课程设计钢结构平台设计

钢结构平台设计钢结构平台设计 一 设计题目一 设计题目 某车间工作平台 二 设计目的二 设计目的 钢结构设计原理课程设计 是土木工程专业学生在学习 钢结构设计原理 课程后 一个重要的综合实践性教学环节 目的是培养学生对钢结构的设计和应用能力 通过基本 的设计训练 要求学生重点掌握结构内力计算 构件和节点设计及绘制钢结构施工图等专 门知识 从而加深对钢结构设计原理基本理论和设计知识的认识 提高对所学知识的综合 运用能力 三 设计资料三 设计资料 1 某冶炼车间检修平台 平台使用钢材材质 平面尺寸为 15 15 活荷载为 3 不考虑水平向荷载 柱间支撑按构造设置 平台上三个有直径 1 m 检修洞口 2 kN m 位置不限 平台顶面标高为 6m 平台下净空至少 4m 梁柱铰接连接 平台平面内不考虑 楼梯设置 2 参考资料 1 钢结构设计教材 2 钢结构设计规范 3 建筑结构荷载规范 4 钢结构设计手册 四 设计内容四 设计内容 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 平台结构平面布置如图所示 主梁 次梁 次梁 主梁 支撑 柱 柱 支撑 a b c 5 3 6 18m H 4m 4m 4m 2 平台铺板设计 1 确定有关尺寸 铺板采用有肋铺板 板格尺寸为 1000mm 1500mm 根据结构要求及荷载作用情况 取铺 板厚 6mm 板肋尺寸为 6mm 60mm 2 验算铺板的承载力和钢度 承载力验算 计算铺板和钢肋的跨中最大弯矩 铺板自重标准值 23 462 0 1068 97850mkNq 板肋自重标准值 mkNq 0277 0 106068 97850 6 板面活荷载标准值 3kN m2 计算铺板跨中最大弯矩 铺板按四边简支平板计算 0 25 11000 1500 ab 查表得 0812 0 1 铺板面荷载设计值 2 54 7434 1462 02 1mkNq 铺板单位宽度最大弯矩为mkNqaM x 386 0 154 740812 0 33 1 xyx MMMMab max 那么所以因为 计算板肋的跨中最大 2 弯矩 可按两端只承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 mkNq 4897 0 0277 0 1462 0 活荷载标准值为 mkNq 3 加劲肋的跨中最大弯矩为 mkNqlM 1 3475 1 34 14897 0 2 1 8 1 8 1 22 验算铺板和加劲肋的计算强度 铺板截面的最大应力为 2 622 max 2153 364 106 386 0 66 mmNfMPa ht M s 加劲肋可考虑铺板 30 倍厚度的宽度参与截面共同工作 计算截面如图 3 2 所示 截面面积 26 144010 6606290 mmA 截面形心轴到铺板的距离 mmmy01125 0 1 251 6608180 3666036180 截面对形心轴 x 的截面惯性矩 47452 3 2 3 10527 0410527 045 724608 12 60 825 8 6180 12 6 180mmmIx 加劲肋截面最大应力为 2 7 3 2159 337 10527 04 01125 0 1047 31 mmNfMPa W M s x 铺板和加劲肋钢度验算 铺板 查表得0843 0 a 普板面荷载标准值 2 3 4623462 0 mkNq 铺板跨中最大挠度 mm hEt aq aV 566 1061006 2 11062 43 0843 0 9311 43 3 4 max 钢板容许挠度 mmlV67 6 150 1000150 max 满足刚度要求VV 加劲肋 加劲肋跨中最大挠度 mm EI ql V x 6 72 10527 041006 2 384 5 110 34897 0 5 384 5 711 434 max 加劲肋容许挠度 mmlV6250 1500250 max 满足刚度要求VV 3 平台次梁设计 假设平台次梁与平台主梁铰接连接 平台次梁 CL1 可看作是两端支承在平台主梁上的简支 梁 承受着平台铺板传来的均布荷载 平台次梁计算简图如图 3 3 所示 恒荷载标准值 q 0 48971 5 0 73455 mkN 活荷载标准值 q 31 5 4 5 mkN 次梁跨中最大弯矩 44 228 5 5 44 173455 0 2 1 8 1 22 max qlMmkN 1 截面选择 梁所需的截面抵抗矩 334 6 3 max 104 410044 1 10215 1044 22 cmm f M Wx 次梁采用工字形型钢截面 由型钢规格查表得 I16 A 26 1cm2 Ix 1130cm4 Wx 141cm3 Ix Sx 13 8cm 自重 20 5kg m 能满足其要求 因此选I16为次梁截面 2 验算所选截面的承载力算 抗弯承载力验算 考虑自重后Mmax 1 2 0 73455 0 02059 8 1 44 5 5 2 8 29 98Kn m 作用在梁上的荷载为静力荷载 因此 截面最大应力 22 4 max max 215 67 156 1041 1 05 1 195 23 mmNfmmN W M x 抗剪承载力验算 次梁最大剪力 kNqlV56 182 55 44 1 8 90205 0 73455 0 2 12 max 截面最大剪应力 22 32 3 maxmax max 125 22 4 1061013 8 1056 18 mmNfmmN tI SV v wx 3 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 4 梁的刚度验算 抗弯强度计算 mm EI lq V x k 19 1011301006 2 384 510 5 48 90205 0 7345 0 5 384 5 811 434 max mmlV20250 5000250 max 满足刚度要求VV 4 平台主梁设计 假定平台主梁与平台柱铰接连接 平台主梁 ZL1 可看作是两端支承在平台柱上的简支梁 承受着平台 次梁传来的荷载 恒荷载标准值 kNF677 4 510 108 9 5 2073455 0 33 活荷载标准值 kNF5 2255 4 主梁支座反力 kNFR23 74 5 224 1677 4 2 1 2 4 2 4 1 主梁跨中最大弯矩 kNRV mkNM 23 74 022 1675 11124 37323 74 max max 主梁的截面抵抗矩 3 2 5 max 85 739 1021505 1 10022 167 cm f M W x x 主梁截面最小高度 mmlh50015 750015 min 根据截面的最小高度和抵抗矩选 H 型钢 2 梁截面验算 截面承载力验算 34 191047800 2 114cmWcmIA xx 梁自重标准值 mNq 85 92005 1 0114 0 8 97850 这里的系数 1 05 为考虑加劲肋 焊缝等引起的自重增加 考虑梁自重后跨中最大弯矩和最大剪力分别为 kNV mkNM x 37 7875 32 185 9201023 74 79 174105 72 185 920 8 1 02 167 3 max 32 弯曲正应力验算 满足要求 22 3 6 215 16 87 10191005 1 1079 174 mmNfmmN W M xx x 剪应力验算 33 max 1014 1 125 0 01 0 25 0 258 0 2 0016 0 mS 22 7 5 maxmax max 125 78 18 1010 8 47 1014 1 78370 mmNfmmN tI SV v wx 跨中截面边缘折算应力 2 4 6 2 491 1047800 1025079 174 mmN 整体稳定验算 次梁可作为主梁的侧向支撑 因此把主梁侧向支撑点的距离 l1 1 8m l2 b 1800 201 9 16 能满足工字型截面简支梁不需要验算整体稳定的条件 整体 稳定得以保证 钢度验算 主梁在标准荷载作用力支座反力 kNFRk2 274 522 4167 64 21 2 4 2 4 跨中最大弯矩 mkNM 94 81815 117 12732 274 max 跨中最大挠度 mm EI lM V x k 410 10478001006 2 10 5 2561094 8181 10 811 32 max mmlV5 718400 7500400 满足要求 VV max 局部稳定验算 翼缘局部稳定验算 131010 100 1 tb 腹板局部稳定验算 805 23116 500 0 w th 5 平台柱设计 平台柱承受平台主梁传来的荷载 平台柱承受平台主梁采用铰接 平台柱承受的轴心力的 设计值为kNqlFN5 8193 572 15 892010124 13755 3 1 确定柱截面尺寸 由于作用支柱的压力很小 假定柱的长细比100 按 b 类截面查轴心受压稳定系数555 0 平台柱所需的截面面积 223 6 5 1620102 61 10215555 0 10385 91 mmm f N A 取柱按结构要求为 HW175175 其截面特征值 2 21 3 451 11 57cmAmmtmmt 重量 cmicmicmWcmIcmImkg yxxyx 37 4 57 331 984 2900 340 344 重量 2 验算平台柱截面的承载力 整体稳定和钢度 因柱截面没有削弱 若柱整体稳定能满足要求 则柱的承载力也能满足要求 因此 只需 验算柱的整体稳定 平台高 6000mm 两端铰接 平台内与平台外的计算长度均为 6000mm 则 柱的刚度能满足要求 150 3137 743 6000 1508075 6000 6000 00 0 0 00 yyy y x x yx il i l mmll 按 b 类截面查得轴心受压稳定系数 408 0 0min y 平台柱自重标准值 kNN4 822 16005134 0 8 97850 1 这里的系数 1 2 为考虑焊缝及柱头 柱脚等引起的自重增加 柱承受的轴心力的设计值NN197258104 822 11093851 35 于是有 22 min 215 94 5143408 0 197258 mmNfmmN A N 柱整体稳定能满足要求 6 平台柱柱脚设计 平台柱承受的轴心力较小 柱脚采用平板式铰接构造形式如图所示 基础混凝土强度等级 为 C20 抗压强设计值 1 柱承受的轴心力设计值 NN197258104 822 110385 91 35 底板需要面积 2 1 720547 6 9 197258 mm f N A c 按构造要求取柱底板尺寸为 200 200 20 底板浄面积 222 1 720547387444 4200200mmAmmd 即取的底板尺寸满足要求 2 焊缝计算 mmtw1035 22175 2114 5 7175 21752 mm ft N h f w fw f 09 1 22 1 16010357 0 2 154133 按构造要求取 h 6mm 7 次梁与主梁的连接计算 如图所示 3 7 所所示 R 1 20 537 1124 22 267kN mmh h mmthf th V f f we w f we 6 2 765 17 139 2 按构造要求取 其中 即 8 梁与柱的连接计算 1 主梁与柱的连接 连接如图 3 8 所示 其中的螺栓为构造要求 不必进行计算 mmhmmmmth mmtmmth NkNkNRV ff f 77 21 697 4 115 15 1 90600 6 901515 02 12 1 2 21 取 时 当 其中侧面角焊缝或正面焊缝