课程设计钢结构平台设计

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1、钢结构平台设计一设计题目某车间工作平台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 3kN/m2。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，位置不限。平 台顶面标高为 6m，平台下净空至少 4m，梁柱

2、铰接连接。平台平面内不考虑楼梯设置。2.参考资料：1)2)3)4)钢结构设计教材 钢结构设计规范 建筑结构荷载规范 钢结构设计手册四设计内容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 ：a)b)4m柱4m主梁次梁次梁主梁支撑4m53.6=18mc)H=柱支撑2.平台铺板设计x(1)确定有关尺寸铺板采用有肋铺板，板格尺寸为 1000mm1500mm。根据结构要求及荷载作用情况，取铺 板厚 6mm，板肋尺寸为 6mm60mm。(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：q =7850

3、 9.8 6 10-3=0.462 kN / m2板肋自重标准值：q =7850 9.8 6 60 10-6=0.0277 kN / m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：b / a =1500 /1000 =1.5 a, 所以 M M , 那么 Mx ymax=Mx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：活荷载标准值为：q =0.462 1 +0.0277 =0.4897 kN / m q =3kN / m加劲肋的跨中最大弯矩为：M =验算铺板和加劲肋的计算强度1 1ql 2 = (1.

4、2 0.4897 +1.4 3) 1.5 2 =1.347kN m 8 8铺板截面的最大应力为s =6M 6 0.386max = =64.33MPa f =215 N / mm t 2 h 6 2 10 -62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A =(90 2 6 +60 6) 10 -6 =1440 mm2截面形心轴到铺板的距离：y =180 6 3 +60 6 36 180 8 +60 6=11.25mm =0.01125m截面对形心轴 x 的截面惯性矩:6 3 60 3I =180 +180 6 8.25 2 +8 +8 60

5、24.75 2 =4.0527 10 5 mm 4 =4.0527 10 -7 m 412 12加劲肋截面最大应力为4M 1.347 10 3 0.01125 s = =W 4.0527 10 -7 x铺板和加劲肋钢度验算 铺板查表得a =0.0843=37.39 MPa f =215 N / mm2普板面荷载标准值q =0.462 +3 =3.462 kN / m 2铺板跨中最大挠度：Vmaxq a 4 3.462 10 3 14 =a =0.0843 Et 3 h 2.06 10 11 6 3 10 -9=6.56mm钢板容许挠度:V=l/150 =1000 /150 =6.67 mmVm

6、axV(满足刚度要求)加劲肋 加劲肋跨中最大挠度Vmax5ql 4 5 (0.4897 +3) 10 3 1.5 4 = =384 EI 384 2.06 1011 4.0527 10 x-7=2.76mm加劲肋容许挠度V=l/250 =1500 / 250 =6 mmVmaxV(满足刚度要求)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=0.73455kN / m活荷载标准值：q=3 1.5=4.5 kN / m次梁跨中最大弯矩：

7、Mmax=18ql2=(1.2 0.73455 +1.4 4.5) 52/ 8 =22.44 kN / m(1)截面选择梁所需的截面抵抗矩W =xM22.44 10max =f 215 10 63=1.044 10 -4 m 3 =104.4 cm 3次梁采用工字形型钢截面，由型钢规格查表得：I16:A=26.1cm2,Ix=1130cm ,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)+1.44.55 /8=29.98Kn

8、.m作用在梁上的荷载为静力荷载，因此，截面最大应力smax=MmaxgWx=23.195 1.05 1.41 10-4=156.67 N / mm2 f =215 N / mm2抗剪承载力验算 次梁最大剪力：Vmax=ql / 2 =1.2(0.73455 +0.0205 9.8) +1.4 4.55/2 =18.56 kN截面最大剪应力：tmaxV S= max max =I tx w18.56 10 3 13.8 10 -2 6 10-3=22.4 N / mm 2 f =125 N / mmv2(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

9、整体稳 定。(4)梁的刚度验算抗弯强度计算Vmax=5q l 4k384 EIx=5 (0.7345 +0.0205 9.8 +4.5) 10 384 2.06 1011 1130 10 -8354=19 mmV=l/250 =5000 / 250 =20mmVmaxV(满足刚度要求)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：活荷载标准值：F =(0.73455 +20.5 9.8 10 F =4.5 5 =22.5kN-3 ) 10 35 =4.677 kN主梁支座反力：R =4 4F = (

10、1.2 4.677 +1.4 22.5) =74.23kN 2 2(1)主梁跨中最大弯矩：M =74.23 3 -37.1124 1.5 =167.022kN m maxV =R =74.23kNmax主梁的截面抵抗矩：W =xM 167.022 10 5 max =g f 1.05 215 10 x2=739.85cm3主梁截面最小高度：hmin=l /15 =7500 /15 =500 mm根据截面的最小高度和抵抗矩选 H 型钢x2)2(2)梁截面验算截面承载力验算A =114.2， I =47800 cm 4， W =1910 cmx x3梁自重标准值：q =7850 9.8 0.011

11、4 1.05 =920.85 N / m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：1M =167.02 + 920.85 1.2 7.58210-3=174.79kN mVmax=74.23 103+920.85 1.2 3.75 =78.37 kN弯曲正应力验算s =MxgWxx=174.79 10 6 1.05 1910 103=87.16 N / mm2 f =215 N / mm（2 满足要求）剪应力验算Smax=0.016 0.2 0.258 +0.25 0.01 0.125 =1.14 10 -3 m 3tmax=V S 7

12、8370 1.14 10 max max =I t 47.8 10 10 7 x w5=18.78 N / mm2 f =125 N / mm v2跨中截面边缘折算应力s =174.79 250 10 47800 10 46=91.42 N / mm2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,l /b=1800/201=916 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R =k4 4F = (1.2 4.667 +1.4 22.5 ）=74.22kN 2 2跨中最大弯矩：Mmax=74.22 3

13、 -27.117 1.5 =181.894 kN m跨中最大挠度：VmaxM l 181.894 10 3 56.25 = k =10 EI 10 2.06 1011 47800 10 x-8=10.4mmV=l400 =7500 / 400 =18.75mmVmax=V（满足要求）局部稳定验算 翼缘局部稳定验算b / t =100 /10 =10 13 1腹板局部稳定验算h / t =500 /16 =31.25 800 w5.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N =5 F +ql =5 37.1124 10 3 +920.85

14、1.2 7.5 =193.85kN(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l=100按 b 类截面查轴心受压稳定系数j=0.555平台柱所需的截面面积A =N 1.9385 10 5 =jf 0.555 215 106=1.62 10-3m2=1620 mm2取柱按结构要求为 HW175 175其截面特征值：t =7.5 mm, t =11mm, A =51.43cm 1 22重量重量40.3kg / m, I =2900cmx4, I =984cm y4, W =331cm x3, i =7.5cm, i =4.37cm x y(2)验算平台柱截面的承载力、整体稳定和钢度因

15、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l0 x=l0 y=6000 mmll =0 xl =l0 y0 x0 yi=6000 / 75 =80 l=150yi =6000 / 43.7 =137.3 l=150柱的刚度能满足要求。 y按 b 类截面查得轴心受压稳定系数：jmin=j0 y=0.408平台柱自重标准值：N =7850 9.8 0.005134 6 1.2 =2.84 kN 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

16、力的设计值N =1。9385 10 5 +1.2 2.84 10 3 =197258 N于是有s =jNminA=1972580.408 5143=94 N / mm2A =20547.71mm 2即取的底板尺寸满足要求 (2)焊缝计算t =2 175 +2 (175 -7.5) +4 11 +2 (175 -22) =1035mm wh fNt f w bw f f=154133.20.7 1035 160 1.22=1.09 mm按构造要求取 h=6mm7.次梁与主梁的连接计算如图所示 3-7 所所示。 R=1.2 0.5 37.1124=22.267kNheVtw fw即hf et 13

17、9.17 mmw2其中5 6 h 7.2f按构造要求取h =6 mmf8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。V =1.2 R =1.2 0.5 151kN =90.6kN =90600 Nh 1.5 t =1.5 11 =4.97 mm当t 6 mm时，f 1 2h =t -(1 -2) mm =7 mm取h =7 mmf 2 f其中侧面角焊缝或正面焊缝的计算长度不得小于 8h 和 40mm所以Vh te w其中t f w即h t 556.25mm f e w=（2t -2 h ）w w f2按构造要求，取角钢 L75 50 8 （2）次梁与柱的连接连接如图 3-9 所示V=1.2R=1.20.5(1.24.677+1.422.5)=22.67kNh 1.5 t =1.5 7.5 =4.11mm f 1焊缝有效截面如图 3-10 所示。当t 6mm时， h t , 取 h =5 mm 2 f 2 fVh tcw fwfhct 139.17mmw2按构造要求取角钢 L56 36 5