工作平台课程设计

钢结构（实践） （02443）题目 ——土木工程专业（专业代码：080825） 一、目的和要求一、目的和要求 （一）考核目的 课程设计是《钢结构》课程的实践教学环节，是基本理论在实践 中的应用。通过本课程设计的训练，加强学生对结构构造的理解，使 学生能够熟练掌握钢结构基本构件的设计计算原理和方法，熟悉钢结 构的施工及相关的构造要求，培养学生独立思考问题、解决问题的能 力。 （二）考核要求 学生选做一个题目，按任务书的设计计算内容完成设计，形成一 套完整的计算书（手写） ，并绘制施工图（A3，不少于一张） 。 二、题目及任务书二、题目及任务书 （一）题目一：工作平台设计工作平台设计 1.设计资料 一工作平台的布置如图 1 所示， 主次梁分别采用 Q235 钢材的组合 梁和工字型钢梁，用 E43 型焊条手工焊。次梁上作用的恒载：110mm 厚的预制钢筋混凝土板（容重 25kN/m3）与次梁焊接，预制板上铺有 50mm 厚的豆石混凝土（容重24kN/m3） ，平台上活载的标准值为 9kN/m2，恒、活载的荷载分项系数分别为1.2、1.4。主次梁等高连接， 主梁以突缘加劲肋的形式支承于钢柱上。平台面标高 6.0m（室内地坪 算起） ，平台下要求净空高度 3.5m。 2.设计要求 (1)设计一根中间次梁（容许挠跨比为 1/250） (2)设计中间主梁截面 ①采用焊接工形截面梁（容许挠跨比为 1/400） 。 ②计算主梁翼缘连接焊缝。 ③设计并布置主梁腹板加劲肋、支座及次梁处的支承加劲肋。 ④设计主梁与次梁的连接。 ⑤假定主梁在跨中断开，分段运往工地，设计工地高强螺栓的拼 接。 (3)设计钢柱（按轴心受压柱计算） 豆石混凝土面层 预制钢筋混凝土板 （与次梁焊接） （单位：mm） 图 1工作平台构造(尺寸单位：mm) 3.设计指导书 工作平台设计主要步骤： (1)次梁设计计算 ①次梁荷载计算 作用在次梁上的永久荷载：110mm 厚的预制钢筋混凝土板（容重 25kN/m3）和 50mm 厚的豆石混凝土（容重 24kN/m3） 。 作用在次梁上的活荷载：活载的标准值为 9kN/m2。 ②荷载组合 1.2 恒载+1.4 活载。 ③内力计算 次梁按支撑于主梁上的简支梁计算内力。 ④截面选择 根据抗弯强度的要求选定型钢型号。 ⑤截面检算 包括强度和刚度计算。 (2)主梁设计计算 ①内力计算 主梁按支承于钢柱上的简支梁计算内力。 ②截面选择 根据抗弯强度的要求初步拟定截面高度 h； 根据抗剪要求及经验公式确定腹板厚度t w； 根据抗弯要求及局部稳定要求确定翼缘宽度 b 和厚度 t。 采用在l 6处变截面，厚度不变，根据l 6处的抗弯要求设计该处的 翼缘宽度。 ③截面检算 包括强度、刚度、整体稳定及局部稳定计算。 ④计算主梁翼缘连接焊缝 取单位长度的焊缝计算； 作用在两条焊缝上的力为水平剪力Th； 计算两条焊缝上的剪应力不超过角焊缝的强度设计值。 ⑤腹板加劲肋设计 根据规范要求及梁的截面尺寸判断应设置何种加劲肋； 按规范规定的间距要求假定加劲肋间距； 根据规范上局部稳定的验算公式验算腹板的局部稳定性。 ⑥主梁与次梁连接的设计 本设计采用等高连接；计算焊缝时把梁的支反力加大 20%～30%， 按围焊缝受剪计算。 ⑦工地高强螺栓的拼接设计 翼缘连接按与翼缘等强度设计，腹板连接受扭矩和剪力，通常先 排列好螺栓，然后再验算。 （二）题目二：吊车梁设计 1.设计资料 吊车梁跨度 6m，无制动结构，支承于钢柱，采用平板支座。设有 两台起重量 Q＝16t/3.2t 中级工作制（A5）软钩吊车，吊车跨度 Lk＝ 31.5m。 吊车梁采用 Q235 钢材，焊条为 E43 型。 吊车规格：宽度 B＝6390mm，轮距 BQ＝5000mm，小车重 g＝ 6.326t，吊车总重G＝41.0t，最大轮压Pmax＝22.3t。吊车轮压及轮距见 图 2。 采用 43kg/m 钢轨，hR＝140mm 2.设计要求 按《钢结构设计规范》GB50017 规范设计此吊车梁。 PP 6955000 6350 695 图 2吊车轮压及轮距尺寸(尺寸单位：mm) 3.设计指导书 计算内容及主要步骤 (1)吊车荷载计算 吊车荷载动力系数  ＝1.05，吊车荷载分项系数  Q＝1.4，计算出 竖直方向和水平方向荷载设计值。 (2)内力计算 ①最大弯矩及相应剪力。 ②最大剪力。 ③水平荷载产生的最大弯矩。 (3)截面选择 宜考虑单轴对称工字形截面。 (4)计算截面特征 (5)强度计算 包括正应力、剪应力、局部压应力、腹板计算高度折算应力。 (6)稳定计算 ①整体稳定。 ②局部稳定。通常设置加劲肋以保证腹板的稳定性。 (7)疲劳计算 按一台吊车计算， 荷载采用标准值， 不计动力系数。 欠载系数 f 取 0.5。 验算部位： ①腹板与下翼缘连接焊缝附近主体金属。 ②加劲肋下端部焊缝附近主体金属。 (8)挠度计算 按一台吊车时计算挠度，  ＝ l/1000。 (9)支承加劲肋设计 (10)焊缝计算 计算部位：上翼缘与腹板连接焊缝、下翼缘与腹板连接焊缝、支 承加劲肋与腹板连接焊缝。 （三）题目三：钢屋架设计 1.设计资料 梯形屋架，跨度 24m，屋架间距 6m，铰支于钢筋混凝土柱上。厂 房长度 54m。 屋架上弦放置 1.5m×6m 大型屋面板， 上做油毡防水屋面。 下弦杆仅仅在两端和中央设系杆作为侧向支撑。 屋面离地面高度约为 20m，基本风压 0.4kN/m2，基本雪压 0.35kN/m2。设计为不上人的屋面，屋面均布活荷载 0.7kN/m2。 钢材采用 Q235-B，焊条采用 E43 型。 屋架每端支座中线缩进 0.15m，计算跨度 23.7m，端部高度 2m， 中部高度 3.2m，屋架几何长度见图 3。 2 0 0 0 150 13507×1500 12000 3 2 0 0 图 3屋架几何长度(尺寸单位：mm) 2.设计要求 按规范设计此钢屋架。 3.设计指导书 计算内容及主要步骤 (1)荷载计算 ①屋架永久荷载包括： 屋架和支撑自重 0.12＋0.011l 0 1.5m×6m 大型屋面板 1.4kN/m2 150mm 加气混凝土 0.9kN/m2 20mm 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2 二毡三油上铺小石子 0.35kN/m2 吊顶 0.4kN/m2 ②屋架活荷载包括： 屋面均布活荷载 0.7kN/m2，基本风压 0.4kN/m2，基本雪压 0.35kN/m2，以上全部均按作用在上弦节点。 (2)荷载组合 ①荷载组合情况： 组合 1全部恒、活荷载 组合 2全跨恒荷载、半跨活荷载 组合 3全跨屋架、支撑重＋半跨屋面板重和活荷载 ②因为屋架采用重型屋面板，可不考虑风力作用。 ③雪压与屋面活荷载不同时考虑，取其大者。 ④杆件内力组合。 (3)内力计算 ①桁架只受节点荷载，杆件内力按节点荷载作用下的桁架计算， 可采用数解法或图解法或内力系数法。 ②所有杆件都是轴心受压或轴心受拉杆件，不承受弯矩。 ③主要考虑第一组合内力，但第二、三组合会使个别杆件的内力 大于第一组合内力，并可能使第一组合为拉力的杆件变为受压。 (4)截面选择 ①确定桁架杆件的计算长度 桁