平台钢结构计算书.pdf

1钢平台课程设计计算书钢平台课程设计计算书一、结构布置一、结构布置1、梁格布置：按柱网尺寸布置。L=9.0m，D=5.4m，a=b=0.9m。2、连接方案：主梁与柱、次梁与主梁之间均采用高强度螺栓铰接连接，定位螺栓采用粗制；次梁与主梁的上翼缘平齐；平台板与梁采用焊接。3、支撑布置：根据允许长细比，按构造要求选择角钢型号。二、平台钢铺板设计二、平台钢铺板设计1、尺寸确定根据平台荷载、构造要求及平面布置情况，平台铺板的厚度取为 6mm。平台铺板采用有肋铺板，板格面积取为 0.9m5.4m，即相邻两次梁中心间距为0.9m，加劲肋中心间距为 0.9m，此处加劲肋间距参考铺板厚度的 100150 倍取值。加劲肋采用扁钢，其高度一般为跨度的 1/151/12，且不小于高度的1/15 及 5mm，故取扁钢肋板高度 60mm，厚度 6mm。2、铺板验算验算内容包括铺板强度和铺板刚度。（1）荷载效应计算铺板承受的荷载包括铺板自重和板面活荷载，计算如下：铺板自重标准值：6278509.86100.462GqkN mg2铺板承受标准荷载：280.4628.462kqkN mg铺板承受的荷载设计值：21.20.4621.4811.7544qkN m铺板跨度 b=900mm,加劲肋间距 a=900mm，b/a=12，因此，应按四边简支平板计算铺板最大弯矩。查表 2-1 得：22m ax0.049711.75440.90.4732MqakN mg（2）铺板强度验算铺板截面的最大应力为：22m ax22-6660.473278.86215610MN m mfN m mt满足要求。（3）铺板刚度验算查表 2-1 得：434m ax311398.462100.99000.04335.461502.0610610kq am mm mEt（4）铺板加劲肋验算板肋自重标准值：2978509.8660100.028pkN m加劲肋可按两端支撑在平台板次梁上的简支梁计算，其承受的线荷载为：恒荷载标准值：10.4620.90.0280.4438pkN m活荷载标准值：20.987.2pkN m加劲肋的跨中最大弯矩设计值为:221(1.20.44381.47.2)0.91.0888qMlkN mg加劲肋计算截面可按加劲肋和每侧铺板 15t（t 为铺板厚度）的宽度参与共同作用，计算截面如图 3 所示。计算截面面积：26218066061440144010Am mm3计算截面形心轴到铺板面的距离：180636063611.251440ym m计算截面对形心轴 x 的截面惯性矩：33227418066601806(11.253)606(3611.25)4.0527101212XIm m加劲肋截面最大应力为：322m ax71.0810(0.0660.01125)1462154.052710MN m mfN m mW满足要求。加劲肋跨中最大挠度为：满434m ax11755(0.44387.2)100.99000.7863841503842.06104.052710kXq lm mm mEI足刚度要求。三、次梁设计三、次梁设计1、次梁计算简图：次梁按简支梁计算。图 2 次梁受力简图2、计算次梁荷载。恒荷载标准值：次梁承受恒荷载包括自重和加劲肋自重（暂时不考虑次梁自重），将加劲肋则算成均布荷载。10.4620.90.0280.4438pkN m活荷载标准值：280.97.2pkN m则次梁最大弯矩设计值为：422m ax1(1.20.44381.47.2)5.438.888qMlkN mg最大剪力为：m ax1110.985.457.322VqlkN3、初选次梁截面：次梁采用普通轧制工字钢，根据组合内力初选截面。由抗弯条件得次梁所需的净截面抵抗矩：33m ax638.810171.871.0521510nxxMWcmf初步拟定次梁采用工字钢，型号为 20b，截面参数如下：,，自重239.55Acm42502xIcm3250.2xWcm17.13XXIcmS9.0wtm m31.05kg/m4、次梁内力计算：计算包含自重在内的次梁荷载。计算次梁自重的均布荷载：10.44380.0319.80.7476pkN m27.2pkN m121.21.410.98qppkN m127.95kqppkN m5、验算次梁截面：验算次梁荷载作用下的钢梁强度、挠度和整体稳定。（1）抗弯强度验算622m ax34010152.262151.05250.210 xMN m mfN m mW（2）剪应力验算32257.31037.212517.13910XvxVSN m mfN m mI W（3）支座处局部压应力支座反力为 57.3kN。假定支撑长度 a=15cm,由型钢表得：911.420.4yhRtm m2.51502.520.4201zylahm m3221.057.31031.672159201cw zFN m mfN m mt l5因铺板密铺在梁的受压翼缘上，并与其牢固相连，能阻止受压翼缘的侧向位移，故不必验算整体稳定。（4）挠度验算4124m ax54557.95105.4540017.121.63842503842.0610250210kXq lm mm mEI因此，次梁能满足强度和刚度要求。四、主梁设计四、主梁设计1、主梁计算简图：按简支梁计算。图 3 主梁受力简图2、主梁荷载计算。次梁传来的集中荷载：10.985.459.3FkN最大弯矩（不包括主梁自重），由表 2-2 查得。m axM1.11MKm ax1.1159.39592.4MkN mg最大剪力（不包括主梁自重）：m ax959.3/2266.85VkN3、初选主梁截面：主梁采用焊接工字形截面。需要的截面抵抗矩：63m ax592.41027521.05205nxxMWcmf梁的最小高度：m i nh根据表 2-3 的刚度要求，查得。011400lnm i n900601515lhcm梁的经济高度：337307 27523068snxhWcm取腹板高度：080hcm6确定腹板厚度：wt 0800.81111whtcm3m ax0266.85101.21.20.33800120wvVtcmhf取腹板厚度。10wtm m翼缘所需面积：210012752180216806nxwWAt hcmh取上、下翼缘宽度 b=400mm，厚度 t=20mm，主梁截面见图 4。图 4 主梁尺寸翼缘面积：224028021cmcm截面特性：3324x14021802(40241)3249601212nIcm3324960773742nxWcm22240410.51404080Scm4、计算主梁内力（包含主梁自重）。7梁的截面面积：24022180240Acm梁单位长度的自重：432401078509.8101.85kN m取自重的荷载分项系数为 1.2，并考虑由于加劲肋等重量的构造系数 1.2，梁自重的荷载设计值为：1.21.21.852.66kN m梁支座最大剪力：m ax1266.852.669278.82VkN梁跨中最大弯矩：2m ax1592.42.669619.38MkN mg5、主梁截面设计：内容包括强度、整体稳定、翼缘局部稳定、腹板局部稳定和腹板加劲肋设计以及挠度验算。（1）跨中截面抗弯强度验算622m ax3619.31076.22051.05773710 xMN m mfN m mW满足要求。（2）翼缘局部稳定4019.7513 235 2351322bt受压翼缘的局部稳定能够保证。（3）整体稳定验算次梁为主梁的侧向支撑，故主梁的受压翼缘的自由长度，1900lm m119002.2516400lb因此，梁的整体稳定性有保证。6224278.8408010351253249601010XvxVSN m mfN m mI W（4）挠度验算集中荷载标准值：7.955.442.93FkN1.21.852.22qkN m8由表 2-2 查得，1 9K32m ax59384kxXq lFllEIEI32693545442.931091052.221091 16351 40092.0510324960103842.061032496010l（5）腹板局部稳定和腹板加劲肋设计08023580801235wht腹板局部稳定能够保证，不必配置加劲肋。由于主梁之上布置有次梁，次梁间距为 0.9m，按构造要求次梁下面必须对主梁腹板布置支承加劲肋。横向加劲肋截面：，取08004040673030shbm m100sbm m，取1006.71515ssbtm m8stm m支座加劲肋验算：梁的支座采用突缘支座形式，支承加筋类采用，计算支承加20016m mm m劲肋在腹板平面外的稳定性。有效面积如图 5 所示。图 5 加劲肋布置支座加劲肋受的力，278.8NkN21.62018150Acm334111.62018110681212Icm1068 504.62icm160 4.6234.639查附录 E-9 得，0.866322278.81064.42150.8665000NAN m mN m m支座加劲端部刨平顶紧。其端面承压应力为：322278.81087.12521516200ceN AN m mN m m支座加劲肋与腹板用直角角焊缝连接，焊缝的焊脚尺寸为：3278.8101.560.72800160fhm m取。8fhm m其他加劲肋均采用 2-10012，不必验算。图 6 主梁施工图五、平台柱设计五、平台柱设计设计平台柱为轴心受压平台实腹柱，柱截面采用焊接组合工字形，翼缘钢板为火焰切割边，钢材采用 Q235，柱的长度为，考虑侧向支承0=6m10。0=3m1.柱顶荷载计算：主梁传来总荷载设计值=2 278.8=557.6计算简图如下：2.截面选择：假定长细比,由附录查得x=50=0.804需要的截面面积：=557.6 1030.804 310=2237.22需要的回转半径：=0 x=60050=12=0=30050=6需要的截面宽度和高度，由附录查得后计算如下1,2=1=120.43=27.91=2=60.24=25选用的截面尺寸：翼缘板为 2-250X10腹板为 1-250X8翼缘与腹板的焊缝按构造要求取。=6mm截面几何特性参数：截面面积：=250 10 2+250 8=70002 惯性矩：=8 250312+250 10312+250 10 1302 2=949583334=250 8312+2 10 250312=26052333411回转半径：=949583337000=116.5=260523337000=61长细比：x=0=60011.65=51.5=0=30061=49.23.截面验算整体稳定：由，查附录得，则x=51.5=0.795=557.6 1030.795 7000=100.2 2 =215 2局部稳定：翼缘：=12110=12.1 (10+0.1)235=(10+0.1 51.5)235235=15.15腹板：0=2508=31.3 (25+0.5)235=(25+0.5 51.5)235235=50.75刚度验算：max=51.5 15=3.22 30=75012，厚度，间距为 70cm。=90mm=10mm六、节点设计六、节点设计1、主梁与次梁的连接节点（1）连接设计：试采用下图的连接形式。次梁与主梁腹板采用 10.9 级高强度螺栓摩擦型连接，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 40mm，中心距 60mm，孔径为 17.5mm。图 7 主次梁连接节点（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57.3VkN57.30.0432.5MkN mg 腹板参与工作部分的截面特性：215016217.5161840wAm m32215016 12217.516306660060wWm m剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算：6222.51037.521566600N m mN m m32257.3101.546.71251840N m mN m m13折算应力近似按以下方式计算：222237.5346.789.2215N m mN m m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：57.3 228.7vNkN梁端弯矩引起的螺栓剪力：2.5/0.0641.67MNkN单个螺栓的抗剪承载力：0.920.45155125.55bvNkN强度计算：2228.741.6750.6125.55kNkN2、主梁与柱的连接节点主梁梁端通过突缘式支座支承于柱顶板。左右两梁端板间用普通螺栓连接并在其间设填板。梁的下翼缘与柱顶板间用普通螺栓固定。顶板设计三角形加劲板。顶板厚度参照节点板厚度适当加厚。柱头的计算压力为 N=557.6kN。设计采用 Q235 号钢，设计焊接工字型截面轴心受压的实腹柱的柱头。柱头加劲肋所需的面积为：=557.6 103320=1742.52柱头处的加劲肋选用 b1=125mm，则肋厚为，取，符合t1=(21)=1742.5(2 125)=6.97 t1=10mm的局部稳定的要求。此时柱端腹板也应换成的11=125 10=12.5 15tw=10mm钢板。取加劲肋高度 h=300 mm。验算抗弯承载力：=W=12 557.6 103125210 30026=116.2N2 =215N2顶板尺寸采用，盖住柱顶及加劲肋截面。300 300 14每根加劲肋经端面承压传入 N/2=278.8kN 的力后，将通过和柱腹板相连的两个角焊缝把力传给腹板。取肋高 h=300 mm，则焊缝长度，设焊缝的焊脚尺寸为，符合焊缝长度的构造l=300 10=290=10 14要求，则焊缝面积和焊缝截面抵抗矩为：=0.7=0.7 10 290 2=40602=2 0.726=2 0.7 10 29026=196233 3验算焊缝强度得：(f1.22)2+2f=(278.8 62.5 1031.22 196233)2+(278.8 1034060)2=100.1Nmm2=160 2图 8 柱头构造将加劲肋视为悬臂梁，验算其强度。悬臂梁截面为，受剪力10 300V=N/2=278.8kN 及弯矩，从而：=12=278.8 1252=17425 =1.5 278.8 103(10 300)=109.1 2=125 2七、柱脚节点设计七、柱脚节点设计（1）柱脚底板设计计算(平面尺寸和厚度）假定底板宽度为 1122250210240350Batcm m3011557.610()(1000)16235010cNLAm mB f15取 L=400mm。作用在底板单位面积上的压力为 3220557.6104103504001000NqN m mN m mBLA 图 9 靴梁柱脚（2）各区格单位宽度的最大弯矩1.四边支承板的弯矩：由，查表 2-5，得，则250 2501b a0.0479220.0479425011975MqaN2.三边支承板的弯矩：由，查表 2-5，得，则1175 2500.3b a0.02732210.027342506825MqaN3.悬臂板的弯矩：220.50.54403200MqcN16最大弯矩m ax11975MN底板厚度为m ax661197518.7205Mtm mf采用 20mm。（3）焊缝设计计算柱与靴梁的竖直焊缝的焊缝尺寸用。8fhm m柱与靴梁的竖直焊缝：，取 160mm3557.61015640.7816040.7wwffNlm mhf靴梁高度取 300mm，厚度取 10mm。靴梁与底板连接焊缝的总长度：2(40010)4(7510)1040wlm m所需焊脚尺寸：3557.61041.220.71040160fhm m选用。8fhm m靴梁板承受的最大弯矩：214350753.942MkN mg剪力：435075105VkN622263.941013.13()215()210300MN m mfN m mW3222310510300101226.25()125()2281030010VSN m mfN m mI t柱脚与基础的连接构造用两个直径为 20mm，材料为 Q235 钢的螺栓。