中南大学 钢结构 课程设计.docx

中南大学 钢结构 课程设计钢结构课程设计计算说明书 一、设计资料 1.设计条件 某厂一操作平台，平台尺寸16.000×12.000m，标高4.00m，平台梁柱布置图如图1所示。该平台位于室内，楼面板采用压花钢板，平台活载按2.0kN/m2考虑。设计中仅考虑竖向荷载和活载作用。 2.设计要求 (1)板的设计 (2)选一跨次梁设计 (3)选一跨主梁设计 (4)柱的设计 (5)节点设计 (6)计算说明书，包括部分内容 (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、2个次梁与主梁连接节点详图、设计说明。(2# 图纸一张), 二、设计方案 1、板的设计 确定铺板尺寸 使用压花钢板，厚度取15mm，密度为7.85kg/m3 验算板的强度和挠度 铺板承受的荷载 恒载标准值：gk=7.85´9.8´15´10-3´1=1.154kN/m 活载标准值：pk=3.0´1=3.0kN/m 荷载总标准值：qk=gk+pk=1.154+3.0=4.154kN/m 恒载设计值：g=1.154´1.2=1.385kN/m 活载设计值：p=3.0´1.2=4.2kN/m 荷载总设计值：q=1.385+4.2=5.585kN/m 根据规范，ba=6000=4>2，a1=0.1250,a2=0.0375,a3=0.095,b=0.1422 1500因为a1>a2,a1>a3 所以Mmax=Mx=a1qa2=0.1250´5.585´1.52=1.571kNgm 验算强度及挠度 强度验算： smax满足设计要求 挠度验算： vmax6Mmax6´1.571´103=34.91N/mm2<215N/mm2 22gxt1.2´15qka44.154´10-3´150046000=b=0.1422´=4.301mm<v=40mm 333Et206´10´151500满足设计要求 2、平台次梁设计 确定次梁截面 假设平台次梁与平台主梁铰接，承受着铺板传递的均布荷载，位于中间的次梁承受着两侧铺板传递的荷载，所以选取中间的次梁进行计算，次梁受力如图所示 恒载标准值：gk=1.154´1.5/2=0.866kN/m 活载标准值：pk=3.0´1.5/2=2.25kN/m 恒载设计值：g=0.866´1.2=1.039kN/m 活载设计值：p=2.25´1.4=3.15kN/m 11次梁跨中最大弯矩：Mmax=ql2=´2´(1.039+3.15)´62=37.701kNgm 88次梁所需最小截面抵抗矩 Wx=Mmax/f=37.701´106/205=183907mm3 根据规范次梁选用I18热轧型工字型截面，经验算挠度不满足设计要求，故选用I20a热轧型工字钢 截面特性：A=35.55cm2 Ix=2369cm4，Wx=236.8cm3，Sx=136.1cm3，tw=7mm，单位重量27.91kg/m 验算强度及刚度 强度验算： 1Mmax=1.2´(0.866´2+27.91´9.8´10-3)+1.4´2.25´2´62=39.18kN×m 8smaxVmax=Mmax39.18´106=157.58MPa<f=215MPa 3gxWx1.05´236.8´10ql1=1.2´(0.866´2+27.91´9.8´10-3)+1.4´2.25´2´6=26.12kN 22tmax强度满足设计要求 VmaxSmax26.12´103´136.1=21.44MPa<fv=125MPa Ixtw2369´10´7刚度验算： vmax5qkl45´(0.866´2+27.91´9.8´10-3+2.25´2)´60004=22.5mm 54384EIx384´2.06´10´2369´10v=l6000=24mm>vmax=22.5mm 250250因此，采用I20a次梁的刚度符合要求，其截面形式见下图： 3、平台主梁设计 由简化力学模型可知，忽略掉连续梁对框架梁的荷载影响，可以简化为简支梁进行设计验算，而次梁的荷载又分为横载和活载两部分，故要考虑荷载的最不利布置情况。选取位于中间的一组框架梁做分析计算，由于将次梁简化为两端铰接，各个部分所传递的荷载都相同。位于中间的框架梁同时承受两个次梁传递的荷载。 确定主梁截面 主梁位于平台边缘支座受到次梁传递的荷载： 标准值：Fk=2´(0.866+2.25+27.91´9.8´10-3)´6/2=20.34kN 设计值：F=2´1.2´(0.866+27.91´9.8´10-3)+1.4´2.25´6/2=27.10kN 主梁除位于平台边缘支座处受到次梁传递的荷载： 标准值：Fk=2´(0.866´2+2.25´2+27.91´9.8´10-3)´6/2=39.03kN 设计值：F=2´1.2´(0.866´2+27.91´9.8´10-3)+1.4´2.25´2´6/2=52.24kN 主梁所受荷载如图所示 Mmax=156.72kNgm,Vmax=78.36kN 最小弯矩抵抗矩Wx=Mmax/f=156.72´106/215=728930mm3，经验算选用I32c、I36a、b、c时挠度均不满足设计要求，所以选用I40a型热轧工字钢 截面特性：A=86.07cm2 Ix=21714cm4，Wx=1085.7cm3，Sx=631.2cm3，tw=10.5mm，单位重量67.56kg/m 验算强度及刚度 强度验算： 计算主梁荷载如图所示 主梁跨中最大弯矩Mmax=160.3kNgm 最大剪力Vmax=80.75kN smaxMmax160.3´106=140.62MPa<f=215MPa gxWx1.05´10.857´105tmaxVmaxSx80.75´103´631.2´10322 =22.36N/mm<f=125N/mmv4Ixtw21714´10´10.5强度满足设计要求 刚度验算： umax5qk4Ml2=l+384EIx10EIx 5´67.56´9.8´10-3´60004160.3´106´60002L=+=13.15mm<=15mm384´2.06´105´21714´10410´2.06´105´21714´104400 刚度满足设计要求 4、柱的设计 截面确定 选取位于中间的柱进行计算 荷载标准值: Fk=3.0´6´6+7.85´6´6´15´10-3´9.8´10-3+5´27.91´6´9.8´10-3+67.56´6´9.8´10-3=120.22kN荷载设计值： F=1.4´3.0´6´6+1.2´(7.85´6´6´15´10-3´9.8´10-3+5´27.91´6´9.8´10-3+67.56´6´9.8´10-3)=165.86kN假设柱假定平台柱的长细比l=80，平台一端固定一端自由，lox=loy=2´4=8m 按b类截面计算，查得其轴心受压稳定系数j=0.688 平台柱所需截面面积 N165.86´103A=1121.3mm2 ff0.688´215经验算选用HW200´200-HW300´300间型钢都不满足稳定性验算，所以选用HW350´350型钢，Q345钢材。 截面特性：A=173.9cm2 43Ix=40300cm4，Wx=2300cm3，ix=15.2cm，Iy=13600cm，Wy=776cm，iy=8.84cm，t1=12mm，t2=19mm，r=20mm 单位重量137kg/m 验算强度及稳定性 长细比 lox=lox/ix=8000/152=52.63<l=150 loy=loy/iy=8000/88.4=90.50<l=150 柱的刚度满足要求。 由于loy>lox，lyfy235=90.50´345=109.65 235查钢结构基本原理表4-4可知采用b类曲线，查钢结构规范b类截面轴心受压稳定系数得：f=0.495。 平台柱自重标准值 N1=7.85´9.8´0.0137´4´1.2=5.06kN 柱承受轴心力设计值 N=165.86+5.06=170.92kN Ncrd=ffyA=0.495´310´173.9´10-2=266.85kN>g=170.92kN 整体稳定性满足设计要求 腹板稳定性验算： h0318235=26.5<(25+0.5l)=62.3 tw12fy翼缘稳定性验算： b175-6235=8.89<(10+0.1l)=18.25 t19fy局部稳定性满足要求。 5、柱与梁的连接设计 柱顶板取为450´450´15，顶板上的垫块为450´150´10，平台柱柱头承受压力N通过柱头腹板两侧的加劲肋传递，每一侧加劲肋承受N/2， 加劲肋与腹板的连接焊缝承受着剪力和弯矩的共同作用。根据构造要求，螺栓采用直径d=20mm的C级普通螺栓即可，孔径取21.5mm。 柱头压力N，经柱顶板端面承压传给加劲肋，大小为N=165.86kN (1)计算加劲肋端面承压面积 A=N165.86=259.2mm2 fcc2´320选加劲肋为170´10，两侧加劲肋端面承压面积为 A=2´170´10=3400mm2 加劲肋端面承压满足要求。 (2)验算加劲肋与腹板的连接焊缝 加劲肋与腹板连接焊缝承受的剪力和弯矩分别为 V=N/2=165.86/2=82.93kN M=0.5´0.17´V=0.5´0.17´82.93=7.05kN×m 按构造要求假设焊缝的厚度hf=6mm，焊缝的长度l=250mm 由剪力产生的焊缝剪应力为 V82.93´103t=41.14N/mm2 A2´0.7´6´(250-10)由弯矩产生的焊缝正应力为 M7.05´106s=87.43N/mm2 2W2´0.7´6´(250-10)/6验算焊缝的强度 (s122)+t£ffw bf该结构承受静力荷载，且在实际应用中间接承受动力荷载，此处bf=1.22 代入 (焊缝验算满足要求。 (3)验算加劲肋的强度 87.432)+41.142=87.43N/mm2£ffw=160N/mm2 1.22加劲肋自身强度，按悬臂梁计算。 加劲肋承受的剪应力 V82.93´103t=1.5=1.5=49.76N/mm2<fv=125N/mm2 A10´250加劲肋承受的正应力 M7.05´106s=67.68N/mm2<f=215N/mm2 W1´10´25026加劲肋强度能满足要求。 6、主梁和次梁的连接 垫块用L75´50´10型角钢，次梁的支座反力R全部由角钢承受，角钢及其连接应按承受剪力V=R和弯矩M=Re计算，焊缝应按承受剪力V=1.21.3R计算。次梁与主梁腹板的螺栓采用直径d=20mm的C级普通螺栓即可，孔径取21.5mm，垫块与主梁通过角焊接，焊脚尺寸取hf=10mm。 强度验算 荷载计算： V=1.2R=1.2´52.24=31.344kN2M=Re=31.344´0.05´0.5=0.7836kN×m 焊缝截面特性： A=0.7´2´10´(75-10)+0.7´10´100=1610mm2 y=0.7´10´2´65´36=20.35mm 161010.7´10165´100´(0.7´10)3+0.7´10´100´(+20.35)2+2´´0.7´10´653+2´0.7´10´65´(-20.35)2122122=855766mm4I=Mgy0.7836´106´(65-20.35)s=40.88N/mm2<f=215N/mm2 I855766t=V31344=19.47N/mm2<125N/mm2 A1610s=(s)2+3(t)2=40.882+3´19.472=53.0N/mm2<f=215N/mm2 焊缝强度满足设计要求。