平台钢结构设计

平台钢结构设计

1 2 平台钢结构设计 2.1 平台钢结构布置 2.2 平台铺板设计 2.3 平台梁设计 2.4 平台柱和柱间支撑设计 本节内容 2 2.1 平台钢结构布置 平台钢结构组成 ⅰ ）构成：板、次梁、主梁、柱、支撑； ⅱ ）传力路线： 竖向荷载 板 次梁 主梁 柱 水平荷载 板 次梁 主梁 基础 ⅲ ）受力特点： a)    竖向荷载为主要荷载； b)   板有单向和双向之分，钢板常以变形控制； c) 梁分次梁、主梁，可连续或单跨； d) 柱两端常用铰接，为轴压杆。 3 工作平台梁格布置示例 4 梁格形式 5 梁系布置时考虑的因素 钢梁的间距 要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼板经济跨度以内； （压型钢板组合楼板取 2 ～ 3m ） 主梁 应与竖向抗侧力构件直接相连； （充分发挥整体空间作用） 竖向构件 纵横两个方向均应有主梁与之相连，以保证两个方向的长细比不致相差悬殊； 6 平台铺板的作用 直接承受竖向荷载的作用，并将其传递给竖向构件； 起横隔作用。 满足建筑设计要求 较小自重 便于施工 有足够的整体刚度 一般性的原则 平台铺板选择原则 2.2 平台铺板设计 7 平台铺板构造 a) 花纹钢板焊接连接 b)   轻型预制钢铺板螺栓连接 8 (b) 通常的布置方案 (a) 不设次梁时的布置方案 保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力 c)   压型钢板钢砼复合板抗剪销连接 9 抗剪栓钉的布置 抗剪栓钉的布置 抗剪栓钉 10 压型钢板与抗剪栓钉的连接 压型钢板与抗剪栓钉的连接 11 12 2.3 平台梁设计 本节内容 : (1) 型钢梁的设计 (2) 组合梁的设计 (3) 梁的拼接、连接和支座 本章重点 ： 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计，型钢梁和 组合梁的设计。 本章难点： 如何进行梁的腹板加劲肋设计 13 梁的截面形式 14 1 、梁的抗弯强度 梁的强度和刚度 b. 弹性阶段 c. 弹塑性阶段 d. 塑性阶段 梁受弯时各阶段正应力的分布情况 15 1 、梁的抗弯强度 在 M x 作用下 在 M x 和 M y 作用下 M x 、 M y --- 绕 x 轴和 y 轴的弯矩 W nx 、 W ny --- 对 x 轴和 y 轴的净截面模量 γ x 、 γ y --- 截面塑性发展系数 , 工字截面 γ x =1.05, γ y =1.2 动力荷载作用 γ x = γ y =1.0 时，工字截面 γ x = 1.0 当 16 截面塑性发展系数 γ x 、 γ y 值 17 截面塑性发展系数 γ x 、 γ y 值 续表 18 2 、 梁的抗剪强度 I — 毛截面惯性矩； S — 中和轴以上毛截面 对中和轴的面积矩； t w — 腹板厚度； f v — 钢材的抗剪强度 设计值。 V — 计算截面沿腹板平面 作用的剪力； max b τ t w max τ h t bh V =1.5 max τ h o 腹板剪应力 19 3 、梁的局部承压强度 l z – 腹板的假定压力分布长度 F – 集中荷载 ( 动荷考虑动力系数 ) ； ψ – 系数 , 重级工作制吊车轮压 1.35, 其他 1.0 ； A – 支承长度 吊车轮压取 50mm 梁中部 l z = a +5 h y +2 h R 梁 端 l z = a +2.5 h y + a 1 h R – 轨道高度 h y – 自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离 梁的局部受压 20 局部压应力 (a) 梁 端 l z = a +2.5 h y + a 1 21 梁中部 l z = a +5 h y +2 h R 局部压应力 (c) (b) 22 4 、梁在复杂应力作用下的强度计算 组合梁腹板计算高度边缘处 , 可能同时受较大的正应力、剪应力和局部压应力 σ 、 σ c 、 τ — 腹板根部同一点处同时产生的应力， σ 、 σ c 拉为正，压为负 β 1 ： σ 、 σ c 同号取 1.1 ， 异号取 1.2 t 1 b 复杂应力 23 梁的刚度 V ≤ [ v ] V -- 由荷载标准值产生的最大挠度 [ v ] -- 梁的容许挠度 或 对等截面简支梁： l – 梁的跨度 I x --- 毛截面惯性矩 E --- 钢材弹性模量 24 当符合下列情况之一时，梁的整体稳定可得到保证： 1 、有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接， 能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。 2 、工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比 l 1 / b 1 不超过表 5.2 所规定的数值时； 3 、箱形截面简支梁，其截面尺寸满足 h / b 0 ≤6 ， 且 l 1 / b 0 ≤95(235/ f y ) 时（箱形截面的此条件 很容易满足）。 工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大 l 1 / b 1 值 跨中无侧向支承，荷载作用在 跨中有侧向支承，不论荷载作用于何处 上 翼 缘 下 翼 缘 箱形截面 25 梁的整体稳定计算方法 M x — 绕强轴作用的最大弯矩； W x — 毛截面模量； φ b — 梁的整体稳定系数。 当不满足前述不必计算整体稳定条件时，应对当梁的整体稳定进行计算： 26 型钢梁一般可不验算剪应力；局部稳定不需验算；双轴对称截面梁，稳定满足强度可不验算。 f M W b x j max £ Þ f W M x b j max £ f M W x nx g max £ Þ f W M nx x g max £ 整体稳定 ： 抗弯强度： 3 选择型钢号 , 查几何特征值 , 进行必要的验算。 1 计算 M 、 V ，确定钢材种类（ f ） 2 计算 W nx 或 W x 2.3.1 型钢梁的设计 单向弯曲的梁 27 28 1 、截面高度 h （ 1 ）建筑高度：确定梁的最大高度 （ 2 ）刚度条件：决定梁的最小高度 hw h t t t w 组合梁的设计 截面选择 组合梁截面 （ 3 ）经济条件：决定经济高度 取 50mm 倍数 29 2. 腹板厚度 满足抗剪强度要求 则 （由此算出的 很小，很薄，实际必须考虑局稳） 一般用经验公式估算 取 2mm 的倍数 hw h t t tw b f 30 先假定宽度 ： 则厚度 t ： 应满足局稳要求，宽度取 10mm 的 倍数，厚度取 2mm 的倍数 3. 翼缘尺寸的确定 由 求得需要 Af 1 、强度 ( 包括抗弯、抗剪、局部承压强度 ) 2 、刚度 ( 验算全部标准荷载和仅有可变荷载标准值作用 ) 3 、整体稳定 4 、局部稳定 截面验算 hw h t t tw b f 组合梁截面 31 梁宽改变 改变翼缘宽度，较窄翼缘宽度 b ′ 应满足弯矩 M 1 下的强度要求，还应验算该截面的腹板与翼缘交接处的折算应力。 对于均布荷载下的简支梁，最优截面改变处离支座 1/6 跨度。 组合梁截面沿长度的改变 梁翼缘宽度的改变 32 梁翼缘宽度的改变 (c) 33 34 多层翼缘板的梁 可切断外层板。 梁高改变时 可使上翼缘保持一平面，支座处的高度应满抗剪强度的要求，但不宜小于跨中高度的 1/2 。 翼缘板的切断 变高度梁 35 S 1 --- 翼缘对中和轴的惯性矩 沿梁单位长度的水平剪力： 焊接组合梁翼缘焊缝的计算 翼缘焊缝的水平剪力 36 37 当采用塑性设计时 局部稳定条件 : 当采用弹性设计时 箱型梁翼缘板 b b t t 梁受压翼缘板局稳计算采用强度准则，即保证受压翼缘的局部失稳临界应力不低于钢材的屈服强度。 梁截面 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计 38 横向加劲肋 ：防止由 剪应力 和 局部压应力 引起的腹板失稳； 纵向加劲肋 ：防止由 弯曲压应力 引起的腹板失稳，通常布 置在受压区； 短 加 劲 肋 ： 防止 局部压应力 引起的失稳，布置在受压区。 同时设有横向和纵向加劲肋时， 断纵不断横 。 提高梁腹板局部稳定可采取以下措施： ① 加大腹板厚度 — 不经济 ② 设置加劲肋 — 经济有效 ◆ 腹板加劲肋的类型 39 腹板设加劲肋满足局部稳定要求 梁腹板加劲肋 40 ◆ 腹板加劲肋的设置原则 (1) 可不设 , 有局部压应力 按构造设置横肋 y f t w 当 h o 235 80 / > (2) 按计算设置横肋 y f t w 当 h o 235 170 / > (3) 设置横肋 , 在弯矩较大区段设置纵肋 , 局部压应力很大的梁 , 在受压区设置短加劲肋 (4) 支座及上翼缘有较大集中荷载处设支承加劲肋 y f t w 当 h o 235 80 / £ 41 1 、仅用横向加劲肋 加强的腹板 同时受正应力、剪应力和边缘压应力作用。 稳定条件： σ σ τ 1 £ + c,cr σ σ ( ) cr 2 cr τ c + ( ) 2 σ— 腹板边缘的弯曲压应力 , 由区格内的平均弯矩计算； σ— 腹板边缘的局部压应力 ,σ c = F /( l z t w ) c σ cr τ— 腹板平均剪应力 ,τ= V /( h w t w ) ； — 临界应力 。 σ c,cr τ cr ◆ 腹板局部稳定计算 设置横向加劲肋 应力形式 42 腹板受压区高度 — 其他情况时： 全约束时： 当受压翼缘 扭转 受到完 c h y w c b f t h 235 153 2 = l y w c b f t h 235 177 2 = l ( ) [ ] = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ① b cr b b cr b cr b cr y b cr f f f / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 85 . 0 85 . 0 2 > - - £ < £ l s l l s l s l s l s f 应力形式 43 ( ) 235 4 34 . 5 41 0 . 1 2 0 0 0 y w s f a h t h h a + = > l 时： 当 ( ) 235 34 . 5 4 41 0 . 1 2 0 0 0 y w s f a h t h h a + = £ l 时： 当 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 8 . 0 59 . 0 1 2 . 1 8 . 0 8 . 0 2 s v cr s v s cr s v cr s cr vy s cr f f f f > - - £ < £ l t l l t l t l t l t = 时， 当 = 时， 当 = 时， 当 作为参数： = 的表达式 , 以 ② 应力形式 44 235 / 5 9 . 18 28 2 5 . 1 0 0 0 y w c f h a t h h a - = £ < l 时： 当 ( ) 235 / 83 . 1 4 . 13 9 . 10 28 5 . 1 5 . 0 3 0 0 0 y w c f h a t h h a - + = £ £ l 时： 当 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 9 . 0 79 . 0 1 2 . 1 9 . 0 9 . 0 2 , , , , , c cr c c c cr c c cr c cr c y c cr c f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ③ c 45 2 、同时用横向和纵向加劲肋加强的腹板 (1) I 区格，高为 h 1 ： σ σ σ τ 1 £ + c,cr 1 σ ( ) cr 1 2 cr 1 τ c + ( ) 2 I Ⅱ h 1 h 2 设置横向和纵向加劲肋 应力形式 46 腹板区格 I 的高度 — 其他情况时： 全约束时： 当受压翼缘 扭转 受到完 1 h y w 1 b1 f t h 235 64 = l y w 1 b1 f t h 235 75 = l 应力形式 ( ) [ ] = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ① b1 cr1 b1 b1 cr1 b1 cr1 b1 cr1 y b1 cr1 f f f / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 85 . 0 85 . 0 2 > - - £ < £ l s l l s l s l s l s f 47 ( ) 235 4 34 . 5 41 0 . 1 2 1 1 1 y w s1 f a h t h h a + = > l 时： 当 ( ) 235 34 . 5 4 41 0 . 1 2 1 1 1 y w s1 f a h t h h a + = £ l 时： 当 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 8 . 0 59 . 0 1 2 . 1 8 . 0 8 . 0 2 s1 v cr1 s1 v s1 cr1 s1 v cr1 s1 cr1 vy s1 cr1 f f f f > - - £ < £ l t l l t l t l t l t = 时， 当 = 时， 当 = 时， 当 作为参数： = 的表达式 , 以 ② 48 腹板区格 I 的高度 — 其他情况时： 全约束时： 当受压翼缘 扭转 受到完 1 h y w 1 c1 f t h 235 40 = l y w 1 c1 f t h 235 56 = l 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 0.85 0.85 2 , , , , c1 cr1 c c1 c1 c,cr1 c1 c,cr1 cr1 c y c1 cr1 c f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ③ c1 49 σ — 纵向加劲肋边缘的弯曲压应力； σ — 纵向加劲肋边缘的局部压应力， σ = 0.3 σ ； c 2 τ — 腹板平均剪应力； I Ⅱ h 1 h 2 (2) II 区格，高为 h 2 ： σ σ τ 1 £ + c,cr2 σ σ ( ) cr 2 2 cr τ c2 + ( ) 2 2 2 c c 2 设置横向和纵向加劲肋 应力形式 50 腹板区格 II 的高度 — 2 h y w 2 b2 f t h 235 194 = l 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 0.85 0.85 2 b2 cr2 b2 b2 cr2 b2 cr2 cr2 y b2 cr2 f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ① b2 51 ( ) 235 4 34 . 5 41 0 . 1 2 2 2 2 y w s2 f a h t h h a + = > l 时： 当 ( ) 235 34 . 5 4 41 0 . 1 2 2 2 2 y w s2 f a h t h h a + = £ l 时： 当 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 8 . 0 59 . 0 1 2 . 1 8 . 0 8 . 0 2 s2 v cr2 s2 v s2 cr2 s1 v cr2 s2 cr2 vy s2 cr2 f f f f > - - £ < £ l t l l t l t l t l t = 时， 当 = 时， 当 = 时， 当 作为参数： = 的表达式 , 以 ② 52 235 / 5 9 . 18 28 2 5 . 1 2 0 2 y w c2 f h a t h h a - = £ < l 时： 当 ( ) 235 / 83 . 1 4 . 13 9 . 10 28 5 . 1 5 . 0 3 2 2 2 y w c2 f h a t h h a - + = £ £ l 时： 当 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 0.9 79 . 0 1 2 . 1 9 . 0 9 . 0 2 , , , , , c cr2 c c2 c cr2 c c2 cr2 c cr2 c y c2 cr2 c f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ③ c2 53 （ 3 ）在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋的区格 σ — 腹板边缘的弯曲压应力 , 由区格内的平均弯矩 计算； σ — 腹板边缘的局部压应力 , σ c =F/( l z t w ) c τ — 腹板平均剪应力 , τ = V /( h w t w ) ； 区格 Ⅰ 肋之间设有短加劲肋的 在受压翼缘与纵向加劲 ） 1 σ σ τ 1 £ + c,cr σ σ ( ) cr 2 cr τ c + ( ) 2 设置横向、纵向加劲肋以及短加劲肋 54 腹板区格 I 的高度 — 其他情况时： 全约束时： 当受压翼缘 扭转 受到完 1 h y w 1 b1 f t h 235 64 = l y w 1 b1 f t h 235 75 = l 设置横向、纵向加劲肋以及短加劲肋 ( ) [ ] = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ① b1 cr1 b1 b1 cr1 b1 cr1 b1 cr1 y b1 cr1 f f f / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 85 . 0 85 . 0 2 > - - £ < £ l s l l s l s l s l s f 55 ( ) 235 4 34 . 5 41 0 . 1 2 1 1 1 y w s1 f a h t h h a + = > l 时： 当 ( ) 235 34 . 5 4 41 0 . 1 2 1 1 1 y w s1 f a h t h h a + = £ l 时： 当 设置横向、纵向加劲肋以及短加劲肋 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 8 . 0 59 . 0 1 2 . 1 8 . 0 8 . 0 2 s1 v cr1 s1 v s1 cr1 s1 v cr1 s1 cr1 vy s1 cr1 f f f f > - - £ < £ l t l l t l t l t l t = 时， 当 = 时， 当 = 时， 当 作为参数： = 的表达式 , 以 ② 56 235 / 5 . 0 4 . 0 73 235 / 5 . 0 4 . 0 87 2 . 1 235 73 235 87 2 . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y w c y w c y w c y w c f h a t a f h a t a h a f t a f t a h a + = + = £ = = £ l l l l 其他情况时， 全约束时， 当受压翼缘扭转受到完 的区格： 对 其他情况时， 全约束时， 当受压翼缘扭转受到完 的区格： 对 ( ) [ ] / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 0.85 0.85 2 , , , , c1 cr1 c c1 c1 c,cr1 c1 c,cr1 cr1 c y c1 cr1 c f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ③ c1 57 计算时，先布置加劲肋，再计算各区格的平均作用应力和相应的临界应力，使其满足稳定条件。 Ⅱ 项中加劲肋布置的区格 计算同第 肋之间的区格 Ⅱ 在受拉翼缘与纵向加劲 ） ) 2 ( 2 设置横向、纵向加劲肋以及短加劲肋 58 加劲肋构造和截面尺寸 （ 1 ）双侧配置的横肋 b s h 0 ≧ /30 +40 t s ≧ b s /15 （ 2 ）横向加劲肋间距 h 0 0.5 h 0 ≦ a ≦ 2 （ 3 ）腹板同时设横肋和纵肋，相交处切断纵肋 , 横肋连续 h 0 z b s t s z （单侧增加 20% ） y 加劲肋构造 59 （ 4 ）加劲肋的刚度 横向 ： 纵向 ： h 0 z b s t s z 0 85 . 0 h a ≤ 0 85 . 0 h a ＞ y y y 加劲肋构造 60 （ 6 ）横向加劲肋切角 （ 7 ）直接受动荷的梁 , 中间 横肋下端不应与受拉翼缘焊接 , 下面留 有 50-100mm 缝隙。 b s /3( ≤ 40) b s /2 ( ≤ 60) z 50-100 z （ 5 ）大型梁，可采用以肢尖焊于腹板的角钢加劲肋， 其截面惯性矩不得小于相应钢板加劲肋的惯性矩。 加劲肋构造 61 支承加劲肋的计算 1. 腹板平面外的稳定性 ( 绕 z 轴 ): 按轴心压杆计算 截面面积：加劲肋面积 +2 c y f c =15 t w 235 计算长度： h 0 F-- 集中荷载或支座反力 φ — 稳定系数 由 λ= h 0 /i z 按 b 类查表 i z — 绕 z 轴的回转半径 z f A F £ j z c c c c t s F F z 支承加劲肋 62 2. 端面承压强度 A ce — 端面承压面积 z t ≤ 2 t t s F F A ce A ce f ce — 钢材端面承压强度设计值 3. 支承加劲肋与腹板的连接焊缝 w f w f f f l h F £ å = 7 . 0 t 支承加劲肋 63 是否满足要求。 承加劲肋。试验算该梁 在次梁连接处设置有支 手工焊。 钢，焊条为 ，钢材为 设计值 ， 标准值为 梁传来的集中荷载， 承受由次 面简支梁， 工作平台的主梁为等截 [ 例 1] 43 系列 , 235 256 201 E Q kN kN [ 解 ] ① 计算截面特性 例 1 图 例 1 图梁截面 64 ② 内力计算 ③ 强度验算 都不需验算。 局部压应力和折算应力 例 1 图 65 ④ 整体稳定验算 不需验算整体稳定 。 ⑤ 刚度验算 刚度满足要求 。 例 1 图 例 1 图梁截面 66 ⑥ 腹板局部稳定计算 肋 应按计算配置横向加劲 mm 1500 为 则取横向加劲肋的间距 肋， 的腹板上配置支承加劲 首先应在有集中荷载处 例 1 图 例 1 图 67 例 1 图 68 例 1 图 69 例 1 图 70 ⑥ 支承加劲肋 1) 次梁支承加劲肋 定： ▲ 验算在腹板平面外的稳 切角 30×50 例 1 图 71 焊缝： ▲ 计算加劲肋与腹板的角 例 1 图 ▲ 验算端面承压强度： 72 例 1 图 ： 2) 支座加劲肋的截面验算： 73 例 1 图 74 75 1. 型钢梁的拼接 梁的拼接 梁的拼接、连接和支座 型钢梁的拼接 76 77 2. 焊接组合梁的拼接 组合梁的工厂拼接 采用高强度螺栓的工地拼接 78 组合梁的工地拼接 79 80 81 次梁与主梁的连接 次梁与主梁的叠接 82 次梁与主梁的平接 83 主梁和次梁的连接宜采用简支连接； （其传递荷载为次梁的梁端剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转） 必要时也可采用刚性连接 。 主次梁连接（一） 简支连接 84 实例 主梁与次梁的铰接连接 85 主次梁连（二） 刚性连接 86 梁的支座 梁的支座 87 88 5m 5m 5m 主梁 次梁 [ 解 ] [ 例 1] 平台梁格布置如图 5.15 所示，次梁支于主梁上面，平台板未与次梁翼缘牢固连接。次梁承受板和面层自重标准值为 3.1kN/mm 2 ( 有包括次梁自重 ) ，活荷载标准值为 12kN/mm 2 ( 静力荷载 ). 次梁采用轧制工字钢 I36a, 钢材为 Q235B. 要求 : 验算次梁整体稳定 , 如不满足 , 另选次梁截面 . 图 5.15 例 5.1 图 89 ，验算强度和稳定。 应重新计算荷载和内力 = , 质量为 ， 选 所需截面抵抗矩为： ，则 ，查得 设选工字钢范围 ，需另选截面： 次梁的整体稳定不满足 m kN m kN m kg cm W a I cm f M W I I x b x x b b / 6 . 0 / 8 . 0 / 4 . 80 1433 45 1246 215 68 . 0 10 25 . 182 68 . 0 6 . 0 73 . 0 63 ~ 45 3 3 6 ' ' > = = × × = = = > = j j j 90 5m 5m 5m (1) 平台板与次梁翼缘牢固连接 [ 解 ] 设次梁自重为 ： 0.5kN/m 主梁 次梁 1) 内力 (2) 平台板未与次梁翼缘牢固连接 2.5m 2.5m 2.5m 2.5m 情况 1 ( ) m kN q / 34.35 2.5 9 3 . 1 1.5 2 . 1 5 . 0 2 . 1 = + + × = × × × 2 2 3 . 107 5 34.35 8 1 8 1 m kN ql M x . = = = × × ( ) m kN q / 26.75 2.5 9 1.5 5 . 0 = + + = × k 设计此次梁 要求： 钢材 次梁采用 。 静力荷载） 准值为 活荷载标 （不包括自重 ), 荷载标准值为 : 恒荷栽 平台梁梁格布置如图， [ 例 5.3] 235 。 ( / 9 / 1.5 2 2 Q m kN m kN 图 5.28 例 5.3 图 91 3) 验算 重力为 选 m kN cm W HN300×150×6.5×9 x / 0.37 490 3 = cm f M W x x x 475 215 05 . 1 10 3 . 107 3 6 = × × = = γ 2) 选择截面 cm I x 7350 4 = 250 300 10 7350 10 06 . 2 384 10 5 26.8 5 384 5 4 5 9 3 3 [ v T ] 1 [ v Q ] EI x q v T = < = < × = = k l × × × × × × 1 348 1 = l l l 92 验算刚度和稳定 重力为 ，查得 参考工字钢范围 m kN cm W I I x b / 5 . 0 782 6 . 0 73 . 0 63 ~ 45 3 = > = cm f M W b x x 734 215 68 . 0 10 3 . 107 3 6 ' = × × = = j j 情况 2 、选择截面 cm i y 3.93 4 = 选 HN350×175×7×11 cm A 63.66 2 = 93 h l 1 t 1 ξ 1 0.898 350 175 11 5000 = × × = = b β b =0.807 83 . 0 0.83 282 . 0 07 . 1 282 . 0 07 . 1 ' = - = - = b b j j 94 刚度验算 2 2 3 6 ' / 215 / 8 . 207 10 1433 68 . 0 10 5 . 202 mm N f mm N W M x b x = < = × × × = j 整体稳定 400 500 5.59 10 32241 10 06 . 2 384 10 5 45.6 5 384 5 4 5 12 4 4 [ v T ] l [ v Q ] mm EI x q v = < = < = × = = k l × × × × × × l 894 l = 95 96 f M W x nx g max £ Þ f W M nx x g max £ 抗弯强度： 3 选择型钢号 , 查几何特征值 , 进行必要的验算。 1 计算 M （设计值） 2 计算 W nx 或 W x 型钢梁的设计 2 、验算梁的强度 1 、 重新计算 考虑梁的自重后的 M 、 V 3 、验算梁的挠度 （标准值） 97 f M W x nx g max £ Þ f W M nx x g max £ 抗弯强度： 3 选择截面尺寸、验算局部稳定 1 计算 M 、 V （设计值） 2 计算 W nx 或 W x 组合截面梁的设计 2 、验算梁的局部稳定 1 、腹板高度、腹板厚度、翼缘宽度、翼缘厚度 98 1 、截面高度 h （ 1 ）建筑高度：确定梁的最大高度 （ 2 ）刚度条件：决定梁的最小高度 hw h t t t w 组合梁的设计 截面选择 组合梁截面 （ 3 ）经济条件：决定经济高度 取 50mm 倍数 99 2. 腹板厚度 满足抗剪强度要求 则 （由此算出的 很小，很薄，实际必须考虑局稳） 一般用经验公式估算 取 2mm 的倍数 hw h t t tw b f 100 先假定宽度 ： 则厚度 t ： 应满足局稳要求，宽度取 10mm 的 倍数，厚度取 2mm 的倍数 3. 翼缘尺寸的确定 由 求得需要 Af 1 、强度 ( 包括抗弯、抗剪、局部承压强度 ) 2 、刚度 ( 验算全部标准荷载和仅有可变荷载标准值作用 ) 3 、整体稳定 4 、局部稳定 截面验算 hw h t t tw b f 组合梁截面 101 4 计算几何特征值 , 进行必要的验算。 组合截面梁的设计 3 、验算梁的强度 2 、 重新计算 考虑梁的自重后的 M 、 V 5 、验算梁的挠度 （标准值） 1 、计算所设计截面的几何特征值 4 、验算梁的整体稳定性 6 、翼缘、腹板连接焊缝及加劲肋设计 102 S 1 --- 翼缘对中和轴的惯性矩 沿梁单位长度的水平剪力： 焊接组合梁翼缘焊缝的计算 翼缘焊缝的水平剪力 103 ◆ 腹板加劲肋的设置原则 (1) 可不设 , 有局部压应力 按构造设置横肋 y f t w 当 h o 235 80 / > (2) 按计算设置横肋 y f t w 当 h o 235 170 / > (3) 设置横肋 , 在弯矩较大区段设置纵肋 , 局部压应力很大的梁 , 在受压区设置短加劲肋 (4) 支座及上翼缘有较大集中荷载处设支承加劲肋 y f t w 当 h o 235 80 / £ 104 1 、仅用横向加劲肋 加强的腹板 同时受正应力、剪应力和边缘压应力作用。 稳定条件： σ σ τ 1 £ + c,cr σ σ ( ) cr 2 cr τ c + ( ) 2 σ— 腹板边缘的弯曲压应力 , 由区格内的平均弯矩计算； σ— 腹板边缘的局部压应力 ,σ c = F /( l z t w ) c σ cr τ— 腹板平均剪应力 ,τ= V /( h w t w ) ； — 临界应力 。 σ c,cr τ cr ◆ 腹板局部稳定计算 设置横向加劲肋 应力形式 105 腹板受压区高度 — 其他情况时： 全约束时： 当受压翼缘 扭转 受到完 c h y w c b f t h 235 153 2 = l y w c b f t h 235 177 2 = l ( ) [ ] = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ① b cr b b cr b cr b cr y b cr f f f / 1 . 1 25 . 1 85 . 0 75 . 0 1 25 . 1 85 . 0 85 . 0 2 > - - £ < £ l s l l s l s l s l s f 应力形式 106 ( ) 235 4 34 . 5 41 0 . 1 2 0 0 0 y w s f a h t h h a + = > l 时： 当 ( ) 235 34 . 5 4 41 0 . 1 2 0 0 0 y w s f a h t h h a + = £ l 时： 当 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 8 . 0 59 . 0 1 2 . 1 8 . 0 8 . 0 2 s v cr s v s cr s v cr s cr vy s cr f f f f > - - £ < £ l t l l t l t l t l t = 时， 当 = 时， 当 = 时， 当 作为参数： = 的表达式 , 以 ② 应力形式 107 235 / 5 9 . 18 28 2 5 . 1 0 0 0 y w c f h a t h h a - = £ < l 时： 当 ( ) 235 / 83 . 1 4 . 13 9 . 10 28 5 . 1 5 . 0 3 0 0 0 y w c f h a t h h a - + = £ £ l 时： 当 应力形式 ( ) [ ] / 1 . 1 2 . 1 9 . 0 79 . 0 1 2 . 1 9 . 0 9 . 0 2 , , , , , c cr c c c cr c c cr c cr c y c cr c f f f f > - - £ < £ l s l l s l s l s l s = 时， 当 = 时， 当 ＝ 时， 当 作为参数： = 的表达式，以 ③ c 108 加劲肋构造和截面尺寸 （ 1 ）双侧配置的横肋 b s h 0 ≧ /30 +40 t s ≧ b s /15 （ 2 ）横向加劲肋间距 h 0 0.5 h 0 ≦ a ≦ 2 （ 3 ）腹板同时设横肋和纵肋，相交处切断纵肋 , 横肋连续 h 0 z b s t s z （单侧增加 20% ） y 加劲肋构造 109 支承加劲肋的计算 1. 腹板平面外的稳定性 ( 绕 z 轴 ): 按轴心压杆计算 截面面积：加劲肋面积 +2 c y f c =15 t w 235 计算长度： h 0 F-- 集中荷载或支座反力 φ — 稳定系数 由 λ= h 0 /i z 按 b 类查表 i z — 绕 z 轴的回转半径 z f A F £ j z c c c c t s F F z 支承加劲肋 110 2. 端面承压强度 A ce — 端面承压面积 z t ≤ 2 t t s F F A ce A ce f ce — 钢材端面承压强度设计值 3. 支承加劲肋与腹板的连接焊缝 w f w f f f l h F £ å = 7 . 0 t 支承加劲肋