钢结构设计计算书实用模板.doc

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1、word钢结构设计原理课程设计35 / 35计算书专业： 土木工程某某 学号： 指导教师： 目 录设计资料和结构布置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11. 铺板设计1.1 初选铺板截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21.2 板的加劲肋设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31.3 荷载计算 - -

2、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43. 次梁设计3.1 计算简图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 53.2 初选次梁截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 53.3 内力计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3、- - 63.4 截面设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 64. 主梁设计4.1 计算简图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 74.2 初选主梁截面尺寸 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 75. 主梁内力计算5.1 荷载计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - -

4、 - - - - - - - - - - - - - - - - 95.2 截面设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 96. 主梁稳定计算6.1 内力设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 116.2 挠度验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 136.3 翼缘与腹板的连接- -

5、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 137 主梁加劲肋计算7.1 支撑加劲肋的稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 147.2 连接螺栓计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 147.3 加劲肋与主梁角焊缝 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 157.4

6、 连接板的厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 157.5 次梁腹板的净截面验算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 158. 钢柱设计8.1 截面尺寸初选 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 168.2 整体稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

7、- - - - 168.3 局部稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 178.4 刚度计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 178.5 主梁与柱的节点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189. 柱脚设计9.1 底板面积 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

8、 - - - - - - - - - - - - - 219.2 底板厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 219.3 螺栓直径 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2110. 楼梯设计10.1 楼梯布置 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2210.2 踏步板计算 - - - - - - -

9、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2210.3 梯段梁设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2311. 斜支撑设计11.1 支撑布置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2511.2 斜支撑刚度计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -251设计资料某

10、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 ，室内钢结构操作平台建筑标高为 。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 。(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) 平台柱根底混凝土强度等级 C25。(6) 连接方案：次梁与主梁

11、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；柱与根底采用铰接连接；平台板与主次梁采用焊接角焊缝连接。试对铺板、次梁、主梁、钢柱以与次梁与主梁、主梁与柱上端、柱脚与钢楼梯进展设计。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 ；主梁沿横向布置，跨度为 6m；次梁 沿纵向布置，跨度为 6.0 m。次梁的间距为 ；单块铺板的平面尺寸为 。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tl1 150 l

12、1 120 = 5.0 6.25mm 取t=7mm。1.2. 计算简图因铺板区格长边之比b /a= 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 =KN/m 2平台板永久荷载标准值：g1=kN / m2平台板可变荷载标准值：q2= kN / m2平台板的荷载根本组合值：P =gg+gq=+3.0 kN / m2= kN / m2G 1Q2平台板的荷载标准组合值：P =g+ q= 0.55 +=kN / m2k122内力计算平台板单位宽度最大弯矩：Mmax=apa2=2= kN m平台板的最大挠度：p a410-375

13、04fmax =bk=mm =mm3573Et10注：根据 ，查表 4-1 可得，均布荷载作用下四边简支板的弯矩系数，b。1234561.4. 截面设计1强度计算 铺板的强度按式4-5 计算Mmax=6MmaxgWgt2=6103N / mm2=N / mm2 f = 215N / mm2 727f=112a7501508二、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 = 80 mm，厚度 6 mm，按 T 形截面计算，受压区为铺板

14、翼缘，t = 7mm，受压区 长度 30 t = 210 mm，如图 2-2c 所示。加劲肋的跨度为 ，计算简图如图 2-2a 所示图 2-2 b图 2-2 c2.2.荷载计算铺板为四边支承板，较准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 =N / m加劲肋自重78.5 0.08 = 0.04 kN / mg k= 0.45 kN / m可变荷载标准值：qk=N / m =kN / m荷载的根本组合值：P =gGgk+gQqk=+= kN / m荷载的标准组合值:Pk=gk+qk=+

15、kN / m=kN / m3内力计算跨中最大弯矩设计值M max=1/8 pl 2=1/82=kN m支座处最大剪力设计值Vmax=12 pl =12kN =kN4截面特性计算 截面形心位置yc= 210 7 3.5 + 80 6 (40 + 7) mm=mm 210 7 + 80 6截面惯性矩I =12121073+2107-3.5)2+1216803+806(72.79- 40)2= 946705 . 9 0 (mm4 )支座处抗剪面积只计算铺板局部，偏于安全的仍取 210mm X围，如此Av=2107=1470 mm25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开展

16、系数取 1.2.s =Mmax=106=N / mm2 f =215N / mm2(满足要求)g W1.2 946705.90 /(87 -14.21)xnx910111213141516171819204按抗剪强度公式计算：Vmax S=Vmax=ItAV=/ 1470 =N / mm2fv=125 N / mm2满足要求216变形计算 加劲肋的挠度按式4-9计算：f=5p l3515003=11满足要求k=225150l 384EIx38410三、钢 结 构 次 梁 设 计次梁与主梁铰接，按简支梁计算，跨度l0= 6.0 m，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

17、-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 750 mm 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=KN/m = KN/m23qBSK=KN/m = KN/m24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 。假定钢号为 2240 之间，查钢结构设计规XGB 50017-2003附表 ，。次梁跨中弯矩设计值Mmax=1qBS l 2=19KNm=KNm2588所需的截面抵抗矩WxMX max=1.02 106mm3=cm26jb 215f选用I32a, h=320mm,b=130mm, t=

18、mm, tw=mm,Wx=692cm, Ix=11080cm4,自重为 60Kg/m=KN/m273.3.内力计算包含自重在内的次梁均布荷载根本组合值qBS = ( + 1.2 ) = KN/m28均布荷载标准组合值qBSK = + = 5.93 KN/m29最大弯矩根本组合值Mmax=1qBS L2=192=KNm3088最大剪力根本组合值Vmax=1qBS L =19=KN31223.4.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M max1062s

19、=f= 215N / mm(满足要求)32jbWx0.6 6921032挠度验算f=5qBSKl3=5390003=1 cm2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 =220010+5008=8000mm 241主梁截面惯性矩：Inx=2005203/12-1925003/12=106 mm442I y=2102003/12+50083/12=106 mm4抗弯截面模量：W = Inx/(h / 2) = 343.47 106/(520 / 2)mm3=106 mm3nx43中和轴以上局部的面积距：S =20010255mm3+2508125mm3= 76

20、0 103mm344翼缘对截面中和轴的面积距：S1=20010255 mm3=510103 mm345五、主 梁 内 力 计 算5.1. 荷载计算取加劲肋的构造系数为 1.05，主梁自重标准值：gk=800010-6KN / m =KN / m46主梁自重设计值:荷载计算g =gk=KN / m =KN / m47截面最大弯矩的根本组合值M max=(6 / 2+62/ 8)KN m =KN m48截面最大剪力的根本组合值Vmax=P +3g =+30.79)KN =KN49主梁内力图如图 4-24b 所示。1强度计算 抗弯强度：s =M max106222=N / mm=N / mm f =

21、215N / mm满足要求 50g xWnx106抗剪强度：V S103 770 103t =max=N / mm2= f =125 N / mm251Inxtw343.47 1068满足要求(2)整体稳定计算次梁可以作为主梁的侧向支撑。主梁受压翼缘的自由长度l1 =1.5m ，受压翼缘宽度 b1 =200mm。l1 / b1 = 1500 / 200 = 7.5 16，因此可不计算主梁的整体稳定性。3翼缘局部稳定计算 梁受压翼缘自由外伸宽 b1 =( 200 8 ) / 2= 96 mm，厚度 t=10 mm。b196235= 13= 1352t10f y故受压翼缘局部稳定满足要求。 4腹板

22、局部稳定验算和腹板加劲肋设计 = = 500mm, = 8mm , 所以/ =500 / 8 = 62.5 1,腹板受剪计算的通用高厚比S:htwf y500 8S=0=1 = 0.634 5623541 5.34 + 4(h0a)2415.34 + 4 (500 1500)2因此，临界应力 = 125 N / mm2535455六、主 梁 稳 定 计 算根据主梁的剪力和弯矩分布图 4-24b，需对各地区段分别进展局部稳定性验算。根据区段：平均弯矩 M1= ( 2/5pl+2/25ql2+ 0 ) / 2 = KNm57平均剪力 V1=2p+1/2ql+2p+3/10qlKN/2 = KN，如

23、此弯曲应力和平均剪应力分别为s =M1h=*1000000 *500 /(2 *343.47 *1000000)N / mm2=N / mm2582IXt =V1=*1000 /(500 *8)N / mm2=N / mm259hwtw因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s 2t 2=(/ 215)*(/ 215)+(/125)*(/125)= + 60scr tcr 区段：平均弯矩=(2/5pl+2/25ql2+3/5pl+3/25ql2) / 2= KNm61平均剪力=2p+2*3/10ql+p/ 2 = KN，如此弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h= *1000000*500 /

24、(2*1000000)=N/mm22IXt =V2=*1000 /(500 *8)N / mm2=N / mm2hwtw因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t 2+=()*()+)*()s crtcr 626364=注：计算主梁跨度是 米、6 米的同学，主梁内力计算有 2 个区段，右边序列号有 61、62、63、64.计算主梁跨度是 米、9 米的同学，主梁内力计算有 3 个区段，右边序列号增加第三区段的 65、66、67、68.=其中：主梁跨度是 米，区段 3 的计算M3右 = 3 / 5 P * L + 3 / 25 Q * L2M 中 = 4 / 5 P * L + 1 / 8 Q *

25、 L2区段 3 的平均弯矩值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 M区段365Q3右 = 3 / 5 Q * L11Q 中= 0区段 3 的平均剪力值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 V区段3=如此弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h662IXt =V267hwtw=因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t2+ 68s cr t cr 区段 3 局部稳定计算，要小于 1.0 满足要求=其中：主梁跨度是 米，区段 3 的计算M3右 = 5 / 6 P * L + 1 / 9 Q * L2M 中 = 3 / 4 P * L + 1 / 8 Q * L2区段 3 的平均弯矩值应取以上两式

26、的平均值，平均值的符号为 M区段365Q3右 = P / 2 + 1 / 6 Q * L Q 中= P / 2区段 3 的平均剪力值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 V区段3=如此弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h662IXt =V267hwtw=因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t2+ 68s cr t cr 区段 3 局部稳定计算，要小于 1.0 满足要求=简支梁在对称集中荷载次梁传来和均布荷载主梁自重作用下的跨中挠度系数分别为19 / 348 和 5 / 348 ，如此：f =19 pkl3+5gkl4384EIx384EIx=(19 *7500*7500*7500 +

27、 5 * 0.66 *7500 *7500 *7500 *7500)/69(384 * 2.06 *100000 *343.47 *1000000)mm=mml0 400 = 6000mm 400 = 15 mm采用连续直角焊缝，所需焊缝的焊脚尺寸为：按构造要求，hfmin=mm =mmtmax10h f maxtmin70h fVmax S1=*1000 * 510000 /(1.4 *160*1000000)=mm71I x20.7 ffw如此取 hf=6mm，如图 4-1c 所示。13七、主 梁 加 劲 肋 计 算次梁与主梁平接，如图 7-1 所示，连接螺栓采用 级 M16 摩擦型高强度螺栓。计算连接螺栓和连接焊缝时，除了次梁端部垂直剪力外，尚应考虑由于偏心所产生的附加弯矩的影响。7.1.支撑加劲肋的稳定计算一侧加劲肋宽 bs= 96mm , 厚度 t = 8mm , 按轴心受压杆件验算腹板平面外稳定。验算时考虑与加劲肋工作单边的长度 15