钢结构课程设计方案指导书

课程设计指导书课程设计名称专业方向课程设计钢结构）沈阳建筑大学交通与机械工程学院2018 年 11 月课程设计名称专业方向课程设计 钢结 构）课程设计编号080015307课程设计时间2周课程设计学分2适用专业、年级机械07级机设方向一、课程设计目的：本课程设计是机械设计专业方向的一门主干专业课程设计，属必修内容。设计目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养 学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力和培养学生进行创新设计的能 力；使学生初步掌握钢结构的材料及连接方法，掌握钢结构基本受力构件的强 度、刚度、稳定性计算方法及构造形式等，初步具备一般钢结构设计的能力。本设计是对学生一次比较全面的训练，通过本课程的学习，有助于培养学 生分析问题和解决问题的能力，以及结合实际生产处理技术问题的能力和素 质，也为完成毕业设计奠定基础。二、课程设计题目：某工业厂房内使用的吊车梁设计三、课程设计内容：1. 载荷分析；2. 内力分析；3. 截面选择；4. 截面验算；5. 加劲肋构造设计；6. 连接焊缝计算；7. 疲劳强度验算；8. 图纸绘制；9. 说明书编制。四、课程设计涉及知识范围：先修课程：材料力学、结构力学、钢结构。实践环节：金工实习、认识实习、生产实习。五、课程设计方法、步骤和要点：1. 载荷分析：载荷组合按组合 I 考虑，即在吊车的三个工作机构 起升机构、大车行走机 构、小车行走机构）中只考虑其中任意两个机构同时处于起、制动状态。通过 载荷组合，考虑载荷系数和冲击等系数后求出三个载荷后，最后取最大载荷作 为设计依据 P。2. 内力分析：将计算得到的载荷P加在四个车轮上，分析大车运行到哪个位置上沿六M 跨度），梁上将产生最大弯矩和最大剪力，找出两个对应位置并求出最大弯矩 和最大剪力。3. 截面选择： 依据单向受弯强度设计公式，同时考虑到横向载荷的影响后引入影响系数 0.8，进行梁的截面设计，求出焊接工字形截面翼缘板和腹板的具体尺寸。注意 此时不考虑自重，因为截面尺寸不知，自重无法确定。4. 截面验算： 计入梁的自重、轨道的自重和走台板的自重后，确定出自重载荷，重新计算出最大弯矩和最大剪力。1）在考虑了连接用螺栓孔的基础上，求出沿两个方向的净截面惯性矩和抵 抗矩，用于强度验算。在计算侧向的惯性矩和抵抗矩时，首先应按照制动梁三部分的具体尺寸， 求出制动梁沿侧向的形心位置，再计算出惯性矩和抵抗矩。强度验算时，既要保证强度满足，又必须满足满应力设计原则。若达不到 “设计应力达到85%f ”的要求，必须重新设计，直至达到要求为止。y2）刚度验算 使用载荷标准值，计算两个方向的挠度，从而判定刚度是否满足。3）稳定性验算 这里指整体稳定性和局部稳定性。 实际上，由于使用了刚性铺板与梁的翼缘板固接，在构造上满足了整体稳定性的保证条件，说明梁的整体稳定性有保证。因此，不再需要通过计算来判 定。局部稳定性的设计上，对翼缘板而言，只有通过降低宽厚比来提高举比稳 定性，因此应合理确定翼缘板的厚度和宽度。在腹板的设计上，应按“高薄腹 板+加劲肋”的设计思想来保证局部稳定性，不允许采用任意增大腹板厚度而不 使用加劲肋的办法来满足局部稳定性要求。5. 加劲肋构造设计：根据构造设计要求，确定需要配置的加劲肋的种类：横向、纵向、短加劲肋。确定间隔加劲肋的结构尺寸，包括外伸宽度、厚度等。 梁端应采用突缘支座，应验算：其一承压能力；其二按轴心受力构件计算 腹板平面外的稳定性。6. 连接焊缝计算： 按强度设计条件和构造设计条件分别对翼缘板与腹板的连接焊缝、支座处 加劲肋与腹板的连接焊缝进行验算。不合格的，应调整到设计规范允许的范围 内。7. 疲劳强度验算： 按疲劳强度设计要求，分别对下翼缘与腹板连接的主体金属、下翼缘与腹 板连接的角焊缝、支座处加劲肋与腹板连接的角焊缝进行验算，判断应力幅是 否小于许用值。其他部位的疲劳强度验算可从略。8. 图纸绘制： 图纸量要求：绘制吊车梁、制动梁及轨道的装配图2#）；绘制吊车梁的施 工图2#）；绘制支架焊接图一张2#），合计为二号图纸三张。绘制吊车梁、制动梁及轨道的装配图时，要求按装配图的绘图要求绘制， 标题栏与明细表尺寸和形式不得有误，本图图号与明细表中的零件图号关系清 楚，图面装配关系明确，尺寸合适。绘制吊车梁的施工图时，要求按施工图的绘图要求绘制，图面装配关系明 确，尺寸充分。绘制支架焊接图时，注重反映对接焊缝的坡口形式和数据，角焊缝的焊脚 尺寸、位置和数量等与焊接有关的信息。9.说明书编制： 说明书要求将设计的内容按设计步骤完整地编制出来，要求字迹工整，分 析正确，图文并茂，公式及数据的引用有出处，内容详尽，字数不少于 3000 字。六、课程设计参考）进度时间 日期）课程设计内容2018.11.15吊车梁载荷及内力分析2018.11.18截面选择2018.11.20截面验算 强度、刚度、稳定性）2018.11.22加劲肋构造设计2018.11.23连接焊缝计算、疲劳强度验算2018.11.24绘制图纸2018.11.25设计计算修改，整理说明书2018.11.26课程设计答辩七、课程设计主要技术关键的分析、解决思路和方案比较等1. 吊车梁桥式起重机单梁）为重级工作制，设计使用寿命期间的总工作循 环次数为50万次，按照钢结构设计规范GB50017-2003的规定，应进行疲劳寿 命计算。2. 吊车结构自重、小车结构自重及各种机构、设备重量等可变载荷引起的 最大轮压标准值PG、起重量引起的最不利轮压标准值PQ见附表1。要注意PG 和PQ均为可变载荷，而梁的自重、钢轨的自重和走台板的自重是永久载荷。3. 小车起、制动的横向水平载荷近似取竖向平面内载荷的 10%，说明对梁 进行设计及校核时，应按双向受载来考虑。4. 载荷组合按组合 I 考虑，即在吊车的三个工作机构起升机构、大车行走 机构、小车行走机构）中只考虑其中任意两个机构同时处于起、制动状态。通 过载荷组合，考虑载荷系数和冲击等系数后求出三个载荷后，应取最大载荷作 为设计依据。5取起升冲击系数屮1=1.1 ；起升载荷动载系数屮2=1.23;大车行走冲击系数 屮4=1.05；小车行走冲击系数屮41.。这些系数主要用于确定组合载荷之用。6吊车梁跨度为6M,两端简支于柱顶，见图1。由于跨度不大，可不考虑 梁沿跨度方向上的变截面。7. 吊车梁上使用QU70型起重机钢轨，轨高120mm，底部宽120mm，理论 重量52.8Kg/m。由于吊车梁的钢轨已知，要求设计梁的翼缘板时，既要考虑梁 的稳定性主要应考虑局部稳定性）问题，又要考虑在翼缘板上安装固定钢轨 的结构设计问题。8. 吊车梁起升和水平面内的允许挠度分别为：9永久和可变载荷分项系数Y g=12 Y q=1.4。要注意在进行疲劳强度和刚度校核时，载荷应用标准值，不应计入载荷系数；在进行强度、稳定性设计 时，载荷应用设计值，即应计入载荷系数。10. 考虑到吊车梁侧向抗弯刚度较差，为抵抗水平冲击载荷，吊车梁要设置制动梁予以加强，见图 2。制动梁由以下三部分组成：1吊车梁翼缘和15t范围内的腹板共同组成一个制动梁翼缘。W2制动梁腹板兼作走台板）；3由角钢或槽钢作为制动梁的另一翼缘。制动梁的设计是设计中的一个难点内容。由于吊车梁设置制动梁主要是为 了增加侧向抗弯刚度，因此设计时要合理匹配制动梁的三部分的几何关系和连 接关系，从而既增加了侧向抗弯刚度，提高了承载能力，又有效地利用了材 料，满足满应力的设计要求。走台板宜用花纹钢板以防滑，作用在走台板上的载荷取为2KN/m2，走台板 的长度一般可取 8001200mm。11. 吊车在梁上运行时，其四轮的轮距保持不变，即两个边距均为800mm,中距为 1200mm。51A|5图2吊车梁及制动结构组成八、课程设计注意事项：本课程设计是钢结构课程理论教案之后的一个重要的综合性的教案环节。通过课程设计可以进一步巩固基本知识和理论,培养学生的强度设计和结 构设计能力,进一步了解钢结构的特点及其在我国的合理应用范围,深刻理解 钢材的使用性能,梁、柱等基本构件及其连接的工作性能,掌握这方面的基本 知识、基本理论和构造原则。能正确使用 GB50017 钢结构设计规范,进行基本 构件的设计。在工程实践中,经常遇到的主要问题是：钢材材质合理选用,构件的稳定 问题以及节点的合理构造,学生对上述三方面的内容应给予重视。由于本课程是一门专业课程,强调理论联系实际,要求学生亲自去实习工 厂车间了解厂房钢结构的结构布置特点,结合实际进行设计。九、推荐参考资料3种以上）1 黄会荣编著. 建筑机械钢结构.北京：中国建材工业出版社, 20062. 钢结构设计规范编写组编.钢结构设计规范GB50017-2003.北京：中国 计划出版, 20033. 起重机设计手册编写组编. 起重机设计手册. 北京：机械工业出版社,19804重庆钢铁设计研究院编 . 钢结构设计手册. 北京：冶金工业出版社， 19805北京钢铁设计研究总院编. 钢结构设计计算图表. 北京：冶金工业出版 社，19816 蔡春源等编. 新编机械设计手册.沈阳：辽宁科技出版社，1993