土木专业《钢结构》课程设计例题

土木类专业{钢结构》课程设计内容及指导书

工作平台梁格体系设计 一，设计资料 1．结构型式

一工作平台尺寸为14m?12m，次梁跨度为6米，次梁间距2.0米，预制钢筋混凝土铺板焊于次梁上翼缘．平台永久荷载(不包括次梁自重)为7.5KN／m2，荷载分项系数为1.2，活荷载为16KN／m2，荷载分项系数为l.4．主梁跨度为14米。（若考虑次梁叠接在主梁上，其支承长度a?15cm，?v??l）。 400 2．材料 钢材：Q235

焊条：E43，手工电焊，普通方法检查； 3．规范

《钢结构设计规范》(GB50017-2003) 二、设计内容 1．结构布置

要求拟出合理的结构布置方案，并扼要说明选型的理由与根据，按比例绘出结构布置简图． (1)梁格的型式 (2)主梁型式

(3)次梁型式及数目 （4）梁格的连接形式 2．次梁设计

(1) 次梁的荷载和内力计算； (2) 次梁截面选择

(3) 次梁截面验算(包括强度、稳定，局部承压及刚度验算) 3．主梁设计

(1)主梁的设计荷载和内力； (2)主梁截面设计及验算 (3)主梁截面改变及验算 (4)主梁翼缘焊缝设计， (5)腹板加劲肋设计 三、设计成果

1．设计说明书一份； 2．设计图一张

工作平台结构总图一一立面图、平面图、剖面图。 四。图纸要求 1字体及书写

字体用工程字，要求字迹清楚、端正、不得潦草。

2． 图纸幅面规格：2号或3号图。

1

土木专业《钢结构》课程设计例题

一、结构布置

二、次梁设计：

设计数据：f?215N/mm2 1、次梁的荷载及内力

均布荷载设计值：g?(1.2?7.5?1.4?16)?2.0?62.8KN/m 1212 最大弯矩：Mx?gl??62.8?6?282.6KN.M

88 2、初选截面

Mx282.6?106 Wx???1252?103cm3

?xf1.05?215342选用Ⅰ45ｂ，Wx?1500cm,Ix?33759cm,A?111cm,r?13.5mm g1?87.4kg/m?874N/m,tw?13.5mm,b?152mm,t?18mm

3、强度验算： （1）正应力验算：

12次梁自重弯矩：M1??1.2?0.874?6?4.72KN.M

8152?13.5?13.5?3.5?13235/235，?x?1.05

2?18Mx?M1(282.6?4.72)?10622 ????182N/mm?f?215N/mm3?xWx1.05?1500?10

2

（2）剪应力验算： 支座剪力：V?0.5(62.8?1.2?0.874)?6?191.55KN

VS191.55?103?886.1?10322 ????37.2N/mm?f?125N/mmv4Itw33759?10?13.5（3）次梁承受均布荷载作用，其上翼缘没有局部集中荷载作用，可不验算局部压应力，但考虑次梁

叠接在主梁上，应验算支座处腹板局部压应力。

支座反力：

R?191.55KN ??1.0

设支承长度：a?15cm， 支承面至腹板边缘的垂直距离：hr

局部承压强度：

?r?t?13.5?18?31.5mm

lz?a?5hy?1?5?53?.15cm3 0.1.0?191.55?106????46.14N/mm2?f?215N/mm2

twlz13.5?307.5?F 4、整体稳定性验算：

由于次梁受压翼缘与刚性面板焊接（钢筋混凝土铺板焊于上翼缘），能保证其整体稳定性，按规范要求，可不验算整体稳定性。

5、局部稳定性：

由于次梁采用型钢梁，可不验算其局部稳定性。 6、刚度验算：

刚度验算按正常使用极限状态进行验算，采用荷载的标准组合：

qk?(7.5?16)?2.0?0.874?47.874KN/m?47.874N/mm

5qkl4547.874?60004lv????11.6mm??15mm 54384EIx3842.06?10?33759?10400三、主梁设计

（一）、主梁荷载及内力：

由次梁传来的集中荷载：P?2V?2?191.55?383.1KN

假设主梁自重为3KN/m，加劲肋等的附加重量构造系数为1.1，荷载分项系数为1.2，则自重荷载的

3

设计值为1.2?1.1?3?3.96KN/m。 跨中最大弯矩：

71Mx??383.1?7?383.1?1?3?5?3.5???3.96?142?4694.22KN.M

28 支座最大剪力：

71V??383.1??3.96?14?1368.57KN

22（二）、截面设计及验算：

1、截面选择：

考虑主梁跨度较大，翼缘板厚度在16～40mm范围内选用，f?205N/mm， 需要的净截面抵抗矩为：

2Mx4694.4?46103 Wnx? ??21808.2cm23?xf1.05?205由公式（5.2.4）计算梁的经济高度为：

he?73Wx?30?7?321808.223?30?165.6cm

因此取梁腹板高 h0?170cm

由公式（5.2.6）计算腹板抗剪所需的厚度：

31.2Vmax1.?21368.?5710 tw???8.1mm

hwfv1700?120由公式（5.2.7）得：

h01700 tw???11.78mm

3.53.5取腹板厚为： tw?14mm，腹板采用－1700×14的钢板。 需要的净截面惯性矩：Inx腹板惯性矩为：

h0170?21808.223??1853699cm4 22113Iw?twh0??1.4?1703?573183.33cm4

1212?Wnx所需翼缘板的面积：

2?Ix?Iw?2?1853699?573183.33?2 bt? ??88.62cm22h0170 取 b＝500mm，t＝20mm ，梁高h?20?20?1700?1740mm。 b在h3~h5?580~348mm之间。

2、梁截面特性计算：

150?1743?48.6?1703?2052450cm3 12h2?2052450??23591.4cm3 Wx?Ix?21742 A?2?50?2.0?170?1.4?464.8cm

Ix??? 3、截面验算：

（1）受弯强度验算： 梁自重：g

?1.1A??1.1?0.04648?7.85?10?4KN/m

4

71?383.1?7?383.1?1?3?5?3.5???4?142?4696KN.M 28Mx4696?10622 ???189.6N/mm?f?205N/mm3?xWx1.05?23591.4?10Mx?（2）剪应力、刚度不需验算，因选择梁高及腹板厚度时已得到满足。

（3）整体稳定性验算：因次梁与刚性铺板连接，主梁的侧向支承点间距等于次梁的间距，即

l1?200cm，则有l1b?20050?4?16.0，故不需验算梁的整体稳定性。

（三）、主梁截面改变及验算： 1、截面改变：

为节约钢材，在距支座l/7?14/2?2m处开始改变翼缘的宽度，所需翼缘的宽度由截面改变处的抗弯强度确定，截面改变点的弯矩和剪力为：

M1?61?383.1?2??4?22?2290.6KN.M 226?383.1?4?2?1141.3KN 2M12290.6?106 需要 ：W1???10642cm3

?xf1.05?2052?Ix?Iw?W111064212 A ???th???1.4?170?23cm1w02h0h06170623?11.5cm，取改变后的翼缘宽度为14cm A1?b1t则b1?2V1?2、截面改变处折算应力验算：

12I1??1.4?1703?2?18?2??170/2?1??1105695.3cm412S1?18?2?86?3096cm3

M12290.6?10617002 ?1?y1???176.1N/mm4I11105695.3?102V1S11141.3?103?3096?1032 ?1???22.83N/mm4I1tw1105695.3?10?14?z??12??12?176.12?22.832?177.6N/mm2?1.1f?225.5N/mm2

（四）、主梁翼缘焊缝设计 支座最大剪力：Vmax 则需要的焊缝厚度为：

?6?383.1?1149.3KN 21VmaxS111149.3?103?3096?103 hf????1.45mm， w41.4ffI11.4?1601105695.3?10按构造要求：hf

?1.520?6.7mm，选取翼缘焊缝的焊脚尺寸hf5

?8mm。

（五）、腹板加劲肋设计：

h01700 根据腹板的局部稳定性要求，因80???121.43?170，按规范要求，应设置横向加

tw14劲肋，而不需设置纵向加劲肋。首先，按构造要求，在每根次梁下面和支座处设置加劲肋，即取加劲肋的

间距为a＝2.5m，将半跨范围内划分为三个区段，分别验算每个区段的局部稳定性。 1、加劲肋的设计：

在腹板两侧成对配置加劲肋， 加劲肋截面外伸宽度：bs取bs?100mm， 加劲肋的厚度：ts? 2、区段Ⅰ

区段左边截面内力 M＝0， Vmax?h01700?40??40?96.7mm 3030bs100??6.7mm，取ts?8mm 1515?1149.3KN

3N 区段右边截面内力 M1?2298.6KN.M ， V1?1149.K区段截面平均内力 M?2298.6/2?1149.3KN.M

V?(1149.3?1149.3)/2?1149.3KN

腹板计算高度边缘处由平均弯矩和剪力所引起的应力：

M11149.3?10617002 ?1? y1???88.4N/mm4I11105695.3?102V1S11149.3?103?3096?1032 ?1???23N/mm4I1tw1105695.3?10?14临界应力计算：

（1）?cr的计算：

?b?2hc/tw153fy/235?2170/1.4?0.7?941530. 85 ?cr?f?205N/mm （2）?cr的计算：

a200??1.18?1.0 h0170

?s?h0/tw415.34?4?h0/a?2fy235?170/1.4415.34?4?170/200?2?1.032

0.8??s?1.2

?cr??9?s?0.???03?2?????591.?1?0.5??8fv??10.??0.8腹板局部稳定验算：

2 55120N1m0m3./???????88.4??23? ?1???1????????0.24?1

??cr???cr??205??103.55?区段Ⅰ的局部稳定满足要求。 3、区段Ⅱ

6

2222

区段左边截面内力 区段右边截面内力

M1?2298.6KN.M ， V1?1149.3?383.1?766.2KN

612 M2??383.1?4??4?4?383.1?2?3799KN.M

226V2??383.1?4?4?383.1?750.2KN

2M??2298.6?3799?/2?3048.8KN.M

V?(766.2?750.2)/2?758.2KN

0m03 S?50?2?86?86c区段截面平均内力

腹板计算高度边缘处由平均弯矩和剪力所引起的应力：

M13048.8?10617002 ?1? y1???126.3N/mm4I12052450?102V1S1758.2?103?8600?1032 ?1???22.7N/mm4I1tw2052450?10?14临界应力计算：

（1）?cr的计算：

?b?2hc/tw153fy/235?2170/1.4?0.7?941530. 85 ?cr?f?205N/mm （2）?cr的计算：

a20??1.18?1.0 h0170

?s?h0/tw415.34?4?h0/a?2fy235?170/1.4415.34?4?175/250?2?1.032

0.8??s?1.2

?cr??9?s?0.?03?2?????591.?1?0.5??8fv????10.??0.8腹板局部稳定验算：

2 55120N1m0m3./???????126.3??22.7? ?2???2????????0.428?1

??cr???cr??205??105.33?区段Ⅱ的局部稳定满足要求。 3、区段Ш

区段左边截面内力 区段右边截面内力

2222M1?4602KN.M ， V1?1149.3?383.1?2?383.1KN

M2?61?383.1?6??4?62?383.1?(2?4)?4525.2KN.M22

7

V2?

6?383.1?4?6?383.1?2?359.1KN 2

M??4602?4525.2?/2?4563.6KN.M V?(383.1?359.1)/2?371.1KN

0m03 S?50?2?86?86c区段截面平均内力

腹板计算高度边缘处由平均弯矩和剪力所引起的应力：

M14563.6?10617002 ?1? y1???164.9N/mm4I12352340?102V1S1371.1?103?8600?1032 ?1???9.7N/mm4I1tw2352340?10?14临界应力计算：

（1）?cr的计算：

2hc/tw ?b?153 （2）?cr的计算：

170/1.4fy/235??0.7?9415320. 85 ?cr?f?205N/mm

a20??1.18?1.0 h0170

?s?h0/tw415.34?4?h0/a?2fy235?170/1.4415.34?4?175/250?2?1.032

0.8??s?1.2

?cr??9?s?0.?03?2?????591.?1?0.5??8fv????10.??0.8腹板局部稳定验算：

2 55120N1m0m3./???????164.9??9.7? ?2???2????????0.66?1

??cr???cr??205??105.33?区段Ⅲ的局部稳定满足要求。 3、区段Ⅳ

2222M?4694.22KN.M

V?0KN

0m03 S?50?2?86?86c区段截面平均内力

腹板计算高度边缘处由平均弯矩和剪力所引起的应力：

M14694.2?10617002 ?1? y1???189.6N/mm4I12352340?102V1S10?103?8600?1032 ?1???0N/mm4I1tw2352340?10?14临界应力计算：

8

（1）?cr的计算：

?b?2hc/tw153fy/235?2170/1.4?0.7?941530. 85 ?cr?f?205N/mm （2）?cr的计算：

a20??1.18?1.0 h0170

?s?h0/tw415.34?4?h0/a?2fy235?170/1.4415.34?4?175/250?2?1.032

0.8??s?1.2

?cr??9?s?0.?03?2?????591.?1?0.5??8fv????10.??0.8腹板局部稳定验算：

2 55120N1m0m3./???????189.6??0? ?2???2????????0.86?1

??cr???cr??205??105.33?区段Ⅳ的局部稳定满足要求。

2222 9

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