钢结构加劲肋版

《钢结构设计原理》课程设计任务书

题 目：钢框架工作平台设计

姓 名：

班 级：

学 号：

建筑工程系

一、设计规范及参考书籍

1、规范

（1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）

（2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2010）

（3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB5009－2001） （4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB50017－2003） （5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001） 2、参考书籍

（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003

（4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工

业出版社，2005

（5）包头钢铁设计研究院 中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢

结构设计与计算（第二版），机械工业出版社，2006

二、设计资料

某厂一操作平台，平台尺寸16.000×18.000m，标高2.50m（第一组），平台布置图如图1所示。该平台位于室内，楼面板采用压花钢板，平台活载按4.0kN/m2考虑。设计中仅考虑竖向荷载和活载作用。

三、设计内容要求

（1）板的设计（板的选择、强度验算、挠度验算） （2）选一跨次梁设计（截面设计、强度验算、刚度验算） （3）选一跨主梁设计（截面设计、强度验算、刚度验算）

（4）柱的设计（截面设计、整体稳定性验算） （5）节点设计（主梁与柱的连接、主次梁的连接） （6）计算说明书，包括（1）～（5）部分内容

（7）绘制平台梁柱平面布置图、柱与主次梁截面图、2个主梁与柱

连接节点详图（边柱和中柱）、2个次梁与主梁连接节点详图（边梁、中间梁）、设计说明。(A2图纸一张)

四、设计过程

1.板的设计

（1）板的选择

选用8mm厚的压纹钢板，钢材牌号为Q235，其自重为66.8kg/m2。铺板采用加劲肋，间距为1000mm，其示意图如下：

（2）板的强度验算

压花钢板按四边简支板算，对于单位板带有： 楼面活载标准值：qk0=4.0KN/m2

楼面恒载标准值：qk1=66.8×9.8÷103=0.655KN/m2 楼面荷载标准值：qk=4+0.655=4.655KN/m2 楼面荷载设计值：

q=1.2 qk1+1.4 qk0=0.655×1.2+4×1.4=6.386KN/m2

最大弯矩：Mmaxqa2

由b/a=2000/1000=2（a、b分别为四边简支板的短边和

长边），查表可得α=0.1017，β=0.1106，γ=1.2。 Mmaxqa0.10176.38610.649KNm/m 板的强度

22max6Mmax60.6491032250.74N/mmf215N/mm

xt21.282 所以板的强度满足要求。

（3）板的挠度验算

vmax

qka44.65510310004l100030.11064.88mmv6.67mm53Et2.06108150150 所以板的挠度满足要求。

（4）加劲肋的设计

○1计算尺寸

肋板的高度取跨度的1/15～1/12，即取67～83mm，选用钢板80×6mm，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长度后跳开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30t=240mm，跨度为1m。 ○2荷载计算

分布在一T形截面简支加劲肋上的设计荷载应为1000mm范围内的荷载，加劲肋自重为0.08×0.006×78.5=0.038KN/m，按均布荷载考虑。

均布荷载标准值： qk4.65510.0384.693KN/m均布荷载设计值： qd6.38611.20.0386.432KN/m ○3内力计算

简支梁跨中最大弯矩设计值：

Mmax16.432223.216KNm 8 支座处最大剪力设计值： Vmax

16.43226.432KN 2 ○4截面特性计算

A=2400mm2 Ix=1009664mm4 W上=78880mm3 W下=13426.4mm3

○5强度及挠度验算

Mmax3.216106max199.6N/mm2f215N/mm2

xW1.213426.4VSV6.432103221.51.520.1N/mmf125N/mm max vItAV8065qkl454.69320004lvmax4.7mmv6.7mm5384EIx3842.06101009664150

故加劲肋强度和挠度满足要求。

2.次梁设计 （1）次梁选择

选取I16热轧工字型钢做次梁，钢种为Q235，其截面特性如下：h=160mm b=88mm t=6mm A=26.11cm2 Ix=1127cm4 WX=140.9cm3 Sx=80.8cm3 gk=0.2KN/m

（2）荷载计算

将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨4m。次梁的荷载

主要是由铺板—加劲肋传来相隔1m分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。

均布荷载标准值：qk=4.693×2+0.2=9.586KN/m 均布荷载设计值：q=6.432×2+0.2×1.2=13.104KN/m 计算简图为：

13.104 4000

次梁弯矩图：

次梁剪力图：

（3）强度验算 ○1抗弯强度：

Mmax26.20810622max177.1N/mmf215N/mm

xWnx1.05140.9103 ○2抗剪强度：

VSx26.20810380.810322max31.32N/mmf125N/mmv

It11271046 ○3折算应力（腹板与翼缘连接处）：

h01402177.1154.96N/mm maxh160VSx26.20810366103225.58N/mm

It11271046c232154.962325.582161.17N/mm21.1f1.1215236.5N/mm2

故次梁的强度满足要求。

（4）刚度验算

5qkl459.58640004l4000v13.76mmv16mm54384EIx3842.0610112710250250

所以次梁的刚度满足要求。 （5）整体稳定性验算

l400045.513，所以需验算其整体稳定性。由查表 由于b88可得：b0.876。故：

MX26.20810622212.33N/mmf215N/mm

bWx0.876140.9103所以整体稳定性满足要求。

由于选用的次梁为热轧工字钢，故不需验算其局部稳定性。

3.主梁设计 （1）主梁选择

由于边主梁荷载小于中间主梁荷载，所以按中间主梁设计计算。选取I32a热轧工字型钢做主梁，钢种为Q235，其截面特性如下：

h=320mm b=130mm t=9.5mm A=67.12cm2 Ix=11080cm4 Wx=692.5cm3 Sx=400.5cm3 γ=52.69kg/m

(2)荷载计算

设主梁与柱子两端为铰接，主梁承受自重和次梁传递的集中荷载。其计算简图如下：

荷载标准值：

3① 主梁自重：52.699.8100.516KN/m

② 恒载集中力：1.586226.344KN ③ 活载集中力：422232KN 荷载设计值：

① 主梁自重：0.5161.20.6192KN/m ② 恒载集中力：6.3441.27.7196KN ③ 活载集中力: 321.444.8KN

梁内跨中最大弯矩为：

1M0.619262(7.719644.8)(31)107.83KNm8 两端最大剪力为：

1V0.619267.719644.8252.83KN 2（3）强度验算 ①抗弯强度

在翼缘边缘的弯曲应力为：

max

M107.831062148.3N/mmf 3xWnx1.05692.510②抗剪强度

在腹板中间处剪应力为：

VSx52.83103400.510322max20.10N/mmf125N/mmvIxt110801049.5

3折算应力 ○

腹板与翼缘连接处为：

maxh0290148.3134.4N/mm2 h320VSx20.10103297.3810328.99N/mm

It110801046c232134.4238.992135.3N/mm21.1f

所以强度满足要求。

（4）刚度验算

5ql46.81pl350.6192600046.8152.8310360003lv9.27mm16mm54384EIx3842.06101108010250 所以刚度满足要求。 （5）整体稳定性验算

l400030.813，所以需验算其整体稳定性。由查表 由于b130可得：b0.933。故：

MX107.831062166.89N/mmf 3bWx0.933692.510所以整体稳定性满足要求。

由于选用的主梁为热轧工字钢，故不需验算其局部稳定性。

4.柱的设计 （1）柱的选择

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。选用HW150×150型钢，钢种为Q235，其截面特性如下： t=10mm tw=7mm A=4055mm2 γ=31.9kg/m Wx=221cm3 Ix=1600cm4 Iy=564cm4 ix=6.39cm iy=3.73cm Wy=75.1cm3 (2)无偏心柱设计计算

1荷载计算 ○

一根主梁传递的竖向反力设计值：N1=52.83KN 一根次梁传递的竖向反力设计值：N2=26.208KN 柱顶轴力设计值：N=(52.83+26.208)×2=158.076KN 2整体稳定性验算 ○

2500250039.12 y67.02 长细比：x63.937.3由xy，故只需考虑y方向。查表得：b0.769。

N158.07610350.69N/mm2f bA0.7694055 所以整体稳定性满足要求。 （3）主梁作用偏心柱设计计算

○1荷载计算

柱顶轴力设计值：N=52.83+26.208×2=105.246KN 柱顶弯矩设计值：M=52.83×150/2×10-3=3.96KN • m

○2强度验算

MxN105.2461033.96106243.02N/mmf3AxWnx40551.0522110 3整体稳定性验算 ○

平面内稳定：查表得x0.903，而mx0.65。

225EA2.06104055'NEx4897.4KN 221.1X1.139.12mxMxNxAW(10.8N)XX1'NEx 105.2461030.653.96106240.13N/mmf105.2460.90340551.05221103(1)4897.4所以平面内稳定满足要求。

平面外稳定：查表得y0.769，而tx0.65，1。

y2fy67.0222351.070.968 b1.074400023544000235txMx105.2461030.653.96106N33.76f 3yAbWx0.76940550.96822110所以平面外稳定满足要求。

（4）次梁作用偏心柱设计计算 ○1荷载计算

柱顶轴力设计值：N=52.83×2+26.208=131.868KN 柱顶弯矩设计值：M=26.208×150/2×10-3=1.966KN • m

2强度验算 ○

NMy131.8681031.966106257.45N/mmf 3AyWny40551.0575.1103整体稳定性验算 ○

平面内稳定：查表得y0.769，而mx0.65。

225EA2.06104055'NEy1668.6KN 221.1y1.167.02

myMyNyAW(10.8N)yy1'NEy131.868100.651.9661057.21N/mm2f0.76940551.0575.1103(1131.868)1668.636

所以平面内稳定满足要求。

平面外稳定：查表得x0.903，而ty0.65，1。

fyx239.1222351.071.0351 b1.074400023544000235故b1。

tyMy131.8681030.651.966106N253.03N/mmf3xAbWy0.9034055175.110 所以平面外稳定满足要求。

（5）角柱设计计算 ○1荷载计算

柱顶轴力设计值：N=52.83+26.208=79.038KN

柱顶弯矩设计值：Mx=52.83×150/2×10-3=3.96KN • m My=26.208×150/2×10-3=1.966KN • m

○2强度验算

MyNMxAxWnxyWny 79.0381034055 1.9661063.96106261.49N/mmf331.0575.1101.05221103整体稳定性验算 ○

tyMymxMxNxAW(10.8N)bWyXX1'NEx79.0381030.653.961060.651.9661060.90340551.05221103(179.038)175.1103

4897.449.93N/mm2fmyMytxMxNyAW(10.8N)bWxyy1'NEy79.0381030.651.9661060.653.961060.76940551.0575.1103(179.038)0.968221103

1668.654.39N/mm2f 所以整体稳定性满足要求。

5.节点设计 （1）主次梁连接

试采用下图的连接形式。根据主次梁截面几何尺寸，选连接角钢70×8，长度130mm，钢材为Q235。角钢用6mm角焊缝焊于主梁腹板，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50mm，孔径为17.5mm。

设梁端仅腹板参与工作,螺栓开孔处内力为 :

V26.208KNM26.2080.0451.179KNm

腹板参与工作部分的截面特性

Aw1406217.56630mm2WW1(13036/12217.56252)14880mm3 65剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算。

1.17910679.23N/mm2f14880 26.20810341.6N/mm2f630 折算应力近似按以下方式计算：

79.232341.6298.68N/mm2f

螺栓连接计算：

梁端剪力引起的螺栓剪力：NV26.208/213.104KN 梁端弯矩引起的螺栓剪力：NM1.179/0.06518.14KN

16231062329.2N62.33KN 单个螺栓的抗剪承载：N4bVbN单个螺栓的承压承载力：c81650064000N64KN

强度计算：

13.104218.14222.38KN0.962.3356.097KN

角钢连接焊缝计算：