钢结构计算内容

1 设计资料 钢结构平台平面尺寸为 10 5 米 6 米 4 2 米 平台上设有一下料洞口 洞口尺寸为 0 5m x 0 5m 平台采用钢铺板 平台上设备检修荷载标准值详见参数表 钢材为 Q235 B 手工焊 E43 型焊条 2 设计形式 2 1 铺板采用有肋钢铺板 2 2 次梁采用工字钢 简支于主梁上 2 3 主梁采用焊接工字形截面 简支于钢柱上 2 4 钢柱采用型钢截面 铰接柱脚 2 5 基础为钢筋混凝土独立基础 C20 混凝土 5 设计内容 5 1 计算内容 5 1 1 检修平台梁格布置 1 确定结构布置方案及结构布置形式 依题意并经综 合比较 立体图如图 1 所示 平台结构平面布置如图 2 3 4 图 1 图 2 图 3 图 4 2 荷载条件 楼面活荷载标准值为 3 75KN m2 5 1 2 平台铺板 加劲肋设计 确定有关尺寸 铺板采用有肋铺板 板格尺寸为 600 1500 根据构造要求及荷载情况 取铺板厚 6mm 板肋尺寸为 6 60 验算铺板强度和刚度 a 强度验算 计算铺板和板肋的最大弯矩 铺板所承受的荷载计算 铺板自重标准值 q 7850 9 8 3 10 3 0 23 kN m2 板肋自重标准值 q 7850 9 8 6 60 10 6 0 0277 kN m2 板面活荷载标准值 5kN m2 计算铺板跨中最大弯矩 铺板按四边简支平板计算 b a 1500 600 2 5 查表得 0 125 铺板面荷载设计值 q 1 2 0 462 1 4 5 kN m2 7 5544 kN m2 铺板跨中单位宽度最大弯矩为 0 125 7 5544 0 62 0 3399 kN m 2 M qa 计算板肋的跨中最大弯矩 可按两端支撑在平台梁上的简支梁计算加劲肋承受的线荷载 其中 恒荷载标准值为 q 0 462 0 6 0 0277 kN m 0 3049 kN m 活荷载标准值为 q 5 0 6 kN m 3 kN m 加劲肋的跨中最大弯矩为 1 2 0 3049 1 4 3 1 52 8 kN m 1 2842 kN m 2 M ql 验算铺板和加劲肋的强度 铺板 铺板截面的最大应力为 2 max 2262 6M6 0 3399kN m M 56 65 610 m kN mm l 加劲肋 加劲肋可考虑 30 厚度的宽度参与截面共同工作 计算截面如图所示 截面面积 A 180 6 6 60 10 6 m2 截面对形心轴到铺面板的距离为 180 6 360 6 36 11 25 180 660 6 ymmmm 截面对形心轴的截面惯性矩 Ix 180 63 12 180 6 8 25 6 603 12 6 60 24 752 4 0527 105mm4 4 0527 10 7m4 加劲肋截面的最大应力 3 22 74 M1 2842 100 01125 35 6485 f215 4 0527 10 N mm N mmN mm Wm b 铺板和加劲肋的刚度验算 铺板 有表得 0 1422 铺板面荷载标准值 q 0 462 5 kN m 5 462 铺板跨中最大挠度 434 3 max 31139 5 462 100 6 0 1422m2 2622 102 2622 2 06 10610 q a mmm Et 铺板容许挠度 600 150 mm 4 mm 150vl max 2 2622vmm 加劲肋 加劲肋跨中最大挠度 34 4 3 max 117 50 34993101 55 m 2 6095 10 m2 6095 384384 2 06 104 0527 10 x ql vmm EI 加劲肋容许挠度 150600 1504vlmmmm max vv 由此可见铺板的板厚由刚度控制 5 1 3 平台次梁设计 平台次梁与主梁铰接 平台次梁可以看做是两端支撑在主梁的简支梁 承受着平台铺板传 来的均布均布荷载 计算简图如右图 12 1 y x 12 1 51366600 00 y x 12 1 34244 40 34244 40 恒荷载标准值 0 3049 1 5 0 60 7623 k qkN m 活荷载标准值 5 1 57 5 k qkN m 荷载设计值 1 2 0 7623 1 4 7 511 4148 qkN m 次梁跨中最大弯矩 22 max 1 11 4148 6 851 3664 8 MqlkN m 截面选择 梁所需的截面抵抗矩 3 433 max 6 51 3644 10 2 3891 10238 91 215 10 nx WMfmcm 次梁采用工字形型钢截面 由型钢规格表查得 I 20b 200 102 9 0 11 4 A 39 5cm2 m 31 1kN m Ix 2502cm4 Wx 250cm3 Ix Sx 17 1cm 能满足要求 因此选 I20b 为次梁截面 验算所选截面强度 a 抗弯强度验算 考虑梁自重后 2 max 1 2 0 76230 0311 9 8 1 4 7 5 6 853 11296MkN m 作用在梁上的荷载为静力荷载 因此 截面最大应力 33 22 max max 3 53 1129 1010 202 215 1 05 250 10 xx M N mmfN mm W b 抗剪强度验算 次梁最大剪力 max 2 1 20 76230 0311 9 81 4 7 5 6 235 4085VqlkN 截面最大剪应力 3 22 maxmax max 1 34 4085 10 23 17 1 109 v x w VS N mmN mmf I t 由此可见型钢梁的剪应力很小 梁整体稳定验算 梁的受压翼缘有带肋铺板与其牢固连接 整体稳定可以满足要求 因此不必验算梁的整体稳定 梁的刚度验算 梁跨中最大挠度 4 4 max 118 50 76230 0311 9 87 565 0 0281128 11 384384 2 06 102502 10 k x q l vmmm EI max 2506000 25024vlmmmmv 次梁刚度不能满足要求 应重新选择截面 选 I22b 查得 A 46 5cm2 Ix 3583cm4 m 36 5kg m 4 4 max 118 50 76230 0365 9 87 565 0 0196319 63 384384 2 06 103583 10 k x q l vmmmv EI 满足刚度要求 梁的局部承压强度 梁端支座反力 1 2 5502 5 12 39 5 20124 5 zy lahamm 3 2 1 0 35 4085 10 29 9374 9 5 124 5 c w z F N mmf t l 5 1 4 主梁设计 平台主梁与平台柱铰接连接 平台主梁可看做两端支撑在平台柱上的简支梁 承受着平台 主梁次梁出来的荷载 计算简图如图所示 123456 1 2 3 4 5 y x 213192 00 319788 00 213192 00 319788 00 213192 00 319788 00 213192 00 y x 123456 1 2 3 4 5 142 13 71 06 71 06 142 13 恒荷载标准值 7 6230 0365 9 8 66 72 k FkNkN 活荷载标准值 7 5 645 k FkNkN 次梁传来的荷载标准值 6 724551 72 k FkN 次梁传来的荷载设计值为 1 2 6 72 1 4 4571 064FkN 主梁支座反力 4 2 71 064142 128 2 RFkNkN 跨中最大弯矩 max 7 5 2 250 75 2 3 75 141 1282 25 71 0640 75 71 064 319 788 MRFF kN m 主梁最大剪力 max 142 128vRkN 梁截面选择 平台主梁的跨度及承受的荷载都较大 拟采用三块刚板拼接焊成的工字形 组合截面梁 估计翼缘板厚度 故抗弯强度设计值 f 215N mm2 需要的截面模量为16 f tmm 6 633 319 788 10 1 4166 101416 6 1 05 215 x x M Wmmcm f 按刚度条件 梁的最小高度为 2 min 66 215 400 7500482 1 34 10 1 34 10 T fl hmm v 梁的经济高度 0 43 0 4 22 1416 6 10 578 sx hWmm 取梁的腹板高度 hw h0 600mm 按抗剪要求的腹板厚度 3 max 142 128 10 1 21 22 73 600 125 w wv V tmm h f 按经验公式 600 6 9985 3 53 5 w w h tmm 考虑腹板屈曲后强度 取腹板厚度 tw 6mm 每个翼缘所需面积 3 2 1416 6 106 600 A1761 66006 xww f w Wt h mm h 翼缘宽度 取 bf 200mm 5 3600 5600 3120200 f bhhmm 翼缘厚度 取 tf 10mm 1761 2008 805 fff tAbmm 翼缘板外外伸宽度 b bf 2 tw 2 200 2 6 2 97mm 翼缘外伸宽度与厚度之比 满足局部稳定要求 b 97 10 9 713 235 13 ff tf 强度验算 梁的截面几何常数 334 1 20 6219 4 60 48013 3 12 x Icm 3 22 48013 3 1600 4444 60 x x I Wcm h 2 60 0 62 20 176Acm 3 20 1 31 3 0 6 1 5622 7 x Scm 梁自重标准值为 考虑腹板加劲肋 梁自重标准值乘以 1 1 3 7850 9 8 0 0076 101 10 6431 k gkN m 设计值为 g 0 6431 1 2 0 7717kN m 考虑梁自重后的弯矩和剪力值 2 319 788 1 2 0 6431 7 5 8325 2142 x MkN m max 142 1281 2 0 6431 7 5 2145 0220VkNkNkN 验算抗弯强度 6 33 3 x 325 2142 10 193 5262 215 1 05 1600 4444 10 x nx M kN mmfkN mm W 验算抗剪强度 33 22 maxmax max 4 145 0220 10622 7 10 31 3473 125 48013 3 106 v x w VS N mmN mmfN mm I t 整体稳定验算 次梁可作为主梁的侧向支撑 因此主梁侧向支撑点的距离为 l 1 5m l b 1500 200 7 5 16 故不需验算主梁的整体稳定 刚度验算 主梁在标准荷载作用支座反力 51 72 20 6431 7 5 2105 8516 k RkN 跨中最大弯矩 2 105 8516 3 7551 72 2 2551 72 0 750 6431 7 5 8246 3053 k MkN m 跨中最大挠度 232 max 118 246 3053 107 5 0 01414 1010 2 06 1048013 3 10 k x M l vmmm EI max 400 7500 40018 7514vlmmmmvmm 翼缘和腹板的连接焊缝计算 翼缘和腹板之间采用角焊缝连接 33 4 145 0220 10622 7 10 0 84 1 41 4 48013 3 10160 f w xf VS hmm I f 取 max 61 51 5 104 7 f hmmtmm 主梁加劲肋设计 各板段的强度验算 此种梁腹板宜考虑屈曲后强度 应在支座处和每个次梁处设置支撑加劲肋 端部采用如图 所示构造 另加横向加劲肋 使 a1 400mm a1 h01 1u VV 0 s 22 0 600 6 0 951 2 41 5 344 41 5 344 600 1100 w ht ha 1 1 0 5 0 8 600 6 125 1 0 5 0 950 8 416 25 uw wvs Vh t fkNV 满足要求 对板段 III 验算左侧截面 0 s 22 0 600 6 1 41 5 344 41 5 344 600 1500 w ht ha 1 0 5 0 8 600 6 125 1 0 5 1 0 8 405 uw wvs Vh t fkN 因 3 145 02202 1 2 6 72 1 4 45 0 7717 30 57890 5 u VkNkNV 故用验算 3maxeu MMM 0 100 0 651 153235153 y w b f ht 1 0 3 max 1 05 1 1600 4444 10215 361 3003319 788 euxex eu MW f MkN mMkN m 对板段 II 一般可不作验算 加劲肋计算 横向加劲肋的截面 宽度 取 bs 90mm 0 30 4060 s bhmm 厚度 90 t6 1515 s s b mm 中部承受次梁支座反力的支撑加劲肋验算 由上可知 s 1 2 cr 1 0 59 0 8 1 0 59 1 0 8 125110 25 sv fN mm 故该加劲肋所承受轴心力 3 405 110 25 600 6 1071 06479 164 s NkN 截面面积为 2 2 90 6 180 62160 s Amm 364 1 6 1863 217 10 38 5947 12 z zz s I Imm imm A 600 16 0 981 38 5947 zz 验算在腹板平面外的稳定 3 22 79 164 10 37 3598 215 0 981 2160 s zs N N mmfN mm A 采用次梁连于主梁加劲肋的构造 故不必验算加劲肋的端部承压强度 靠近支座的中间加劲肋仍用 90 6 截面 不必验算 支座加劲肋的验算 承受如图所示支座反力另外还应加上边部次梁直接145 0220 RkN 传给主梁的支座反力 71 064 35 532 22 F kN 采用 2 90 8 2 2 90 8 180 62520 s Amm 364 1 8 1864 290 10 12 41 2595 z z z s Imm I imm A 600 15 41 2595 0 983 z z 验算腹板在平面外的稳定 3 22 145 022035 53210 72 8875 215 0 983 2520 s zs N N mmfN mm A 验算端部承压 3 22 ce 145 022035 53210 188 077 325 290308 ce N mmfN mm 计算与腹板的连接焊缝 3 145 022035 53210 0 7924 4 0 7 6002 402 6 160 f hmm 用 6mm1 5 84 2426mm 5 1 5 平台柱设计 平台柱承受平台主梁传来的荷载 平台柱与平台主梁采用铰接连接 平台柱的轴心设计值 为 55 71 0640 7717 7 5 361 1078kNNFql 确定柱截面尺寸 假定柱长细比为 120 按 b 类截面查轴心受压稳定系数 0 437 平台柱所需的截面面积 3 2 361 1078 10 3843 4219 0 437 215 N Amm f 0 550 4 5 120 x xy lcm iicm b1 201 121 201 125500275458hHmmmmmm 由于柱比较低 柱宽度可以取得稍小一点 选择 HW200 200 8 12 A 63 53cm2 m 49 9kg m8 62 5 02 xy icm icm 0 x 0 5500 86 263 8 5500 50 2109 6 150 y 刚度满足要求 按 b 类截面查轴心受压稳定系数 min 0 499 y 平台柱自重标准值 k 49 9kg m 5 5m 9 8N kg 1 23227 532NN 这里的系数考虑加劲肋 焊缝 柱头 柱脚等引起的自重增加值 柱承受的轴心力的设计值 361 1078kN3 2281 2364 9814NkNkN 于是有 3 2 2 min 364 9814 10 115 1307 0 499 63 53 100mm NN N mmf A 柱整体稳定满足要求 验算平台柱的局部稳定 腹板的局部稳定 0 20024 822 250 5 235 wy htf 腹板的局部稳定满足要求 翼缘的局部稳定 100 128 33 100 1 235 sy btf 翼缘的局部稳定能满足要求 5 1 6 平台柱脚设计 由于平台承受的轴心力较小 故采用平板式铰接