L=9.6l=7.2 钢平台设计

1、钢结构设计原理开 课 分 院： 课程设计名称： L=9.6/l=7.2 钢平台设计学指生导姓 名： 教 师： 完成日 期： 2目录1.设计内容与设计参数. 1 1.1设计内容. 1 1.2设计参数. 2 2.次梁 LL1 设计. 2 2.1荷载汇集与计算简图. 2 2.2梁截面选择. 3 2.3截面复核. 3 3.主梁 L1 设计. 3 3.1荷载汇集与计算简图. 3 3.2截面选择. 6 3.3强度及挠度验算. 6 3.4整体稳定验算. 73.5加劲肋设置与局部稳定验算. 84.柱 Z3 设计. 104.1荷载汇集与计算简图. 10 4.2截面选择. 10 4.3强度、刚度与整体稳定验算.

2、11 4.4局部稳定验算. 11 5.主次梁螺栓连接计算与节点图. 11 5.1确定节点荷载与螺栓布置. 12 5.2螺栓连接验算. 13 1. 设计内容与设计参数1.1 设计内容图 1.1 所示钢平台，其结构平面布置图如图 1.2，按照任务要求，本人设计内容为边次梁 LL-1、中间主梁 L-2 和中柱 Z4，并设计主次梁螺栓连接。2-LL1-LL2-LL2-LL3-LL2-LL2-LL1-LL3Z1Z1Z1-L1-L2-L4Z2Z2Z2-L1-L1-L1Z3Z1Z图 1.1钢平台1-LL2-LL3-LL2-LL2-LL1-LL图 1.2钢平台结构平面布置图 9 1.2 设计参数钢材 Q235

3、-B，焊条 E43 型，螺栓 C 级。柱和次梁采用型钢，主梁采用焊接钢板梁，梁均按两端铰接设计，节点连接为螺栓连接，主、次梁计算跨度分别为 9.6m 和 7.2m，次梁间距 3m 和 3.3m，次梁上翼缘与楼板焊牢，柱按轴心受压构件设计， 计算长度 6m，楼面恒载与活荷载标准值分别为 4.5 和 6kN/m2。1.3 次梁 LL1 设计1.4 荷载汇集与计算简图恒载标准值（楼面传来的恒载和次梁自重）glk = s1gk + 0.12l = 1.5 4.5 + 0.12 7.2 = 7.614kN / m活载标准值（楼面传来的活载）ql = s q = 1.5 6 = 9.00kN / mk1

4、k总荷载标准值p = gl + ql = 7.614 + 9 = 16.61kN / mlkkk总荷载设计值pl = 1.2gk +1.3qk = 1.2 7.614 +1.3 9 = 20.84kN / m跨中弯矩与支座剪力设计值llM = p l2 / 8 = 20.84 7.22 / 8 = 135.0kN mVl = pll / 2 = 20.84 7.2 / 2 = 75.0kN计算简图及内力如图 2.1q=20.84kN/ 7M=135.0kN.V=75.0kN图 2.1次梁计算简图与内力图1.5 梁截面选择次梁挠度允许值查教材附表 1.7 为v / l = 1 / 250 ，由此

5、，次梁所需截面惯性矩为5 p l3516.61 72003 10-4I lk= 9797cm4x 384En / l384 2.06 105 (1 / 250)由强度控制所需梁截面抵抗距M135.0 1033gfW l = 598.0cmnxx1.05 215x43选择型钢 HN35017569，Ix = 11200cm ,W = 649cm , q = 0.410kN / m ，另外 I32a也合适，但用材多不做首选。1.6 截面复核次梁截面无削弱，且所选截面的截面特性参数均大于所需，故挠度与正截面强度满足。根据经验，该梁抗剪强度富余较多，验算省略。次梁上无集中力，无需验算局部承压次梁受压翼

6、缘与楼板牢靠连接，不必验算整体稳定次梁为型钢梁不必验算局部稳定3.主梁 L2 设计3.1 荷载汇集与计算简图均布恒载标准值（梁半宽楼面传来的恒载和主梁自重）kg L = 0.12l = 0.12 9.6 = 1.152kN / m总均布荷载标准值Kkp = g L = 1.152kN / m总均布荷载设计值Lkp = 1.2g L = 1.2 1.152 = 1.38kN / m次梁传来集中恒载标准值P2 K = plkl = 35.514 7.2 = 255.70kN ，1KP P2 K (s1 + s2 ) = 255.70 (3 + 3.3) = 244.08kN2s12 3.3次梁传来

7、总集中力设计值P2 = pll = 44.60 7.2 = 321.12kN ，1P = P2 (s1 + s2 ) = 321.12 (3 + 3.3) = 306.52kN2s12 3.3支座剪力与跨中弯矩标准值V r = P1k s1 + P2k (s1 + s2 ) + 1 p L LkL2 k= 244.08 3 + 255.70(3 + 3.3) + 1 1.152 9.69.62= 249.61kNM= V r 4.8 - P (4.8 - s ) - 0.5 p (4.8)2LkLk2k2k= 249.61 4.8 - 255.70 (4.8 - 3.3) - 0.51.152

8、 4.82= 801.3kN mV r = P1s1 + P2 (s1 + s2 ) + 1 pLLL2= 306.52 3 + 321.12 (3 + 3.3) + 1 1.38 9.69.62= 313.15kNM = V r 4.8 - P (4.8 - s ) - 0.5 p(4.8)2LL22= 313.15 4.8 - 321.12 (4.8 - 3.3) - 0.51.38 4.82= 1005.5kN m主梁计算简图及内力如图 3.1 所示P1=306.52kNP2=321.12kNP=1.38kN1( 1 )230003300330096001( 1 )2977.011025

9、.87M(kNm)3227.74323.6017.08( 1 )112.53V（kN）-308.59-313.15图 3.1主梁计算简图与内力图3.2 L2 截面选择主梁挠度允许值查教材附表 1.7 为v / l = 1 / 400 ，由此，梁最小高度为hming xnfL134 104= 1.05 400 215 960 = 64.7cm134 104由强度确定所需截面抵抗矩为W MLnx g1005.5 1033=4454.0cmx f梁的经济高度为1.05 215h 73 W- 30 = 73 4454.0 - 30 = 85.2cme nx选取梁腹板高度hw = 85cmhw8 5 0

10、梁腹板厚度tw = 2/ 7 = 2/ 7 = 8 .3 m m，选取tw= 8 mm翼缘板的截面尺寸由强度控制所需梁截面抵抗距A W / h - t h / 6 = 4454.0 / 85 - 0.8 85 / 6 = 41.1cm2f nxww w选取b = 280mm ， t = 16mm ，则b / t = 17.5 26 ，翼缘板不会局部失稳xfA = bt = 44.8cm23.3 强度及挠度验算所选截面如右图 3.2：1-885010.885=68cm22-1628021.628=89.6cm2A=157.6cm2计算截面几何特性参数A = 2 1.6 28 + 0.8 85 =

11、 157.6cm2334Ix = (28 88.2 - 27.2 85 ) / 12 = 208951cmWnx= 2Ixh= 2 208951 = 4738cm3 88.223Sx = 281.6 43.3 + 0.8 85 / 8 = 2662cm3SxA = 281.6 43.3 = 1940cm图 3.2主梁截面内力计算：由于原估算的梁自重实际所选梁自重相差不大，对内力计算结果影响很小，故直接采用 3.1 节内力计算结果。整体稳定验算：因侧向支撑间最大距离为 3.3ml1 / b = 330 / 28 = 11.8 16 （见附表 1.8） 故无需计算整体稳定抗弯强度验算(b - tw

12、 ) /2 / t = (280 - 8) /2 / 16 = 8.5 13所以g x = 1.05M maxg xWnx= 1005.5103 =1.05 4738202.1N / mm2 f =215N / mm2抗剪强度计算t max= Vmax SxIxtw = 327.74 103 2662 =208951 81052.2N / mm2 f =v125N / mm2局部承压强度验算：因主次梁采用平接，无需验算。次梁作用点外侧主梁截面腹板顶端处的折算应力该截面的弯矩和剪力分别为：Mx = 1025.87kN m，Vx = -308.59kN m腹板顶端的应力：6s = M max y

13、= 1025.87 10 425 =2 =2Inx208951104208.7 N / mmf215N / mm3t= VSx A = 308.59 10 1940 =2maxIxtw 208951 81035.8N / mms 2 + 3t 2s 0 =208.72 + 3(35.8)2 = 217.7N / mm2挠度 1.1 f= 1.1 215 = 236.5N / mm2 , 可验算条件：v = MLk L10EI x v =L1400 vT =L801.3106 960010 206 103 208951104= 1 1 ， 可560400vQ L1 , 不控制，计算从略5003.

14、4 整体稳定验算因侧向支撑间最大距离为 3.3ml1 / b = 330 / 28 = 11.8 80235 / f y需设横向加劲肋tw8 150不需设纵向加劲肋235 / f y考虑到在 1/3 跨度附近有次梁相连，该处必须设横向加劲肋，横向加劲肋的最大间距为 2.5h0=2.5850=2125mm，故最后取横向加劲肋布置如图 3.3 所示AB图 3.3 主梁横向加劲肋布置（2）区格的局部稳定性验算1）区格所受应力s = M1 + M 2 ymax= ( 1 490.1106 ) 425= 49.8N / mm22Ix2208951104式中 M1 和 M2 为所计算区格左右的弯矩，yma

15、x 为中和轴至腹板上端的距离。t = V1 + V2 = 327.7 + 325.7 103 = 48.0N / mm22hwtw s c = 02）区格的临界应力2 850 8l = h0 / twf y = 850 / 8 = 0.694 1.0 时，415.34 + 4(h / a)20lb =h0 / tw=850 / 8= 1.019 0.841 5.34 + 4(850 / 1600)2 1.2t= 1- 0.59(l- 0.8) f= 1- 0.59(1.019 - 0.8) 125 = 108.9N / mm2cr s v s c,cr不比计算3)局部稳定验算2 s 2 t s

16、验算条件为： s + t + s c 1.0cr cr c,cr 49.8 2今上式左边= 215 满足条件，可 48.0 2+ 108.9 + 0 = 0.248 1.0（3）区格的局部稳定验算s = (490.1+ 977.0) 106 425= 149.2N / mm22208951104t = (325.7 +17.08) 103 1= 25.2N / mm22850 8稳定条件为：2 s 2 t s 149.2 2 25.2 2 s+ t + s c= + + 0 = 0.535 1.0，可cr cr c,cr 215 108.9 （4）区格的局部稳定验算s = (977.0 +10

17、03.3) 106 425= 201.4N / mm22208951104t = (17.08 +14.80) 103 1= 2.34N / mm22850 82局部稳定条件为:2 s t s 201.4 2 2.34 2 s+ t + s c= + + 0 = 0.878 1.0，可cr cr c,cr 215 108.9 通过以上计算，说明取如图所示的横向加劲肋布置是合理的。（5）横向加劲肋的截面尺寸b h0 + 40 = 850 + 40 = 68.3mm, 采用b= 90mms 3030st bs = 90 = 6.0mm, 采用t= 6mms 1515sN2( 1 ) 6mO1N4.

18、 柱 Z3 设计4.1 荷载汇集与计算简图（1）设计资料1）柱上、下端均为铰接，计算长度： lox = loy = 6.00m2）柱子承受轴心压力设计值：N = 44.60 7.2 + 313.15 2 = 947.42kN计算简图如图 3.4 所示 10 4.2 截面选择（1）试选截面方案一1）H 型钢截面当lox = loy 时，因ix D图 3.4 柱 Z3 计算简图iy ，不可能做到 x 和 y 两方向长细比相等，而由对 y 轴的长细比l 控制。假设l =100，则i= loy= 600 = 6.0cmyyyy100lH 型钢截面对 y 轴屈曲时为 b 类截面，查附表 1.20 得：l = 100时，j =0.5552）需要截面积N947.42 103-22A= j f3）试选截面= 0.555 215 10= 79.4cm按此数据查型钢表（附表 2.6），选用 HW 250250914，yxA = 92.18cm2 , i = 6.29cm, i =