钢结构设计计算书模板.docx

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钢结构设计计算书模板

钢结构设计-计算书-模板

《钢结构设计原理》课程设计

计算书

专业：

土木工程

姓名

学号：

指导老师：

设计资料和结构布置-----------------------------------1

1.铺板设计

1.1初选铺板截面--------------------------------2

1.2板的加劲肋设计--------------------------------3

1.3荷载计算----------------------------------4

3.次梁设计

3.1计算简图-----------------------------------5

3.2初选次梁截面--------------------------------5

3.3内力计算----------------------------------6

3.4截面设计----------------------------------6

4.主梁设计

4.1计算简图-----------------------------------7

4.2初选主梁截面尺寸-------------------------------7

5.主梁内力计算

5.1荷载计算-----------------------------------9

5.2截面设计-----------------------------------9

6.主梁稳定计算

6.1内力设计------------------------------------11

6.2挠度验算------------------------------------13

6.3翼缘与腹板的连接--------------------------------13

7主梁加劲肋计算

7.1支撑加劲肋的稳定计算-----------------------------14

7.2连接螺栓计算--------------------------------14

7.3加劲肋与主梁角焊缝------------------------------15

7.4连接板的厚度---------------------------------15

7.5次梁腹板的净截面验算----------------------------15

8.钢柱设计

8.1截面尺寸初选--------------------------------16

8.2整体稳定计算--------------------------------16

8.3局部稳定计算---------------------------------17

8.4刚度计算----------------------------------17

8.5主梁与柱的链接节点------------------------------18

9.柱脚设计

9.1底板面积-----------------------------------21

9.2底板厚度----------------------------------21

9.3螺栓直径-----------------------------------21

10.楼梯设计

10.1楼梯布置---------------------------------22

10.2踏步板计算--------------------------------22

10.3梯段梁设计--------------------------------23

11.斜支撑设计

11.1支撑布置----------------------------------25

11.2斜支撑刚度计算--------------------------------25

1

设计资料

某机床加工车间，厂房跨度24m，长度96m.设计对象为厂房内的钢操作平台，其平面尺寸为30.0m×12.0m，室内钢结构操作平台建筑标高为4.000m。

设计使用年限50年，结构安全等级二级，拟采用钢平台。

（1）钢平台楼面做法：

采用花纹钢板或防滑带肋钢板。

（2）楼面活荷载标准值：

根据工艺要求取为6.0KN/m。

（3）钢平台结构连接方式：

平台板与梁采用焊接（角焊接）；次梁与主梁采用高强度螺栓连接；主梁与柱采用焊接或高强度螺栓连接，定位螺栓采用粗制螺栓。

（4）材料选用：

型钢、钢板采用Q235-A.F；焊条采用E43××型。

粗制螺栓采用Q235钢材。

（5）平台柱基础混凝土强度等级C25。

（6）连接方案：

次梁与主梁采用高强螺栓侧面铰接连接，次梁与主梁的上翼缘平齐；主梁与柱采用侧向铰接连接；柱与基础采用铰接连接；平台板与主（次）梁采用焊接（角焊缝）连接。

试对铺板、次梁、主梁、钢柱以及次梁与主梁、主梁与柱上端、柱脚及钢楼梯进行设计。

连接方案

结构布置

梁格布置：

采用单向板布置方案，柱网尺寸为6.0m×6.0m；主梁沿横向布置，跨度为6m；次梁沿纵向布置，跨度为6.0m。

次梁的间距为1.5m；单块铺板的平面尺寸为0.75m×1.5m。

平台结构平面布置如图1所示。

加劲肋次梁主梁柱

柱间支撑

1

柱间支撑

图1钢平台平面布置图

一、铺板设计

1.1.初选铺板截面

在铺板的短跨方向设置15道加劲肋，间距l1=750mm。

平板厚度t≥l1

150~l1

120=5.0~6.25mm取t=7mm。

1.2.计算简图

因铺板区格长边之比b/a=1.5/0.75=2.0可作为多跨连续的双向板计算，加劲肋和次梁作为其

支承边。

1.3.内力计算

（1）荷载计算

7mm厚花纹钢板：

78.5⨯0.007=0.55

KN/m2

平台板永久荷载标准值：

g1=0.55

kN/m2

平台板可变荷载标准值：

q2=3.0kN/m2

平台板的荷载基本组合值：

P=γg+γ

q

=1.2⨯0.55+1.3⨯3.0kN/m2=4.26kN/m2

G1

Q

2

平台板的荷载标准组合值：

P=g

+q

=0.55+3.0=3.55

kN/m2

k

1

2

（2）内力计算

平台板单位宽度最大弯矩：

Mmax=αpa2=0.102⨯4.56⨯0.752

=0.26kN∙m

平台板的最大挠度：

pa4

3.55⨯10-3

⨯7504

fmax=β

k

=

0.111⨯

mm=1.75mm

3

5

⨯7

3

Et

2.06⨯10

注：

根据b/a=2.0，查表4-1可得，均布荷载作用下四边简支板的弯矩系数α=0.102，β=0.111。

'1

'2

'3

'4

'5

'6

1.4.截面设计

（1）强度计算铺板的强度按式（4-5）计算

Mmax

=

6Mmax

γW

γt2

=

6⨯0.26⨯103

N/mm2

=26.5N/mm2

1.2⨯72

'7

f

=

1.75

=

1

<

1

（2）

a

750

428.57

150

'8

二、板的加劲肋设计

2.1.计算简图

加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊脚尺寸6mm，每焊150mm后跳开50mm间隙（图2-2b）。

此连续构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。

加劲肋高度取h=80mm，厚度6mm，按T形截面计算，受压区为铺板翼缘，t=7mm，受压区长度30t=210mm，如图2-2c所示。

加劲肋的跨度为1.5m，计算简图如图2-2a所示

图2-2b图2-2c

2.2.荷载计算

铺板为四边支承板，较精确地计算可假定荷载按梯形分布，为简化计算，可安全地均布荷载考虑，即取加劲肋的负荷宽度750mm。

永久荷载标准值：

平台板传来永久荷载

0.55⨯0.75=0.41kN/m

加劲肋自重

78.5⨯0.08⨯0.006

=0.04kN/m

gk

=0.45kN/m

可变荷载标准值：

qk=3.0⨯0.75kN/m=2.25kN/m

荷载的基本组合值：

P=γGgk+γQqk=1.2⨯0.45+1.3⨯2.25=3.47kN/m

荷载的标准组合值:

Pk=gk+qk=（0.45+2.25）kN/m=2.70kN/m

（3）内力计算

跨中最大弯矩设计值

Mmax=1/8pl2=1/8⨯3.47⨯1.52=0.98kN∙m

支座处最大剪力设计值

Vmax=12pl=12⨯3.47⨯1.5kN=2.60kN

（4）截面特性计算截面形心位置

yc=210⨯7⨯3.5+80⨯6⨯（40+7）mm=14.21mm210⨯7+80⨯6

截面惯性矩

I=121⨯210⨯73+210⨯7⨯（14.21-3.5）2+121⨯6⨯803+80⨯6⨯（72.79-40）2=946705.90（mm4）

支座处抗剪面积只计算铺板部分，偏于安全的仍取210mm范围，则

Av=210⨯7=1470mm2

（5）强度计算受弯强度计算按式（4-7）计算，受拉侧应力最大截面塑性发展系数取1.2.

σ=

M

max

=

0.98⨯106

=62.79N/mm2

N/mm2（满足要求）

γW

1.2⨯946705.90/（87-14.21）

x

nx

'9

¹10

¹11

¹12

¹13

¹14

'15

'16

'17

'18

'19

'20

4

按抗剪强度公式计算：

VmaxS

=1.5

Vmax

τ=

It

A

V

=

1.5⨯2.60

/1470=2.65N/mm2

<

fv=

125N/mm2（满足要求）

'21

（6）变形计算加劲肋的挠度按式（4-9）计算：

f

=

5pl3

5⨯2.70⨯15003

=

1

<

1

（满足要求）

k

=

'22

5

⨯946705.90

1643.64

150

l384EIx384⨯2.06⨯10

三、钢结构次梁设计

3.1.计算简图

次梁与主梁铰接，按简支梁计算，跨度l0=6.0m，如图3-1所示。

加劲肋支撑间距750

每根次梁的

→→→→→→→→→→→

负荷面积

主梁

3-1次梁计算简图

3.2.初选次梁截面

次梁的荷载主要由铺板---加劲肋传来相隔750mm分布集中荷载，每个加劲肋传到次梁上的集中荷载设计值

qBS=3.34KN/m×1.5/0.75=6.94KN/m

'23

qBSK=2.70KN/m×1.50.75=5.40KN/m

'24

次梁采用轧制普通工字钢，假定铺板不起刚性楼板作用。

跨中无侧向支撑，上翼缘受均匀布荷载，自由长度为6.0m。

假定钢号为22~40之间，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附表B.2，

=0.6。

次梁跨中弯矩设计值

Mmax=

1

qBSl2=

1

×6.94×9²KN·m=70.27KN·m

'25

8

8

所需的截面抵抗矩

Wx≥

1.02M

X∙max

=

1.02⨯70.27⨯106

mm3=555.62cm³

'26

ϕb

0.6

⨯215

f

选用I32a,h=320mm,

b=130mm,t=15.0mm,tw=9.5mm,

Wx=692cm³,Ix=11080cm4,

自重为60Kg/m=0.527KN/m

'27

3.3.内力计算

包含自重在内的次梁均布荷载基本组合值

qBS=（6.94+1.2×0.527）=7.57KN/m

'28

均布荷载标准组合值

qBSK=（5.40+0.527）=5.93KN/m

'29

最大弯矩基本组合值

Mmax=

1

qBSL2

=

1

⨯7.57⨯92=76.65KN·m

'30

8

8

最大剪力基本组合值

Vmax=

1

qBSL=

1

⨯7.57⨯9=34.07KN

'31

2

2

3.4.截面设计

轧制型钢梁不需要验算局部稳定；正截面强度不起控制作用；连接处净截面抗剪强度见连接节点计算。

截面积算内容包括承载力极限状态的整体稳定和试用阶段极限状态的挠度。

（1）整体稳定性计算

Mmax

76.65⨯106

2

σ=

=

=184.61≤f=215N/mm

（满足要求）

'32

ϕbWx

0.6⨯692⨯103

（2）挠度验算

f

=

5qBSKl3

=

5⨯5.83⨯90003

=

1

<

1

（满足要求）

'33

l

384EIx

384⨯2.06⨯105⨯15796⨯104

264.86

250

6

四、初选主梁截面

4.1.计算简图

主梁与柱铰接，按简支梁计算，跨度l0=6.0m，计算简图见图4-1

图4-1主梁计算简图

a）计算简图b）内力图c）截面尺寸

4.2.初选主梁截面尺寸

（1）梁腹板高度hw梁承受次梁传来的集中荷载，主梁的负荷长度为6.0m。

次梁传来集中荷载设计组合值：

P=7.57KN/m×9m=68.13KN

次梁传来集中荷载标准组合值：

PK=5.4KN/m×9m=48.60KN

主梁的弯矩设计值近似按此梁端部反力计算

MX≈1.1⨯（32P⨯2l-P⨯4l）=1.1⨯12Pl=1.1⨯12⨯68.13⨯7.5=281.04KN∙m'34

注：

系数1.1为考虑主梁自重后的附加系数。

则所需的截面抵抗矩为

Wnx≥Mx

f=281.04mm3×106/215=1307.16cm3

按下式确定梁的经济高度：

he=73

Wnx—30cm=7×3

1307.16-30cm=46.53cm

主梁的最小高度按刚度条件确定，由表4-2可见，梁的允许挠度为l0

400，其最小高度

hmin必须满足：

hmin≥l0

15=7500mm/15=500mm

取梁的腹板高度hw=500mm，满足最小高度要求，且接近经济高度。

（2）梁腹板厚度tw梁腹板可按式（4-13）估算：

tw=

hw

=

50

cm=0.6428cm=6.43mm

11

11

取tw=8mm,大于6

mm的最小要求。

（3）梁翼缘尺寸b×t取上、下翼缘相同，截面模量按式计算：

th2

Wx=

ww

+bthw

6

可得到所需的上（下）翼缘面积：

'35

'36

'37

'38

bt=

Wx

-

twhw

=（

1307.16

-

0.8⨯50

）cm

2

=19.48cm

2

'39

hw

6

50

6

翼缘宽度b=（1／6～1/2.5）h=83.33～200mm，b的取值不能小于构造要求的最小值，且不小于180mm。

取b=200mm,翼缘厚度取t=10mm,满足≥8mm的要求。

单个翼缘面积A1=20cm2×1=20cm2>19.48cm2

满足要求。

'40

主梁截面尺寸如图4-24C所示。

（4）几何特征

主梁截面面积：

A=2⨯200⨯10+500⨯8=8000mm2

'41

主梁截面惯性矩：

Inx=200⨯5203/12-192⨯5003/12=343.47⨯106mm4

'42

Iy=2⨯10⨯2003/12+500⨯83/12=13.36⨯106mm4

抗弯截面模量：

W=I

nx

/（h/2）=343.47⨯106

/（520/2）mm3=1.80⨯10

6mm3

nx

'43

中和轴以上部分的面积距：

S=200⨯10⨯255mm3+250⨯8⨯125mm3

=760⨯103mm3

'44

翼缘对截面中和轴的面积距：

S1=200⨯10⨯255mm3=510⨯103mm3

'45

五、主梁内力