钢结构设计原理课程设计：钢桁架设计

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5二、结构形式5三、材料选择5四、铺板设计51.荷载计算62.强度计算63.挠度计算6五、加劲肋设计61.加劲肋设计62.荷载计算73.内力计算74.截面特性计算75.强度计算86.变形计算8六、平台梁次梁设计81.中间次梁设计8a.计算简图8b.选取型钢梁截面9c.荷载计算10d.内力计算10e.强度计算10f.变形计算102.边次梁设计10a.计算简图10b.选取型钢梁截面11c.荷载计算11d.内力计算11e.强度计算11f.变形计算12七、平台主梁设计121.中间主梁设计12a.计算简图12b.选取型钢梁截面12c.荷载计算13d.内力计算13e.强度计算13f.变形计算132.边主梁设计13a.计算简图14b.选取型钢梁截面14c.荷载计算14d.内力计算14e.强度计算14f.变形计算15八、柱设计151.中间柱(6、7)设计15a.初选截面15b.荷载计算17c.整体稳定计算17d.刚度计算17e.柱间支撑设置172.边柱设计（柱2、3、10、11）18a.初选截面18b.荷载计算19c.整体稳定计算19d.刚度计算193.边柱（柱5、8）19a.初选截面：20b.荷载计算20c.整体稳定计算20d.刚度计算214.角柱21a.初选截面：21九、节点设计221.主次梁连接22a.连接设计22b.梁端净截面复核22c.螺栓连接计算23d.角钢连接焊缝计算232.主梁与柱子24a.连接设计24b.各连接件强度验算243.柱脚节点26a.柱子与底板焊缝计算27b.底板尺寸27c.抗冲切验算27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+4.0m，平台上均布荷载标准值为5KN/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，厚5mm，铺板下设加劲肋，间距600mm，加劲肋选用605mm。共设12根柱。三、 材料选择铺板用5mm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 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. 挠度计算刚度满足要求。五、 加劲肋设计1. 加劲肋设计选用的钢板与铺板所用钢板相同，尺寸：，加劲肋与铺板采用单面焊缝，焊脚尺寸6mm，每焊150mm长度后跳开50mm间隙。此连接构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。加劲肋计算截面如图 1所示的形截面，铺板计算宽度为30t=150mm，跨度为1.5m，间距为600mm。图 Error! Main Document Only.加劲肋截面图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：截面惯性矩：支座处抗剪面积只计铺板部分，偏安全仍取150mm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。铺板与加劲肋形成整体使加劲肋的抗弯能力得到很大提高。六、 平台梁次梁设计1. 中间次梁设计a. 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次梁，次梁与主梁做成铰接连接。图 2次梁承受荷载图图 3次梁计算简图b. 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：试选时变形验算不满足要求。试选，截面几何特征如下：c. 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：d. 内力计算e. 强度计算f. 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a. 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，计算简图如图 2。b. 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：c. 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。d. 内力计算e. 强度计算f. 变形计算同时也小于故活荷载作用下变形也满足要求。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a. 计算简图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。其荷载由次梁传来的集中力和主梁自重组成，主梁计算简图如图 4所示。图 Error! Main Document Only.主梁计算简图b. 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：c. 荷载计算由于主梁采用型钢，不用考虑局部稳定的问题，次梁传递的荷载较小，不用设置支撑加劲肋，故就不用考虑构造系数，主梁的自重标准值：主梁的自重设计值：d. 内力计算跨中弯矩值：支座处剪力值：e. 强度计算f. 变形计算不大于5%满足要求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a. 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。 b. 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：c. 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：d. 内力计算跨中弯矩值：支座处剪力值：e. 强度计算f. 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、 柱设计柱平面布置图如图 5所示：图 5柱平面布置图1. 中间柱(6、7)设计a. 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 6所示，因有柱间支撑，柱子高度为梁顶高度减去梁高，即梁下翼缘到地面的高度。图 Error! Main Document Only.柱计算简图图 Error! Main Document Only.梁柱连接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。b. 荷载计算柱顶轴力设计值可取，c. 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。d. 刚度计算刚度满足要求。e. 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。柱间纵向支撑采用双角钢，设置在6、7柱之间，如图 8所示。最大计算长度为7.2m，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125mm，同时在连接处设置M12普通4.6级安装螺栓。图 8沿次梁方向的柱间支撑沿主梁方向的横向支撑也采用双角钢，如图 9所示，最大计算长度6.0m，允许长细比200，选用，焊缝尺寸为6mm，焊缝长100mm，同时在连接处设置M12普通4.6级安装螺栓。图 9沿主梁方向的柱间支撑2. 边柱设计（柱2、3、10、11）a. 初选截面承受两根边次梁和一根主梁传来的荷载，两根边次梁连在主梁上，主梁通过突缘板、垫板、柱顶板以轴力作用在柱上，故柱可看作轴心受压构件。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。b. 荷载计算柱顶轴力设计值可取，c. 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。d. 刚度计算刚度满足要求。支撑设计同中间柱。3. 边柱（柱5、8）a. 初选截面：此处边柱承受两根边主梁和一根次梁传来的荷载，次梁连在主梁上，主梁通过突缘板、垫板、柱顶板以轴力作用在柱上，故柱可看作轴心受压构件。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。b. 荷载计算柱顶轴力设计值可取，c. 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。d. 刚度计算刚度满足要求。支撑设计同中间柱。4. 角柱 a. 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，次梁连在主梁上，主梁通过突缘板、垫板、柱顶板以轴力作用在柱上，故柱可看作轴心受压构件。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。由于所选柱截面与5、8柱相同，且计算长度相同，而角柱承担的荷载小于5、8柱承担的荷载，故整体稳定和强度均不必计算，设计均采取与5、8柱设计相同。九、 节点设计 1. 主次梁连接a. 连接设计试采用如图 10的连接形式。根据主次梁截面几何尺寸，选连接角钢L906，长度140mm，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8.8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，孔径为17.5mm。图 10主次梁连接节点图b. 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160mm，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。c. 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：（次梁腹板厚7.5mm，两角钢总厚12mm）强度计算d. 角钢连接焊缝计算由于角钢采用两侧对称连接，故连接角钢承受剪力和沿次梁方向的弯矩，偏心距。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：应力计算焊缝最外侧：强度计算时偏安全取，有满足要求。2. 主梁与柱子a. 连接设计主梁、次梁和柱的连接如图 11，次梁连在主梁上，主梁放在柱顶。梁端采用突缘支座，突缘板底部刨平，与柱顶板直接顶紧，梁的支座反力通过突缘板作用在柱身轴线附近，对柱产生的偏心弯矩很小，柱仍接近轴心受压状态，故按轴心受压构件计算。图 11主梁与柱子的连接简图b. 各连接件强度验算主梁端部荷载：突缘板采用10mm厚钢板突缘板与主梁全截面焊接，焊缝6mm，取腹板有效高度为200mm，则：由于两侧各有一块垫板，故满足要求。突缘板伸出主梁翼缘10mm，等于突缘板厚度，不考虑稳定问题，强度验算：满足要求。主梁与次梁连接处用t=6mm，宽140mm，长220mm的两块钢板通过两个8.8级M20高强承压螺栓连接在主梁的突缘板上，栓空直径22mm，次梁腹