钢结构加劲肋版

中南大学土木建筑学院土木工程专业（本科）《钢结构设计原理》课程设计任务书
题目：钢框架工作平台设计
姓名：
班级：
学号：
建筑工程系
一、设计规范及参考书籍
1、规范
（1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准（GB/T50105－2001）
（2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准（GB/T50001－2010）
（3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. .钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）
2、参考书籍
（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理，中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构，中国铁道出版社，1999
（3）陈绍藩. 钢结构，中国建筑工业出版社，2003
（4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版），中国建筑工业出版社，2005
（5）包头钢铁设计研究院中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版），机械工业出版社，2006
二、设计资料
某厂一操作平台，平台尺寸16.000×18.000m，标高2.50m （第一组），平台布置图如图1所示。

该平台位于室内，楼面板采用压花钢板，平台活载按4.0kN/m2考虑。

设计中仅考虑竖向荷载和活载作用。

三、设计内容要求
（1）板的设计（板的选择、强度验算、挠度验算）
（2）选一跨次梁设计（截面设计、强度验算、刚度验算）
（3）选一跨主梁设计（截面设计、强度验算、刚度验算）
（4）柱的设计（截面设计、整体稳定性验算）
（5）节点设计（主梁与柱的连接、主次梁的连接）
（6）计算说明书，包括（1）～（5）部分内容
（7）绘制平台梁柱平面布置图、柱与主次梁截面图、2个主梁与柱连接节点详图（边柱和中柱）、2个次梁与主梁连接节点详图（边梁、中间梁）、设计说明。

(A2图纸一张)
四、设计过程
1.板的设计
（1）板的选择
选用8mm厚的压纹钢板，钢材牌号为Q235，其自重为
66.8kg/m2。

铺板采用加劲肋，间距为1000mm，其示意图如下：
（2）板的强度验算
压花钢板按四边简支板算，对于单位板带有： 楼面活载标准值：q k0=4.0KN/m 2
楼面恒载标准值：q k1=66.8×9.8÷103=0.655KN/m 2 楼面荷载标准值：q k =4+0.655=4.655KN/m 2 楼面荷载设计值：
q=1.2 q k1+1.4 q k0=0.655×1.2+4×1.4=6.386KN/m 2
最大弯矩：2max M qa α=
由b/a=2000/1000=2（a 、b 分别为四边简支板的短边和
长边），查表可得α=0.1017，β=0.1106，γ=1.2。

2
2
max 0.1017 6.38610.649/M qa KN m m α∴==⨯⨯= 板的强度
322max max
22
660.6491050.74/215/1.28x M N mm f N mm t σγ⨯⨯===〈=⨯
所以板的强度满足要求。

（3）板的挠度验算
[]434max
353
4.6551010001000
0.1106 4.88 6.672.06108150150
k q a l v mm v mm Et β-⨯⨯==⨯=<===⨯⨯
所以板的挠度满足要求。

（4）加劲肋的设计
○1计算尺寸
肋板的高度取跨度的1/15～1/12，即取67～83mm ，选用钢板80×6mm ，钢材为Q235。

加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊角尺寸6mm ，每焊150mm 长度后跳开50mm 。

此连接构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。

加劲肋的计算截面为图所示的T 形截面，铺板计算宽度为30t=240mm ，跨度为1m 。

○2荷载计算
分布在一T 形截面简支加劲肋上的设计荷载应为1000mm 范围内的荷载，加劲肋自重为0.08×0.006×78.5=0.038KN/m ，按均布荷载考虑。

均布荷载标准值： 4.65510.038 4.693/k q KN m =⨯+=
均布荷载设计值： 6.3861 1.20.038 6.432/d q KN m =⨯+⨯= ○3内力计算
简支梁跨中最大弯矩设计值：
2max
1
6.4322 3.2168
M KN m =⨯⨯=• 支座处最大剪力设计值： max 1
6.4322 6.4322
V KN =⨯⨯=
○4截面特性计算
A=2400mm 2 I x =1009664mm 4 W 上=78880mm 3 W 下=13426.4mm 3
○5强度及挠度验算
6
22max max 3.21610199.6/215/ 1.213426.4
x M N mm f N mm W σγ⨯===<=⨯
322
max 6.432101.5 1.520.1/125/806
v
V VS V N mm f N mm It A τ⨯===⨯=<=⨯ []44max 5
55 4.6932000 4.7 6.7384384 2.06101009664150
k x q l l v mm v mm EI ⨯⨯===<==⨯⨯⨯
故加劲肋强度和挠度满足要求。

2.次梁设计
（1）次梁选择
选取I16热轧工字型钢做次梁，钢种为Q235，其截面特性如下：h=160mm b=88mm t=6mm A=26.11cm2
I x=1127cm4 W X=140.9cm3 S x=80.8cm3 g k=0.2KN/m
（2）荷载计算
将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨4m。

次梁的荷载主要是由铺板—加劲肋传来相隔1m分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。

均布荷载标准值：q k=4.693×2+0.2=9.586KN/m
均布荷载设计值：q=6.432×2+0.2×1.2=13.104KN/m
计算简图为：
次梁弯矩图：
4000 13.104
次梁剪力图：
（3）强度验算 ○1抗弯强度：
622
max max 3
26.20810177.1/215/1.05140.910
x nx M N mm f N mm W σγ⨯===<=⨯⨯ ○2抗剪强度：
3322
max 426.2081080.81031.32/125/1127106
x v VS N mm f N mm It τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯
○3折算应力（腹板与翼缘连接处）：
2
0max
140177.1154.96/160
h N mm h σσ==⨯= 332
426.20810661025.58/1127106
x VS N mm It τ⨯⨯⨯===⨯⨯
22
161.17/ 1.1 1.1215236.5/c N mm f N mm σ===<=⨯=
故次梁的强度满足要求。

（4）刚度验算
[]4454
559.5864000400013.7616384384 2.0610112710250250
k x q l l v mm v mm EI ⨯⨯===<===⨯⨯⨯⨯
所以次梁的刚度满足要求。

（5）整体稳定性验算
由于4000
45.51388
l b =
=>，所以需验算其整体稳定性。

由查表可得：0.876b
ϕ=。

故：
622
3
26.20810212.33/215/0.876140.910X b x M N mm f N mm W ϕ⨯==<=⨯⨯
所以整体稳定性满足要求。

由于选用的次梁为热轧工字钢，故不需验算其局部稳定性。

3.主梁设计 （1）主梁选择
由于边主梁荷载小于中间主梁荷载，所以按中间主梁设计计算。

选取I32a 热轧工字型钢做主梁，钢种为Q235，其截面特性如下：
h=320mm b=130mm t=9.5mm A=67.12cm 2 I x =11080cm 4 W x =692.5cm 3 S x =400.5cm 3 γ=52.69kg/m
(2)荷载计算
设主梁与柱子两端为铰接，主梁承受自重和次梁传递的集中荷载。

其计算简图如下：
荷载标准值：
① 主梁自重：3
52.699.8100.516/KN m ⨯÷=
② 恒载集中力：1.58622 6.344KN ⨯⨯= ③ 活载集中力：422232KN ⨯⨯⨯= 荷载设计值：
① 主梁自重：0.516 1.20.6192/KN m ⨯= ② 恒载集中力：6.344 1.27.7196KN ⨯= ③ 活载集中力: 32 1.444.8KN ⨯=
梁内跨中最大弯矩为：
21
0.61926(7.719644.8)(31)107.838
M KN m
=⨯⨯++⨯-=• 两端最大剪力为：
()10.619267.719644.8252.832
V KN =⨯⨯++⨯=⎡⎤⎣⎦
①抗弯强度
在翼缘边缘的弯曲应力为：
62max
3107.8310148.3/1.05692.510
x nx M N mm f W σγ⨯===<⨯⨯
②抗剪强度
在腹板中间处剪应力为：
3322
max 452.8310400.51020.10/125/11080109.5
x v
x VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯
○
3折算应力 腹板与翼缘连接处为：
20max
290
148.3134.4/320
h N mm h σσ==⨯= 332
420.1010297.38108.99/11080106
x VS N mm It τ⨯⨯⨯===⨯⨯
2135.3/ 1.1c N mm f
σ===<
所以强度满足要求。

4343354
5 6.8150.61926000 6.8152.831060009.2716384384 2.06101108010250x ql pl l v mm mm EI +⨯⨯+⨯⨯⨯===<=⨯⨯⨯⨯ 所以刚度满足要求。

（5）整体稳定性验算
由于4000
30.813130
l b =
=>，所以需验算其整体稳定性。

由查表可得：0.933b
ϕ=。

故：
62
3
107.8310166.89/0.933692.510
X b x M N mm f W ϕ⨯==<⨯⨯ 所以整体稳定性满足要求。

由于选用的主梁为热轧工字钢，故不需验算其局部稳定性。

4.柱的设计 （1）柱的选择
平台柱承受平台主梁传来的荷载，平台柱承受平台主梁采用铰接。

选用HW150×150型钢，钢种为Q235，其截面特性如下： t=10mm t w =7mm A=4055mm 2 γ=31.9kg/m W x =221cm 3 I x =1600cm 4 I y =564cm 4 i x =6.39cm i y =3.73cm W y =75.1cm 3 (2)无偏心柱设计计算
○
1荷载计算
一根主梁传递的竖向反力设计值：N 1=52.83KN 一根次梁传递的竖向反力设计值：N 2=26.208KN 柱顶轴力设计值：N=(52.83+26.208)×2=158.076KN ○
2整体稳定性验算 长细比：250039.1263.9x λ=
= 2500
67.0237.3
y λ== 由x y λλ<，故只需考虑y 方向。

查表得：0.769b ϕ=。

3
2158.0761050.69/0.7694055
b N N mm f A ϕ⨯∴==<⨯ 所以整体稳定性满足要求。

（3）主梁作用偏心柱设计计算
○1荷载计算
柱顶轴力设计值：N=52.83+26.208×2=105.246KN 柱顶弯矩设计值：M=52.83×150/2×10-3=3.96KN • m
○2强度验算
362
3105.24610 3.961043.02/4055 1.0522110x x nx M N N mm f A W γ⨯⨯+=+=<⨯⨯ ○
3整体稳定性验算
平面内稳定：查表得0.903x ϕ=，而0.65mx β=。

225'
22
2.061040554897.41.1 1.139.12
Ex X EA N KN ππλ⨯⨯⨯===⨯ 1'
362
3(10.8)
105.246100.65 3.961040.13/105.2460.9034055 1.0522110(1)4897.4mx x x X X Ex
M N N A W N N mm f
βϕγ∴
+
-⨯⨯⨯=+=<⨯⨯⨯⨯- 所以平面内稳定满足要求。

平面外稳定：查表得0.769y ϕ=，而0.65tx β=，1η=。

2267.02235
1.07 1.070.9684400023544000235
y y b f λϕ=-•=-•= 363105.246100.65 3.961033.760.76940550.96822110
tx x y b x M N
f A W βηϕϕ⨯⨯⨯+=+=<⨯⨯⨯ 所以平面外稳定满足要求。

（4）次梁作用偏心柱设计计算 ○1荷载计算
柱顶轴力设计值：N=52.83×2+26.208=131.868KN 柱顶弯矩设计值：M=26.208×150/2×10-3=1.966KN • m
○
2强度验算 362
3131.86810 1.9661057.45/4055 1.0575.110
y y ny M N N mm f A W γ⨯⨯+=+=<⨯⨯ ○
3整体稳定性验算 平面内稳定：查表得0.769y ϕ=，而0.65mx β=。

225
'
22
2.061040551668.61.1 1.167.02
Ey y EA N KN ππλ⨯⨯⨯===⨯
1'
3
6
23(10.8)
131.868100.65 1.96610
57.21/131.8680.7694055 1.0575.110(1)
1668.6
my y y y y Ey
M N
N A W N N mm f
βϕγ∴+
-⨯⨯⨯=
+=<⨯⨯⨯⨯-
所以平面内稳定满足要求。

平面外稳定：查表得0.903x ϕ=，而0.65ty β=，1η=。

2239.122351.07 1.07 1.03514400023544000235
y x b f λϕ=-•=-•=> 故1b ϕ=。

362
3131.868100.65 1.9661053.03/0.9034055175.110
ty y x b y M N N mm f A W βηϕϕ⨯⨯⨯+=+=<⨯⨯⨯ 所以平面外稳定满足要求。

（5）角柱设计计算 ○1荷载计算
柱顶轴力设计值：N=52.83+26.208=79.038KN
柱顶弯矩设计值：M x =52.83×150/2×10-3=3.96KN • m M y =26.208×150/2×10-3=1.966KN • m
○2强度验算
3
662
3379.03810 1.96610 3.961061.49/4055
1.0575.110 1.0522110
y x
x nx y ny
M M N A W W N mm f γγ++⨯⨯⨯=
++=<⨯⨯⨯⨯ ○
3整体稳定性验算 1'
366332(10.8)79.038100.65 3.96100.65 1.9661079.0380.9034055175.1101.0522110(1)4897.4
49.93/ty y mx x x b y
X X Ex
M M N N A W W N N mm f
ββηϕϕγ++-⨯⨯⨯⨯⨯=++⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=<
1'
366332(10.8)79.038100.65 1.966100.65 3.961079.0380.76940550.968221101.0575.110(1)1668.6
54.39/my y tx x y b x
y y Ey
M M N N A W W N N mm f
ββηϕϕγ++-⨯⨯⨯⨯⨯=++
⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=<
所以整体稳定性满足要求。

5.节点设计 （1）主次梁连接
试采用下图的连接形式。

根据主次梁截面几何尺寸，选连接角钢70×8，长度130mm ，钢材为Q235。

角钢用6mm 角焊缝焊于主梁腹板，施焊时，不采用引弧板。

次梁与角钢采用10.9级高强度螺栓承压型连接，螺栓规格m16。

螺栓排列时，离肢背距离按最小容许距离确定以减小偏心影响，螺栓边距皆40mm ，中心距皆50mm ，孔径为17.5mm 。

设梁端仅腹板参与工作,螺栓开孔处内力为 :
26.20826.2080.045 1.179V KN
M KN m ==⨯=•
腹板参与工作部分的截面特性
2
3231406217.566301
(1306/12217.5625)1488065
w W A mm W mm =⨯-⨯⨯==⨯⨯-⨯⨯⨯=
剪应力按平均应力计算，弯曲应力仍按平截面假定计算。

6
23
21.1791079.23/14880
26.2081041.6/630
N mm f
N mm f
στ⨯==<⨯==<
折算应力近似按以下方式计算：
298.68/N mm f =<
螺栓连接计算：
梁端剪力引起的螺栓剪力：26.208/213.104V N KN == 梁端弯矩引起的螺栓剪力： 1.179/0.06518.14M N KN ==
单个螺栓的抗剪承载：2
1631062329.262.334
b V
N N KN π⨯=⨯== 单个螺栓的承压承载力：8165006400064b c N N KN =⨯⨯==
强度计算：
22.380.962.3356.097KN KN =<⨯=
角钢连接焊缝计算：。