钢 结 构 平 台

设计说明书

设计：

校核：

太原市久鼎机械制造有限公司

二零一四年十月

目 录

1．设计资料............................................................................................................3 2．结构形式............................................................................................................3 3．材料选择........................................................................................................... 3 4．铺板设计............................................................................................................3 5．加劲肋设计........................................................................................................5 6．平台梁................................................................................................................6 6.1 次梁设计...........................................................................................................6 6.2 主梁设计 ............................................................................................. ...........7 7．柱设计................................................................................................................9 8. 柱间支撑设置.....................................................................................................11 9. 主梁与柱侧的连接设计 ...................................................................................11

钢结构平台设计

1．设计资料

1.1厂房内装料平台，平面尺寸为5.2×3.6m (平台板开洞7个，开洞尺寸460×460mm ), 台顶面标高为5.2m 。平台上平均布荷载为5kN/m2，不考虑水平向荷载，设计全钢工作平台。 1.2参考资料： 1) 钢结构设计规范 2) 建筑结构荷载规范 3) 钢结构设计手册 4) 建筑钢结构焊接规范 2．结构形式

平面布置主次梁，主梁跨度 3530 mm ，次梁跨度 2790 mm ，次梁间距1260mm ，铺板下设加劲，间距900mm 。柱间支撑按构造设计，铰接连接；梁柱铰接连接。确定结构布置方案及结构布置形式如图所示

3．材料选择

铺板采用5mm 厚带肋花纹钢板，钢材牌号为Q235 ，手工焊，E4 型焊条，钢材弹性模量E =2.06×10

5

N/mm ，钢材密度 ρ

2

2

=7.85⨯10Kg/m ，基础混凝土强度等级

33

为C30, fc = 14.3N/mm。

4．铺板设计

4.1 荷载计算

已知平台均布活荷载标准值q 1k = 5kN/m ，5mm 厚花纹钢板自重

2

q Dk = 0.005×9.8×7.85= 0.38kN / m ，恒荷载分项系数为1.2 ，活荷载分项系数为1.4 。

均布荷载标准值 q k = 5kN/m＋0.38kN/m = 5.38kN/m 均布荷载设计值 qd=1.2×0.38＋1.4×5= 7.46KN/m

2

2

2

4.2 强度计算

花纹钢板b / a =1260/900=1.4＜2 ，取α = 0.08 ，平台板单位宽度最大弯矩 设计值为：

Mmax =αqa = 0.08×7.46×0.9= 0.48kN·m

Mmax γ×W

2

2

=

6Mmax γt =

6×0.481.2×0.005=96000 KN/m = 96 N/mm＜215 N/mm

2

222

4.3 挠度计算

取β=0.110,E=2.06×10N/mm

5

v

a

=β

q k a 3Et 3

=0.110×

5.38×10−3 ×90032.06×105 ×53

=0.01126＜1 /150=0.0067

设计满足强度和刚度要求。

5．加劲肋设计 5.1 计算尺寸：

肋板的高度取跨度的1/15~1/12，即取84~105 ，选用钢板 - 100 ×10 ，钢材为Q235 。加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊角尺寸4mm ，每焊150 mm 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=150mm ，跨度为0.9 m。 5.2 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900mm 范围内的荷载，加劲肋自重为 0.1× 0.01×78.5= 0.079kN / m，按均布荷载考虑。 均布荷载标准值 q k = 5.38×0.9+0.079 =4.92 kN / m 均布荷载设计值 q d =7.46 ×0.9+ 1.2× 0.079= 6.8kN / m 5.3 内力计算：

简支梁跨中最大弯矩设计值

Mmax = = ×6.8×1.26= 1.35kN·m

8

8

1

2

1

2

支座处最大剪力设计值 V =6.8 ×1.26 / 2 =4.28kN 5.4 截面特性计算： 加劲肋计算简图如下 截面形心位置

y c =

(150×5×102.5+100×10×50)

150×5+100×10

=72.5mm

截面惯性矩

I =150×5/12+150×5×(102.5-72.5)+10×100/12+100×10(72.5-50)=576145mm

支座处抗剪面积只计铺板部分，偏安全仍取100mm 范围，则 A V =100×10 = 1000mm

3

2

3

2

4

2

5.5 强度计算:

受拉侧应力最大截面塑性发展系数取1.20 ，

M

γxW nx

=

1.35×106×72.512×576145

=14.16N / mm

2

＜215N / mm2

受剪计算：

VS It

=1.5

V Av

=1.5

4.28×1031000

=6.42 N / mm2 ＜125N / mm2

5.6 变形计算： 挠度计算

=

l

v

5q x l 3384EI x

=

5×4.92×12603384×2.06×105×576145

=0.001＜1/150 =0.0067

设计满足强度和刚度的要求。

6．平台梁

6.1 次梁设计

选用热轧普通槽钢，设置主次梁，次梁与主梁做成刚接。主梁与柱子做成铰接连接。 6.1.1 中间次梁计算

将次梁看作两端简支于主梁的弯曲构件，梁跨2.79m 。次梁的荷载主要是由铺板— 加劲肋传来相隔1.26m 分布的集中力，但这一荷载可作为均布荷载考虑。 6.1.2 选取型钢梁截面： 次梁上最大弯矩设计值 q BS 6.8×1.26 / 0.9= 9.52kN/m

次梁跨中弯矩设计值

M max = 9.52×2.79 /8=9.26kN m 最小截面模量

2

wx,min =

M max γ×fy

9.26×1061.05×215

=41019 mm=41.0 cm

33

试选槽钢[18b ，截面几何特征如下

h =180，b=70，t w =9, t=10.5, r=10.5, r1=5.25, γ= 22.99kg/m ,Ix = 1369.9cm, W x =152.2cm, S x= 91.6cm 均布荷载设计值

q BS =9.52 + 1.2×0.23 = 9.8kN/m 因次梁构造较为简单，不计入构造系数 6.1.3 内力计算：

M max =9.8 ×2.79 /8 =9.54kN m V max = 9.8 ×2.79 /2 =13.67kN 6.1.4 强度计算

2

3

4

3

M max γxW x

=

9.54×1061.05×152.2×103

=59.7N / mm2 ＜215N / mm2

受剪计算：

VS It

=

13.67×91.6×1061369.9×9×10=10.06 N / mm2 ＜125N / mm2

6.1.5 变形计算：

q BSk = 1.26/ 0.9×4.92+ 0.23= 7.12kN/m

vl

=

5q x l 3384EI x

=

5×7.12×27903

384×2.06×10×1369.6×10=0.0007＜1/150 =0.0067

设计满足强度和刚度要求 6.2 主梁设计

平台主梁与平台柱铰接连接，平台主梁可看作是两端支承在平台柱上的简支梁， 承受着平台次梁传来的荷载。

恒荷载标准值： q 1k =(6.2+22.9×9.8×10) ×2=12.85KN 活荷载标准值： q k =5×1.26×2=12.6KN

-3

主梁支座反力： R=3/2(1.2×12.85+1.4×12.6)=49.59KN 6.2.1主梁跨中最大弯矩：

M max = 49.59×1.765 -49.59×1.26=25.04kN m Vmax=R=49.59KN

主梁的最小截面模量

wx,min =

M max γ×fy

=

25.04×1061.05×215

=110919 mm=111 cm

33

选取型钢梁截面：

试选槽钢[18b ，截面几何特征如下

h =180，b=70，t w =9, t=10.5, r=10.5, r1=5.25, γ= 22.99kg/m , I x = 1369.9cm, Wx =152.2cm, S x= 91.6cm 6.2.2梁截面验算 ①截面承载力验算

梁自重标准值：q=22.99×9.8×1.05=0.24 kN/m 这里的系数1.05为考虑加劲肋，焊缝等引起的自重增加 考虑梁自重后跨中最大弯矩和最大剪力分别为： Mx=39.64+1/8×0.24×1.2×2.565=25.28 kN m Vmax= 49.59+0.24 ×1.2 ×2.565=50.32KN 弯曲正应力验算

25.28×1061.05×152.2×10

2

4

3

3

M max

γxW x

=

158N / mm ＜215N / mm 22

剪应力验算

VS It

=

50.32×91.6×1061369.9×9×10=37.03 N / mm ＜125N / mm

22

设计满足强度要求 ②整体稳定验算

次梁可作为主梁的侧向支撑，因此把主梁侧向支撑点的距离

l 1=2.79/2=1.395m,l1/b=1395/180=8

vmax =

V =

M max l 210EI x

=

25.28×103×2.565210×2.06×108×1370×10−8

=5.9mm

l 2565==6.4mm vmax ＜ V (设计满足刚度要求)

7. 平台柱设计

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。 平台柱承受的轴心力的设计值为

N=5F+ql=5×49.59/2+0.24×1.2×1.765=124.48KN 7.1确定柱截面尺寸

由于作用支柱的压力很小，假定柱的长细比λ=100 按b 类截面查轴心受压稳定系数ϕ=0. 555 平台柱所需的截面面积

A =

N φf

=

124.28×1030.555×215×10=1.04×10=1040 mm

-32

按结构要求取柱为工钢I20b, 截面几何特征如下

h =200，b=102，t w =9, t=11.4, r=9.0, r1=4.5, γ= 31.05kg/m ,Ix = 2502cm, W x =250.2cm, Sx= 146.1cm A=39.55cm

3

3

2

4

ix=7.95cm , iy=2.07cm

7.2验算平台柱截面的承载力、整体稳定和钢度

因柱截面没有削弱，若柱整体稳定能满足要求，则柱的承载力也能满足要求。因此，只需验算柱的整体稳定。

平台高5200mm ，两端铰接，平台内与平台外的计算长度均为5200mm ，则 lox=loy=5200mm

λox=lox/ix=5200/79.5=65.4＜[λ]=350 λoy=loy/iy=5200/20.7=251＜[λ]=350 柱刚度能满足要求。

按b 类截面查得轴心受压稳定系数：ϕmin =ϕ0y =0. 408 平台柱自重标准值：

N=7.85×9.8×0.003955×5×1.2=1.83KN

这里的系数1.2为考虑焊缝及柱头、柱脚等引起的自重增加。

柱承受的轴心力的设计值

N=1.2448×105+1.2×1.83×103

=126676N

于是有σ

=

N 2

2

φmin A

=

1266760.408×3955

= 78.5N / mm ＜125N / mm

柱整体稳定能满足要求。

7.3平台柱柱脚设计

平台柱承受的轴心力较小，柱脚采用平板式钢接构造形式如图所示。 基础混凝土强度等级为C30，抗压强设计值fc 14.3N/mm2。 底板需要面积 A =

N 2fc

=

12667614.3

=8858.46mm

按构造要求, 考虑底板加劲，取柱底板尺寸为-440×440×20 底板浄面积：440×440=193600 mm2

＞A=8858.46 mm2

即取的底板尺寸满足要求

7.4平台柱柱顶设计

平台柱承受的轴心力较小，柱顶采用平板式钢接构造形式如图所示。

考虑柱顶与平台主梁接触稳定，柱顶上部设置加强斜撑，材料选用工钢I20b 。取柱顶板尺寸为-400×300×20

8. 柱间支撑设置

由于没有水平荷载且竖向荷载较小，所以柱间支撑可按构造设置。

柱间交叉支撑采用槽钢，如图所示。最大计算长度为5.15m ，允许长细比为200 ， 则i= 5150/200=26mm 选用槽钢[18 。 支撑的连接采用焊缝连接，焊缝尺寸为8 ， 同时在连接处设置10.9级M 16的安装螺栓。

9．梁与柱的连接计算

由于平台不考虑水平向荷载，主梁与柱的连接的螺栓为构造要求，不必进行计算。连接处设置10.9级M 20的安装螺栓。

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