钢结构设计计算书模板

1、.钢结构设计原理课程设计计算书专业： 土木工程姓名学号：指导老师：精选范本.目 录设计资料和结构布置-11. 铺板设计1.1 初选铺板截面 -21.2 板的加劲肋设计 -31.3 荷载计算 -43. 次梁设计3.1 计算简图-53.2 初选次梁截面 -53.3 内力计算 -63.4 截面设计 -64. 主梁设计4.1计算简图 -74.2初选主梁截面尺寸-75. 主梁内力计算5.1 荷载计算-95.2 截面设计-96. 主梁稳定计算6.1内力设计-116.2 挠度验算-136.3 翼缘与腹板的连接 -137 主梁加劲肋计算7.1支撑加劲肋的稳定计算-147.2连接螺栓计算 -147.3加劲肋与主

2、梁角焊缝-157.4连接板的厚度 -157.5次梁腹板的净截面验算-158. 钢柱设计8.1截面尺寸初选 -168.2整体稳定计算 -168.3局部稳定计算 -178.4刚度计算 -178.5 主梁与柱的链接节点-189. 柱脚设计9.1底板面积 -219.2底板厚度 -219.3螺栓直径 -21精选范本.10. 楼梯设计10.1 楼梯布置 -2210.2 踏步板计算 -2210.3 梯段梁设计 -2311. 斜支撑设计11.1 支撑布置-2511.2斜支撑刚度计算 -251精选范本.设计资料某机床加工车间，厂房跨度 24m，长度 96m.设计对象为厂房内的钢操作平台，其平面尺寸为 30.0m

3、 × 12.0m ，室内钢结构操作平台建筑标高为4.000m。设计使用年限 50 年，结构安全等级二级，拟采 用钢平台。(1) 钢平台楼面做法：采用花纹钢板或防滑带肋钢板。(2) 楼面活荷载标准值：根据工艺要求取为 6.0KN/m 。(3) 钢平台结构连接方式：平台板与梁采用焊接（角焊接）；次梁与主梁采用高强度螺栓连接；主梁 与柱采用焊接或高强度螺栓连接，定位螺栓采用粗制螺栓。(4) 材料选用：型钢、钢板采用Q235- A. F；焊条采用 E43 ××型。粗制螺栓采用Q235 钢材。(5) 平台柱基础混凝土强度等级 C25。(6) 连接方案：次梁与主梁采用高强螺栓

4、侧面铰接连接，次梁与主梁的上翼缘平齐；主梁与柱采用侧 向铰接连接；柱与基础采用铰接连接；平台板与主（次）梁采用焊接（角焊缝）连接。试对铺板、次梁、主梁、钢柱以及次梁与主梁、主梁与柱上端、柱脚及钢楼梯进行设计。连接方案结构布置梁格布置：采用单向板布置方案，柱网尺寸为 6.0m × 6.0m ；主梁沿横向布置，跨度为 6m；次梁沿纵向布置，跨度为 6.0 m。次梁的间距为 1.5m；单块铺板的平面尺寸为 0.75m × 1.5m 。平台结构平面布置如图 1 所示。加劲肋次梁主梁柱柱间支撑1柱间支撑图 1 钢平台平面布置图精选范本.一、铺板设计1.1. 初选铺板截面在铺板的短跨方

5、向设置15 道加劲肋，间距l1750mm 。取 t7mm平板厚度 tl1 150 l1 1205.0 6.25mm。1.2. 计算简图因铺板区格长边之比b / a1.5 / 0.752.0 可作为多跨连续的双向板计算，加劲肋和次梁作为其支承边。1.3. 内力计算（ 1）荷载计算78.50.00727mm 厚花纹钢板：0.55KN/mg1kN / m 2平台板永久荷载标准值：0.55平台板可变荷载标准值：q2N23.0 k / m平台板的荷载基本组合值：Pg1.20.551.33.0 kN / m 24.26 kNG 1Qq / m 22平台板的荷载标准组合值：Pg q0.553.03.55kN

6、 / m 2k12（ 2）内力计算平台板单位宽度最大弯矩：Mpa2max0.102 4.56 0.7520.26 kNm平台板的最大挠度：3.55 10-p a437504k0.111fmm1.75mm353maxEt2.06107注：根据 b/a=2.0 ，查表 4-1 可得，均布荷载作用下四边简支板的弯矩系数 =0.102 ， =0.111。1.4. 截面设计（ 1）强度计算 铺板的强度按式（ 4-5） 计算'1'2'3'4'5'6精选范本.M 6MmaxmaxWt26103N /f215N /0.26mm226.5N / mm 2 mm21

7、.272'7f1.7511（ 2） a750428.57150'8精选范本.二、板的加劲肋设计2.1.计算简图加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊脚尺寸6mm，每焊 150mm 后跳开 50mm 间隙（图 2-2b）。此 连续构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。加劲肋高度取 h = 80 mm，厚度 6 mm，按 T 形截面计算，受压区为铺板翼缘， t = 7mm，受压区 长度 30 t = 210 mm，如图 2-2c 所示。加劲肋的跨度为 1.5m，计算简图如图 2-2a所示图 2-2 b图 2-2 c精选范本.精选范本.2.2.荷载计算铺板为四边支承板，较精确地计算可假定荷

8、载按梯形分布，为简化计算，可安全地均布荷载考虑， 即取加劲肋的负荷宽度 750mm。永久荷载标准值：0.550.750.41kN /平台板传来永久荷载m78.50.080.04 kN /加劲肋自重0.006mg k 0.45 kN / mqk3.0 0.75kN / m2.25kN可变荷载标准值：/ m荷载的基本组合值：PG gkQ qk1.20.451.3 2.25 3.47 kN / m荷载的标准组合值 :Pkgkqk（ 0.452.25）kN / m2.70kN / m（ 3）内力计算跨中最大弯矩设计值M max1/8 pl21/83.471.52km0.98 N支座处最大剪力设计值11

9、Vmax2 pl23.47 1.5kN 2.60kN（ 4）截面特性计算截面形心位置yc 210 7 3.5 80 6(407) mm14.21mm 210780 6截面惯性矩I1210732107(14.213.5)216803121280 624)(72.79- 40)946705 . 9 0 mm(支座处抗剪面积只计算铺板部分，偏于安全的仍取210mm 范围，则Av21071470 mm2（ 5）强度计算受弯强度计算按式 (4-7)计算，受拉侧应力最大截面塑性发展系数取1.2.M max0.9810662.79N /fN / mm2 (满足要Wxnx精选范本.'20'91

10、10111112113114'15'16'17'18'194精选范本.按抗剪强度公式计算：V SVmaxmaxI1.5A=tV1.52.6/ 1470 2.65 N / mm 2125 N / mm2 （满足要求）= 0fv（ 6）变形计算 加劲肋的挠度按式（ 4-9）计算：f5p l352.701500311（满足要求）k5946705.9l384EI x3842.061001643.64150三、钢结构次梁设计3.1.计算简图次梁与主梁铰接，按简支梁计算，跨度l0 = 6.0 m，如图 3-1 所示。加劲肋支撑间距750每根次梁的负荷面积主梁'

11、;21'223-1 次梁计算简图3.2.初选次梁截面次梁的荷载主要由铺板 -加劲肋传来相隔 750 mm 分布集中荷载，每个加劲肋传到次梁上的集中 荷载设计值q =3.34KN/m× 1.5 / 0.75= 6.94 KN/mBS'23qBSK=2.70KN/m× 1.5 0.75= 5.40KN/m'24精选范本.次梁采用轧制普通工字钢，假定铺板不起刚性楼板作用。跨中无侧向支撑，上翼缘受均匀布荷载， 自由长度为 6.0m。精选范本.假定钢号为 2240 之间，查钢结构设计规范（GB 50017-2003）附表 B.2，=0.6。次梁跨中弯矩设计值M

12、max=1 qBS l 2 = 1× 6.94×92KN· m=70.27KN·m'2588所需的截面抵抗矩Wx1.021.02MXmm3 =555.62cm3max = 70.27 106bf0.6 215'26选用 I 32a, h=320mm, b=130mm, t=15.0mm, tw=9.5mm,Wx =692cm3, I x =11080cm4,自重为 60Kg/m=0.527KN/m'273.3.内力计算包含自重在内的次梁均布荷载基本组合值qBS = ( 6.94 + 1.2 ×0.527 ) = 7.57

13、 KN/m'28均布荷载标准组合值qBSK =（ 5.40 + 0.527）= 5.93 KN/m'29最大弯矩基本组合值Mmax= 1 qBS L217.579276.65 KN·m'30最大剪力基本组合值88Vmax 1 q L1BS=7.57934.07 KN'31223.4.截面设计轧制型钢梁不需要验算局部稳定；正截面强度不起控制作用；连接处净截面抗剪强度见连接节点 计算。截面积算内容包括承载力极限状态的整体稳定和试用阶段极限状态的挠度。（1）整体稳定性计算M76.65106max2bW184.61fN215 /x0.6 692103mm (满

14、足要求 )'32（ 2）挠度验算f5qBSKl355.839000311l =384EI x3842.0610515796264.86250（满足要求）'33精选范本.1046精选范本.四、初选主梁截面4.1.计算简图主梁与柱铰接，按简支梁计算，跨度l0 = 6.0m，计算简图见图4-1图 4-1 主梁计算简图a)计算简图b）内力图c)截面尺寸4.2.初选主梁截面尺寸（1）梁腹板高度 hw 梁承受次梁传来的集中荷载，主梁的负荷长度为 6.0m。次梁传来集中荷载设 计组合值： P = 7.57 KN/m × 9 m = 68.13 KN次梁传来集中荷载标准组合值： PK

15、 = 5.4 KN/m × 9 m = 48.60 KN 主梁的弯矩设计值近似按此梁端部反力计算3 Pll11M X1.1 (22P 4) 1.12 Pl 1.12 68.13 7.5 281.04KNm '34精选范本.注：系数 1.1 为考虑主梁自重后的附加系数。则所需的截面抵抗矩为精选范本.Wnx M x36'35f =281.04mm× 10/215 =1307.16cm3按下式确定梁的经济高度：he=733'36Wnx 30cm=7 × 1307.16 -30cm=46.53cm主梁的最小高度按刚度条件确定，由表4-2 可见，梁的

16、允许挠度为l0 400 ，其最小高度hmin 必须满足：hmin l0 15 =7500mm/15=500 mm取梁的腹板高度hw =500mm，满足最小高度要求，且接近经济高度。 （2）梁腹板厚度tw 梁腹板可按式（ 4-13）估算：tw =hw = 50 cm=0.6428cm =6.43mm1111取 tw = 8mm,大于 6mm 的最小要求。（ 3）梁翼缘尺寸 b× t取上、下翼缘相同，截面模量按式计算：t h2w wWx =6+bthw可得到所需的上（下）翼缘面积：0.8btWxtw hw1307.165022hw- 6=(506)cm19.48cm翼缘宽度 b =（ 1

17、6 1/2.5）h = 83.33 200 mm，b 的取值不能小于构造要求的最小值，且不于 180 mm 。取 b = 200 mm,翼缘厚度取 t = 10 mm, 满足 8mm 的要求。单个翼缘面积222满足要求。A1 = 20cm× 1 = 20cm > 19.48 cm主梁截面尺寸如图4-24C 所示。（4）几何特征主梁截面面积：A22001050088000mm 2主梁截面惯性矩：I nx2005203 /121925003 /12343.47 106mm4I y2102003 /1250083 /1213.36106 mm4抗弯截面模量：W363nx /( h /

18、 2)343.47/(520 / 2) mm1.80mm'37'38'39小'40'41'42精选范本.I10610nx'43中和轴以上部分的面积距：S20010255mm32507601038125mm3mm3'44精选范本.翼缘对截面中和轴的面积距：S1 200 10 255 mm3510 103 mm3'45五、主梁内力计算5.1. 荷载计算取加劲肋的构造系数为1.05，主梁自重标准值：gk1.058000 10678.5KN / m0.66KN / m'46主梁自重设计值 :荷载计算g 1.2gk1.20.

19、66KN / m0.79KN/ m'47截面最大弯矩的基本组合值M max(68.136 / 20.7962 / 8) KNm207.95KN m'48截面最大剪力的基本组合值Vmax1.5P3g(1.568.13 30.79)KN104.57KN'49主梁内力图如图4-24b 所示。5.2.截面设计（ 1）强度计算抗弯强度：M max207.95 106222W1.05 1.32 1110.02N /f215N /=6N / mmmm mm（满足要求） '50x nx0抗剪强度：104.57103770V S103N / mm2max29.31 f125N /

20、I t343.476mm2'51nx w108（满足要求）(2)整体稳定计算次梁可以作为主梁的侧向支撑。主梁受压翼缘的自由长度l1 =1.5m ，受压翼缘宽度 b1 =200mm。l1 / b 1 = 1500 / 200 = 7.5 16，因此可不计算主梁的整体稳定性。精选范本.（ 3）翼缘局部稳定计算 梁受压翼缘自由外伸宽 b1 =( 200 8 ) / 2= 96 mm，厚度 t=10 mm。b196235t10 9.613 f y13'52精选范本.故受压翼缘局部稳定满足要求。（4）腹板局部稳定验算和腹板加劲肋设计= 500mm, = 8mm , 所以/=500 / 8

21、 = 62.5 < 80 235 f y= 80 ，且无局部压应力（），偏安全按照构造配置横向加劲肋。根据连续需要，在次梁位置设置横向加劲肋，间距a=1.5m。腹板两侧成对布置。其外伸宽度 bs要求满足 :bh0500mm 取'5340(40 )56.67s=（）mm/2=96,b200-8s3030加劲肋的厚度 ts 应满足：tsbs96 mm6.4,ts8mm'54mm1515b :因梁受压翼缘上有密布铺板约束其扭转，腹板受弯计算时的通用高厚比b 2h250010.71 <twf y8'55c0.85177235177因此，临界应力crf =215N/m

22、m 2。a/h 0=1500/500=3.0>1, 腹板受剪计算的通用高厚比:Sh twf y500 80S= 415.344(h0 a)2235415.3442'56(500 1500) 1 0.634 0.80因此，临界应力= 125 N / mm 2精选范本.六、主梁稳定计算6.1.内力设计根据主梁的剪力和弯矩分布（图 4-24b），需对各地区段分别进行局部稳定性验算。根据区段：平均弯矩 M1 = ( 2/5pl+2/25ql 2+ 0 ) / 2 = 103.97 KN·m157平均剪力 V 1 = （2p+1/2ql+2p+3/10ql ）KN/2 = 138

23、.63KN ，则弯曲应力和平均剪应力分别为M1h =103.631000000 500 /2 343.471000000 N / mm275.42N / mm22I XV1h t =138.631000 / 500 8N / mm234.66N / mm2w w因局部压应力为0，区段的局部稳定：2275.42/ 21575.42/ 21534.66/12534.66/1250.201.0crcr区段：平均弯矩=(2/5pl+2/25ql 2+3/5pl+3/25ql 2) / 2= 259.93 KN·m平均剪力= （ 2p+2*3/10ql+p ）/ 2 = 207.95KN ，则

24、弯曲应力和平均剪应力分别为M 2 h= 259.931000000500/ 2343.47 1000000189.19N / mm22I XV2 =207.95 1000 /500 8N / mm251.99N / mm2hwtw因局部压应力为0，区段的局部稳定：22=189.19/215189.19/215+ （ 51.99/12551.99/125=0.951.0'58'59'60'61'62'63'64crcr= =注：计算主梁跨度是4.5 米、 6 米的同学，主梁内力计算有2 个区段，右边序列号有61、 62、63、 64.计算主

25、梁跨度是7.5 米、 9 米的同学，主梁内力计算有3 个区段，右边序列号增加第三区段的65、 66、 67、 68.精选范本.= =其中：主梁跨度是7.5 米，区段 3 的计算M3右=3/5P*L+3/25Q*L 2=311.92M中=4/5P*L+1/8Q*L 2=312.14区段 3 的平均弯矩值应取以上两式的平均值，平均值的符号为M 区段 3=312.03Q3右=3/5Q*L'6511精选范本.Q中=0区段 3 的平均剪力值应取以上两式的平均值，平均值的符号为V 区段 3= =则弯曲应力和平均剪应力分别为M 2 h2I XV2hwtw= =因局部压应力为0，区段的局部稳定：221.0crcr区段 3 局部稳定计算，要小于1.0 满足要求=其中：主梁跨度是 9.0 米，区段 3 的计算M3右=5/6P*L+1/9Q*L 2M中=3/4P*L+1/8Q*L 2区段 3 的平均弯矩值应取以上两式的平均值，平均值的符