中南大学土木建筑学院土木工程专业(本科)《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=1.2qk1+1.4qk0=0.655×1.2+4×1.4=6.386KN/m2最大弯矩:2maxMqa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。22max0.10176.38610.649/MqaKNmm板的强度322maxmax22660.6491050.74/215/1.28xMNmmfNmmt所以板的强度满足要求。(3)板的挠度验算434max3534.65510100010000.11064.886.672.06108150150kqalvmmvmmEt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:4.65510.0384.693/kqKNm均布荷载设计值:6.38611.20.0386.432/dqKNm○3内力计算简支梁跨中最大弯矩设计值:2max16.43223.2168MKNm支座处最大剪力设计值:max16.43226.4322VKN○4截面特性计算A=2400mm2Ix=1009664mm4W上=78880mm3W下=13426.4mm3○5强度及挠度验算622maxmax3.21610199.6/215/1.213426.4xMNmmfNmmW322max6.432101.51.520.1/125/806vVVSVNmmfNmmItA44max5554.69320004.76.73843842.06101009664150kxqllvmmvmmEI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=160mmb=88mmt=6mmA=26.11cm2Ix=1127cm4WX=140.9cm3Sx=80.8cm3gk=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:次梁弯矩图:400013.104次梁剪力图:(3)强度验算○1抗弯强度:622maxmax326.20810177.1/215/1.05140.910xnxMNmmfNmmW○2抗剪强度:3322max426.2081080.81031.32/125/1127106xvVSNmmfNmmIt○3折算应力(腹板与翼缘连接处):20max140177.1154.96/160hNmmh332426.20810661025.58/1127106xVSNmmIt2222223154.96325.58161.17/1.11.1215236.5/cNmmfNmm故次梁的强度满足要求。(4)刚度验算4454559.5864000400013.76163843842.0610112710250250kxqllvmmvmmEI所以次梁的刚度满足要求。(5)整体稳定性验算由于400045.51388lb,所以需验算其整体稳定性。由查表可得:0.876b。故:622326.20810212.33/215/0.876140.910XbxMNmmfNmmW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=320mmb=130mmt=9.5mmA=67.12cm2Ix=11080cm4Wx=692.5cm3Sx=400.5cm3γ=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:①主梁自重:352.699.8100.516/KNm②恒载集中力:1.586226.344KN③活载集中力:422232KN荷载设计值:①主梁自重:0.5161.20.6192/KNm②恒载集中力:6.3441.27.7196KN③活载集中力:321.444.8KN梁内跨中最大弯矩为:210.61926(7.719644.8)(31)107.838MKNm两端最大剪力为:10.619267.719644.8252.832VKN(3)强度验算①抗弯强度在翼缘边缘的弯曲应力为:62max3107.8310148.3/1.05692.510xnxMNmmfW②抗剪强度在腹板中间处剪应力为:3322max452.8310400.51020.10/125/11080109.5xvxVSNmmfNmmIt○3折算应力腹板与翼缘连接处为:20max290148.3134.4/320hNmmh332420.1010297.38108.99/11080106xVSNmmIt222223134.438.99135.3/1.1cNmmf所以强度满足要求。(4)刚度验算434335456.8150.619260006.8152.831060009.27163843842.06101108010250xqlpllvmmmmEI所以刚度满足要求。(5)整体稳定性验算由于400030.813130lb,所以需验算其整体稳定性。由查表可得:0.933b。故:623107.8310166.89/0.933692.510XbxMNmmfW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=10mmtw=7mmA=4055mm2γ=31.9kg/mWx=221cm3Ix=1600cm4Iy=564cm4ix=6.39cmiy=3.73cmWy=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整体稳定性验算长细比:250039.1263.9x250067.0237.3y由xy,故只需考虑y方向。查表得:0.769b。32158.0761050.69/0.7694055bNNmmfA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3623105.246103.961043.02/40551.0522110xxnxMNNmmfAW○3整体稳定性验算平面内稳定:查表得0.903x,而0.65mx。225'222.061040554897.41.11.139.12ExXEANKN1'3623(10.8)105.246100.653.961040.13/105.2460.90340551.0522110(1)4897.4mxxxXXExMNNAWNNmmf所以平面内稳定满足要求。平面外稳定:查表得0.769y,而0.65tx,1。2267.022351.071.070.9684400023544000235yybf363105.246100.653.961033.760.76940550.96822110txxybxMNfAW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3623131.868101.9661057.45/40551.0575.110yynyMNNmmfAW○3整体稳定性验算平面内稳定:查表得0.769y,而0.65mx。225'222.061040551668.61.11.167.02EyyEANKN1'3623(10.8)131.