钢结构大作业

1【大作业】平台梁格结构设计1.已知条件平台梁格布置如图所示，铺板为预制钢筋混凝土板，焊于次梁上。设平台恒荷载的标准值(不包括梁自重)为2.0kN/m2.其他条件：8班——活荷载的标准值：27.6kN/m2，跨度：(n+1):6.3m主、次梁的钢材为Q345钢；E50型焊条(手工焊)其中，n为学号。2.设计任务（1）选择次梁截面（采用窄翼H热轧型钢）；（2）设计中间主梁(焊接组合工字梁)；包括选择截面、计算翼缘焊缝、腹板加劲肋设计、支承加劲肋设计。（3）设计次梁与主梁连接(用等高的平接)。3.设计要求（1）应过程详尽，并插入必要的计算简图；（2）完成主梁施工图1张（A3图纸，比例尺：1：30）包括正视图、俯视图和横剖面图，并附必要的说明（3）按比例尺1：10绘制主梁与柱翼的连接构造图；（4）按比例尺1：10绘制主、次梁连接构造图。解：由于铺板为预制钢筋混凝土板，且焊于次梁上，故不必计算该次梁的整体稳定。（1）次梁采用H型钢，假设梁自重为0.5KN/m，次梁承受的线荷载标准值为：Qk=（2.0x3+0.5）+27.6x3=6.5+82.8=89.3KN/m=89.3N/mm荷载设计值为（按可变荷载效应控制的组合：恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.3）Q=1.2x6.5+1.3x82.8=115.44KN/m最大弯矩设计值为：Mx=1/8ql2=1/8x115.44x6.3^2=572.7KN/m根据抗弯强度选择截面，需要的截面模量为：Wnx=Mx/rxf=572.7/1.05x310=1759x10^3=1759cm3选用HN450x200x10x16，其Wx=1827cm3,跨中无孔眼削弱，此Wx大于所需，梁的抗弯2强度已足够。由于型钢的腹板较厚，一般不必验算抗剪强度；考虑将次梁连于主梁的加劲肋上，故不必验算次梁支座处的局部承压强度。其他截面特性，Ix=45685cm4；自重：88.1Kg/m=0.881KN/m，大于假设自重。1、截面验算：a)抗弯强度：考虑梁自重后的荷载为q＝1.2×(2.0×3+0.881)+1.3×(27.6×3)=115.9kN/mmkNqlMx5.52169.1158181222236/310/3.28210175905.1105.521mmNfmmNWMnxxx验算挠度：在全部荷载标准值作用下：Vt/l=在可变荷载标准值作用下：Vq/l=满足要求。设计中间主梁（焊接组合梁），包括选择截面，计算翼缘焊缝，确定腹板加劲肋的间距。钢材为Q345钢，E50型焊条（手工焊）。解：根据经验假设此梁自重标准值为5kN/m，设计值为1.2x5=6kN/m；考虑次梁截面选择HN450×200×10×16，可得由次梁传递给主梁的荷载为：kNFk6.5623.689.3，kNF2.7303.6]36.273.1881.030.22.1[支座处最大剪力为：kNglFV5.1879186212.7305.22125max跨中最大弯矩:mKNMx5.101029621)36(2.7309187923采用焊接组合梁，估计翼缘板厚度,16mmtf故钢材强度设计值取f=295N/mm2，需要的截面模量为333632615103261529505.1105.10102cmmmfMWxx（1）试选截面按刚度条件，梁最小高度为mmVlfhT1585180004001034.1295][1034.1626min；梁的经济高度：mmWhxs9.2024)1032615(224.034.0取梁的腹板高度：mmhhw20000；按抗剪强度求腹板厚度：mmfhVtvww6.61702000105.18792.12.13max按经验公式求腹板厚度：mmhtww8.125.320005.3考虑腹板屈曲后强度，取腹板厚度wt14mm；每个翼缘所需截面积：23116416200014200010326156mmhthWA；翼缘宽度：3~5hhbf2000/5~2000/3=400~667mm取bf=500mm；翼缘厚度：4mmbAtfff2.2350011641取ft24mm；翼缘板外伸宽度mmtbbwf243214250022翼缘板外伸宽度与厚度之比：7.10/235131.1024243yftb，满足局部稳定要求；此组合梁跨度并不是很大，为施工方便，不沿梁长度改变截面。（2）强度验算梁的截面几何常数（如图1）：43333913942006.488.20450121cmIx333119/2cmhIWxx,2520504.224.1200cmA3166144501490091224500cmS梁自重：（钢材质量密度为7850kg/m3，重量集度为77KN/m3）：gk=0.052x77=4.0kN/m，考虑腹板加劲肋等增加的重量，原假设梁自重5kN/m稍大。验算抗弯强度（无孔眼Wnx=Wx）：2236/295/5.290103311905.1105.10102mmNfmmNWMnxxx验算抗剪强度：22343max/170/8.65101661414103391394105.7981mmNfmmNtISVvwx主梁的支承处以及支承次梁处均配置支承加劲肋，不必验算局部承压强度（即0c）。图15（3）梁整体稳定验算次梁可以视为主梁受压翼缘的侧向支承，主梁受压翼缘自由长度与宽度之比2.13345/235160.6500/3000/11bl,故不需验算主梁的整体稳定性。（4）刚度验算查表可知，挠度容许值【VT】=l/400（全部荷载标准值作用）或【VQ】=l/500（仅有可变荷载标准值作用）全部荷载标准值作用时：Rk=5/2Fk+1/2x5x18=2.5x562.6+5x9=1451.5kNmkNMk6.77979521366.56295.145124001][49811033913942060001018000106.77971046LVEILMLVTXKT;可变荷载标准值作用时:Rk可变=2.5x（20x3）x6.3=945kNMk可变=945x9-360x(6.3+3)=5157kN·m5001][753110339139420600010180001051571046LVEILMLVTXKT故刚度满足要求。（5）翼缘和腹板的连接焊缝计算翼缘和腹板之间采用角焊缝连接，mmfIVShwfxf2.22001033913944.191224500105.79814.1431，取mmtmmhf3.7245.15.18max6（6）主梁加劲肋设计①各板段的强度验算该梁腹板宜考虑屈曲后强度，应在支座处和每个次梁处（即固定集中荷载处）设置支承加劲肋。另外,梁端部采用如图2所示的构造，并在距支座1a处增设横向加劲肋，使1a=850，因1a/0h1,8.0)/(34.5441/2100ahthws故，,vcrf使板段1I范围内(如图2)不会屈曲，支座加劲肋就不会受到水平力Ht的作用。对板段I:左侧截面剪力：V1=1879.5-6x0.85=1874.4kN相应弯矩：M1=1879.5x0.85-6x0.852/2=1595.4kN·m因为M1=1595.4kN·mMf=500x24x1824x295=6457kN·m故用V1≤Vu验算，1a=2150mm，1a/0h1,72.127.1)/(434.541/2100ahthws,Vu=2.1/svwwfth=2000x14x170/1.271.2=3573kNV1=1874.4kN(通过)对板段Ⅲ：验算右侧截面，（1a=3000mm）：2.131.1)/(434.541/2100ahthwsVu=2.1/svwwfth=2000x14x170/1.311.2=3442.6kN,V3=1879.5-730.2x2-6x18/2=365.1kN0.5Vu=1721.3kN相应弯矩：M3=1879.5x3-6x32/2=5611.8kN·m故用M3=Mmax≤Meu验算23534515314/2000235153/0ywbfth=1.130.85但1.2577.0)85.013.1(82.01965.0103391349214900)77.01(12)1(1433xwceIth通过mkNMmkNfWMxexeu5611.86.98992951033119965.005.133对板段Ⅱ一般可不验算，若验算，应分别计算其左右截面强度。②加劲肋设计宽度：mmhbs1074030200040300，用sb=120mm；厚度：mmbtss0.815/12015，取st=10mm;支座加劲肋的验算：已知R=1879.5kN，另外还应加上边部次梁直接传给主梁的支反力F/2=365kN；采用2-220x16板，As=2x220x16+200x10=9040mm2;8Iz=1/12x16x3703=6753.7x104mm4,mmAIiszz8.82/;9.193452358.822000z,查表得：z=0.972；验算在腹板平面外稳定：223/310/2359040972.010)3655.1879(mmNfmmNANszs验算端部承压：223/400/7.38916)40220(210)3655.1879(mmNfmmNcece；计算与腹板的连接焊缝：13.2200)6022000(7.0410)3655.1879(3fhmm用8mm1.5mmt6165.1。根据所给定条件和所选定的主、次梁截面，设计次梁与主梁连接（用等高的平接），并按1：10比例尺绘制连接构造图。解：连接计算：次梁两端剪力：kNV1.3653.6]36.273.1881.030.22.1[21选取22M，8.8级的承压型连接高强度螺栓。则一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：kNfdnNbvvbv0.952502241422一个高强度螺栓的孔壁承压承载力设计值为：kNftdNbcbc8.1035908229则该连接所需螺栓个数)(8.3100.95101.365,33min个bcbvNNVn故选用224M的8.8级承压型连接高强度螺栓。其连接构造图见下页附图。1011