进行强度验算。（4）局部稳定计算翼缘板：翼缘满足局部稳定要求。腹板：腹板满足局部稳定要求。九.节点设计1.主次梁连接（1）连接设计试采用下图的连接形式。根据主次梁截面几何尺寸，选连接角钢L708，长度180mm，钢材为Q235。角钢用6mm角焊缝焊于主梁腹板，施焊时，不采用引弧板。次梁与角钢采用10.9级高强度螺栓承压型连接，螺栓规格M16。螺栓排列时，离肢背距离按最小容许距离确定以减小偏心影响，螺栓边距皆40mm，中心距皆100mm，孔径为17.5mm。主次梁连接节点图（2）梁端净截面复核设次梁端部仅腹板参与工作，腹板参与工作高度偏安全的假定为200mm，螺栓开孔处内力为：腹板参与工作部分的截面特性剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算折算应力近似按以下方式计算：所以强度满足要求。（3）螺栓连接计算梁端剪力引起的螺栓剪力：梁端弯矩引起的螺栓剪力：单个螺栓的抗剪承载力：单个螺栓的承压承载力：强度计算（4）角钢连接焊缝计算由于螺栓位置相对角钢焊缝中心具有双重偏心（e1与e2），其中偏心距e1=40mm为已知，偏心距e2需计算确定。因为围焊焊缝在转角处连续施焊，故只需在上下水平焊缝处各减6mm起落弧长度。焊缝群受力为焊缝群截面特性计算：应力计算选取脚点G进行分析强度计算时偏安全取，有2.主梁与柱子（1）主梁与柱侧的连接主梁、次梁和柱的截面尺寸如上。主梁搁置在小牛腿上，小牛腿为T形截面，尺寸见下图。小牛腿与柱翼缘用角焊缝连接，主梁支座反力通过支承面接触传递。小牛腿2M12普通4.6级螺栓起安装定位作用，与连接角钢连接的2M12普通4.6级螺栓起防止侧倾作用。主梁与住连接图主梁梁端局部承压计算：腹板翼缘交界处局部承压长度：梁端反力设计值所以主梁端部可不设支承加劲肋。（2）牛腿与柱的连接焊缝计算角焊缝高度hf采用10mm。扣除焊缝起始处各10mm。焊缝截面几何特性计算：计算抗剪面积截面形心位置焊缝群惯性矩最下端截面模量焊缝截面内力设计值：剪力焊缝截面强度计算焊缝强度满足要求。因焊缝截面承载力设计值小于牛腿截面承载设计值，所以故不再作牛腿截面抗弯、抗剪计算。（3）加劲肋设置柱翼缘在牛腿翼缘拉应力作用下是否需要设置横向加劲肋：可参照现行国家标准钢结构设计规范GB50017中7.4.1条规定计算柱翼缘厚度是否满足：其中、分别为柱翼缘板厚度和梁（小牛腿）受拉翼缘面积；、分别为梁（小牛腿）翼缘和柱翼缘的钢材强度设计值。故需设加劲肋。设横向加劲肋为8012钢板，布置在与小牛腿翼缘同高处。3.柱脚节点柱子采用热轧H型钢，截面为。轴心压力设计值