中型普通工作平台设计例题审批稿.docx

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中型普通工作平台设计例题审批稿

YKKstandardizationoffice【YKK5AB-YKK08-YKK2C-YKK18】

中型普通工作平台设计例题

中型普通工作平台设计

（一）设计资料某室内独立中型普通工作平台，平面尺寸见例图1，

铺面板采用钢板，钢材为Q235，楼面活荷载标准值为4kN/m2。

C

12000

B

24000

12000

A

6000

6000

6000

6000

42000

6000

6000

6000

1

2

3

4

5

6

7

8

例图1钢平台平面图

（二）设计步骤

1．确定结构布置方案及结构布置形式

结构平面布置如例图2所示。

2．荷载条件楼面活荷载标准值取4kN/m2。

3．平台铺板设计

3.1确定有关尺寸铺板采用有肋铺板，板格尺寸为750×1500。

根据

构造要求及荷载作用情况，取铺板厚6mm，板肋尺寸6×60。

3.2验算铺板的强度和刚度

3.2.1强度验算

计算铺板和加劲肋的跨中最大弯矩

铺板所承受荷载计算

铺板自重标准值：

板肋自重标准值：

板面活荷载标准值：

依题意并经综合比较，平台

2

C

12000

CL1

B

24000

A

2

6000

6000

6000

6000

42000

6000

6000

6000

12000

1

750

2

3

4

ZL1

1

1

5

6

7

8

750

6000

8*750=6000

1

2

12000

4

8*750=6000

42000

5

12000

7

8*750=6000

8

1-1

1500

6000

8*1500=12000

12000

C

B

8*1500=12000

12000

A

2-2

例图2平台结构平面布置图

计算铺板跨中最大弯矩铺板按四边简支平板计算

b/a=1500/800=2.0

因为b>a，所以Mx>My，那么Mmax=Mx

由四边简支无肋铺板的挠度和弯矩计算系数表（指导书表2）按线性

插入法查得β1=0.1017

铺板面荷载设计值

q=1.2×0.462+1.4×4=6.154kN/m2

铺板跨中单位宽度最大弯矩为

Mx=β1qa2=0.1017×6.154×0.8×0.8=0.352kN·m

计算板肋的跨中最大弯矩

可按两端支承在平台次梁上的

简支梁计算加劲肋承受的线荷载，其中

恒荷载标准值为：

q=0.462×0.75+0.0277=0.374kN/m

活荷载标准值为：

q=4×0.8=3.2kN/m

加劲肋的跨中最大弯矩为：

验算铺板和加劲肋的强度

铺板铺板截面的最大应力为：

加劲肋加劲肋可考虑铺板30倍厚度的宽度参与截面共同

工作，计算截面见例图3。

90

6

90

750

3

3

60

750

例图3铺板加劲肋计算截面图

截面面积

截面形心轴到铺板面的距离y

截面对形心轴x的截面惯性矩

加劲肋截面最大应力为

3.2.2铺板和加劲肋刚度验算

铺板铺板容许挠度[υ]=l/150=750/150=5.0mm

由指导书表1查得α=0.1422

铺板面荷载标准值：

q′=0.462+4=4.462kN/m2

铺板跨中最大挠度

=0.1422

满足刚度要求

由此可见铺板的厚度由刚度控制。

加劲肋加劲肋容许挠度[υ]=l/250=1500/250=6mm

加劲肋跨中最大挠度

υmax<[υ]=6mm，满足刚度要求

4．平台次梁设计

假定平台次梁与平台主梁铰接连接，平台次梁

CL1可看作是两端支承在平台主梁上的简支梁，承受着平台铺板传来

的均布荷载，计算简图见图4。

6000

例图4平台次梁计算简图

恒荷载标准值：

q=0.374×1.5/0.75=0.701kN/m

活荷载标准值：

q=4×1.5=6kN/m

次梁跨中最大弯矩：

4.1截面选择

次梁所需的截面抵抗矩

Wx=Mmax/f=41.59×106/215=1.93×105mm3

次梁采用工字形型钢截面，由型钢规格表查得

I22a：

A=42cm2，Ix=3400cm4，Wx=309cm3，Ix/Sx=18.9cm，自重33kg/m

能满足其抵抗矩要求，因此试选I22a为次梁截面。

4.2验算所选截面的强度

4.2.1抗弯强度验算

考虑梁自重后

Mmax=[1.2×（0.701+0.033×9.8）+1.4×6]×6×6/8=43.33kN·m

作用在次梁上的荷载为静力荷载，因此，截面最大应力

（满足强度要求）

4.2.2抗剪强度验算

次梁最大剪力

Vmax=ql/2=[1.2×（0.701+0.033×9.8）+1.4×6.0]×6/2=28.89kN

截面最大剪应力

由此可见型钢梁截面的剪应力很小。

4.3

次梁整体稳定验算

次梁的受压翼缘有带肋铺板与其牢固连

接，整体稳定可以满足要求，因此不必验算次梁的整体稳定。

4.4次梁的刚度验算

次梁的容许挠度[υ]=l/250=6000/250=24mm

次梁跨中最大挠度

Υmax小于[υ]=24mm，次梁刚度满足要求。

由此可见，型钢次梁在整体稳定满足要求的情况下，截面尺寸有可

能由梁的刚度控制。

5．平台主梁设计假定平台主梁与平台柱铰接连接，平台主梁ZL1

可看作是两端支承在平台柱上的简支梁，承受着平台次梁传来的荷

载，计算简图如图5所示。

250

1500150015001500150015001500150015001500

12000

图5平台主梁计算简图

恒荷载标准值：

F=（0.701+33×9.8×10-3）×103×6.0=6.146kN

活荷载标准值：

F=6×6=36kN

主梁支座反力：

R=7F/2=7×（1.2×6.146+1.4×36）/2=204.6kN

跨中最大弯矩

Mmax=6R-4.5F-3F-1.5F

=6×204.6（4.5+3+1.5）×（1.2×6.146+1.4×36）

=707.6kN·m

主梁最大剪力

Vmax=R=204.6KN

5.1

主梁截面选择

平台主梁的跨度及承受的荷载都较大，轧制型

钢梁不能满足要求。

拟采用三块钢板拼焊成的工字形组合截面梁。

5.1.1确定主梁截面的高度h

最大高度hmax：

本工程对建筑高度没有特殊限制。

20

1000

10

20

最小高度hmin：

由主梁的刚度要求决定，即当平台主梁相对容

许挠度[υ/l]=1/400时，由按容许挠度确定的梁的最小高跨比（指导书

表3）查得hmin/l=1/15，则

hmin=l/15=12000/15=800mm

经济高度he：

先假定腹板的厚度tw=10mm，由经验公式求得

考虑钢板规格取h0=1000mm。

5.1.2确定腹板尺寸tw

腹板主要承受剪力，由抗剪强度确定其厚度

假定翼缘厚度为20mm，可得

经济厚度

局部稳定

tw3=h0/170=1000/170=5.88mm

取腹板厚度tw=10mm

5.1.3确定翼缘尺寸b和t

由t=20mm，得b≥87.77mm；取b=250mm

（满足局部稳定要求）

5.2主梁截面验算

5.2.1

截面强度验算

根据选定的截面（见图5），计算截面几何

特征值如下：

A=2×0.25×0.02+0.01×1=0.02m2

主梁自重标准值：

qk=7850×9.8×0.02×1.05=1616N/m=1.616kN/m

这里的系数1.05为考虑加劲肋、焊缝等引起的自重增加。

考虑主梁自重后跨中最大弯矩和最大剪力分别为：

Mmax=0.7076×106+1.2×1.616×103×12×12/8=742.5kN·m

Vmax=2.046×105+1.2×1.616×103×12/2=216kN

弯曲正应力验算

（满足要求）

剪应力验算

（满足要求）

局部压应力验算

为保证局部抗压强度和腹板局部稳定的要

求，考虑在次梁作用处设置加劲肋。

支座处支承加劲肋的计算见柱头

设计部分。

5.2.2整体稳定验算次梁可作为主梁的侧向支撑，因此主梁侧向支

撑点的距离l1=1.5m，l1/b=1500/250=6<16，能满足工字形截面简支梁

不需要验算整体稳定的条件，整体稳定能得以保证。

5.2.3刚度验算

主梁在标准荷载作用下支座反力

Rk=7Fk/2+qkl/2=7×（6.146+36）/2+1.616×12/2=157.2kN

跨中最大弯矩

Mk=6Rk（4.5+3+1.5）Fk+1.616×12×12/8=587.9kN·m

跨中最大挠度

（满足刚度要求）

翼缘局部稳定验算

b1/t=125/20=6.25<13（翼缘局部稳定能满足要求）

腹板局部稳定验算

h0/tw=1000/10=100>80

说明剪应力对腹板的屈曲起决定作用。

因次梁是作为主梁的侧向支撑

点，因此考虑在次梁作用处设置横向加劲肋如图6所示，间距

a=1500mm<2h0。

1

1

1500

1500

1-1

图6主梁腹板加劲肋布置图

因端部区格I剪力最大，因此选择端部区格I验算其腹板的局部稳定，

即

τ=V/（h0tw）=216000/（1000×10）=21.6MPa

h0/twητ=711<1200

说明可按构造设置横向加劲肋。

因此，如图6选择横向加劲肋间距

a=1500mm，能满足腹板局部稳定的要求。

5.3

主梁支承加劲肋计算

平台主梁通过梁端突缘与柱顶连接构造

见图7。

t

<=2t

1

1

15tw

1-1

图7平台主梁突缘支座构造图

主梁支承加劲肋的端部按所承受的支座反力计算，加劲肋的端部采用

刨平顶紧的连接方法，其端面承压面积应满足

Ab=N/fce=2.16×105/320=675mm2

支承加劲肋按构造要求取宽度b=250mm，为满足刚度要求

t≥bs/15=125/15=8.33mm，取t=9mm。

实际的端面承压面积Ab=250×9=2250mm2，大大超过所需的面积，

整体稳定能得以保证。

6．平台柱设计

平台柱承受平台主梁传来的荷载，平台柱与平台主

梁采用铰接连接，平台柱承受的轴心力的设计值为

6.1确定柱截面尺寸

假定平台柱的长细比λ=80

tw

φ=0.688

280

10

平台柱所需的截面面积

6

图8平台柱截面图

按柱的一般要求，取柱截面高度h为柱高度的1/12~1/20，因柱两个

方向的计算长度相等，所以可取截面的宽度b接近于高度h，考虑主

梁与柱的连接构造，初定柱截面尺寸如图8所示。

6.2计算截面特征值

A=2×250×10+6×280=6680mm2

ix=IxA=131.83mm，iy=IyA=62.44mm

6.3验算平台柱截面的强度、整体稳定和刚度

因柱截面没有削弱，若柱整体稳定能满足要求，则柱的强度也能满足

要求。

因此，只需验算柱的整体稳定。

平台柱高6m，两端铰接，平面内与平面外的计算长度均为6m，则

l0x=l0y=6m

λ0x=l0x/ix=6000/131.83=45.51<[λ]=150

λ0y=l0y/iy=6000/62.44=96.09<[λ]=150

柱的刚度能满足要求。

按b类截面查轴心受压稳定系数φmin=φ0y=0.5805

平台柱自重标准值：

N1=7850×9.8×0.00668×6×1.2=3700N

10

按b类截面查轴心受压稳定系数

250

这里的系数1.2为考虑加劲肋、焊缝及柱头、柱脚等引起的自重增加

值。

柱承受的轴心力设计值：

N=4.641×105+1.2×3.7×103=468540N

柱整体稳定能满足要求。

6.4验算平台柱的局部稳定

6.4.1腹板的局部稳定

腹板的局部稳定满足要求。

6.4.2翼缘的局部稳定

翼缘的局部稳定满足要求。

7．平台柱柱头设计

平台柱柱头的构造见图9，柱顶板取为

350×300×16，顶板上的垫块为300×100×10。

平台柱柱头承受的压力

N通过柱头腹板两侧的加劲肋传递。

每一侧加劲肋承受N/2，加劲肋

与腹板的连接焊缝承受着剪力和弯矩的共同作用如图9所示。

柱头压力N，经柱顶板端面承压传给加劲肋，大小为N=464100N。

125

50

350

140

140

75

300

10

25

300

25

图9柱头构造

7.1计算加劲肋端面承压面积

加劲肋需要的端面承压面积为A=N/fcc=464100/320=1450.31mm2

选加劲肋为100×10，两侧加劲肋的端面承压面积为

A=2×100×10=2000mm2>1450.31mm2

说明加劲肋端面承压能满足要求。

7.2计算加劲肋与腹板的连接焊缝

加劲肋与腹板连接焊缝承受的

剪力和弯矩分别为V=N/2=232050N

M=V×0.0625=232050×0.05=11602.5N·m

按构造要求假设焊缝的厚度hf=8mm，焊缝的长度lf=400mm。

由剪力产生的焊缝剪应力

由弯矩产生的焊缝正应力

验算焊缝的强度

50

100

100

50

380

100

62.81N/mm

焊缝强度能满足要求。

7.3验算加劲肋强度

加劲肋自身强度，按悬臂梁计算。

加劲肋承受的剪应力

τ=1.5V/A=1.5×232050/（10×400）=87N/mm2

加劲肋承受的正应力

加劲肋强度能满足要求。

从上述计算结果表明，加劲肋的高度取决于其自身的抗剪强度。

8．平台柱柱脚设计

平台柱承受的轴心力较小，柱脚采用平板式铰接构造形式见图10。

基础混凝土强度等级为C20，抗压强度设计值fc=9.6N/mm2。

320

10

270

10

300

图10平台柱脚初选尺寸图

10

柱承受的轴心力设计值：

N=464100N

柱脚底板需用的面积：

A=N/fc=464100/9.6=48343.75mm2

8.1初选柱底板尺寸

10

125

125

0

按构造要求取柱底板尺寸为320×270，锚栓直径d=20，锚栓孔d0=22，

则底板净面积：

An=320×2702×πd0×d0/4=85639.74mm2

柱脚底板受的反力：

q=N/An=464100/85639.74=5.42N/mm2

三边支承板：

a1=280mm，b1=132mm，b1/a1=0.471，β=0.05336

M=βqa12=0.05336×5.42×2802=22674N·mm

6Mmax622674

底板厚度为：

t=f215=25.15mm

按上述方案，底板的厚度偏厚，可考虑在柱的两侧设加劲肋来减少柱

底板弯矩。

8.2调整柱底板尺寸实际柱脚构造形式如图11所示。

6010

140

140

1060

270

40

6

30

20

420

图11平台柱脚实际尺寸图

底板净面积An=420×2702×30×40π×402/4=109743.36mm2

柱脚底板受的反力q=N/An=464100/109743.36=4.229N/mm2

三边支承板：

a1=135mm，b1=132mm，b1/a1=0.978，β=0.1095

M=βqa12=0.1095×4.229×1352=8439.55N·mm

6Mmax68439.55

底板厚度为：

t=f215=15.35mm

取t=20mm。

10

125

125

10

肋板可按悬臂梁计算，肋板承受的荷载为：

q=4.229×140=592.06N/mm

M=qll/2=592.06×140×140/2=5.8×106N·mm

选肋板尺寸为6×360

8.2.1验算肋板强度：

τ=1.5V/A=1.5×592.06×140/（6×360）=57.56N/mm2

肋板自身强度满足。

8.2.2验算肋板与柱的连接焊缝

按构造要求假设焊缝的厚度hf=6mm，焊缝的长度lf=360mm。

由剪力产生的焊缝剪应力为：

由弯矩产生的焊缝正应力为：

验算焊缝的强度：

连接焊缝满足要求。

支撑及其他连接设计略。