钢结构平台课程设计指导书

《钢结构设计原理》课程设计指导书（钢结构平台）土木工程与建筑学院1《钢结构设计原理》课程设计指导书绪言课程设计目的要求《钢结构设计原理课程设计》是土木工程专业学生在学习《钢结构设计原理》课程后一个重要的综合实践性教学环节，目的是培养学生对钢结构的设计和应用能力。通过基本的设计训练，要求学生重点掌握结构内力计算、构件和节点设计及绘制钢结构施工图等专门知识，从而加深对钢结构设计原理基本理论和设计知识的认识，提高对所学知识的综合运用能力。第一节《钢结构设计》课程设计题目一、设计题目冶炼车间检修钢结构平台。二、设计任务要求每位同学在一周内完成指定的课程设计内容，并提供相应计算书、施工图纸及相关总结报告：1）计算书（1）平台铺板设计；（2）平台梁（次梁、主梁）设计；（3）平台柱设计；（4）连接（次梁与主梁、梁与柱和柱脚）设计。2）画出平台平面布置图、平台主梁施工图（包括与次梁连接和与柱连接节点详图）、平台柱施工图（包括柱脚大样），要求：（1）标注尺寸，要全部注明板件的定位尺寸和孔洞位置等；（2）施工图上还应有文字说明，说明的内容包括钢材的钢号、焊条的型号、加工精度要求、焊缝质量要求、图中未注明的焊缝和螺栓孔的尺寸及防锈处理的要求等。三、设计资料某冶炼车间检修平台，平台使用钢材材质、平面尺寸、活荷载见《钢结构设计原理》课程设计任务书。不考虑水平向荷载。柱间支撑按构造设置。平台上三个有直径1m检修洞口，位置不限。平台顶面标高为6m，平台下净空至少4m，梁柱铰接连接。平台平面内不考虑楼梯设置。2第二节钢结构平台设计一、平台钢结构的组成和布置1.1平台钢结构的组成平台钢结构通常由铺板、主次梁、柱、柱间支撑及梯子和栏杆组成，不同类型的平台组成的方式一般不同。轻型平台钢结构因作用荷载较小，一般由轧制型钢梁和铺板用焊接或螺栓连接组成，也常用三脚架、吊架、支承托等直接支承在厂房及其他结构上；中型普通操作平台一般由平台主梁、平台次梁及平台铺板等组成，平台梁常采用轧制型钢，当跨度较大时，可采用焊接工字形梁；重型操作平台除活载作用外，还可能直接承受动力荷载，因此，这类平台钢结构通常由独立的柱网、主梁及铺板等组成。1.2平台钢结构的布置要求用于工业生产的平台机构，其结构布置一般（包括平台尺寸、标高、梁格及柱网布置等）应满足下列要求：（1）满足使用功能和生产工艺操作的要求，保证足够的通行和操作净空。一般通行净空高度不应小于1.8m，宽度不宜小于0.9m，局部最小宽度不应小于0.6m。（2）满足受力性要求。平台钢结构铺板、梁、柱等应分别满足强度、稳定性和刚度的要求；对直接承受动力荷载的平台梁或平台桁架以及它们的连接，尚应满足疲劳强度的要求。平台梁柱布置时应考虑将固定设备荷载、大直径工业管道的吊挂和其他较大的集中荷载直接作用在平台梁、柱上，力求传力路径直接、明确。（3）满足经济性要求。应将平台的梁、板尽量直接支承于厂房柱、大型设备或其他结构上。另外，充分利用铺板的允许跨距合理布置梁格，平台钢结构的梁、柱应优先选用轧制型钢，并力求构件尺寸统一，以方便制造、运输和安装。1.3平台梁格的布置形式钢结构平台通常由若干梁平行或交叉排列而成梁格。根据平台梁排列方式不同，梁格布置可分为下列三种类型：（1）单向梁格这种梁格仅有主梁，适用于跨度较小的情况，一般采用型钢梁。（2）双向梁格这种梁格有主梁及一个方向的次梁，次梁由主梁支承，是最为常用的梁格形式。（3）复式梁格这种梁格除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁的横向次梁。复式梁格荷载传递层次多，构造较复杂，应用较少，只适用于荷载重和主梁间距很大的情况。31.4平台钢结构的设计内容和设计步骤平台钢结构的设计内容和设计步骤如下：（1）平台钢结构布置：主要包括平台柱网布置、平台梁格布置、平台铺板布置和平台柱间支撑布置等。（2）平台钢结构选型：主要包括选择平台铺板形式，选择平台主梁、次梁的截面形式，选择平台柱截面形式和选择平台柱间支撑布置形式等。（3）确定平台构造形式：主要包括平台铺板与次梁、平台次梁与平台主梁、平台柱与平台主梁、平台柱与平台基础连接等的构造形式。（4）确定平台钢结构各组成部分的计算模型：主要包括平台铺板、平台主（次）梁、平台柱和柱间支撑的计算模型。（5）确定平台钢结构各组成部分的计算荷载。（6）截面设计和验算：主要包括平台铺板、平台主梁和次梁、平台柱、柱间支撑、平台柱柱头和柱脚的设计等。二、平台钢结构的荷载平台钢结构作用的荷载取决于平台构造和使用要求，一般包括平台钢结构构件自重、平台活荷载、设备荷载等。对室外平台，还应考虑风荷载、雪荷载的作用。对于设有一般动力设备或机动车的平台钢结构，其动力影响可采用将设备荷载或车辆荷载乘以动力系数后，按静力荷载计算，动力系数一般可取1.1～l.3。对于受有较大动力设备和机械车辆荷载，或有特殊要求的平台钢结构，必要时应按有关的专门规范和规定进行动力计算。对轻型平台，如人行走道、单轨吊车、检修平台的活荷载，可按均布活荷载考虑，活荷载标准值可取为2.0kN/m2；对中型普通操作平台，如一般工艺或设备检修平台，或有小型设备及少量堆料的操作平台，活荷载的标准值可取为4.0～8.0kN/m2；对重型操作平台，如高炉炉顶平台、炼钢车问操作平台、铸锭平台、轧钢车间均热炉平台、电炉操作平台及有行车或振动荷载的平台等，活荷载标准值一般在10.0kN/m2以上，通常由工艺设计人员提供。对平台上检修、安装时的堆料活荷载，应根据实际情况合理分区考虑。另外，在计算平炉、转炉或其他类似车间的工作平台时，由堆积检修材料所产生的荷载可乘以下列系数予以折减：对主梁，取0.85；对柱和基础，取0.75。平台铺板作用的使用荷载，一般由铺板传递给次鬃，再由次梁以集中荷载形式传递给主架，由主梁通过柱头、柱身和柱脚最后传递给基础。因此，平台铺板、梁、柱构件设计时，通常应根据平台钢结构构件形式计算：（1）平台铺板自重和平台铺板的使用荷载；（2）平台铺板传给平台次梁的分布荷载；（3）平台次梁传给平台主梁的集中荷载；（4）平台主梁传给平台柱的荷载。4平台柱间支撑主要承受平台钢结构的纵横向水平荷载，设计支撑时一般应考虑横向风荷载、水平刹车荷载和由固定设备、管道推力等产生的其他水平荷载。位于地震区的平台钢结构，还应验算地震作用对平台柱间支撑系统所产生的影响。三、平台钢结构构件设计3.1平台铺板设计3.1.1平台铺板的构造与要求平台铺板支承于平台次梁，根据构造形式可将其分为轻型钢平台铺板（又可分为花纹平台钢板、带肋平台钢板及电焊花纹平台钢板等）、钢筋混凝土预制平台铺板、压型钢板与钢筋混凝上组合平台铺板、钢网格平台铺板等。不同形式的平台铺板计算方法不同，但都必须符合相应的强度和刚度的要求，如对轻型钢平台铺板，铺板厚度t不宜小于6mm，铺板净跨度l不宜大于(120～150)t，铺板挠度不宜大于l/150。轻型钢平台铺板可分为无肋和有肋两种形式。无肋铺板宜按构造配置加劲肋，相邻肋中心间距一般取100t（t为铺板厚度）与短跨度2～2.5倍的较小值。有肋铺板常用高度不小于60mm、厚度不小于5mm的扁钢或不小于L45×4或L56×36×4的角钢作肋板，不等肢角钢应将长肢与铺板焊接。加劲肋计算截面（图3.2）的挠度不应大于l/250。3.1.2轻型钢平台铺板的计算平台铺板一般均按承受均布荷载计算。轻型钢平台铺板按有肋和无肋铺板计算，其中仅按构造配置加劲肋的铺板，也按无肋铺板计算。（1）无肋平台铺板设计不考虑板中存在拉力时，一般可按仅受弯矩的简支单向受弯板计算，对大面积三跨或三跨以上的连续钢铺板，可按连续板计算，其最大弯矩Mmax、应力σ和最大挠度vmax可分别按下式计算：2maxMql（1）max26Mft（2）4max3kqlvvEt（3）式中q、qk—单位宽度板条上（包括自重）的荷载设计值和荷载标准值；l、t一平台铺板的跨度和厚度；E、f一平台铺板材料的弹性模量和设计强度；α、β一系数，对单跨简支或双跨连续板，可取α=0.125，β=0.156；对三跨或三跨以上连续板，可取α=0.1，β=0.11。（2）有肋铺板（图1）设计时，可分别计算平板和加劲肋。5图1有加劲肋平台铺板①平板计算在进行平板计算时，将加劲肋视为平板的支承，当平板跨度b与加劲肋间距a之比b/a≤2.0时，可按四边简支的双向板计算。在均布荷载作用下，四边简支双向板的最大弯矩、强度和挠度可分别按下列公式计算：2x1Mqa(4)22yMqa(5)maxmax26xMft(6)4max33kqavvEt(7)式中：a—四边简支板短边方向的跨度；t—铺板厚度；q、qk—板单位宽度上均布荷载（包括自重）设计值和标准值；Mx、My—四边简支板分别在x和y方向的弯矩；Mmax—Mx、My中的较大者；σmax—平台铺板截面上的最大应力；γx—截面塑性发展系数，取1.2；β1、β2、β3—系数，由表1查得。当平台铺板跨度b与加劲肋间距a之比b/a2.0时，应按两端简支单跨板或连续单向板计算，计算公式与无肋铺板相同。②加劲肋计算加劲肋可按两端支承于平台梁上的简支梁计算其强度和挠度，计算荷载应取两加劲肋之间范围的总荷载，计算截面按加劲肋和每侧各15t（t为铺板厚度）的宽度参与截面共同工作考虑。用扁钢和角钢作加劲肋的计算截面如图2所示。加劲肋的计算跨度l0=l1+l2，如图3所示。6图2加劲肋的计算截面图3加劲肋的计算跨度表1四边简支无肋铺板的弯矩和挠度计算系数3.2平台次梁设计平台次梁常设计成简支梁，为减小内力和变形，有时还可设计成连续梁。平台次梁主要承受平台铺板传来的均布荷载，一般可采用轧制型钢梁。其中，工字形截面钢梁为双轴对称截面，受力性能好，应用也最广泛。槽钢截面梁单轴对称，在横向荷载作用下易产生扭转，故一般仅用于平台的边梁。平台次梁的容许挠度值可取为l/250（l为平台次梁的跨度）。平台次梁的整体稳定一般可通过与刚性铺板牢固连接来保证，而由截面抗弯强度控制设计。通常根据次梁上作用的荷载和支座支承情况计算其最大弯矩，再根据所选用材料的抗弯强度设计值，求出所需净截面抵抗矩．直接在型钢表中选择合适的型钢号；然后验算选定型钢梁截面的强度、刚度和整体稳定。如果有必要，可重选截面，再重复以上步骤，直到满意为止。由于型钢截面翼缘和腹板都比较厚，其宽厚比和高厚比一般均能满足局部稳定的要求，可不必验算型钢梁的局部稳定。另外，端部无较大削弱时，一般可不必验算抗剪强度。而局部压应力也只有在较大集中荷载或支座反力处才验算。73.3平台主梁设计平台主梁主要承受平台次梁传来的集中荷载，根据荷载及跨度大小，其一般可采用轧制工字钢、H型钢和焊接工字钢等截面形式。平台主梁的容许挠度值为l/600～l/250，一般常取l/400（l为平台主梁的跨度）。焊接工字形截面组合梁由三块钢板拼焊而成，其截面设计内容和步骤主要包括：估算梁截面的高度，确定腹板的厚度和翼缘的尺寸，再根据选定的截面验算梁的强度、稳定和刚度。3.4平台柱设计平台柱一般宜设计成等截面实腹柱，当平台柱高度较大或作用荷载较大时，也可采用格构式柱。平台柱截面形式应根据荷载大小、连接和制造条件，材料供应和柱子高度等因素确定，一般应选用双轴对称截面。对实腹柱，常用截面有轧制工字钢、H型钢、焊接H形组合截面、圆钢管和组合型钢管等。对格构式柱，常用截面有两根工字钢或两根槽钢组成的截面，以及由四个角钢或两个圆钢管组成的截面。平台柱绕两主轴的长细比不应超过150，实际中应根据柱身高度及荷载大小选用，一般为60～100。平台柱一般按轴心受压构件进行设计和验算。3.5柱间支撑体系设计3.5.1柱间支撑的布置与形式未与厂房柱等承重结构相联系的独立平台或平台钢结构的独立部分，应在某些柱列设置柱间支撑。尤其当主梁与柱铰接时，必须布置纵向和横向柱间支撑以承受水平荷载，使整个平台钢结构成为空间稳定体系。支撑宜布置在柱列中部，这样可减少平台的温度应力，但因工艺的生产条件限制不能布置在柱列中间时，也可布置在端部。不同柱列的柱间支撑应尽可能设在