中國礦業(yè)大學《結構設計原理》課程設計鋼結構部分.doc

第 14 頁 中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院結構設計原理課程設計 第二部分：鋼結構（中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院土木11-7班 x x）一、設計資料某鋼結構工作平臺，結構平面布置如圖所示，鋪板采用預制鋼筋混凝土平板，焊接于次梁上，次梁與主梁，主梁與柱均為鉸接，柱與基礎為剛性連接。平臺均布恒荷載標準值（包括平臺鋪板自重）為,活荷載標準值為。鋼材采用Q235B，焊條為E43型，手工焊接。平臺基礎頂面到平臺鋪板底部高度。結構安全等級為二級。主梁GL2與次梁GL3平接，主梁GL2一端支承于中柱頂中，另一端支承于邊柱側（柱頂與梁頂部平齊），中柱采用格構式、邊柱采用實腹式構件；次梁GL3采用型鋼梁，主梁GL2采用組合梁。（L1=8400mm，L2=9300mm）二、設計計算內容1.確定次梁和預制板的布置。（繪制平面布置圖）2.平臺梁的設計（繪制平臺梁詳圖）（1）次梁GL3的設計（2）主梁GL2的設計選擇主梁（焊接組合梁）截面（截面可沿長度改變）；計算翼緣焊縫；設計加勁肋。3.平臺柱的設計（繪制邊柱及中柱詳圖）（1）邊柱GZ3設計（實腹式：按壓彎構件設計）（2）中柱GZ4設計（格構式：按軸心受壓構件設計）4.梁柱連接設計（繪制連接詳圖）（1）主梁GL2與邊柱GZ3的連接設計（2）主梁GL2與次梁GL3的連接設計三、設計過程1. 確定梁和預制板的布置見圖12. 次梁GL3的設計 （1）荷載及內力（暫不計次梁自重） 次梁GL3為跨度的兩端簡支梁。 恒載標準值 活載標準值 總荷載標準值 總荷載設計值：圖1 平面布置圖 由永久荷載效應控制的組合 由可變荷載效應控制的組合 故總荷載設計值由可變荷載效應控制，次梁內力計算時取 最大彎矩標準值 最大彎矩設計值最大剪力設計值（2）試選截面 設次梁自重引起的彎矩為（估計值）。因次梁上鋪鋼筋混凝土平臺板并與之相焊接，故不必計算整體穩(wěn)定性。截面將由抗彎強度確定，設翼緣厚度大于，取,則需要的抵抗矩為 均布荷載作用下簡支梁的撓度條件為 需要的慣性矩為 按需要的和查型鋼表，選用熱軋普通工字鋼，有關參數(shù)如下： （3）截面強度驗算（計入次梁自重） 彎矩設計值 剪力設計值 彎曲應力 （滿足要求） 剪應力 （滿足要求） （4）截面剛度驗算（撓度驗算） 因提供的（需要值），故撓度條件必然滿足。3. 主梁GL2設計 （1）內力計算（暫不計主梁自重） 由于柱截面尺寸未確定，為計算簡便，偏安全地取軸線距離為跨度。故，主梁GL2為跨度的兩端簡支梁。 次梁傳給主梁的集中力標準值 次梁傳給主梁的集中力設計值 由可變荷載效應控制： 由永久荷載效應控制： 故取 最大彎矩設計值 最大剪力設計值 （2）試選截面 需要的截面抵抗矩為（假定翼緣厚度超過，取） 腹板高度 梁的最小高度： 根據(jù)主梁剛度要求，由梁的最小高跨比計算公式得 梁的經(jīng)濟高度： 故取腹板高度 腹板厚度（假定腹板厚度不超過，取） 故取腹板厚度 所需翼緣面積為 通常翼緣；不比計算整體穩(wěn)定性的要求為：（受壓上翼緣自由長度）；構造及放置面板的要求為；放置加勁肋的要求；取上下翼緣寬度相同。綜合以上因素，確定取 ,，滿足要求。受壓翼緣自由外伸寬度與厚度之比 因此，受壓翼緣的局部穩(wěn)定得到保證。 （3）截面驗算 內力計算 梁的截面積 梁的單位長度自重 取自重分項系數(shù)為，考慮構造系數(shù)，則：自重設計值 最大彎矩為 最大剪力為 截面特性 強度驗算 彎曲應力 （滿足要求） 剪切應力 （滿足要求） 折算應力（跨度中點處） 折算應力（離支座處） 故梁的截面強度滿足要求。 （4）整體穩(wěn)定驗算 次梁可以作為主梁的側向支承，主梁受壓翼緣自由長度，受壓翼緣寬度，則，故梁的整體穩(wěn)定不必進行驗算。 （5）梁的剛度驗算 集中荷載標準值 等效均布荷載標準值（構造系數(shù)） 計算撓度時，不必考慮因翼緣寬度改變的影響，近似按下式計算 （滿足要求） （6）梁的截面改變采用改變翼緣寬度的方法。取截面改變處離支座的距離，下面對截面改變處進行驗算。 截面內力 變截面處彎矩 變截面處剪力 截面尺寸 需要的截面模量 需要的翼緣面積取翼緣寬度為，厚度，則翼緣面積為 截面參數(shù) ， 穩(wěn)定驗算受壓翼緣外伸寬度與厚度之比，故受壓翼緣的局部穩(wěn)定滿足要求。 強度驗算 彎曲應力 （滿足要求） 剪切應力 （滿足要求） 折算應力 故梁的截面改變處強度滿足要求。 （7）翼緣和腹板的連接焊縫 采用直角角焊縫，所需焊縫的焊腳尺寸 構造要求， 故取焊腳尺寸 （8）局部穩(wěn)定驗算 各區(qū)格的局部穩(wěn)定驗算 ，應配置橫向加勁肋，在支座處和每根次梁處（即集中荷載處）設支承加勁肋，且加勁肋間距，滿足構造要求。 梁承受靜力荷載，按規(guī)范要求，宜考慮腹板屈曲后強度。但為了節(jié)省鋼材，已將梁設計成了沿跨度為變截面，若考慮腹板屈曲后強度，變截面處可能會不滿足承載力要求，故本設計不考慮腹板屈曲后強度。 區(qū)格 用于腹板受彎計算時通用高厚比為 用于腹板受剪計算時通用高厚比為 次梁連接于主梁的加勁肋上，估腹板計算高度邊緣的局部壓應力。 支座附近區(qū)格的平均彎矩和平均剪力為： 平均彎矩在腹板計算高度邊緣的彎曲應力 平均剪力在腹板計算高度邊緣的剪切應力 （滿足要求） 區(qū)格 用于腹板受彎計算時通用高厚比為 用于腹板受剪計算時通用高厚比為 次梁連接于主梁的加勁肋上，估腹板計算高度邊緣的局部壓應力。 支座附近區(qū)格的平均彎矩和平均剪力為： 平均彎矩在腹板計算高度邊緣的彎曲應力 平均剪力在腹板計算高度邊緣的剪切應力 （滿足要求） 區(qū)格 用于腹板受彎計算時通用高厚比為 用于腹板受剪計算時通用高厚比為 次梁連接于主梁的加勁肋上，估腹板計算高度邊緣的局部壓應力。 支座附近區(qū)格的平均彎矩和平均剪力為： 平均彎矩在腹板計算高度邊緣的彎曲應力 平均剪力在腹板計算高度邊緣的剪切應力 中間加勁肋（橫向） 截面估算 寬度，取 厚度，取 焊縫： ，取 支座加勁肋 支座反力 根據(jù)端部承壓條件： 得，取 支座加勁肋采用，有關參數(shù)如下： ,(c類截面), 加勁肋在腹板平面外的穩(wěn)定性 （滿足要求） 支座加勁肋與腹板的連接焊縫 ，取，則 (滿足要求)3. 邊柱GZ3的設計 （1）初選截面按軸心受壓構件設計初步選取截面尺寸。柱GZ3一端鉸接，一端剛接，側面半柱高處設柱間支撐。計算高度； 邊次梁GL3線荷載 GL3傳到GZ3頂?shù)妮S力設計值 GL2傳到GZ3側的軸力設計值 軸向力的合力設計值 采用工字型組合截面柱，翼緣為軋制邊。按軸心受壓估算截面尺寸，但實際為偏心受壓，故取增大系數(shù)。按照式和式，當取，時，。當取，時，所以取，查表（C類），所需截面面積為： 按穩(wěn)定性要求 按經(jīng)濟性要求 二者相差較小，而且前者比后者略大，截面符合要求。故取，則，?。桓叨葢獫M足，取，腹板厚度。 取，。 則截面的幾何特性為： （2）強度驗算偏心距偏心彎矩 (滿足要求) 圖4 邊柱截面尺寸 （3）彎矩作用平面內穩(wěn)定性驗算 ，查表，b類截面， （滿足要求） （4）彎矩作用平面外穩(wěn)定性驗算 ；查表，b類截面， ，取 （滿足要求） （5）局部穩(wěn)定驗算 腹板： 翼緣： 局部穩(wěn)定滿足要求。4.中柱GZ4的設計（1）初選截面 分肢截面（對實軸計算） 中柱采用格構式柱，按軸心受壓構件設計 軸力，一端鉸接，一端剛接 假定，查得 所需截面面積 所需回轉半徑 分肢采用一對槽鋼翼緣內向，選用，則截面特性為 ， 分肢間距 采用綴條式，柱內力偏大。綴條采用角鋼，兩綴條面內斜綴條毛截面面積之和。 按等穩(wěn)定原則，得 采用，實際 兩槽鋼翼緣間凈距 （2）穩(wěn)定性驗算（繞實軸） ，查表，b類截面， （滿足要求） （3）穩(wěn)定性驗算（繞虛軸） （滿足要求） ， 如采用人字式單斜綴條體系，交匯于分肢槽鋼邊線，則 ，取 滿足要求，不必驗算分肢穩(wěn)定和強度。槽鋼為軋制型鋼，也無需驗算分肢局部穩(wěn)定。 （4）綴條設計 柱的剪力 每個綴條面剪力 綴條采用， 采用人字式單斜綴條體系，分肢 斜綴條長度 穩(wěn)定性驗算 一根綴條內力 綴條。查表，b類截面， 單面連接等邊角鋼按軸心受壓計算穩(wěn)定性時，強度折減系數(shù) （滿足要求） 綴條連接 單面連接等邊角鋼按軸心受壓計算連接時，強度設計值折減系數(shù) 綴條焊縫采用角焊縫，肢背 按構造要求，肢背和肢尖焊縫均用，則 （4）橫隔設計 柱截面最大寬度為，橫隔間距和。柱高，上下兩端柱頭、柱腳處以及中點處設置鋼板橫隔，與斜綴條節(jié)點配合設置。 5.連接設計 （1）主梁與次梁的連接設計 次梁的支座反力 采用高強螺栓摩擦性平接法連接，高強螺栓采用，級，孔徑為，采用噴砂處理。 一個螺栓的抗剪承載力設計值 所需的螺栓的數(shù)量（考慮連接處的約束作用，取次梁支座反力增大系數(shù)） 取 螺栓排列如圖所示，螺栓間距，端距及邊距均滿足容許間距的要求。 次梁