钢结构平台设计计算书.doc

哈尔滨工业大学（威海）土木工程
钢结构课程设计计算书

姓 名：田英鹏
学 号：121210111
指导教师：钱宏亮

二零一五年七月
土木工程系

钢结构平台设计计算书
一、设计资料
某厂房内工作平台，平面尺寸为18×9m2（平台板无开洞），台顶面标高为 +4.000m，平台上均布荷载标准值为12kN/m2，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。
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
铺板采用厚带肋花纹钢板，钢材牌号为，手工焊，选用 型焊条，钢材弹性模量，钢材密度 。
（2） 荷载计算
平台均布活荷载标准值：
6mm厚花纹钢板自重：
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：
均布荷载设计值：
（3） 强度计算
花纹钢板，取，平台板单位宽度最大弯矩设计值为：

（4） 挠度计算
取

设计满足强度和刚度要求。
2、加劲肋设计与计算

图2 加劲肋计算简图
（1）型号及尺寸选择
选用钢板尺寸，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15t=180mm，跨度为1.5m。
（2） 荷载计算
加劲肋自重:
均布荷载标准值：
均布荷载设计值：
（3） 内力计算
简支梁跨中最大弯矩设计值

支座处最大剪力设计值

（4） 截面特性计算
截面形心位置:
截面惯性矩:

支座处抗剪面积只计铺板部分，偏安全仍取180mm范围，则

（5） 强度计算
受拉侧应力最大截面塑性发展系数取1.20，
受弯计算：
受剪计算：
四、平台梁设计与计算

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—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，次梁与主梁做成铰接连接。主梁与柱子 做成铰接。
（1)初选截面
次梁跨中均布线荷载设计值：
次梁跨中弯矩设计值：
最小截面模量：
选用热轧普通工字钢I28b,

（2) 荷载计算
均布荷载标准值：
均布荷载设计值：
（3) 内力计算
；
（4) 强度计算
受弯计算：
受剪计算：
（5) 挠度计算

2、 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。次梁的荷载主要是由铺板—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I28b.
3、主梁设计与计算
（1）计算简图
主梁与柱子两端为铰接，主梁计算简图及其内力分布图如下所示

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β=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 。

图5 组合主梁设计
①　 梁的最小高度

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

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

②　 经济高度

取h=800mm为初选截面高度。
主梁腹板的初选厚度为
主梁腹板的初选厚度为
其中考虑翼缘板可能厚度后，取hw=760mm，选腹板厚度为8mm。
主梁翼缘的经济宽度为800/5~800/3，即160mm~266.67mm。初选为250mm， 梁翼缘厚可近似的估算：

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×250mm×16mm×8mm。
（3）截面的几何性质计算：
截面面积:
惯性矩:
截面模量:
翼缘与腹板交界处面积矩:
形心轴处面积矩:
（4）荷载计算
作用于主梁上的集中力标准值:
作用于主梁上的集中力设计值:
主梁自重的标准值并考虑构造系数1.05后

主梁自重的设计值:
（5）内力计算
梁端反力设计值

集中力作用处剪力及弯矩设计值

跨中及弯矩设计值

（6）强度计算
跨中截面4：

跨中截面翼缘与腹板交界处

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1

（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

主梁为焊接工字形截面梁，腹板的计算高h0=768mm
腹板高厚比

①　 近支座区格
因梁受翼缘上有密布铺板约束其扭转

该区格平均弯矩产生的腹板计算高度边缘弯曲正应力为

②　 近跨中区格

（9） 挠度计算：

（10） 腹板与翼缘连接焊缝计算
采用工厂埋弧自动焊

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

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λy=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

查型钢表的。
(2) 荷载计算
（3）整体稳定计算

绕两主轴截面分类均属于b类曲线，查表得

(4) 刚度计算

2、 角柱
为了满足主梁与柱的节点连接要求，柱的截面仍选HW250×250。
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，选用。支撑的连接采用焊缝连接，焊缝尺寸为8mm，同时在连接处设置M16的安装螺栓。
在A、B处设置横向柱间支撑，采用八字形支撑方案，如图所示。最大计算长度为5.52，允许长细比为200.则则，选用。支撑的连接采用焊缝连接，焊缝尺寸为8mm，同时在连接处设置M16的安装螺栓。

图6 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L70×45×8，长度180mm，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100mm，孔径为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（e1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6mm起落弧长度。
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

腹板参与工作部分的截面特性

剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算

折算应力近似按以下方式计算：

在距梁端70mm处，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：
单个螺栓的抗剪承载力：
单个螺栓的承压承载力：
强度计算
（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（e1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6mm起落弧长度。

焊缝群受力为

焊缝群截面特性计算

应力计算选取脚点G进行分析

强度计算时偏安全取,有

2.主梁与柱子连接
(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 ，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，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。
柱的设计：柱顶设柱顶板,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

图9 边柱与柱的连接
（2）梁端加劲肋设计
按构造要求：

加劲肋平面外稳定验算

柱顶加劲肋水平焊缝计算

符合要求
（3）柱顶加劲肋设计与验算
加劲肋板选用

须计算支座反力弯矩的影响

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C20，。

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=290mm.取300mm
H=250mm+40mm=290mm.取300mm
初选螺栓孔直径24mm,底板上的锚栓空洞直径50mm,

底板厚度

焊缝强度验算