平台钢结构课程设计辅导书1-17

1设计资料某冶炼车间检修平台，平台顶面标高******、平面尺寸为******，平台活荷载标准值为****kN/m2，不考虑水平荷载。

平台上设有2m×2m检修洞口，位置不限。

梁柱均铰接，平台平面内不考虑楼梯布置。

2结构形式本部分需给出结构平面布置图，标注洞口位置、平台柱、主次梁、洞口周边次梁布置情况及主要尺寸。

文字部分需给出——主梁跨度、次梁跨度、次梁间距、肋间距等主要尺寸。

3材料选择铺板采用**mm厚带肋花纹钢板，钢材牌号Q***，手工焊，E**焊条，钢材弹性模量E=******，钢材密度为****，基础混凝土等级C**、f c=**.*。

（后续计算中需用到的基本参数）4铺板设计按有肋铺板设计，其一般设计要求如下：（1）板厚应由计算确定，但不宜小于6mm；（2）铺板跨度（肋间距），不宜大于120~150t（t 为板厚）；（3）铺板挠度不宜大于1/150。

4.1荷载计算铺板所承受的荷载主要包括铺板活荷载（见设计资料）和铺板自重，即：1.活载标准值——见设计任务书或设计资料；2.恒载标准值——铺板自重，根据板厚计算。

据此可计算出作用于板面的均布荷载标准值和设计值，荷载分项系数查阅《建筑结构荷载规范》（1.2、1.4或1.2、1.3）。

4.2强度计算四边简支的铺板，其强度计算主要由板格尺寸决定。

根据板格尺寸b/a 确定相应的弯矩系数α（讲课用教材，P39-表2-1），则有， 2max qa M α=f t M ≤=2max 6γσ 公式中涉及的字母含义详见教材P38。

如果强度不满足要求，可加大铺板厚度、加密肋或次梁。

4.3挠度计算根据板格尺寸查教材中的表2-1确定挠度系数β，则有，150/1/33≤=Eta q a k βυ 若挠度验算不满足要求，处理方式同铺板强度验算。

5加劲肋设计板肋常用扁钢或角钢，均布荷载作用下的四边简支平台铺板，其加劲肋可按梁端支承于平台次梁上的简支梁考虑。

5.1计算尺寸扁钢的高度一般取铺板跨度的1/150-1/120，且不宜超过100mm；若根据经验取值范围发现肋板高度超过100mm，宜采用角钢板肋，且角钢型号应不小于∟45×4或∟56×36×4（不等边角钢需长肢与铺板焊接）。

加劲肋与铺板采用单面断续角焊缝连接，焊脚尺寸根据板厚及板肋尺寸按构造确定。

铺板断续角焊缝的焊缝长度及间断净距有如下构造要求：焊缝长度不得小于10倍焊脚高度或50mm（如果焊脚高度为8mm，则焊缝长度≥80mm）；间断净距，受压构件要求≤15t（t为较薄焊件的厚度）。

一般地，断续角焊缝的焊缝长度与间断净距之和取整数以方便施工。

单面断续角焊缝标注可参见教材P43-图2-11。

根据铺板加劲肋形式的不同，验算加劲肋时可按T形（肋为扁钢）或丁字形截面（肋为角钢）考虑，且计入铺板30倍厚度的宽度参与加劲肋截面共同工作。

加劲肋计算截面形式参见教材P41-图2-9。

加劲肋计算跨度可近似取为次梁间距。

5.2荷载计算根据平台结构平面布置图确定加劲肋的受荷范围（一般为肋间距），把铺板板面的均布面荷载转为沿加劲肋跨度方向的均布线荷载，且应计入加劲肋自重。

综上，绘出加劲肋计算简图，包括简支梁跨度、荷载形式及大小。

5.3内力计算简支梁跨中最大弯矩及支座处最大剪力分别为，2/,81max 2max ql V ql M ==。

5.4截面特性计算根据5.1确定的截面形式及尺寸，确定该截面的形心位置并画出该计算截面，进而计算出梁强度、刚度验算所需的各截面特性：截面惯性矩、较小抵抗矩、抗剪面积——只计铺板部分。

5.5强度验算1.抗弯强度验算：受拉侧（肋板边缘）抵抗矩较小，弯曲应力较大，因此抗弯强度应验算加劲肋受拉侧边缘应力是否超标，该侧截面塑性发展系数取1.20。

2.抗剪强度验算：只计铺板部分截面，且假定剪应力均匀分布于加劲肋计算截面的铺板部分进行验算，即，v v f tV A V ≤==2max max 305.15.1τ。

5.6变形计算根据均布荷载作用下简支梁挠度计算公式，要求挠跨比≤1/150。

6平台梁包括次梁与主梁的设计，首选热轧型钢截面；若为焊接组合截面尚需对梁板件宽厚比进行验算。

6.1次梁设计平台次梁主要承受平台铺板传来的均布荷载，一般采用热轧工字钢或槽钢截面梁，本设计建议采用热轧H 型钢（HN ）。

平台次梁的容许挠跨比通常为1/250。

6.1.1计算简图绘制次梁计算简图，主要需确定次梁梁端支撑情况、跨度及荷载形式、大小。

此时由于还没有选择梁截面，可不计入次梁自重，直至次梁强度、刚度验算时再计入次梁自重。

6.1.2选取型钢梁截面由次梁上的均布线荷载可知次梁跨中最大弯矩，进而可求出所需的截面最小抵抗矩，即，fM W x γmax min ,=。

由算得的最小截面抵抗矩，查型钢表确定次梁截面及其相应参数用于后续计算。

6.1.3内力计算计入次梁自重（由于次梁构造简单，不必考虑构造系数）后重新确定平台次梁上均布线荷载的标准值和设计值，根据简支梁内力计算公式求得次梁跨中最大弯矩及梁端最大剪力值，此处不再赘述。

6.1.4强度验算1.抗弯强度验算，f W M x x ≤=γσmax max ； 2.抗剪强度验算，v f ItVS ≤=τ。

若梁端有削弱还应验算该处的净截面抗剪强度。

6.1.5变形验算采用次梁荷载标准值，运用均布荷载作用下简支梁挠度计算公式求出次梁挠度，要求其挠跨比不得超过次梁容许挠跨比限值1/250。

6.1.6次梁稳定性因次梁上密铺与次梁有可靠连接的铺板，根据钢结构规范其整体稳定性无需验算；因次梁为热轧型钢，板件较厚可不验算其局部稳定。

6.2主梁设计根据荷载大小及梁的跨度确定主梁形式，若主梁采用热轧型钢其设计验算步骤与次梁相似；若主梁采用焊接组合截面，尚需考虑主梁的局部稳定性，本部分内容重点介绍焊接组合梁截面的设计验算。

（参考教材P55-例2-4）6.2.1计算简图根据设计任务书，主梁为两端简支与平台柱的梁端简支梁，主要承受平台次梁传来的集中力和自重（均布荷载），参考图如下，具体数值由各自设计条件而定。

6.2.2选取梁截面确定主梁跨中最大弯矩进而求算所需截面最小抵抗矩时所依据的计算简图应为，次梁位置作用有集中力的简支梁。

集中力的大小由次梁梁端反力求得，并乘以系数1.1以考虑主梁自重。

1.梁截面高度h 。

（1）建筑使用要求确定最大梁高h max 。

（2）刚度条件确定最小梁高h min 。

由公式]/[2.315min υl Ef h =、Q235钢以及主梁容许挠跨比1/400，可知h min 约为主梁跨度的1/15。

（3）由用钢量最小确定经济梁高h e ，即cm W h nx e 3073−=，式中净截面抵抗矩f M W x x nx γ/=。

则，主梁截面高度h 应满足max min h h h ≤≤，尽量接近h e ，且取整。

2.腹板厚度t w 。

（1）由抗剪强度得，vw f h V t 012.1=。

（2）由局部稳定要求得，170/02h t w =。

（3）经济厚度，11/h t we =(cm)或h t we 100037+=(mm)，后者的适用条件为梁高超过1m 。

综上，腹板厚度t w 应满足{}6,,max 21w w w t t t =且接近经济厚度。

3.翼缘尺寸。

由工字形截面惯性矩与抵抗矩的关系，可知6w w x f h t h W A −=，A f 为翼缘面积。

一般取翼缘宽度b 为梁高的1/3~1/5；翼缘厚度t ≥8mm ，为防止翼缘板件的弹性失稳，尚需满足y y f b f b t /23526/~/23530/≥。

焊接组合截面各板件的最终尺寸，还应考虑钢板规格的要求。

绘制主梁截面图。

6.2.3内力计算主梁自重以均布荷载的形式作用于主梁，且应乘以1.05的主梁构造系数（考虑加劲肋、螺栓等构造导致自重的增加）。

根据集中力、均布荷载共同作用下的主梁计算简图求解关键截面（梁端、跨中、集中力作用点处）弯矩及剪力设计值，并绘制主梁弯矩、剪力图。

6.2.4强度验算1.梁端截面抗剪强度验算。

2.跨中截面抗弯、抗剪强度验算。

3.集中力作用点处的抗弯、抗剪、腹板翼缘交界处折算应力验算。

若次梁位置不设置横向加劲肋，尚应对相应主梁截面的局压强度验算。

6.2.5变形验算可分别求得均布荷载与集中力两种荷载作用下的挠度后叠加，具体公式如下， 均布荷载，EIl q k 38454=υ； 跨中一个集中力，EIl P k 483=υ； 等间距两个集中力，EIl P k 38481.63=υ； 等间距三个集中力，EIl P k 38433.63=υ。

也可直接按公式EIl M k 102=υ计算主梁挠度，式中M k 为荷载标准值作用下主梁跨中的最大弯矩（标准值）。

主梁容许挠跨比限值为1/400。

6.2.6稳定性验算1.主梁的整体稳定性。

次梁作为主梁的侧向支撑，主梁的l 1/b 一般满足规范中无需验算整体稳定的限值要求，可不验算。

2.主梁局部稳定验算。

（1）翼缘，要求y f t b /23513/1≤。

（2）腹板，根据腹板高厚比w w t h /确定主梁腹板加劲肋的形式。

①若y w w f t h /23580/≤，按构造设置横向加劲肋； ②若y w w y f t h f /235150//23580≤≤，需设置横向加劲肋。

本部分内容可参见上学期钢结构基本原理教材P147-148或查阅钢结构设计规范相关章节——受弯构件之局部稳定。

根据公式12,2≤⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛cr cr c c cr ττσσσσ，对横向加劲肋所分隔的各区格进行验算（按构造配置横向加劲肋，即y w w f t h /23580/≤时，无需按此相关公式进行区格局部稳定的验算）。

具体计算步骤可参考上学期教材P148或本学期教材P58-59-例题2-4的相关部分。

（3）主梁梁端支撑加劲肋验算。

平台主梁通过梁端突缘与柱连接时（参见本学期教材P72-图2-25b ），需对梁端支撑加劲肋进行承压强度、支撑加劲肋稳定及焊缝抗剪强度验算（具体内容详见上学期教材P151及P153-例4-13支撑加劲肋验算部分）。

7平台柱平台柱宜设计成等截面实腹柱，建议采用HW型钢。

7.1轴力计算根据梁-柱节点形式，若梁与柱叠接，则柱承受主梁传来的荷载；若梁与柱侧接（参考右图），则柱承受相邻主梁、次梁传来的荷载。

建议采用侧接形式，若采用顶接需设梁段以不影响主-次梁在柱顶的连接。

柱子高度视主梁与柱的连接节点形式的不同而不同，主梁与柱叠接时，柱子高度=梁顶面标高-柱底板顶面标高；主梁与柱侧接时，柱子高度=柱顶面标高-柱脚底板顶面标高-主梁高度的1/2，即柱底板至主梁轴线与柱轴线交点处。