钢结构平台设计计算书

哈尔滨工业大学（威海）土木工程钢结构课程设计计算姓名:学号:指导教师：二零一五年七月土木工程系*钢结构平台设计计算书一、设计某厂房内工作平台，平面尺寸为18X9m2(平台板无开洞)，台顶面标高为+4.000m,平台上均布荷载值为12kN/mf,设计全钢工作平台。二、结构形式平面布置，主梁跨度9000mm次梁跨度6000mm次梁间距1500mm铺板宽600mm长度1500mm铺板下设加劲肋，间距600mm共设8根柱。油子图1全钢平台结构布置图三、铺板及其加劲肋设计与计算1、铺板设计与计算(1)铺板的设计铺板采用6mm厚带肋花纹钢板，钢材牌号为Q235,手工焊，选用E43型焊条，钢材弹性模量E2.06105N/mm2,钢材密度7.85103kg/mm3。(2)荷载计算平台均布活荷载标准值：qLK12kN.,m26mnS花纹钢板自重:qDK0.46kNm2恒荷载分项系数为1.2,活荷载分项系数为1.3均布荷载标准值：qk均布荷载设计值：qk(3)强度计算花纹车冈板ba15006002.50.461212kNm20.461.2121.417.35kNm22.0,取0.100,平台板单位宽度最大弯矩设计值为:Mmaxqa20.10016.150.620.6264kNmMmax6MmaxmaxmaxWt260.62641.20.006287Nmm2215Nmm2(4)挠度计算取0.110,E2.06105N/mm2TOC\o"1-5"\h\z333vqka12.46106001130.11053aEt2.06106166150设计满足强度和刚度要求选用钢板尺寸一806,钢材为Q235加劲肋与铺板采用单面角焊缝,焊角尺寸6mm每焊150mm£度后跳开50mm此连接构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。加劲肋的计算截面为图所示的T形截面，铺板计算宽度为15t=180mm跨度为1.5m。(2)荷载计算加劲肋自重：0.080,6678.50,003768kNm均布荷载标准值：qk12.50.60,0037687.51kNm均布荷载设计值：qd17.350.61.20,0376810.455kNm(3)内力计算简支梁跨中最大弯矩设计值12Mmax-10.4551.522.94kNm支座处最大剪力设计值7.84kNV10.4551.521806380646(4)截面特性计算16.2mm1806806截面形心位置：yc截面惯性矩：132132I180631806(16.23)2836806(16.240)21212873680mm4支座处抗剪面积只计铺板部分，偏安全仍取180mms围，则AV18061080mm2(5)强度计算受拉侧应力最大截面塑性发展系数取1.20,M2.9410669.822文弯计算：195.74Nmm215NmmxWnx1.2873680一一人替VS7..84103108013.222受男计算：21.39N,mm125NmmIt8736806四、平台梁设计与计算*(PAGE\*MERGEFORMAT#)荷载计算铺板、铺板下加劲肋间距0.6m一GUQCi图3中间次梁计算简图1、中间次梁设计与计算计算简图：将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨6m次梁的荷载主要是由铺板一加劲肋传来相隔0.6m分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。选用热轧普通工字钢，设置主次梁,做成较接。次梁与主梁做成较接连接。主梁与柱子(1)初选截面次梁跨中均布线荷载设计值:*qBs10.4551.50.626.14kN.m次梁跨中弯矩设计值:Mx,max26.1462117.62kNm最小截面模量：Wx,mimMx,maxxf117.621.05215521.02cm3选用热轧普通工字钢I28b,7481cm4,S312.3cm3,tw10.5mmWx534.4cm3,r47.86kg/m,Ixxx*均布荷载标准值：qBsk7.511.50.643.4710219.21kNm均布荷载设计值：qBs26.141.243.4710226.71kNm(3)内力计算Mmax126.7162120.20kNm;V26.71%80.13kN(4)强度计算受弯计算:120.201061.05534.4103214.42N,mm2215Nmm2受剪计算：VSx80.13103312.310331.86N,mm2125Nmm2Ixt748110410.5TOC\o"1-5"\h\z(5)挠度计算32v5qBSKl519.256000311l384EIx3842.0610574811043512502、边次梁设计与计算计算简图：将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨6m次梁的荷主主要是由铺板一加劲肋传来相隔0.6m分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。但由于荷载较小，为方便与主梁和次梁链接，采用和中间次梁一样的型钢128b.3、主梁设计与计算(1)计算简图主梁与柱子两端为较接，主梁计算简图及其内力分布图如下所示1500L5001500L5CjO1W015009000@®1U6.25kNdO4,85kNSO.I31c\-244.b4kN-1212,49kN60SxS5kN;m,9".16kN;a109s931cN;图4计算简图及内力设计值分布图(2)截面初选：对跨中6等分点处作用5个相等集中荷载的简支梁，挠度计算系数B=0.102,平台梁允许挠度l/400=22.5mm。钢材选用Q345钢材强度设计值取310Nmm2图5组合主梁设计①梁的最小高度hmin20,102900023192.0610522.51.39795mm梁的弯矩设计值先根据计算得到的次梁梁端反力近似取为*(PAGE\*MERGEFORMAT#)荷载计算Mx21.1(2.580.134.580.133.080.131.5)1189.93kNm其中系数1.1是考虑主梁自重后的附加系数，则所需截面模量为1189.9310631033839cm②经济高度21he,133839581.43cm；he,273839“3076.60cm取h=800mrnfe初选截面高度。主梁腹板的初选厚度为tw，180110.813cm主梁腹板的初选厚度为3231.2280.13102.57601803.51mm惯性矩:Ix33(250800242768)121531472555mm4截面模量:Ix153147255540040033828681mm翼缘与腹板交界处面积矩、250163981568000mm3其中考虑翼缘板可能厚度后，取hw=760mm^腹板厚度为8mm主梁翼缘的经济宽度为800/5~800/3,即160mm~266.67mm®选为250mm梁翼缘厚可近似的估算：0.8Mxtfxhbf0.81189.9310615.35mm800250310式中0.8系考虑腹板抗弯能力后对翼缘所需承载力的折减。这样初选截面为：800mm(250mrK16mrK8mm(3)截面的几何性质计算：截面面积:A225016(800162)814144mm2/、213sxS1(400-16)28—2157824mm3形心轴处面积矩：2*作用于主梁上的集中力标准值:pkqBSK6.01155kN作用于主梁上的集中力设计值:pkqBS6.0160.26kN主梁自重的标准值并考虑构造系数1.05后qk1.05A1.051414410678.51.17kNm主梁自重的设计值：q1.2qk1.40kNm(5)内力计算梁端反力设计值V125p4.5q2.5160.264.51.40406.95kNM10kNm集中力作用处剪力及弯矩设计值V2左V1.5q406.951.51.40404.85kN;V2左V2右p244.59kN._2M21.5406.950.51.521.40608.85kNmV3左V2右1.5q242.49kN;V3右V3左p82.23kN_2M33.0406.951.5160.260.5921.40974.16kNm跨中及弯矩设计值V4左V3右1.5q80.13kN;V4右7也p-80.13kN_2M34.5406.951.5160.263160.260.54.521.401095.93kNm(6)强度计算跨中截面4:M4xwx1095.931061.053828681272.61Nmm2310Nmm2跨中截面翼缘与腹板交界处zsM/w2IxV4S1Ixt1095.937681062153147255580.13103156800015314725558274.79N.mm210.26N.mm22312275.17Nmm21.1310341Nmm2构造上考虑次梁连在主梁侧面，故此处不需要计算局部承压支座截面1vs"IJ406.9510315680001531472555852.08N.mm2180N.mm2因亘1.951.0,h0cr10.59(scls0.8)fv166.62Nmm21.20.9260.8该区格平均弯矩产生的腹板计算高度边缘弯曲正应力为608.8510676821531472555276.33Nmm2(406.95404.851032768866.06Nmm2276.33310266.06166.620.221,符合要求。(7)整体稳定计算考虑铺板及次梁对主梁受压翼缘提供的约束，整体稳定可以不计算(8)局部稳定计算：翼缘宽厚比125235——7.8115，一12.3816:fy主梁为焊接工字形截面梁，腹板的计算高h0=768mm腹板高厚比7689680匡66.0应配置加劲肋，8fy在集中力处配置加劲肋，间距为1.5m①近支座区格因梁受翼缘上有密布铺板约束其扭转——0.540.85,crf310Nmm21779641.5.344(7681500)2②近跨中区格259.53Nmm2(974.161095.932(82.2380.131032768822259.5313.21310166.62106768―1531472555213.21Nmm20.711,符合要求。(9)挠度计算:Pkl3115q/420mm22.5mmv48EIx3384EIx(10)腹板与翼缘连接焊缝计算采用工厂埋弧自动焊焊缝高度：hf按构造:hfmn3V1S1406.951015680020.7Ixftw153147255520.72001.5..tmax1.5.166mm；hf31.2%。1.48mm1.289.6mm取hf=8.0mm五、柱设计与计算1、边柱(1)截面选择图6构造及计算简图(1)柱截面初选一根主梁传根主梁传递力设设计值Ni406.95kN一根次梁传递的竖向反力设计值N280.13kN柱顶顶轴力设计：N406.95280.13567.71kN柱子计算简图如图所示，因有柱间支撑，柱子高度为梁顶高度减去梁高，即梁地面到地面的高度。因柱子高度不大，设弱轴方向计算长细比为入y=70,由附录查得b类截面；轴心受压构件的的稳定系数0.751,则所需面积3A567.21102A3513mm0.751215在所设边界条件下：loxloy3600mm,截面的回转半径y360051.42mm70查型钢的HW250250符合要求。选用HW250250基本几何系数：翼缘厚t14mm,腹板厚tw9mm,截面积A9218mm2,惯性矩Ix10800cm4,1y3650cm4,回转半径ix10.8cm,iy6.29cm,理论重量g72.4kg/m。(2)荷载计算柱顶轴力设计值可取N567.21kN,考虑一半柱子重量集中在柱顶N1.20.7242.01.738,小于原荷载的5%(3)整体稳定计算x360010833.3,y360062.957.23绕两主轴截面分类均属于b类曲线，查表得y0.823加567.311032.2则74.74Nmm215Nmm0.8239218(4)刚度计算max57.23150，满足要求2、角柱为了满足主梁与柱的节点连接要求，柱的截面仍选HW250250。主梁的力通过加劲肋传递到柱子腹板上，距离中性轴较近，可看作轴心力，可不验算其偏心。六、柱间支撑设置由于没有水平荷载且竖向荷载较小，所以柱间支撑可按构造设置。在2、3处设置横向和纵向柱间支撑，采用双角钢，如图所示。最大计算长度6.8m,允许长细比为200,则i竺003.4cm,选用2L808。支撑的连接采用200焊缝连接，焊缝尺寸为8mm同时在连接处设置M16的安装螺栓。在A、B处设置横向柱间支撑，采用八字形支撑，如图所示。最大计算长度.5520为5.52,允许长细比为200.则则i——2.76cm,选用2L808。支撑的连接200采用焊缝连接，焊缝尺寸为8mm同时在连接处设置M16的安装螺栓。沿次梁方向的柱间支撑图7沿主梁方向的柱间支撑七、节点设计1.主次梁连接(1)连接设计次梁与柱子连接选用选连接角钢L70X45X8,长度180mm钢材为Q235角钢用6mmi焊缝焊于主梁腹板，施焊时，不采用引弧板。次梁与角钢采用10.9级高强度螺栓承压型连接，螺栓规格M16螺栓排列时，离肢背距离按最小容许距离确定以减小偏心影响，螺栓边距皆40mm中心距皆100mm孔彳全为17.5mm其中梁腹板复核、螺栓连接计算与上文主次梁连接计算过程相同在此不再赘述，现在仅验算角钢连接焊缝的计算。角钢连接焊缝计算：由于螺栓位置相对角钢焊缝中心具有双重偏心(e与e2),其中偏心距e1=40mm为已知，偏心距e2需计算确定。因为围焊焊缝在转角处连续施焊，故只需在上下水平焊缝处各减6mmg落弧长度。图8主次梁连接节点构造图(2)梁端净截面复核设梁端仅腹板参与工作，腹板参与工作高度偏安全的假定为150mm螺栓开孔处内力为V80.13kN,M80.130.0443.53kNm腹板参与工作部分的截面特性TOC\o"1-5"\h\z___220010.5217.510.51732.5mmWw200310.5112217.510.5502八”.360813mm100剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算3.526106280.13103257.98215Nmm,46.25125N.mm608131732.5折算应力近似按以下方式计算：zs.231257.982346.25298.88Nmm2215Nmm2在距梁端70mmt,弯矩还会有增加，但由计算可知强度有较大富余。(3)螺栓连接计算梁端剪力引起的螺栓剪力：梁端弯矩引起的螺栓剪力:Nm1.763/0.117.63kN()单个螺栓的抗剪承载力:16-25050265N50.265kN单个螺栓的承压承载力:Ncb817.547065800N65.8kN(角钢厚度为8mm)强度计算'20.5217.6227.0kN<0.950.26545.24kN(4)角钢连接焊缝计算:由于螺栓位置相对角钢焊缝中心具有双重偏心(a与e2),其中偏心距ei=40mm为已知，偏心距e2需计算确定。因为围焊焊缝在转角处连续施焊，故只需在上下水平焊缝处各减6mmg落弧长度e22643226414015.3mm焊缝群受力为V41.0kNM41.00.01530.6273kNm焊缝群截面特性计算一一--2Awf(264180)60.71294mm,218034Ixwf(26490)60.76395760mm12Ixwf2643.1264(3213.3)218013.3260.7505223mm4,4IIwfIxwfIxwf6900983mm应力计算选取脚点G进行分析vyM2yMix380.1310129461.92Nmm21.06610613.369009832.05Nmm2M2z_63.2051090639576045.10Nmm2,1.06610690.0690098313.87Nmm2强度计算时偏安全取f1.0，有(1)主梁与柱顶的连接设计：梁的设计：次梁通过角钢将力传递到主梁的腹板上，次梁下设承台板—15012010,与次梁通过2M12普通螺栓连接，螺栓中心间距70mm承台板下设加劲肋一12049512,通过焊缝hf=8mm与主梁焊接，将主梁及次梁传来的力向柱传递。梁下设置垫板一5025020。柱的设计：柱顶设柱顶板30030016,在柱子腹板中心对应的腹板上设置支撑加劲肋，梁下翼缘焊接一垫板，将梁的反力通过接触传力传递到柱顶,梁下翼缘和顶板用4M14普通螺栓安装定位。详细构造及尺寸如图所示刖喃掰榔藤hJTH。针大W50图9边柱与柱的连接(2)梁端加劲肋设计bsh0405044056.8mm,厚度ts-bs3.7mm按构造要求：303015取bs120mnits8mm,采用一12012,板材Q345,E5以旱条Mhf6mm,lw60hf360mm加劲肋竖向焊缝验算R0.7hflw567.710.76360493.86Nmm2567.7180103c20.76360226150.18Nmm2f158.401,1.22加劲肋平面外稳定验算105.62167.35Nmm2200Nmm2I。％504mm，十字形截面2A21.2121.22457.6cm2,I1.224.83121525.29cm41525.29■-57.65.14cm,l0i50.45.149.76,0.992R567.71103A0.9925760299.36310mm实际承压面积R567.71103A1920295.68310mm2（符合要求）柱顶加劲肋水平焊缝计算N567.71hflw0.782404105.61N.mm21.22215262.3N.mm2符合要求(3)柱顶加劲肋设计与验算加劲肋板选用—25024012,钢材Q235,E43焊条，hf8mm须计算支座反力弯矩的影响3567.716010ZZZ2c20.7824026158.40N.mm2N4lwhe——567.71——105.6160N/mm2（符合要求）42400.781501811.2293.862154.80Nmm2200Nmm2符合要求。(4)加劲肋平面外稳定验算由于柱顶的加劲肋比主梁的加劲肋要短，且厚度一致，故平面外稳定满足。八、柱脚设计轴心受压且轴力较小，柱脚连接采用柱脚直接焊接于底板上，底板与基础用锚栓锚固，混凝土基础采用C2Qfcb9.6mm2o图10柱脚设计计算(1)底板面积根据柱底外包轮廓线给出底板尺寸B=250mm+40mm=290mm300mmH=250mm+40mm=290mn300mm初选螺栓孔直径24mm底板上的锚栓空洞直径50mmAs1962mm2NcBH2Ao567.73103300300219626.69.6Nmm2底板厚度A区格：c=25mm,M0.5cc20.56.62522062.5kNmcbB区格：b1125mm,a1250mm，则巴0.5,查表，得0.058ai2____2Mcc0.0586.625023925c底板厚度为+6Mmax623925t力26.46mm,取t28mm-f.205焊缝强度验算取焊缝尺寸hf10mm,则焊缝应为N567.23103证2(25020)2(250920)22220.71060.201.221601952N,mm2(满足要求)(61.922.05)245.10213.87278.93N,mm2160Nmm22.主梁与柱子连接