《钢结构设计》

金工操作钢平台设计

计

算

书

班      级：            

姓      名：               

设计日期：         年       月      日

一、设计资料

设计任务：某厂内金工车间的操作平台，尺寸：18.0m×10.0m，标高6.0m，平台上无动荷载，铺板密铺并与梁牢固相连，平台铺板自重按0.8kN/m2考虑。

二、设计步骤

（一）判断结构是否适合选用钢结构

钢结构的优点和缺点是什么？为什么不选择钢筋混凝土结构的平台方案？

答：钢结构优点：钢结构重量轻，塑性和任性较好；钢材更接近于匀质和各向同体性；钢结构制造简便，易于采用工业化生产，施工安装周期短；钢结构的密实性好。

钢结构的缺点：钢结构的防火性能差，钢材易于锈蚀。

钢筋混凝土自重大、抗裂性差、承载力有限，施工复杂，工序多，钢筋混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。

（二）荷载标准值查取

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，P18页，工业建筑楼面活荷载，该金工车间平台上的活荷载标准值为：     2.5KN/m2        

（三）钢材牌号选择

    本钢结构平台拟选用的钢材牌号为：      Q235        

（四）结构布置

   考虑到钢结构平台合理的跨距与柱距为6~8米，且照顾到铺板的挠度不可过大，柱网布置见下图： 

三、计算书

设计参考资料：

（1）《钢结构》，第4版，刘声场，中国建筑工业出版社；

（2）《建筑结构荷载规范》GB50009-2001；

（3）《钢结构设计规范》，GB50017-2003；

（一）钢结构平台梁设计

1、荷载计算

荷载标准值：0.8KN/m2×5m+2.5KN/m2×5m=16.5KN/m

荷载设计值：0.8KN/m2×5m×1.2+2.5KN/m2×5m×1.4=22.3KN/m

2、内力分析

V=ql=×22.3KN/m×6m=66.9KN                   

M=ql2=0.125×22.3KN/m×62=100.35KN.m

3、预估截面

W====444.518cm3

选择HN346×174×6×9  wx=9  Ix=11200  质量为41.8kg/m  A=53.19cm2

4、验算

（1）抗弯强度

==150.57N/mm结论：截面通过抗弯强度验算，符合要求。

（2）抗剪强度

S=174×9×(-4.5)+()×6×()=344559mm2

τ===35.07N/mm结论：截面通过抗剪强度验算，符合要求。

（3）局部承压强度

本项目没有集中荷载作用，不需进行此项验算。

（4）折算应力

本项目为简直梁，均布荷载，没有某一截面同时承受较大的正应力、剪应力和局部压应力，不需进行此项验算。

（5）刚度

γ=.==12.37<==15

结论：简直梁最大挠度符合规范要求。

（6）整体稳定性

平台上有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移，不需要进行此项验算。

5、结论

选取截面为HN346×174×6×9，且通过各项验算，符合规范要求。

（二）钢结构平台柱设计

1、荷载计算

荷载标准值：N=[0.8×30+0.418×30+2.5×30]=111.54KN

荷载设计值：N=[0.8×30×1.2+0.418×30×1.2+2.5×30×1.4]=139.32KN

2、内力分析

N=139.2 KN  μ = 1.0   计算长度=1.0×6=6m

3、预估截面

假定λ(50-100)，L0≥5-6m  λ取100

i==6cm

初选截面为：HW×175×175×7.5×11   A=51.43cm2  自重为40.3kg/m  ix=7.5cm  iy=4.37cm  Ix=2900cm4  Iy=984cm4  wx=331cm3  wy=112cm3

4、验算

验算  截面盐酸增加了柱的自重 N=0.403kg/m×6m×1.2+139.32=144.6396kg

（1）强度

δ===28.12n/mm2≤f=215N/mm2

结论：强度符合要求。

（2）刚度

λy===137≤λ=[150]

λx===80≤λ

结论：刚度符合要求。

（3）整体稳定性

将λy代入得λ=137  将λx代入得=80

查附录表1-2得 Φ=0.357  Φ=0.668

ψ取较小者   ψ=0.357    ==62.44N/mm2≤f=215N/mm2

结论：符合要求

（4）局部稳定性

①翼缘自由外伸宽厚比

λ取大值  λy=137大于100取λ=100

1、翼缘自由外伸宽度比≤(10+0.1λ)  b1==83.75mm  t=11

==7.6≤(10+0.1λ) =(10+10) =20

结论满足要求。

②腹板高厚比

≤(25+0.5) λ

h0=175-11×2=153mm  tw=7.5  λ取大值λy=107大于100取100

==20.4＜(25+0.5×λ)  =(25+0.5×100) =75

结论满足要求。

5、结论

钢结构平台柱选用HW175×175×7.5×11，通过各项验算，符合规范要求。

梁的用钢梁=（6×9+5×8）×0.418=39.292kg

柱的用钢量=6×12×0.403=29.016kg

总的用钢量=39.292+29.016=68.032kg

（三）钢结构平台柱脚设计

1、设计条件

N=     144.6396          KN，基础砼  

柱子尺寸：175×175×7.5×11 

2、确定底板尺寸 

选2个M2锚栓，则底板栓孔面直径48mm

A0=2*πr2=2×3.14×242=3617.3mm2

底板面积 A=+A0=+3617.3=18684.225mm2

  按构造要求选275×275

A实=2752=75625mm2＞18684.225mm2

3、计算底板厚度

P====2.0N/mm2＜9.6N.mm2

规定厚度20~40且不得小于14mm

M3=βPa12  b1==133.75   a1=275-22-100=153

=0.9  查表6-9得β=0.105

M3=βPa12=0.105×2.0N/mm×1532mm2=4915. N.mm/mm

M1=PC2=0.5×2.0N/mm×502mm2=2500 N.mm/mm

t===11.7mm

按构造要求，选底板厚度14mm

4、结论

柱脚底板选取，板的尺寸为   275×275      ，厚度为 14mm          ，通过各项验算，符合规范要求。

四、设计问题

（一）实际的钢结构工程中，为何大量采用H型钢而较少采用工字钢？二者区别是什么？

答：1、受力性能方面：

工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖的惯性矩相差较大，因此，一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范围上有着很大的局限。

_W+T_vk_b_l_z_s 　　H型钢属于高效经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承　　载能力。不同于普通工字型的是H型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺桂和其他构件连接

2、制作方面：

1.有热轧工字钢，也有热轧的H型钢。只有焊接的H型钢，没有焊接的工字钢。 2.工字钢都是轧制截面，翼缘内边有1：10坡度。　　3.H型钢的两条外边内侧没有斜度，是平直的。这使得H型钢的焊接拼接比工字钢操作简单，单位重量的力学性能更好，可以节省　　大量的材料和施工时间。 4.H型钢的轧机是专用轧机，与轧工字钢的不同，H型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由3块　　板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面。

（二）在本项目中，钢柱的计算长度选择1.0的依据是什么？

根据构件的端部条件确定。

（三）钢柱设计时，可采取什么办法进行弱轴方向加强，保证整个结构的稳定性？

（四）柱脚底板的作用是什么？

扩大受力面积，防止混凝土破裂。

五、设计体会

碰到的问题、如何解决、有何体会。

碰到的问题：对梁、柱截面的验算不是很清楚，梁河柱的受力分析也不是很清晰。对word的使用掌握不熟悉，很多公式不知道怎么打出来

问题的解决：经过同学的指导，还有自己翻阅有关的书籍，网上的学习才得到解决。

体会：觉得这次设计很有意义，不但让我掌握了钢结构平台设计中一些不懂得问题，而且还锻炼了我操作word的能力，使我对专业知识更加的了解和电脑操作水平的提高!

六、教师总结评语下载本文