《钢结构设计原理》课程设计
计算书
专
业： 土木工程
姓
名
号：
学
指导老师：
目 录
设计资料和结构布置— - — — - — - - - - - — — - - - — - — - - — - — - — - — — - - — — - —1
1. 铺板设计
1.1 初选铺板截面 — - - — — — - — - — — - — — — - - — — — - — - - - —
— — - — - — 2
1.2 板的加劲肋设计— - - — — — - - — - — - - — — — — — — — — - — - —
— — — — - - - 3
1.3 荷载计算 — — — - — — - - - — — — - - - - — - - - — - - — — - - — -
— — - - — 4
3. 次梁设计
3.1 计算简图- — - - — - - - — - — — - — — — - — - - - — — - - - - — -
— - — - — — 5
3.2 初选次梁截面 - — - - — - — - — - - — — - — — - — — - - - — - — - -
— — - — - 5
3.3 内力计算 - - - - — — — - — - — - — - — — - - - — — — — - — — - —
— - — — - - 6
3.4 截面设计 - - — - — — - - — — — — - — - - — - - — — — — - - - - —
- - - — - — 6
4. 主梁设计
4.1 计算简图 — — - - - — - - - — — — - — — — - — - - — — — — — — — —
— - — - - - - 7
4.2 初选主梁截面尺寸 — - — — - — - — - - - — - - - - - — - — - - - - - - - -
— - - 7
5. 主梁内力计算
5.1 荷载计算— - - — - - — — - — — — — - — - — - — - — — — — — - —
— - — - — - — — 9
5.2 截面设计- - - - - - - — - - — — - — — - — — - - - - - — - - — — — -
- — — — - 9
6. 主梁稳定计算
6.1 内力设计- — - - — — - - — — — — — - - — — - — - - - — -— — — - — -
- — - - - - 11
6.2 挠度验算— — — — — - — — - — — — — — - - — — - — — — — - - — - —
- - — — — - — — 13
6.3 翼缘与腹板的连接— — — — — — - — — — - - - - — — — - — - - — — - — -
— — — — — - 13
7 主梁加劲肋计算
7.1 支撑加劲肋的稳定计算 — — — - — — — - - — - — - — — - — — — - - — —
— — — — — — 14
7.2 连接螺栓计算 — - — — — — - - — — - — - — — — - — — — - - — — -
- — — — — - - 14
7.3 加劲肋与主梁角焊缝 - - - — - — - - — — - - - - — — —- — - - — — - - - -
- — - 15
7.4 连接板的厚度 - — — - — - - - - - — — - - — — - - — - - — - - - - — — -
- - - - 15
8. 钢柱设计
8.1 截面尺寸初选 - — — — - - - — — - - — — - — - — — - — - — — - — —
— — — — — — 16
8.2 整体稳定计算 — — — — - — - — - — — — - — — — — - — — — — - -
— - — - - — — - 16
8.3 局部稳定计算 — - — — - — — — - - - - - — — - — - - — — — - - - — - —
— - - — — 17
8.4 刚度计算 — - - — - — - — — - — - - — - - - — - - - — - - - — - - - -
— - - — 17
8.5 主梁与柱的链接节点- — - — — - - - - — — — — — - - — - - - — — - - — -
— - — - 18
7.5 次梁腹板的净截面验算 - — — - — - - — - — - - - — - — - - - — — — - —
— - - - 15
9. 柱脚设计
9.1 底板面积 - — - — — - — — — - - - — - — — — - — — - — - - - - - - - -
— — — - - 21
9.2 底板厚度 - — — - - - - — — - — - — — — - — - — — - - — — - - — -
- - — - - — 21
9.3 螺栓直径 — — — — — - - - - - — — - — - - — — - — — - - - - - — — -
— - — - - - 21
10. 楼梯设计
10.1 楼梯布置 - — — - - - - - — - - — — — - - - — - - - — - — — — — —
- — - - - 22
10.2 踏步板计算 - — - — - — — — — - — — - - - - — — — — - - — - — —
- — - — - - 22
10.3 梯段梁设计 - — - - - — — - - — - - - — - - - - - — - — - - - - - — —
- - - 23
11. 斜支撑设计
11.1 支撑布置- - - - — — - - — — — - - - - — - — — - - - — - — - - — —
- — — - - 25
11.2 斜支撑刚度计算— — - — - - — - — — - - — — - - — - - - — — - — - - —
— - - — —25
1
设计资料
某机床加工车间,厂房跨度 24m，长度 96m.设计对象为厂房内的钢操作平台，其平面尺寸为 30.0m ×12.0m,室内钢结构操作平台建筑标高为 4.000m。设计使用年限 50 年，结构安全等级二级，拟采 用钢平台.
(1) 钢平台楼面做法:采用花纹钢板或防滑带肋钢板。 (2) 楼面活荷载标准值：根据工艺要求取为 6。0KN/m。
(3) 钢平台结构连接方式：平台板与梁采用焊接（角焊接）；次梁与主梁采用高强度螺栓连接;主梁
与柱采用焊接或高强度螺栓连接，定位螺栓采用粗制螺栓. (4) 材料选用：型钢、钢板采用 Q235— A。 F；焊条采用 E43 ××型。粗制螺栓采用 Q235 钢材。 (5) 平台柱基础混凝土强度等级 C25。
(6) 连接方案：次梁与主梁采用高强螺栓侧面铰接连接，次梁与主梁的上翼缘平齐;主梁与柱采用侧
向铰接连接；柱与基础采用铰接连接;平台板与主（次）梁采用焊接（角焊缝）连接.
试对铺板、次梁、主梁、钢柱以及次梁与主梁、主梁与柱上端、柱脚及钢楼梯进行设计。 连接方案
结构布置
梁格布置:采用单向板布置方案，柱网尺寸为 6。0m×6.0m；主梁沿横向布置,跨度为 6m；次梁 沿纵向布置，跨度为 6。0 m。次梁的间距为 1.5m；单块铺板的平面尺寸为 0.75m×1。5m。平台结构平 面布置如图 1 所示.
加劲肋
次梁 主梁 柱
柱间支撑
1
柱间支撑
图 1 钢平台平面布置图
一、铺 板 设 计
1。1. 初选铺板截面
在铺板的短跨方向设置15道加劲肋,间距l1 750mm .
取t7mm
平板厚度t l1 150 ～ l1 120 5.0 ～ 6。25mm 。
1。2。 计算简图
因铺板区格长边之比b / a 1.5 / 0.75 2.0 可作为多跨连续的双向板计算,加劲肋和次梁作为其
支承边。
1。3. 内力计算
（1）荷载计算 7mm 厚花纹钢板：
78.5 0.007 0。55
KN/m 2
’1
平台板永久荷载标准值： 平台板可变荷载标准值：
g1 0.55 kN / m2
q2 3。0 kN / m2
’2
平台板的荷载基本组合值：
1。20.551。33。0 kN / m2 4.26 P g q kN / m2 G 1
Q
’3
2
平台板的荷载标准组合值: 0。55 3.0 3。P g q 55 kN / m2
k
1
2
'4
（2)内力计算
0.26 kN • m
mm 1.75mm
平台板单位宽度最大弯矩: Mmax pa2 0。1024。560。752 平台板的最大挠度：
f
max
'5
’6
p a4
k
3
0。111
10-3 7504
5 3
Et
2。061 0 7
注:根据 b/a=2.0，查表 4-1 可得，均布荷载作用下四边简支板的弯矩系数α=0。102， =0.111。
1.4. 截面设计
（1)强度计算 铺板的强度按式（4—5） 计算
Mmax
6Mmax
t2 W 3
6 0.2610N / mm2 26。5N / mm2 f 215N / mm2 1.2 72 '7
（2） a
1。 f 75
750
1 1 428.57 150
’8
二、板 的 加 劲 肋 设 计
2.1。计算简图
加劲肋与铺板采用单面角焊缝，焊脚尺寸 6mm，每焊 150mm 后跳开 50mm 间隙(图 2-2b)。此 连续构造满足铺板与加劲肋作为整体计算的条件。
加劲肋高度取 h = 80 mm，厚度 6 mm，按 T 形截面计算,受压区为铺板翼缘，t = 7mm，受压区 长度 30 t = 210 mm，如图 2—2c 所示。加劲肋的跨度为 1。5m，计算简图如图 2—2a 所示
图 2—2 b 图 2-2 c
2。2.荷载计算
铺板为四边支承板，较精确地计算可假定荷载按梯形分布，为简化计算，可安全地均布荷载考虑, 即取加劲肋的负荷宽度 750mm。
永久荷载标准值：
0.55 0。75 0.41kN / 平台板传来永久荷载 m
加劲肋自重 78。5 0。08 0。04 kN / 0。006 m
g k 0。45 kN / m qk 3。0 0。75kN / m 2。可变荷载标准值： 25kN / m 荷载的基本组合值：
P G gk Q qk 1.2 0。45 1。3 2.25 3.47 kN / m
荷载的标准组合值:
Pk gk qk （0.45 2.25)kN / m 2.70kN / m
（3)内力计算 跨中最大弯矩设计值
M max 1/8 pl 2 1/8 3。471。52 0.98kN • m
支座处最大剪力设计值
1
Vmax
2 pl 1
2 3.471.5kN 2。60kN
（4）截面特性计算 截面形心位置
yc 210 7 3.5 80 6 （40 7) mm 14。21
mm 210 7 80 6
截面惯性矩
I 121 21073 2107（14。213。5）2 121
6803
806（72。79- 40）2 946705 . 9 0 (mm4 ）
支座处抗剪面积只计算铺板部分,偏于安全的仍取 210mm 范围，则
Av 210 7 1470 mm2
（
5)强度计算 受弯强度计算按式（4—7）计算,受拉侧应力最大截面塑性发展系数取 1.2.
M max
0。98106 1.2 946705。90 / 62.79N / mm2 f 215 N / mm2 (满足要求) W 14.21) （87 x nx
’9
¹10
¹11 ¹12
¹13
¹14
'15
’16
’17
’18
’19
'20
4
按抗剪强度公式计算：
VS Vmax max
1。5
It A
τ= V
1.5。
/ 1470 2.65 N / mm2 fv =
125 N / mm2 (满足要求） 1
'21
（6）变形计算 加劲肋的挠度按式（4—9）计算：
f 5p l3
515003
1
(满足要求）
k
946705。l 384EIx 3842.0610 90
5 ’22
1643。64
150
三、钢 结 构 次 梁 设 计
3。1。计算简图
次梁与主梁铰接，按简支梁计算，跨度l0 = 6.0 m,如图 3-1 所示。
加劲肋支撑间距750
每根次梁的 负荷面积 主梁
→→→→→→→→→→→
3—1 次梁计算简图
3。2。初选次梁截面
次梁的荷载主要由铺板—-—加劲肋传来相隔 750 mm 分布集中荷载，每个加劲肋传到次梁上的集中 荷载设计值
qBS=3。34KN/m×1.5 / 0.75 =6.94 KN/m
’23 '24
qBSK=2。70KN/m×1。5 0。75 = 5.40KN/m
次梁采用轧制普通工字钢,假定铺板不起刚性楼板作用。跨中无侧向支撑，上翼缘受均匀布荷载， 自由长度为 6.0m。
假定钢号为 22~40 之间,查《钢结构设计规范》(GB 50017-2003）附表 B.2， =0.6。
次梁跨中弯矩设计值
1 1 Mmax= qBS l 2 = ×6.94×9²KN·m=70.27KN·m 所需的截面抵抗矩
8
’25
8
mm3 =555.62cm ³ Wx 1.02M X •max b f 0.6 215
b=130mm, t=15。0mm, tw=9。
Wx=692cm³， I x=11080cm4, 选用I 32a, h=320mm, 5mm，
1。02 6 = 70.2710'26
自重为 60Kg/m=0.527KN/m
’27
3。3.内力计算
包含自重在内的次梁均布荷载基本组合值
qBS = ( 6.94 + 1.2 × 0.527 ） = 7.57 KN/m
'28
’29
'30
均布荷载标准组合值
qBSK =（ 5.40 + 0。527）= 5。93 KN/m
最大弯矩基本组合值
1 1 Mmax= qBS L2 7。57 92 76。65 KN·m
8 8
最大剪力基本组合值
1 1 Vmax= qBS L 7.57 9 34.07 KN
2 2
’31
3。4.截面设计
轧制型钢梁不需要验算局部稳定；正截面强度不起控制作用；连接处净截面抗剪强度见连接节
点 计算。截面积算内容包括承载力极限状态的整体稳定和试用阶段极限状态的挠度.
（1）整体稳定性计算
M max
76.65106
2
'32
bWx 0。6 692 103 184。61 f 215N / mm （满足要求)
（2）挠度验算
55.83 90003 1 1 384 2。06 105 15796 (满足要求) 104 l = 384EIx 264.86 250 f
5qBSK l3 ’33
6
四、初 选 主 梁 截 面
4。1。计算简图
主梁与柱铰接,按简支梁计算，跨度l0 = 6。0m，计算简图见图 4—1
图 4—1 主梁计算简图
a)计算简图 b）内力图 c)截面尺寸
4.2。初选主梁截面尺寸
（1）梁腹板高度 hw 梁承受次梁传来的集中荷载，主梁的负荷长度为 6。0m.次梁传来集中荷载设 计组合值：P = 7.57 KN/m ×9 m = 68。13 KN
次梁传来集中荷载标准组合值：PK = 5.4 KN/m × 9 m = 48。60 KN 主梁的弯矩设计值近似按此梁端部反力计算
M X 1。1 (
3Pll11
P ) 1。1 Pl 1。1 22422 68.13 7。5 281。04KN • m
'34
注：系数 1.1 为考虑主梁自重后的附加系
数。 则所需的截面抵抗矩为
Wnx ≥ M x f =281。04mm3 ×106/215 =1307。16cm3 按下式确定梁的经济高度：
he=73 Wnx —30cm=7×3 1307。16 —30cm=46.53cm
'35
’36
主梁的最小高度按刚度条件确定,由表 4-2 可见,梁的允许挠度为l0 400 ，其最小高度
hmin 必须满足：
hmin ≥ l0 15 =7500mm/15=500 mm
取梁的腹板高度 hw =500mm，满足最小高度要求，且接近经济高度.
（2）梁腹板厚度 tw 梁腹板可按式(4-13）估算：
'37
hw = 50 cm=0.6428cm =6。43mm tw = 11 11
取 tw = 8mm，大于 6 mm 的最小要求。
（3)梁翼缘尺寸 b×t 取上、下翼缘相同,截面模量按式计算:
'38
t h2
Wx = 6 +bthw
w w
可得到所需的上（下)翼缘面积：
Wx
bt hw 1307。tw hw 16 0.8 50 2 ）c19。— 6 =( 50 6 m 48cm
2 '39
翼缘宽度 b =（ 1／6 ～ 1/2.5）h = 83.33 ～ 200 mm，b 的取值不能小于构造要求的最小值,且
不 小于 180 mm 。
取 b = 200 mm，翼缘厚度取 t = 10 mm, 满足 ≥ 8mm 的要求。
单个翼缘面积 A1 = 20cm2 × 1 = 20cm2 〉 19.48 cm2 满足要求。
'40
'41
'42
主梁截面尺寸如图 4—24C 所示。
(4)几何特征 主梁截面面积：
A 2 200 10 500 8 8000mm 2
主梁截面惯性矩：
Inx 200 5203 /12 192 5003 /12 343。47 106 mm4
I y 2 10 2003 /12 500 83 /12 13。36 106 mm4
/(520 / 2)mm3 1。80 10
抗弯截面模量：
/（h / 2) 343.47 W I 106 nx nx
6 mm3 '43
中和轴以上部分的面积距:
S 200 10 255mm3 250 8125mm3 760 103 mm3
'44
翼缘对截面中和轴的面积距：
S1 200 10 255 mm3 510 103 mm3
’45
五、主 梁 内 力 计 算
5。1。 荷载计算
取加劲肋的构造系数为 1。05,主梁自重标准值：
gk 1。05 8000 10 6 78。5KN / m 0。66KN / m
'46
’47
’48
’49
主梁自重设计值：荷载计算
g 1.2gk 1。2 0。66KN / m 0。79KN / m 截面最大弯矩的基本组合值
M max (68。13 6 / 2 0.79 62 / 8)KN • m 207.95KN • m 截面最大剪力的基本组合值
Vmax 1。5P 3g (1。5 68。13 3 0。79)KN 104.57KN
主梁内力图如图 4—24b 所示。
5。2.截面设计
（1）强度计算 抗弯强度：
M max nx
抗剪强度：
= xW 207。95106 2 2 2 1。051。32106 N / mm 110.02N / mm f 215N / mm
（满足要求） ’50
V S 104.57 103 770 103
22
N / mm 29.31 f 125 N / mm’51 6
343。47 It nxw 10 8 （满足要求）
次梁可以作为主梁的侧向支撑。主梁受压翼缘的自由长度l1 =1.5m ，受压翼缘
(2）整体稳定计算 宽
max
度 b1 =200mm。l1 / b1 = 1500 / 200 = 7。5 ＜ 16，因此可不计算主梁的整体稳定性。 （3）翼缘局部稳定计算 梁受压翼缘自由外伸宽 b1 =( 200 – 8 ） / 2 = 96 mm,厚度 t=10 mm。
b1
96
235
9.6 13
13
’52
t 10 f y
故受压翼缘局部稳定满足要求. （4)腹板局部稳定验算和腹板加劲肋设计
=
= 500mm, = 8mm , 所以/
=500 / 8 = 62.5 〈 80235 f y = 80 ,且
无局部压应力（
)，偏安全按照构造配置横向加劲肋。
根据连续需要，在次梁位置设置横向加劲肋,间距 a=1.5m。腹板两侧成对布置。其外伸宽度 bs 要求满足:
b h0 40 ( 500 40 ） 56.67 mm ,取 bs =(200-8）mm/2=96
s
30 30 加劲肋的厚度 ts 应满足：
ts bs 96 mm 6.4mm , ts 8 mm
15 15
因梁受压翼缘上有密布铺板约束其扭转，腹板受弯计算时的通用高厚比b ：
2h t c
w f y 2 500 8 1 0.71 b〈 0.85
177 235
177 因此，临界应力 cr f =215N/mm2
.
a/h0=1500/500=3.0>1,腹板受剪计算的通用高厚比λS：
h 0 t w f y
500 8
5。34 4 （500 λ
S= 41 5.34 4(h0 a)2 235 41
1500）2 1 0。634 0.80
因此，临界应力 = 125 N / mm2
'53
'54
’55
'56
六、主 梁 稳 定 计 算
6。1。内力设计
根据主梁的剪力和弯矩分布（图 4—24b），需对各地区段分别进行局部稳定性验算。 根据区段Ⅰ：平均弯矩 M1 = （ 2/5pl+2/25ql2+ 0 ） / 2 = 103.97 KN·m ¹57 平均剪力 V1 =（2p+1/2ql+2p+3/10ql）KN/2 = 138。63KN，则弯曲应力和平均剪应力分别为 M1h
2I X V1 =
103。63 1000000 500 /2 343.47 1000000N / mm2 75。42N / mm2
'58
因局部压应力为 0，区段Ⅰ的局部稳定：
ww
ht=138。63 1000 /500 8N / mm2 34.66N / mm2
'59 ’61
2 2 75。42/ 21575。42/ 215 34.66/12534。66/125 0。20 1.0
cr cr 区段Ⅱ：平均弯矩
'60
=（2/5pl+2/25ql+3/5pl+3/25ql） / 2 = 259。93 KN·m
22
平均剪力 =（2p+2＊3/10ql+p)/ 2 = 207。95KN，则弯曲应力和平均剪应力分别为 M 2 h = 259.93 1000000 500 /2 343.47 1000000 189。19N / mm2
'62
2I X V2
22
hwtw 207.95 1000 /500 8N / mm 51。99N / mm因局部压应力为 0，区段Ⅱ的局部稳定：
=
'63
2 2
======================================================================================
注:
计算主梁跨度是 7。5 米、9 米的同学,主梁内力计算有 3 个区段,右边序列号增加第三区段的 65、66、67、68。
cr
。 。（。 。 1。0
'64
cr
计算主梁跨度是 4。5 米、6 米的同学，主梁内力计算有 2 个区段，右边序列号有 61、62、63、64。
=======================================================================================
其中:主梁跨度是 7。5 米,区段 3 的计算 M3 右 = 3 / 5 P * L + 3 / 25 Q * L2=311.92
2=312。14
M 中 = 4 / 5 P * L + 1 / 8 Q ＊ L
'65 区段 3 的平均弯矩值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 M 区段 3=312.03
Q3 右 = 3 / 5 Q * L
11
Q 中= 0
区段 3 的平均剪力值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 V 区段 3
=====================================================================================
则弯曲应力和平均剪应力分别为
M 2 h 2I X
V2
’66
hwtw '67
================================================================================================
因局部压应力为 0,区段Ⅱ的局部稳定：
2 2
cr cr 区段 3 局部稳定计算，要小于 1。0 满足要求
=====================================================================================
=====================================================================================
其中：主梁跨度是 9.0 米，区段 3 的计算 M3 右 = 5 / 6 P ＊ L + 1 / 9 Q ＊ L2 M 中 = 3 / 4 P * L + 1 / 8 Q ＊ L2
'65 区段 3 的平均弯矩值应取以上两式的平均值,平均值的符号为 M 区段 3
1。0
'68
Q3 右 = P / 2 + 1 / 6 Q ＊
L Q 中= P / 2
区段 3 的平均剪力值应取以上两式的平均值，平均值的符号为 V 区段 3
=====================================================================================
则弯曲应力和平均剪应力分别为
M 2 h 2I X V2
'66
hwtw ’67
================================================================================================
因局部压应力为 0，区段Ⅱ的局部稳定：
2 2
'68 cr cr
区段 3 局部稳定计算,要小于 1.0 满足要求
=======================================================================================
1。0
6.2。挠度验算
简支梁在对称集中荷载（次梁传来)和均布荷载（主梁自重)作用下的跨中挠度系数分别为
19 / 348 和 5 / 348 ，则：
19 pk l3 5gk l 4 f 384EIx 384EIx
19 48。6 7500 7500 7500 5 0。66 7500 7500 7500 7500/ 384 2.06 100000 343。47 1000000mm 0。38mm l0 400 6000mm 400 15 mm
6。3。翼缘与腹板的连接强度
采用连续直角焊缝,所需焊缝的焊脚尺寸为：
按构造要求，hf min =1。5 1。5 t
max 10 mm 4.74mm
h 1。2tmin =1.2 ＊ 8 mm = 9。
f max 6mm h f
Vmax S
1 0。7 f = 104。57 1000 510000 /1.4
I x 2 fw
160 343.47 1000000 0。69mm 则取 hf=6mm,如图 4—1c 所示。
’69
'70
’71
13
七、主 梁 加 劲 肋 计 算
次梁与主梁平接，如图 7-1 所示,连接螺栓采用 8。8 级 M16 摩擦型高强度螺栓。计算连接螺栓和
连接焊缝时，除了次梁端部垂直剪力外,尚应考虑由于偏心所产生的附加弯矩的影响。
7。1。支撑加劲肋的稳定计算
一侧加劲肋宽 bs = 96mm , 厚度 t = 8mm , 按轴心受压杆件验算腹板平面外稳定。验算时考虑与加
劲肋工作单边的长度 15 tw = 15 ×8 = 120 mm 范围内的腹板参与工作。 加劲肋总的有效截面特性：
A 200 8 2 120 8 3520mm2
'72 ’73
I (8 2003 /12 2 15 8 83 /12) /1000000 5。34 106 mm4
i = I / A 5.34 106 / 3520mm 38。95mm
'74 ’75 = 0.987 。
¹76 ¹77
λ= l0 i 500 / 38.95 12。84
根据λ= 12.84，查《钢结构设计规范》(GB50017-—--2003）附录 C 表 C.2，可得受压稳定系数 加劲肋承受两侧次梁的梁端剪力，N = 2 V = 2×34.07=68.14kN
3 σ= N 10 19。55 N / mm 2 f 215 N / mm2 （满足要求) A 0。99 3520
7.2.连接螺栓计算
在次梁端部剪力作用下,连接一侧的每一个高强度螺栓承受的剪力: Nv = V / n
= 34.07/ 2 = 17。04 KN （↓）
¹78
¹79
¹80
¹81
剪力 V = 46.69 KN ，偏心距 e =（40 + 10 + 40）mm = 90 mm 偏心力矩 Me = V · e =34。07×90 =3066.3 KN·mm 作用在单个高强度螺栓的最大剪力:
3066。 15.33 KN (→） N N M M y1 3100 y2 2 1002 t 1
单个 8。8 级 M16 摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力
Nv= NVb =R nf P 0。9 2 0。4568。14 55。40 KN 在垂直剪力和偏心距共同作用下，一个高强度螺栓受力为
Ns=
= （17）2 (15。33）2 KN 20。59KN Nvb 55.40KN
(满足要求) ¹82
14
7.3.加劲肋与主梁的角焊缝
剪力 V = 34.2kN,偏心距 e =（ 96 + 40 + 10)mm = 146 mm ，
偏心力矩 Me = V·e = 34.07×146 =4984。22kN·mm，采用 hf = 6 mm，焊缝计算长度仅考虑与主梁 腹 500 mm — 20 2 mm = 460
板连接部分有效，即lw
mm ， =
则
'83
v =
34.07 103 V
2 0。7 6 （500 40hf lw 1.4 ） 4974。22 103
8。82N /
mm2
M = M e
WW 2 （/ ）2 8.822 （16.79 /1。22）2 N / mm2 16。79N / mm2 f w 160N / mm2
v
1。 4 N / mm2 16.79 N / mm2
’84 '85
6 （500 40)2 / 6
M 1
f
(满足要求)
为连接板高度。
¹86 ¹87
¹88
'89
(满足要求）
7。4。连接板的厚度
连接板的厚度按等级强度设计。对于双板连接板,其连接板厚不宜小于梁腹板厚度的 0.7 倍， 且不应小于 S / 12（S 为螺栓间距)，也不宜小于 6mm ， hs = 180 t t w hw / 2 hs 9。5 (32. 2 15） / 2 180 mm 7.65mm
0.7tw 0。7 9.5mm 6。 55mm S /12 100mm /12 8。33mm 综上,取连接板的厚度为 7mm。
次梁与主梁跨内的连接节点大样如图 7-1 所示
不考虑孔前转力，近似按下式进行验算：
(68.14 / 2) 103
7.5。次梁腹板的净截面验算
V
28.24 f v 125 N / mm2
I25a
th w wn 9。5 (320 2 15 2 18)
I25a
M16高强度螺栓
M16高强度螺栓
M16高强度螺栓
主梁肋板 —96×500×8
主梁肋板 -96×500×8
图 7-1 次梁与主梁跨内的连接节点大样
八、钢 柱 设 计
平台结构中,中柱、边柱和角柱的受力显然不同，从节约钢材出发，可以设计成不同的柱子截面。
但从方便钢材订货、构件加工和现场安装的便利考虑，实际工程设计时，采用相同的截面。以最不利
的中柱为参照,选择柱子截面并计算。
8。1.截面尺寸初选
一根主梁传递的竖向反力设计值 N1=104。57kN
’90 ’91
'92
一根次梁传递的竖向反力设计值 N2=34.07kN
所以，中柱的轴力设计值 N:
N 2 （ N 1 N 2 ) 2 ( 104.57 34.07） 。KN
柱子的计算简图如图 8—1 所示，因有柱间支撑，将其视为两端不动的铰支承，计算高度是将柱子 高度( 钢平台楼面标高为 4.00 m）减去主梁高度的一半，即：
H =（4000 - 520 / 2）= 3740 mm。
因柱子高度不大，初步假定弱轴方向（y 轴）的计算长度为 = 70， b 类截面,由《钢结构设计 规
范》（GB 50017—2003）附录 B 表 B.2，可查得轴心受压构件的稳定系数 = 0。751，则所需的面积 A：
2 1717。A f 0.751 215 mm 28mm 柱的计算长度l0 l0 y = 3740 mm，截面的回转半径iy = 3740 / 70 = 53.43mm， x 2
N 277.28 103 ’93
查有关表格,选择柱子截面 HW 200200,其几何系数：
翼缘厚 t=12mm，腹板厚=8mm，回转半径ix =8.61cm，iy =4。99cm，面积 A=64.28cm²，理论重量
50。5kg/m。
16
8。2.整体稳定计算
考虑一半柱子重量集中到中柱顶，则柱顶轴力设计值: N = 277。28+ 1。2 50.5 4.0 / ( 2 * 100 ) = 278.49KN
’94 ’95 '96
ix = 3740 / 86.1 = 43。= l0 x 44 / 49。9 = 74。
= l0 y iy = 3740 95
绕两主轴截面分类均属于 b 类,故按较大长细比（=74。95 ）计算,由《钢结构设计规范》
（GB50017—2003）附录 B 表 B.2，可查得 =0。720,则
N 278.49 103
2
2
2
0。720 6428 N / 60。18N /
A =
mm ymm f 215 N / mm (满足要求)
主梁
次梁 主梁
柱
图 8 – 1 平台柱计算简图
8.3
。局部稳定计算
翼缘外伸宽度与其厚度的比值:
(200 8） /
b1 2 235
t
12 8 (10 0.1) f y (10 0.1 74。95） 1 17.5
腹板高度与其厚度的比值：
hw 200 2 12
235
tw 8 22 (25 0.5) f y （25 0.5 74。95） 1 62。48
满足稳定要求。
'97
’98
'99
17
8。4。刚度计算
λmax = 74。95 〈 [λ] = 150 （满足要求）
’100
8。5.主梁与柱的链接节点
8。5。1。主梁与柱侧的链接设计
主梁搁置在小牛腿上，小牛腿为 T 形截面，尺寸如图 8—2 所示。小牛腿与柱翼用角焊缝链接，主
梁支座反力通过支撑面接触传递。小牛腿 2M12 普通螺栓其安装定位作用，与连接角钢连接的 2M12
普通螺栓其防止侧倾作用。
主梁梁端局部承压计算:
腹板翼缘交界处局部承压长度：
lz ( 135 10 2.5 10 ） 150 mm
'101
梁端集中反力设计值V1 =104.57kN,则
104。57 103 V
c87.15 N / mm 2 f 215 N / mm2 150 8 l z t w
1
’102
因此，主梁端部的连接设支承加劲肋.
8。5.2。牛腿与柱的连接设计
柱脚角焊缝宽度 =8mm,扣除焊缝起始处各 10mm 厚的焊缝截面如图 8—2e 所示.
焊缝截面几何特性计算: 抗剪计算面积
A 2 (150 10） 8 0.7 1568mm2
wf
’103
截面形心位置
0.7 0) (180 12) 8 0.7 12 2 140 8 0。7 140 (180 8 （ 2 12)
180 8 0.7 （180 12） 8 0.7 2 140 8
0。7 ’104 焊缝群惯性矩 180 （8 3 180 8 0。7 2 1 / 12 （180
0.7） 1 / 12 36。83 12）
32（8 0。7） （180 12） 8 0.7 36.83 12） 2 (1 / 12 4
I wx 8 0。7 mm
yc
mm 36。83mm
’105
3 （115.17 140 8 0.7 70)
2
）
7712726。12 mm4
最下端截面模量
= / ( h0 / 2 ） =
焊缝内力设计值： 剪力 V = 104.57 KN
/ Y2 = 7712726.12/115。17= 66968.19 mm3
'106 ’107 ’108
弯矩 M = 104.57 （（ 135 – 10 ) / （ 2*1000 ) + 0。01 ） = 7。58KN m
焊缝截面强度计算:
’109 ’110
= V / S =104。57*1000 /1568 = 66。69N/
=7。58*1000000 /66968.19 N/
=113。19 N/
=
^2 。^2
113.19 1。22
'111
= 114。26 N/
〈 160 N/
(满足要求)
因焊缝截面承载力设计值小于牛腿截面设计承载力,故不再作牛腿截面弯矩、抗剪计算。
8.5.3 柱翼缘在牛腿翼缘拉应力作用下是否设置横向加劲肋
《钢结构设计规范》(GB50017—2003）第 7.4.1 条规定计算柱翼缘厚度是否满足：
t cf 0.4Acf f b / fc
式中，t f 、 Acf 分别为柱翼缘板厚度和梁（本例中小牛腿）受拉翼缘面积； fb、fc 分别为梁（小牛腿） 翼缘和柱翼缘的钢材强度设计值。
0.4
Af/f
cf b
tcf =12， ’113 t cf 0.4 12 < 19。60 (不能满足要求) cf b c ，
故需要设置横向加劲肋。设横向加劲肋为 —80x12 钢板，布置在与小牛腿翼缘的同高处， 如图 8-2a 所示。
Af/ f 0。4 19。6c 200 12 215 / 215 0 ’112
-210×210×12 2M12普通螺栓4.6级
—80×208×8
图 8-2 平台梁与柱的连接构造
a)平台梁与柱的连接 b）1—1 剖面 c)2-2 剖面 d）小牛腿截面 e）小牛腿焊缝截面
20
九、柱 脚 设 计
平台柱的柱脚采用铰接连接的方式。
9.1。底板面积
平台柱截面HW200×200，采用方形底板，其边长B=H=b+40mm=240mm。初选螺栓孔直径24mm,
底板上锚栓孔洞直径 50mm，A0 =1962.50mm2 . 基础混凝土强度等级 C25（ fc =11.9N/mm2 ）,
N=277.28KN+1。2 0。505 4.0KN=279.7KN
279。7 103 柱底的轴力
×
×
'114
’115
则＝ 2 A0 ＝ 240 240 2 1962.50 ＝5.21
图 9 - 1 柱脚示意图
9。2．底板厚度
A 区格，悬臂板的悬臂长度 c=20mm，则
M＝1 / 2CC2 0。5 5。21 202 ＝1042。00 N·mm/mm
'116
B 区格，三边支承区格板，b1 = （120－8 / 2 ) mm = 116mm，a1 = (200－2×12)mm = 176mm，
由 b1 /a1 = 116 / 176 = 0。66，查表，α= 0.080
M＝ a 2 0.080 5.21 1762 ＝12910。80N·mm/mm
C 1
’117
< 12910。80,故取12910。80
取较大区格弯矩（用该值计算板厚 t） 因 1042.00 N·mm/mm
’118
21
6 12910。
80 6M mm 18。98mm
f 215
’119
取底板厚度 t = 19mm。
'120 9。3．锚栓直径
平台柱在所有工作条件下都始终受压,则按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》 （CECS 102：2002）规定，选用的锚栓直径不应小于 24mm。本设计取锚栓直径 24mm。
十、钢 结 构 楼 梯 设 计
10.1 楼梯布置
采用折梁楼梯，折梁一端支撑于Ｂ轴主梁,另一端支承在地面基础。每个踏步高度取 210mm,共 4000/210=19 步,踏步宽度度取 175mm，则斜梁的水平投影长度 19×175mm=3325mm，斜梁的倾角α
= arctan (4000/3325）=50.3°.平台宽度取 2675mm，梯段宽度取 800mm。
踏步板采用 6mm 厚花纹钢板，折梁采用[16a，Wx =108。3×10³mm³， I x =8.662×10 mm ，
g=17.23kg/m。
10.2 踏步板计算
(1）构造 踏步板下设 30×6 加劲肋，加劲肋与踏步板采用hf = 6mm 双面角焊缝连接。 踏步板两端与斜梁焊接，按简支构件，跨中作用 1KN 集中荷载设计,如图 10-1 所示
图 10—1 踏步板截面
（2）挠度计算 简化计算仅考虑加劲肋的惯性矩，并假定截面形心位于加劲肋顶部。
截面的惯性矩：
I =［6 303 /12 6 30 （30 / 2)2 ]mm4 54000mm4
’121
挠度： f
1000 80048 2。06 105 48EI 54000
Fl 3 3
mm 0。96mm l / 250 800mm / 250 3。2mm
(满足）
22
（3)连接计算:踏步板与梯段梁ㄈ 16a 采用单面角焊缝连接。 承
受的剪力 V = F / 2 = 500N,所需焊缝高度：
＝
'122
’123
按构造要求， hf 6mm 1。5
max
t
mm 3.67mm,取hf 6mm 1.5 6 10.3 梯段梁设计
因两根梯段梁之间有踏步板连接，固梯段板的整体稳定性不必计算。梯段梁的计算内容包括承载 能力极限状态的强度计算，连接计算和正常使用极限状态的挠度计算。
（1） 计算简图 梯段梁为折梁,水平段长度 1275mm，斜段的水平投影长度 3325mm，内力计算近
似取水平段部分的荷载与斜段相同，如图 10—2 所示
图 10—
梯段梁的计算简图 2
倾斜部分沿梁轴线的永久荷载标准值: 梯段梁自重
2 172。3103 KN / m 0。345KN / m
’124 ’125 '126
踏步板自重
78.5×(0.175+0。03)×0.006×0.8÷0.175＝0.44KN/m
小计
可变荷载标准值：
23
qk 0。8 3。5KN / m 2。8KN / m
’127
荷载的基本组合值:
p
荷载标准组合值：
’128 ’129
24
沿斜向垂直于梁轴线方向的
（2)强度计算
跨中弯矩设计值:
'131
’130
’132
6
(满足要求）
(3）挠度计算
近似按直斜梁计算,梯段梁总长度l (3325 / cos 50.3 2675）mm 7880.3mm
5 pk l 4
5 1。54 7780.34
5
f
384EI3842。061028.661025。92mm
21。67mml/ 2506480mm/150
’133
（满足要求)
梯段梁连接计算梯段梁与平台主梁通过连接角钢连接，连接角钢选用┗80×6，如图 10—3 所示。 梯段梁的梁端剪力:
所需焊缝高度：
’134
max 4660
h f mm 0。52mm w 0。
7 f f lw 0.7 160 80
按构造要求，
V
'135
hf 6mm 1.5 tmax 1。5 8mm 4.24mm，取hf 6mm
梯段梁与地面预埋件采用 C 级 M16 普通螺栓连接，如图 10-4 所示。
'136
×6
主梁
a
M16 普通螺栓
a 梯段梁
图 10 – 3 梯段梁与主梁的连接 图 10 – 4 梯段梁与地面的连接
'137 ’138
单个螺栓的受剪承载力：
N = （ p ｘcosαｘsinα ) ｘcosα = ( 4。864 ｘcos50.3°ｘsin50。3° ) ｘcos50.3°=1。527
N vb f vbd 2 / 4 140 16 2 KN / 4 28 .15 KN Vmax 5.87 KN
25
十一、斜 支 撑 设 计
11.1 支撑布置
钢平台柱的两端均采用铰接连接,并设置柱间支撑，以保证结构几何不变。在轴线②、⑤和轴线
B○处分别布置纵、横向支撑，采用双角钢,如图 11——-1 所
栏杆 30×4
50×4 次梁
主梁
柱
图 11-1 立 面 图
11.2 斜支撑刚度计算
因无水平荷载，支撑可按构造要求选择角钢型号。 查表数据应加的安全系数：1.15
受压支承的最大计算长度：
l (4000 280) （9000 200) mm 9553。97mm
22
0
'139
将 值乘以安全系数 1.15，再查表。 ’140
受压支撑的允许长细比 [ ］ = 200
计算回转半径： i ≥ l0 / [ ］ 9553.97 mm / 200 47.77mm, 确定选用 2 L125 ×14
i
(查表数据为：节点板厚度8mm，iy 54。9mm , y 为对称轴）。
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