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.钢结构设计原理课程设计精选word，可编辑！计算书专业： 土木工程姓名 学号： 指导老师： 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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 168.3 局部稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 178.4 刚度计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 178.5 主梁与柱的链接节点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189. 柱脚设计9.1 底板面积 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 6.0m6.0m；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 1.5m；单块铺板的平面尺寸为 0.75m1.5m。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 = 0.55KN/m 2平台板永久荷载标准值：g1 = 0.55kN / m2平台板可变荷载标准值：q2 =3.0 kN / m2平台板的荷载基本组合值：P =g g +gq= 1.20.55+1.33.0 kN / m2 =4.26 kN / m2G 1Q2平台板的荷载标准组合值：P = g+ q= 0.55 + 3.0 =3.55kN / m2k12（2）内力计算平台板单位宽度最大弯矩：Mmax =apa2 = 0.1024.560.752=0.26 kN m平台板的最大挠度：p a43.5510-37504fmax = bk=0.111mm = 1.75mm3573Et2.0610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=0.102，b =0.111。1234561.4. 截面设计（1）强度计算 铺板的强度按式（4-5） 计算Mmax=6MmaxgWgt2=6 0.26103N / mm2= 26.5N / mm2 f = 215N / mm21.2 72 7f=1.75=11（2）a750428.57150 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 = 80 mm，厚度 6 mm，按 T 形截面计算，受压区为铺板翼缘，t = 7mm，受压区 长度 30 t = 210 mm，如图 2-2c 所示。加劲肋的跨度为 1.5m，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= 0.04 kN / mg k= 0.45 kN / 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 = g G gk + g Q qk = 1.2 0.45 +1.3 2.25 = 3.47 kN / 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M max = 1/8 pl 2 = 1/8 3.471.52 =0.98kN m支座处最大剪力设计值Vmax = 12 pl = 12 3.471.5kN = 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 = 14.21 mm 210 7 + 80 6截面惯性矩I = 121 21073 + 2107(14.21-3.5)2 + 121 6803 +806(72.79- 40)2 = 946705 . 9 0 (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 = 1470 mm2（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.s =Mmax=0.98106= 62.79N / 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= 1.5Vmax=ItAV=1.52.60/ 1470 = 2.65 N / mm2fv =125 N / mm2 （满足要求）21（6）变形计算 加劲肋的挠度按式（4-9）计算：f=5p l352.7015003=1 1（满足要求）k=225946705.901643.64150l 384EIx 3842.0610三、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 = 6.0 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3-1 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=3.34KN/m1.5 / 0.75 =6.94 KN/m23qBSK=2.70KN/m1.5 0.75 = 5.40KN/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 6.0m。假定钢号为 2240 之间，查钢结构设计规范（GB 50017-2003）附表 B.2，=0.6。次梁跨中弯矩设计值Mmax=1qBS l 2 =16.949KNm=70.27KNm2588所需的截面抵抗矩Wx 1.02MX max=1.02 70.27106mm3 =555.62cm 26jb0.6 215f选用I 32a, h=320mm,b=130mm, t=15.0mm, tw=9.5mm,Wx=692cm, I x=11080cm4,自重为 60Kg/m=0.527KN/m273.3.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 ) = 7.57 KN/m28均布荷载标准组合值qBSK =（ 5.40 + 0.527）= 5.93 KN/m29最大弯矩基本组合值Mmax=1qBS L2=17.57 92 = 76.65 KNm3088最大剪力基本组合值Vmax=1qBS L =17.57 9 = 34.07 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 max76.651062s = 184.61 f = 215N / mm(满足要求)32jbWx0.6 692 103（2）挠度验算f=5qBSK l3=55.83 90003=1 19.48 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 = 2 200 10 + 500 8 = 8000mm 241主梁截面惯性矩：Inx = 200 5203 /12 -192 5003 /12 = 343.47 106 mm442I y = 2 10 2003 /12 + 500 83 /12 = 13.36 106 mm4抗弯截面模量：W = Inx/(h / 2) = 343.47 106/(520 / 2)mm3 = 1.80 106 mm3nx43中和轴以上部分的面积距：S = 200 10 255mm3 + 250 8125mm3= 760 103 mm344翼缘对截面中和轴的面积距：S1 = 200 10 255 mm3 = 510 103 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 = 1.05 8000 10 -6 78.5KN / m = 0.66KN / m46主梁自重设计值:荷载计算g = 1.2gk = 1.2 0.66KN / m = 0.79KN / m47截面最大弯矩的基本组合值M max = (68.13 6 / 2 + 0.79 62 / 8)KN m =207.95KN m48截面最大剪力的基本组合值Vmax = 1.5P + 3g = (1.5 68.13 + 3 0.79)KN = 104.57KN49主梁内力图如图 4-24b 所示。5.2.截面设计（1）强度计算 抗弯强度：s =M max207.95106222=N / mm= 110.02N / mm f = 215N / mm（满足要求） 50g xWnx1.051.32106抗剪强度：V S104.57 103 770 103t =max=N / mm2 =29.31 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= 9.6 13= 1352t10f y故受压翼缘局部稳定满足要求。 （4）腹板局部稳定验算和腹板加劲肋设计 = = 500mm, = 8mm , 所以/ =500 / 8 = 62.5 80235 f y = 80 ，且无局部压应力（），偏安全按照构造配置横向加劲肋。根据连续需要，在次梁位置设置横向加劲肋，间距 a=1.5m。腹板两侧成对布置。其外伸宽度 bs 要求满足:b h0+ 40= (500+ 40 ) = 56.67 mm ,取 bs =（200-8）mm/2=96s3030加劲肋的厚度 ts 应满足：ts bs= 96mm = 6.4mm , ts = 8 mm1515因梁受压翼缘上有密布铺板约束其扭转，腹板受弯计算时的通用高厚比lb :lb =2h twf y=2 500 81 = 0.71 1,腹板受剪计算的通用高厚比S:htwf y500 8S=0=1 = 0.634 0.805623541 5.34 + 4(h0 a)2415.34 + 4 (500 1500)2因此，临界应力 = 125 N / mm2535455六、主 梁 稳 定 计 算6.1.内力设计根据主梁的剪力和弯矩分布（图 4-24b），需对各地区段分别进行局部稳定性验算。根据区段：平均弯矩 M1 = ( 2/5pl+2/25ql2+ 0 ) / 2 = 103.97 KNm57平均剪力 V1 =（2p+1/2ql+2p+3/10ql）KN/2 = 138.63KN，则弯曲应力和平均剪应力分别为s =M1h= 103.63 *1000000 *500 /(2 *343.47 *1000000)N / mm2 =75.42N / mm2582I Xt =V1=138.63 *1000 /(500 *8)N / mm2 = 34.66N / mm259hwtw因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s 2t 2= (75.42/ 215)*(75.42/ 215)+ (34.66/125)*(34.66/125)= 0.20 1.0 + 60scr tcr 区段：平均弯矩=(2/5pl+2/25ql2+3/5pl+3/25ql2) / 2= 259.93 KNm61平均剪力=（2p+2*3/10ql+p）/ 2 = 207.95KN，则弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h= 259.93 *1000000 *500 /(2 *343.47 *1000000) =189.19N / mm22I Xt =V2=207.95 *1000 /(500 *8)N / mm2 =51.99N / mm2hwtw因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t 2+=(189.19/215)* (189.19/215)+（51.99/125)* (51.99/125)=0.95 1.0s crtcr 626364=注：计算主梁跨度是 4.5 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 7.5 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 7.5 米，区段 3 的计算M3 右 = 3 / 5 P * L + 3 / 25 Q * L2=311.92M 中 = 4 / 5 P * L + 1 / 8 Q * L2=312.14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 3=312.0365Q3 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=则弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h662I Xt =V267hwtw=因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t2+ 1.068s 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 9.0 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=则弯曲应力和平均剪应力分别为s =M 2 h662I Xt =V267hwtw=因局部压应力为 0，区段的局部稳定：s2t2+ 1.068s cr t cr 区段 3 局部稳定计算，要小于 1.0 满足要求=6.2.挠度验算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 ，则：f =19 pk l3+5gk l 4384EIx384EIx= (19 *48.6 * 7500 * 7500 * 7500 + 5 * 0.66 * 7500 * 7500 * 7500 * 7500)/69(384 * 2.06 *100000 *343.47 *1000000)mm = 0.38mm l0 400 = 6000mm 400 = 15 mm6.3.翼缘与腹板的连接强度采用连续直角焊缝，所需焊缝的焊脚尺寸为：按构造要求，hf min 1.5=1.5 mm = 4.74mmtmax10h f max 1.2tmin =1.2 * 8 mm = 9.6mm70h f Vmax S1=104.57 *1000 * 510000 /(1.4 *160* 343.47*1000000) = 0.69mm71I x 2 0.7 f fw则取 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 8.8 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 tw = 15 8 = 120 mm 范围内的腹板参与工作。加劲肋总的有效截面特性：A = 200 8 + 2 120 8 = 3520mm272I = (8 2003/12 + 2 15 8 83 /12) /1000000 = 5.34 106 mm473i =5.34 106 / 3520mm = 38.95mmI / A74= l0 i = 500 / 38.95 = 12.8475根据= 12.84，查钢结构设计规范（GB50017-2003）附录 C 表 C.2，可得受压稳定系数= 0.987 。加劲肋承受两侧次梁的梁端剪力，N = 2 V = 234.07=68.14kN76=N=68.1410 3 = 19.55 N / mm 2 f = 215 N / mm2(满足要求)77f A0.99 35207.2.连接螺栓计算在次梁端部剪力作用下，连接一侧的每一个高强度螺栓承受的剪力：Nv = V / n= 34.07/ 2 = 17.04 KN ()78剪力 V = 46.69 KN ，偏心距 e =（40 + 10 + 40）mm = 90 mm偏心力矩 Me = V e=34.0790 =3066.3 KNmm79作用在单个高强度螺栓的最大剪力:N= N M =M y13066.3100= 15.33 KN （）80 y2t12 1002单个 8.8 级 M16 摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力Nv= NVb =aRnf m P = 0.9 2 0.4568.14 =55.40 KN81在垂直剪力和偏心距共同作用下，一个高强度螺栓受力为Ns= (17)2 + (15.33)2 KN = 20.59KN Nvb = 55.40KN(满足要求)82147.3.加劲肋与主梁的角焊缝剪力 V = 34.2kN，偏心距 e =（ 96 + 40 + 10）mm = 146 mm ，偏心力矩 Me = Ve = 34.07146 =4984.22kNmm，采用 hf = 6 mm，焊缝计算长度仅考虑与主梁腹板连接部分有效，即lw =500 mm - 20 2 mm = 460 mm ,则t v=V=1.434.07 10340)= 8.82N / mm2832 0.7 hf lw 6 (500 -s M=Me =4974.22 103N / mm2 =16.79 N / mm2841.4 6 (500- 40)2 / 6WWt2+ (sM/ b )2