课程设计钢结构平台设计

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/m。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

2四．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)

4m 次梁 主梁 b)

柱

次梁 主梁

支撑

4m 4m 5× 3 .6=18m c)

H= 柱 支撑

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 ①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9.861030.462kN/m2

6板肋自重标准值：q78509.866010

0.0277kN/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2.0

查表得：10.0812

铺板面荷载设计值q1.20.4621.434.754kN/m

33铺板单位宽度最大弯矩为Mx1qa0.08124.75410.386kN•m

2因为ba,所以MxMy,那么Mmax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：q0.46210.02770.47kN/m 活荷载标准值为：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 铺板截面的最大应力为s121ql(1.20.471.43)1.521.347kN•m 886Mmax60.3862.33MPaf215N/mm 226th610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1440mm2

截面形心轴到铺板的距离：y截面对形心轴x的截面惯性矩:

180636063611.25mm0.01125m

1808606636032Ix18018068.25886024.7524.0527105mm44.0527107m4

1212加劲肋截面最大应力为

M1.3471030.011252 s37.39MPaf215N/mm7Wx4.052710②铺板和加劲肋钢度验算 铺板

查表得a0.0843

普板面荷载标准值q0.46233.462kN/m 铺板跨中最大挠度：

'2Vmaxq'a43.46210314a30.08436.56mm

Eth2.06101163109钢板容许挠度: Vl/1501000/1506.67mm

VmaxV(满足刚度要求)

加劲肋 加劲肋跨中最大挠度

5ql45(0.473)1031.54Vmax2.76mm

384EIx3842.0610114.0527107加劲肋容许挠度Vl/2501500/2506mm

VmaxV(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=0.471.5=0.73455kN/m 活荷载标准值：q=31.5=4.5kN/m 次梁跨中最大弯矩：Mmax(1)截面选择

12ql(1.20.734551.44.5)52/822.44kN/m 8Mmax22.441034331.04410m104.4cm梁所需的截面抵抗矩Wx f215106次梁采用工字形型钢截面，由型钢规格查表得：

I16:A=26.1cm,Ix=1130cm,Wx=141cm,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 ①抗弯承载力验算

考虑自重后Mmax=[1.2(0.73455+0.02059.8)+1.44.5]5/8=29.98Kn.m

2

2

4

3

作用在梁上的荷载为静力荷载，因此，截面最大应力

maxMmax23.19522156.67N/mmf215N/mm Wx1.051.41104②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4.55/218.56kN

截面最大剪应力：

VmaxSmax18.5610322 max22.4N/mmf125N/mmv23Ixtw13.810610(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

Vmax5qkl45(0.73450.02059.84.5)1035419mm 118384EIx3842.0610113010Vl/2505000/25020mm

VmaxV(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：F(0.7345520.59.810)1054.677kN 活荷载标准值：F4.5522.5kN 主梁支座反力：R3344F(1.24.6771.422.5)74.23kN 22(1)主梁跨中最大弯矩：

Mmax74.23337.11241.5167.022kN•mVmaxR74.23kN主梁的截面抵抗矩：

Mmax167.022105Wx739.85cm3 2xf1.0521510主梁截面最小高度：hminl/157500/15500mm 根据截面的最小高度和抵抗矩选H型钢

(2)梁截面验算 ①截面承载力验算

A114.2，，，Ix47800cm4，，，Wx1910cm3

梁自重标准值：q78509.80.01141.05920.85N/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：

1Mx167.02920.851.27.52103174.79kN•m 8Vmax74.23103920.851.23.7578.37kN弯曲正应力验算

Mx174.791062 87.16N/mm2f215N/mm（满足要求）3xWx1.05191010剪应力验算

Smax0.0160.20.2580.250.010.1251.14103m3

VmaxSmax783701.14105max18..78N/mm2fv125N/mm2 7Ixtw47.81010174.7925010691.42N/mm2 跨中截面边缘折算应力44780010②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。 ③钢度验算

主梁在标准荷载作用力支座反力

Rk44F(1.24.6671.422.5）74.22kN 22跨中最大弯矩：Mmax74.22327.1171.5181.4kN•m

Mkl2181.410356.25跨中最大挠度：Vmax10.4mm 11810EIx102.06104780010Vl4007500/40018.75mm

VmaxV（满足要求）

④局部稳定验算

翼缘局部稳定验算

b1/t100/101013

腹板局部稳定验算

h0/tw500/1631.2580

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N5Fql537.112410920.85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100 按b类截面查轴心受压稳定系数0.555

3N1.93851051.62103m21620mm2 平台柱所需的截面面积A6f0.55521510取柱按结构要求为HW175175

其截面特征值：t17.5mm,t211mm,A51.43cm 重

量

2重量40.3kg/m,Ix2900cm4,Iy984cm4,Wx331cm3,ix7.5cm,iy4.37cm

(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

l0xl0y6000mm0xl0xi6000/7580150y

0yl0yiy6000/43.7137.3150柱的刚度能满足要求。按b类截面查得轴心受压稳定系数：min0y0.408

平台柱自重标准值：N178509.80.00513461.22.84kN 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。

。9385101.22.8410197258N 柱承受的轴心力的设计值N1于是有53NminA19725894N/mm2f215N/mm2

0.4085143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

N1.93851051.22.84103197258N

底板需要面积

AN19725820547.71mm2 fc9.6按构造要求取柱底板尺寸为-200*200*20

底板浄面积：2002004d/438744mmA20547.71mm 即取的底板尺寸满足要求 (2)焊缝计算

222tw21752(1757.5)4112(17522)1035mm N154133.21.09mm w0.710351601.22tfwffhf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=1.20.537.1124=22.267kN

Vhetwffw即hetw139.17mm2

其中56hf7.2按构造要求取hf6mm8．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1.2R1.20.5151kN90.6kN90600Nhf1.5t11.5114.97mm当t26mm时， hft2(12)mm7mm取hf7mm其中侧面角焊缝或正面焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm

V所以het其中twffw即hetw556.25mm2w

（2tw2hf）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=1.20.5(1.24.677+1.422.5)=22.67kN

hf1.5t11.57.54.11mm

焊缝有效截面如图3-10所示。 当t26mm时，hft2,取hf5mm

Vhctwffw

hctw139.17mm2

按构造要求取角钢L56365

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