工作平台课程设计.docx

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工作平台课程设计

钢结构（实践）（02443）题目

——土木工程专业（专业代码：

080825）

一、目的和要求

（一）考核目的

课程设计是《钢结构》课程的实践教学环节，是基本理论在实践中的应用。

通过本课程设计的训练，加强学生对结构构造的理解，使学生能够熟练掌握钢结构基本构件的设计计算原理和方法，熟悉钢结构的施工及相关的构造要求，培养学生独立思考问题、解决问题的能力。

（二）考核要求

学生选做一个题目，按任务书的设计计算内容完成设计，形成一套完整的计算书（手写），并绘制施工图（A3，不少于一张）。

二、题目及任务书

（一）题目一：

工作平台设计

1.设计资料

一工作平台的布置如图1所示，主次梁分别采用Q235钢材的组合梁和工字型钢梁，用E43型焊条手工焊。

次梁上作用的恒载：

110mm厚的预制钢筋混凝土板（容重25kN/m3）与次梁焊接，预制板上铺有50mm厚的豆石混凝土（容重24kN/m3），平台上活载的标准值为9kN/m2，恒、活载的荷载分项系数分别为1.2、1.4。

主次梁等高连接，主梁以突缘加劲肋的形式支承于钢柱上。

平台面标高6.0m（室内地坪算起），平台下要求净空高度3.5m。

2.设计要求

（1）设计一根中间次梁（容许挠跨比为1/250）

（2）设计中间主梁截面

①采用焊接工形截面梁（容许挠跨比为1/400）。

②计算主梁翼缘连接焊缝。

③设计并布置主梁腹板加劲肋、支座及次梁处的支承加劲肋。

④设计主梁与次梁的连接。

⑤假定主梁在跨中断开，分段运往工地，设计工地高强螺栓的拼接。

（3）设计钢柱（按轴心受压柱计算）

图1工作平台构造（尺寸单位：

mm）

3.设计指导书

工作平台设计主要步骤：

（1）次梁设计计算

①次梁荷载计算

作用在次梁上的永久荷载：

110mm厚的预制钢筋混凝土板（容重25kN/m3）和50mm厚的豆石混凝土（容重24kN/m3）。

作用在次梁上的活荷载：

活载的标准值为9kN/m2。

②荷载组合

1.2恒载+1.4活载。

③内力计算

次梁按支撑于主梁上的简支梁计算内力。

④截面选择

根据抗弯强度的要求选定型钢型号。

⑤截面检算

包括强度和刚度计算。

（2）主梁设计计算

①内力计算

主梁按支承于钢柱上的简支梁计算内力。

②截面选择

根据抗弯强度的要求初步拟定截面高度h；

根据抗剪要求及经验公式确定腹板厚度

；

根据抗弯要求及局部稳定要求确定翼缘宽度b和厚度t。

采用在

处变截面，厚度不变，根据

处的抗弯要求设计该处的翼缘宽度。

③截面检算

包括强度、刚度、整体稳定及局部稳定计算。

④计算主梁翼缘连接焊缝

取单位长度的焊缝计算；

作用在两条焊缝上的力为水平剪力

；

计算两条焊缝上的剪应力不超过角焊缝的强度设计值。

⑤腹板加劲肋设计

根据规范要求及梁的截面尺寸判断应设置何种加劲肋；

按规范规定的间距要求假定加劲肋间距；

根据规范上局部稳定的验算公式验算腹板的局部稳定性。

⑥主梁与次梁连接的设计

本设计采用等高连接；计算焊缝时把梁的支反力加大20%～30%，按围焊缝受剪计算。

⑦工地高强螺栓的拼接设计

翼缘连接按与翼缘等强度设计，腹板连接受扭矩和剪力，通常先排列好螺栓，然后再验算。

（二）题目二：

吊车梁设计

1.设计资料

吊车梁跨度6m，无制动结构，支承于钢柱，采用平板支座。

设有两台起重量Q＝16t/3.2t中级工作制（A5）软钩吊车，吊车跨度Lk＝31.5m。

吊车梁采用Q235钢材，焊条为E43型。

吊车规格：

宽度B＝6390mm，轮距BQ＝5000mm，小车重g＝6.326t，吊车总重G＝41.0t，最大轮压Pmax＝22.3t。

吊车轮压及轮距见图2。

采用43kg/m钢轨，hR＝140mm

2.设计要求

按《钢结构设计规范》GB50017规范设计此吊车梁。

图2吊车轮压及轮距尺寸（尺寸单位：

mm）

3.设计指导书

计算内容及主要步骤

（1）吊车荷载计算

吊车荷载动力系数

＝1.05，吊车荷载分项系数

＝1.4，计算出竖直方向和水平方向荷载设计值。

（2）内力计算

①最大弯矩及相应剪力。

②最大剪力。

③水平荷载产生的最大弯矩。

（3）截面选择

宜考虑单轴对称工字形截面。

（4）计算截面特征

（5）强度计算

包括正应力、剪应力、局部压应力、腹板计算高度折算应力。

（6）稳定计算

①整体稳定。

②局部稳定。

通常设置加劲肋以保证腹板的稳定性。

（7）疲劳计算

按一台吊车计算，荷载采用标准值，不计动力系数。

欠载系数

取0.5。

验算部位：

①腹板与下翼缘连接焊缝附近主体金属。

②加劲肋下端部焊缝附近主体金属。

（8）挠度计算

按一台吊车时计算挠度，

＝

。

（9）支承加劲肋设计

（10）焊缝计算

计算部位：

上翼缘与腹板连接焊缝、下翼缘与腹板连接焊缝、支承加劲肋与腹板连接焊缝。

（三）题目三：

钢屋架设计

1.设计资料

梯形屋架，跨度24m，屋架间距6m，铰支于钢筋混凝土柱上。

厂房长度54m。

屋架上弦放置1.5m×6m大型屋面板，上做油毡防水屋面。

下弦杆仅仅在两端和中央设系杆作为侧向支撑。

屋面离地面高度约为20m，基本风压0.4kN/m2，基本雪压0.35kN/m2。

设计为不上人的屋面，屋面均布活荷载0.7kN/m2。

钢材采用Q235-B，焊条采用E43型。

屋架每端支座中线缩进0.15m，计算跨度23.7m，端部高度2m，中部高度3.2m，屋架几何长度见图3。

图3屋架几何长度（尺寸单位：

mm）

2.设计要求

按规范设计此钢屋架。

3.设计指导书

计算内容及主要步骤

（1）荷载计算

①屋架永久荷载包括：

屋架和支撑自重0.12＋0.011

1.5m×6m大型屋面板1.4kN/m2

150mm加气混凝土0.9kN/m2

20mm水泥砂浆找平层0.4kN/m2

二毡三油上铺小石子0.35kN/m2

吊顶0.4kN/m2

②屋架活荷载包括：

屋面均布活荷载0.7kN/m2，基本风压0.4kN/m2，基本雪压0.35kN/m2，以上全部均按作用在上弦节点。

（2）荷载组合

①荷载组合情况：

组合1全部恒、活荷载

组合2全跨恒荷载、半跨活荷载

组合3全跨屋架、支撑重＋半跨屋面板重和活荷载

②因为屋架采用重型屋面板，可不考虑风力作用。

③雪压与屋面活荷载不同时考虑，取其大者。

④杆件内力组合。

（3）内力计算

①桁架只受节点荷载，杆件内力按节点荷载作用下的桁架计算，可采用数解法或图解法或内力系数法。

②所有杆件都是轴心受压或轴心受拉杆件，不承受弯矩。

③主要考虑第一组合内力，但第二、三组合会使个别杆件的内力大于第一组合内力，并可能使第一组合为拉力的杆件变为受压。

（4）截面选择

①确定桁架杆件的计算长度

桁架平面内的计算长度

：

一端为上弦节点，另一端为下弦节点，并用节点板连接的非支座腹杆，取

；桁架其他杆件均取

。

桁架平面外的计算长度

：

上、下弦杆取

=

。

为侧向支承点（水平、垂直或相应系杆节点）的间距。

当受压弦杆侧向支承点间距

为节间长度

的2倍，且两个节间的轴心压力

不等于

时，取

=

，取大于等于

。

一般腹杆取

=

。

斜平面的计算长度

：

弦杆、支座腹杆

=

，一般腹杆

=0.9

。

②选择桁架杆件的截面形式

上下弦杆：

当

大于2倍

以上时，采用短边相并的双不等边角钢T形截面。

当

接近于2倍

时可采用双等边角钢T形截面。

支座腹杆：

采用长边相并的双不等边角钢T形截面，当杆件较短内力较大，规格合适有时可采用双等边角钢T形截面。

一般腹杆：

采用双等边角钢T形截面。

桁架正中竖杆：

采用双角钢十形截面。

③确定钢桁架的节点板厚度

确定厚度的主要依据指标是各节点处每根杆件传给节点板的内力，以其中最大内力为准来确定全桁架的节点板厚度。

在杆件为双角钢截面的普通桁架中，节点板厚度按设计经验确定，为了加强支座节点刚性，支座节点板通常另行加厚2㎜。

④桁架杆件的截面选择和计算

桁架杆件一般是轴心受拉构件或轴心受压构件，其截面选择的要求、方法和步骤按轴心构件的设计规定进行计算。

轴心受拉构件满足强度和刚度要求。

轴心受压构件满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定。

注意在计算T型钢或双角钢的长细比注意按新规范考虑扭转。

（5）节点设计

桁架节点设计的主要任务是确定节点处各杆件的切断点位置以保证杆件间有足够的空隙；确定节点板的形状、大小和定位尺寸以保证节点板上正好足以布置各杆件按计算所需要的焊缝或螺栓等。

通常根据各腹杆内力和所需要的焊缝长度确定节点板尺寸。

①确定焊缝长度

设计时对控制节点板尺寸的焊缝应采用适当大一些的焊脚尺寸，以减小其所需焊缝长度并相应尽量减小节点板尺寸。

对其它焊缝，则是所定节点板尺寸已经确定其实有长度，所以其焊脚尺寸在满足受力和构造要求下尽量小些。

②确定节点板尺寸

根据上面确定的焊缝长度确定节点板尺寸。

（四）题目四：

钢桁架桥设计

1.基本资料

上承式人行钢桁架桥，由两榀主桁架、上平纵联、下平纵联及横向联结等组成，跨度为L=20m，主桁高度为H=2.0m，支承于两端桥台上，主桁中心间距为2.4m，桥面宽度为3.2m，每侧栏杆高度为1m。

桥面板为预制混凝土板，厚度100mm，预制混凝土板上浦3cm后水泥砂浆结合层，水泥砂浆结合层上为1cm厚地砖。

材料：

主桁架、上平纵联、下平纵联及横向联结材料为Q235B

主桁架为焊接结构，焊条采用E43型

预制混凝土板材料为C30混凝土

图4主桁结构示意图

2.荷载条件

上平纵联、下平纵联及横向联结0.5kN/m2

栏杆0.2kN/m

钢材容重78.5kN/m3

混凝土容重25kN/m3

水泥砂浆容重20kN/m3

地砖容重22kN/m3

人群荷载3.5kN/m2

基本风压0.35kN/m2

基本雪压0.3kN/m2

3.设计内容

（1）主桁架各杆件内力计算

（2）主桁架各杆件截面设计

（3）节点计算

（4）图纸绘制

4.设计指导书

主要设计内容和步骤

（1）荷载计算

①永久荷载包括：

主桁自重估算5.0kN/m

纵联及横向联结0.5kN/m2

预制混凝土板

3cm水泥砂浆结合层

1cm地砖

栏杆0.2kN/m

②主桁活荷载包括：

人群荷载3.5kN/m2

基本风压0.35kN/m2

基本雪压0.3kN/m2

不考虑地震作用，以上全部均按作用在上弦节点。

（2）荷载组合

①荷载组合情况

组合1全部恒、活荷载

组合2全跨恒荷载、半跨活荷载

②由于桥面板为混凝土板，并且有纵横联，可不考虑风力作用。

③杆件内力组合

（3）内力计算

①桁架只受节点荷载，杆件内力按节点荷载作用下的桁架计算，可采用数解法或图解法或内力系数法。

②所有杆件都是轴心受压或轴心受拉杆件，不承受弯矩。

③主要考虑第一组合内力，但第二、三组合会使个别杆件的内力大于第一组合内力，并可能使第一组合为拉力的杆件变为受压。

（4）截面选择

①确定桁架杆件的计算长度

桁架平面内的计算长度

：

一端为上弦节点，另一端为下弦节点，并用节点板连接的非支座腹杆，取

；桁架其他杆件均取

。

桁架平面外的计算长度

：

上、下弦杆取

=

。

为侧向支承点（水平、垂直或相应系杆节点）的间距。

当受压弦杆侧向支承点间距

为节间长度

的2倍，且两个节间的轴心压力

不等于

时，取

=

，取大于等于

。

一般腹杆取

=

。

斜平面的计算长度

：

弦杆、支座腹杆

=

，一般腹杆

=0.9

。

②选择桁架杆件的截面形式

上下弦杆：

当

大于2倍

以上时，采用短边相并的双不等边角钢T形截面。

当

接近于2倍

时可采用双等边角钢T形截面。

支座腹杆：

采用长边相并的双不等边角钢T形截面，当杆件较短内力较大，规格合适有时可采用双等边角钢T形截面。

一般腹杆：

采用双等边角钢T形截面。

桁架正中竖杆：

采用双角钢十形截面。

③确定钢桁架的节点板厚度

确定厚度的主要依据指标是各节点处每根杆件传给节点板的内力，以其中最大内力为准来确定全桁架的节点板厚度。

在杆件为双角钢截面的普通桁架中，节点板厚度按设计经验确定，为了加强支座节点刚性，支座节点板通常另行加厚2㎜。

④桁架杆件的截面选择和计算

桁架杆件一般是轴心受拉构件或轴心受压构件，其截面选择的要求、方法和步骤按轴心构件的设计规定进行计算。

轴心受拉构件满足强度和刚度要求。

轴心受压构件满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定。

注意在计算T型钢或双角钢的长细比注意按新规范考虑扭转。

（5）节点设计

桁架节点设计的主要任务是确定节点处各杆件的切断点位置以保证杆件间有足够的空隙；确定节点板的形状、大小和定位尺寸以保证节点板上正好足以布置各杆件按计算所需要的焊缝或螺栓等。

通常根据各腹杆内力和所需要的焊缝长度确定节点板尺寸。

①确定焊缝长度

设计时对控制节点板尺寸的焊缝应采用适当大一些的焊脚尺寸，以减小其所需焊缝长度并相应尽量减小节点板尺寸。

对其它焊缝，则是所定节点板尺寸已经确定其实有长度，所以其焊脚尺寸在满足受力和构造要求下尽量小些。

②确定节点板尺寸

根据上面确定的焊缝长度确定节点板尺寸。

四、实施时间

2周完成本课程设计。

五、参考资料

（一）张志国，张庆芳．钢结构[M]．北京：

中国铁道出版社，2008．

（二）魏明钟．钢结构[M]．武汉：

武汉理工大学出版社，2002．

（三）王国周，瞿履谦．钢结构原理与设计[M]．北京：

清华大学出版社，2005．

（四）《钢结构设计手册》编辑委员会．钢结构设计手册[M]．北京：

中国建筑工业出版社，2004．

六、考核方式和评定标准

（一）考核方式：

教师根据学生所提交的课程设计报告进行评分。

（二）评定标准：

百分制，60分为及格线。