中型普通工作平台设计例题.docx
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中型普通工作平台设计例题
中型普通工作平台设计
(一)设计资料某室内独立中型普通工作平台,平面尺寸见例图1,
铺面板采用钢板,钢材为Q235,楼面活荷载标准值为4kN/m2。
C
12000
B
24000
12000
A
6000
6000
6000
6000
42000
6000
6000
6000
1
2
3
4
5
6
7
8
例图1钢平台平面图
(二)设计步骤
1.确定结构布置方案及结构布置形式
结构平面布置如例图2所示。
2.荷载条件楼面活荷载标准值取4kN/m2。
3.平台铺板设计
确定有关尺寸铺板采用有肋铺板,板格尺寸为750×1500。
根据
构造要求及荷载作用情况,取铺板厚6mm,板肋尺寸6×60。
验算铺板的强度和刚度
强度验算
计算铺板和加劲肋的跨中最大弯矩
铺板所承受荷载计算
铺板自重标准值:
板肋自重标准值:
板面活荷载标准值:
依题意并经综合比较,平台
2
C
12000
CL1
B
24000
A
2
6000
6000
6000
6000
42000
6000
6000
6000
12000
1
750
2
3
4
ZL1
1
1
5
6
7
8
750
6000
8*750=6000
1
2
12000
4
8*750=6000
42000
5
12000
7
8*750=6000
8
1-1
1500
6000
8*1500=12000
12000
C
B
8*1500=12000
12000
A
2-2
例图2平台结构平面布置图
计算铺板跨中最大弯矩铺板按四边简支平板计算
b/a=1500/800=
因为b>a,所以Mx>My,那么Mmax=Mx
由四边简支无肋铺板的挠度和弯矩计算系数表(指导书表2)按线性
插入法查得β1=
铺板面荷载设计值
q=×+×4=m2
铺板跨中单位宽度最大弯矩为
Mx=β1qa2=×××=kN·m
计算板肋的跨中最大弯矩
可按两端支承在平台次梁上的
简支梁计算加劲肋承受的线荷载,其中
恒荷载标准值为:
q=×+=m
活荷载标准值为:
q=4×=m
加劲肋的跨中最大弯矩为:
验算铺板和加劲肋的强度
铺板铺板截面的最大应力为:
加劲肋加劲肋可考虑铺板30倍厚度的宽度参与截面共同
工作,计算截面见例图3。
90
6
90
750
3
3
60
750
例图3铺板加劲肋计算截面图
截面面积
截面形心轴到铺板面的距离y
截面对形心轴x的截面惯性矩
加劲肋截面最大应力为
铺板和加劲肋刚度验算
铺板铺板容许挠度[υ]=l/150=750/150=
由指导书表1查得α=
铺板面荷载标准值:
q′=+4=m2
铺板跨中最大挠度
=
满足刚度要求
由此可见铺板的厚度由刚度控制。
加劲肋加劲肋容许挠度[υ]=l/250=1500/250=6mm
加劲肋跨中最大挠度
υmax<[υ]=6mm,满足刚度要求
4.平台次梁设计
假定平台次梁与平台主梁铰接连接,平台次梁
CL1可看作是两端支承在平台主梁上的简支梁,承受着平台铺板传来
的均布荷载,计算简图见图4。
6000
例图4平台次梁计算简图
恒荷载标准值:
q=×=m
活荷载标准值:
q=4×=6kN/m
次梁跨中最大弯矩:
截面选择
次梁所需的截面抵抗矩
Wx=Mmax/f=×106/215=×105mm3
次梁采用工字形型钢截面,由型钢规格表查得
I22a:
A=42cm2,Ix=3400cm4,Wx=309cm3,Ix/Sx=,自重33kg/m
能满足其抵抗矩要求,因此试选I22a为次梁截面。
验算所选截面的强度
抗弯强度验算
考虑梁自重后
Mmax=[×+×+×6]×6×6/8=·m
作用在次梁上的荷载为静力荷载,因此,截面最大应力
(满足强度要求)
抗剪强度验算
次梁最大剪力
Vmax=ql/2=[×+×+×]×6/2=
截面最大剪应力
由此可见型钢梁截面的剪应力很小。
次梁整体稳定验算
次梁的受压翼缘有带肋铺板与其牢固连
接,整体稳定可以满足要求,因此不必验算次梁的整体稳定。
次梁的刚度验算
次梁的容许挠度[υ]=l/250=6000/250=24mm
次梁跨中最大挠度
Υmax小于[υ]=24mm,次梁刚度满足要求。
由此可见,型钢次梁在整体稳定满足要求的情况下,截面尺寸有可
能由梁的刚度控制。
5.平台主梁设计假定平台主梁与平台柱铰接连接,平台主梁ZL1
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,计算简图如图5所示。
250
1500150015001500150015001500150015001500
12000
图5平台主梁计算简图
恒荷载标准值:
F=+33××10-3)×103×=
活荷载标准值:
F=6×6=36kN
主梁支座反力:
R=7F/2=7××+×36)/2=
跨中最大弯矩
Mmax=主梁最大剪力
Vmax=R=
主梁截面选择
平台主梁的跨度及承受的荷载都较大,轧制型
钢梁不能满足要求。
拟采用三块钢板拼焊成的工字形组合截面梁。
确定主梁截面的高度h
最大高度hmax:
本工程对建筑高度没有特殊限制。
20
1000
10
20
最小高度hmin:
由主梁的刚度要求决定,即当平台主梁相对容
许挠度[υ/l]=1/400时,由按容许挠度确定的梁的最小高跨比(指导书
表3)查得hmin/l=1/15,则
hmin=l/15=12000/15=800mm
经济高度he:
先假定腹板的厚度tw=10mm,由经验公式求得
考虑钢板规格取h0=1000mm。
确定腹板尺寸tw
腹板主要承受剪力,由抗剪强度确定其厚度
假定翼缘厚度为20mm,可得
经济厚度
局部稳定
tw3=h0/170=1000/170=
取腹板厚度tw=10mm
确定翼缘尺寸b和t
由t=20mm,得b≥;取b=250mm
(满足局部稳定要求)
主梁截面验算
截面强度验算
根据选定的截面(见图5),计算截面几何
特征值如下:
A=2××+×1=m2
主梁自重标准值:
qk=7850×××=1616N/m=m
这里的系数为考虑加劲肋、焊缝等引起的自重增加。
考虑主梁自重后跨中最大弯矩和最大剪力分别为:
Mmax=×106+××103×12×12/8=·m
Vmax=×105+××103×12/2=216kN
弯曲正应力验算
(满足要求)
剪应力验算
(满足要求)
局部压应力验算
为保证局部抗压强度和腹板局部稳定的要
求,考虑在次梁作用处设置加劲肋。
支座处支承加劲肋的计算见柱头
设计部分。
整体稳定验算次梁可作为主梁的侧向支撑,因此主梁侧向支
撑点的距离l1=,l1/b=1500/250=6<16,能满足工字形截面简支梁
不需要验算整体稳定的条件,整体稳定能得以保证。
刚度验算
主梁在标准荷载作用下支座反力
Rk=7Fk/2+qkl/2=7×+36)/2+×12/2=
跨中最大弯矩
Mk=6Rk?
+3+Fk+×12×12/8=·m
跨中最大挠度
(满足刚度要求)
翼缘局部稳定验算
b1/t=125/20=<13(翼缘局部稳定能满足要求)
腹板局部稳定验算
h0/tw=1000/10=100>80
说明剪应力对腹板的屈曲起决定作用。
因次梁是作为主梁的侧向支撑
点,因此考虑在次梁作用处设置横向加劲肋如图6所示,间距
a=1500mm<2h0。
1
1
1500
1500
1-1
图6主梁腹板加劲肋布置图
因端部区格I剪力最大,因此选择端部区格I验算其腹板的局部稳定,
即
τ=V/(h0tw)=216000/(1000×10)=
h0/twητ=711<1200
说明可按构造设置横向加劲肋。
因此,如图6选择横向加劲肋间距
a=1500mm,能满足腹板局部稳定的要求。
主梁支承加劲肋计算
平台主梁通过梁端突缘与柱顶连接构造
见图7。
t
<=2t
1
1
15tw
1-1
图7平台主梁突缘支座构造图
主梁支承加劲肋的端部按所承受的支座反力计算,加劲肋的端部采用
刨平顶紧的连接方法,其端面承压面积应满足
Ab=N/fce=×105/320=675mm2
支承加劲肋按构造要求取宽度b=250mm,为满足刚度要求
t≥bs/15=125/15=,取t=9mm。
实际的端面承压面积Ab=250×9=2250mm2,大大超过所需的面积,
整体稳定能得以保证。
6.平台柱设计
平台柱承受平台主梁传来的荷载,平台柱与平台主
梁采用铰接连接,平台柱承受的轴心力的设计值为
确定柱截面尺寸
假定平台柱的长细比λ=80
tw
φ=
280
10
平台柱所需的截面面积
6
图8平台柱截面图
按柱的一般要求,取柱截面高度h为柱高度的1/12~1/20,因柱两个
方向的计算长度相等,所以可取截面的宽度b接近于高度h,考虑主
梁与柱的连接构造,初定柱截面尺寸如图8所示。
计算截面特征值
A=2×250×10+6×280=6680mm2
ix=IxA=,iy=IyA=
验算平台柱截面的强度、整体稳定和刚度
因柱截面没有削弱,若柱整体稳定能满足要求,则柱的强度也能满足
要求。
因此,只需验算柱的整体稳定。
平台柱高6m,两端铰接,平面内与平面外的计算长度均为6m,则
l0x=l0y=6m
λ0x=l0x/ix=6000/=<[λ]=150
λ0y=l0y/iy=6000/=<[λ]=150
柱的刚度能满足要求。
按b类截面查轴心受压稳定系数φmin=φ0y=
平台柱自重标准值:
N1=7850×××6×=3700N
10
按b类截面查轴心受压稳定系数
250
这里的系数为考虑加劲肋、焊缝及柱头、柱脚等引起的自重增加
值。
柱承受的轴心力设计值:
N=×105+××103=468540N
柱整体稳定能满足要求。
验算平台柱的局部稳定
腹板的局部稳定
腹板的局部稳定满足要求。
翼缘的局部稳定
翼缘的局部稳定满足要求。
7.平台柱柱头设计
平台柱柱头的构造见图9,柱顶板取为
350×300×16,顶板上的垫块为300×100×10。
平台柱柱头承受的压力
N通过柱头腹板两侧的加劲肋传递。
每一侧加劲肋承受N/2,加劲肋
与腹板的连接焊缝承受着剪力和弯矩的共同作用如图9所示。
柱头压力N,经柱顶板端面承压传给加劲肋,大小为N=464100N。
125
50
350
140
140
75
300
10
25
300
25
图9柱头构造
计算加劲肋端面承压面积
加劲肋需要的端面承压面积为A=N/fcc=464100/320=
选加劲肋为100×10,两侧加劲肋的端面承压面积为
A=2×100×10=2000mm2>
说明加劲肋端面承压能满足要求。
计算加劲肋与腹板的连接焊缝
加劲肋与腹板连接焊缝承受的
剪力和弯矩分别为V=N/2=232050N
M=V×=232050×=·m
按构造要求假设焊缝的厚度hf=8mm,焊缝的长度lf=400mm。
由剪力产生的焊缝剪应力
由弯矩产生的焊缝正应力
验算焊缝的强度
50
100
100
50
380
100
/mm 焊缝强度能满足要求。 验算加劲肋强度 加劲肋自身强度,按悬臂梁计算。 加劲肋承受的剪应力 τ=A=×232050/(10×400)=87N/mm2 加劲肋承受的正应力 加劲肋强度能满足要求。 从上述计算结果表明,加劲肋的高度取决于其自身的抗剪强度。 8.平台柱柱脚设计 平台柱承受的轴心力较小,柱脚采用平板式铰接构造形式见图10。 基础混凝土强度等级为C20,抗压强度设计值fc=mm2。 320 10 270 10 300 图10平台柱脚初选尺寸图 10 柱承受的轴心力设计值: N=464100N 柱脚底板需用的面积: A=N/fc=464100/= 初选柱底板尺寸 10 125 125 0 按构造要求取柱底板尺寸为320×270,锚栓直径d=20,锚栓孔d0=22, 则底板净面积: An=320×270? 2×πd0×d0/4= 柱脚底板受的反力: q=N/An=464100/=mm2 三边支承板: a1=280mm,b1=132mm,b1/a1=,β= M=βqa12=××2802=22674N·mm 6Mmax6? 22674 底板厚度为: t? =f215= 按上述方案,底板的厚度偏厚,可考虑在柱的两侧设加劲肋来减少柱 底板弯矩。 调整柱底板尺寸实际柱脚构造形式如图11所示。 6010 140 140 1060 270 40 6 30 20 420 图11平台柱脚实际尺寸图 底板净面积An=420×270? 2×30×40? π×402/4= 柱脚底板受的反力q=N/An=464100/=mm2 三边支承板: a1=135mm,b1=132mm,b1/a1=,β= M=βqa12=××1352=·mm 6Mmax6? 底板厚度为: t? =f215= 取t=20mm。 10 125 125 10 肋板可按悬臂梁计算,肋板承受的荷载为: q=×140=mm M=qll/2=×140×140/2=×106N·mm 选肋板尺寸为6×360 验算肋板强度: τ=A=××140/(6×360)=mm2 肋板自身强度满足。 验算肋板与柱的连接焊缝 按构造要求假设焊缝的厚度hf=6mm,焊缝的长度lf=360mm。 由剪力产生的焊缝剪应力为: 由弯矩产生的焊缝正应力为: 验算焊缝的强度: 连接焊缝满足要求。 支撑及其他连接设计略。
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