第二章 平台钢结构设计

1、长江大学城市建设学院土木工程系长江大学城市建设学院土木工程系张继承张继第二章第二章 平台钢结构设计平台钢结构设计本章内容 平台钢结构布置 平台铺板设计 平台梁设计 平台柱和柱间支撑设计2.1平台钢结构布置2.1.1 平台钢结构组成1、组成：板、次梁、主梁、柱、支撑2、传力路线： 竖向荷载板次梁主梁柱基础 水平荷载板次梁主梁支撑/柱基础3、 受力特点： 竖向荷载为主要荷载； 板有单向和双向之分，钢板常以变形控制； 梁分次梁、主梁，可连续或单跨； 柱两端常用铰接，为轴压杆。2.1平台钢结构布置2.1.2 梁格布置形式 简式梁格 普通式梁格 复式梁格2.1平台钢结构布置适用

2、于梁跨度较小的情况，耗钢量大适用于梁跨度较大的情况，用钢量较经济2.2.1 平台铺板构造 按构造要求可分为：轻型钢铺板、混凝土预制板、压型钢板与钢筋混凝土组合楼板。2.2 平台铺板设计 钢筋混凝土预制板钢筋混凝土预制板压型钢板与钢筋混凝土组合楼板压型钢板与钢筋混凝土组合楼板2.2.2 平台铺板计算 无肋铺板计算、有肋铺板计算2.2 平台铺板设计 1、无肋铺板计算 铺板加劲肋的间距大于两倍铺板跨距，或仅按构造设置加劲肋时，可按无肋铺板计算。无肋铺板可按仅承受弯矩的单向板计算：2、有肋铺板计算 有肋铺板按周边简支板计算，均布荷载作用下的周边简支板的最大弯矩和挠度按表计算。 当铺板按周边简支板计算时

3、，均布荷载作用下的加劲肋可按折算荷载下的简支梁计算，其折算荷载为：11qlq 加劲肋计算时，考虑有铺板30t宽度参与共同工作。加劲肋的最大挠度不宜大于跨度的1/150。2.3.1 型钢梁设计2.3 平台梁设计 平台梁型钢梁组合梁：一般用于次梁或跨度不大、荷载较小的的主梁：一般用于主梁由内力计算得MmaxfMWxxnx查型钢表选适用的截面截面验算：强度、刚度、整体稳定性设计步骤：2.3.1 型钢梁设计 简支梁在均布荷载作用下的弯矩计算：2.3 平台梁设计 次梁也可以布置成连续梁，梁的截面可以减小，挠度也减小，对于任何跨度和荷载的连续梁都可用结构力学的方法计算。为了计算简便，也可偏于安全的取受力最

4、大的单跨进行计算。2.3.2 组合梁设计 设计步骤：2.3 平台梁设计 估算梁的高度梁的总用钢量最小)cm(3073xeWh1、梁高估算容许最大高度hmax容许最小高度hmin经济高度he梁的建筑高度刚度条件确定： ww确定腹板厚度和翼缘尺寸截面验算：强度、刚度、稳定性Elnh243 . 150minminmaxhhh并接近于经济高度，且取10mm的倍数由内力计算得MmaxfMWxxnx2.3.2 组合梁设计2.3 平台梁设计 2、腹板厚度计算 腹板主要受剪力作用，由抗剪强度要求和局部稳定要求确定腹板厚度tw。wmaxwwv1.2max611hVth f（抗剪），（局部稳定）， 厚度太大不经济

5、，制造上也困难，厚度太小易锈蚀和发生翘曲变形，因此，腹板厚度最好在822mm范围内，对个别小跨度梁的最小厚度可采用6mm。3、翼缘尺寸确定53hhb113 235ybft宽度宜取100mm的倍数，厚度宜取2mm的倍数。2.3.2 组合梁设计2.3 平台梁设计 6612wwwx213wwxxw1hthWbthhbthhthIWhhh确定b确定t2.3.2 组合梁设计2.3 平台梁设计 强度验算刚度验算局部稳定验算整体稳定验算弯曲正应力剪应力局部压应力折算应力4、梁截面的验算xxnxMfWfWMWMnyyynxxxvwVSfItcw zFft lfcc1222z32.3.2 组合梁设计2.3 平台

6、梁设计 5、焊接梁翼缘焊缝计算N1N2由剪力平衡w21ltNN取单位梁长：wTt1wx wVStI t1xVSImaxxVVVSI式中： 计算截面的剪力，通常取；翼缘对中和轴的面积矩；截面对中和轴的惯性矩；翼缘与腹板的连接采用角焊缝：1wx=VSTtI若有局部压应力：单位长度横向力：c wWtwz wFtl tzFl焊缝受力22wfffff即：22ewff12WhTf221wfzfx12V SFflI2.3 平台梁设计 wf=2eh f1wxf12eVShIf2.3.2 组合梁设计2.3 平台梁设计 6、梁整体稳定性的计算 符合下列情况之一时，不必计算梁的整体稳定： 有铺板（各种钢筋混凝土板和

7、钢板）密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移； H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其宽度b1之比不超过表2-4所列数值时； 对箱形截面简支梁h/b0 6，且 l1/b095（ 235/fy）。）。不满足上述条件时，应进行梁的整体稳定验算：bxxMfWyxbxyyMMfWW单向弯曲：双向弯曲：2.3.2 组合梁设计2.3 平台梁设计 7、梁腹板局部稳定性计算为提高强度和刚度Wnx和Inx尽可能大梁截面尽量高、宽太高太宽又会引起失稳解决措施？ 增大腹板厚度 设置合适的加劲肋000a80 235,0.52wyh tfahah（ ）当且无局部压应力时，一般不配置加劲

8、肋有局压应按构造配置横向加劲肋，加劲肋的间距 应满足；（1）梁腹板加劲肋的配置：00c150 235170 235wywyhtfhtf（ ）当受压翼缘扭转未受到约束且或受压翼缘扭转受到约束但时，以及仅配置横向加劲肋还不足以满足腹板的局部稳定要求时，均应在弯曲应力较大区段的腹板受压区配置纵向加劲肋，对于局部压应力很大的梁，必要时宜在受压区配置短加劲肋。0250 235wyh tf为防止焊接翘曲，焊接梁的腹板高厚比均不应超过0d72 235wyh tf（ ）在梁的支座和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。对于按塑性设计方法设计的超静定梁，为保证塑性变形的充分发展，腹板的高厚比应满足。0

9、b80 235wyhtf（ ）当时，一般配置横向加劲肋并计算局部稳定；2.3 平台梁设计 腹板局部稳定验算步骤：计算高厚比按规定设置加劲肋高厚比超过限值2.3 平台梁设计 验算加劲肋间板块的稳定加劲肋配置时应符合以下原则： 横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开； 纵向加劲肋距受压翼缘的距离应在 1/2.5hc a 1/2hc（ 1/5h0 a 1/4h0 ）范围内。 横向加劲肋的间距a应满足0.5h0 a 2h0 ，当 且 时，允许a 2.5h0 ；0c0wy/100 235htf（2）组合梁腹板加劲肋板块稳定验算（见书P21-P24，或上册4.6节）2.3 平台梁设计 （3）加劲肋的构造和截面尺寸

10、：（a）在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，截面尺寸按下列经验公式确定： 外伸宽度：bs h0 /30+40(mm) 厚度 ： ts bs /15 2.3 平台梁设计 （b）单侧配置时： 外伸宽度：bs 1.2（h0 /30+40）(mm) 厚度 ： ts bs /15 （c）横向加劲肋绕z轴的惯性矩应满足：33ssw01(2)312zwItbth t（d）纵向加劲肋截面绕y轴的惯性矩应满足：当 时：85. 0/0ha3y0 w1.5Ih t30200)(45. 05 . 2(wythhahaI当 时：0/0.85a h 2.3 平台梁设计 （e）当配置有短加劲肋时，其短加劲肋的外伸宽度应取为

11、横向加劲肋外伸宽度的0.71.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的1/15。（f）横向加劲肋的端部应切去宽约bs /3(但不大于40mm)，高约bs /2(但不大于60mm)的斜角。 按轴心压杆计算支承加劲肋在腹板平面外（绕Z轴）的稳定性。受压构件的截面面积包括加劲肋和加劲肋每侧15tw范围内的腹板面积，计算长度取为h0。 支承加劲肋的端部为刨平顶紧时，加劲肋的端面承压强度按下式计算：cecebbceFfAFAf集中荷载或支座反力；支承加劲肋与翼缘板或柱顶相接触的面积；钢材端面承压强度设计值，支承加劲肋承受固定集中荷载或支座反力的横向加劲肋，宜成对配置。NfAz（4）支承加劲肋的计算2.3 平

12、台梁设计 2.3 平台梁设计 为保证受压翼缘不会局部失稳，规范规定：（5）组合梁翼缘板的局部稳定y23515btf不考虑梁截面发展塑性时：工字形截面：y23513btf箱形截面：y23540btf2.3 平台梁设计 2.3.3 梁的拼接梁的拼接工厂拼接工地拼接：受钢材尺寸限制，多为焊接拼接：受运输或安装条件的限制，可用焊 接拼接或螺栓连接1、焊接拼接（1）对接焊 翼缘对接焊缝与腹板对接焊缝尽可能错开距离； 腹板对接焊缝离开加劲板距离大于10tw； 焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用斜焊缝 上、下翼缘对接缝开V型坡口，便于俯焊； 预留一段翼缘于腹板间的焊缝到工地焊，以减少焊接应力。2.3 平

13、台梁设计 2.3.3 梁的拼接（2）拼接板焊接 翼缘拼接板连接验算时，翼缘板的内力： 111n12IMyNMyAII翼缘 腹板拼接板受全部剪力和腹板上的弯矩 腹板拼接板受弯距：wwIMMI 翼缘拼接板按接头处与翼缘等强原则确定；2.3 平台梁设计 2.3.3 梁的拼接（3）螺栓连接 较重要的或受动力荷载的大型组合梁宜用高强螺栓连接； 拼接应用夹板，螺栓双剪； 受力同拼接焊。接头不应设在Mmax截面，一般设在距端部处l/3l/4处。例2-3，P352.3 平台梁设计 2.3.4 次梁与主梁连接 叠接：设计不须验算，安装方便，可做连续次梁，占建筑空间高度 大； 平接：要验算，构造复杂，不能传递弯距

14、，不占建筑空间。次梁与主梁的连接多用铰接，铰接连接形式有叠接和平接。叠接次梁与主梁的连接有铰接和刚接两种。a)b)c)d)e)平接 图(a)、(b)考虑到此类连接并非真正的铰接，实际上会有一定的弯矩作用，计算螺栓或安装焊缝时应将次梁反力增大2030。2.3 平台梁设计 2.3.5 梁的支座RRR梁的支座形式：平板支座（图a）、弧形支座（图b）、滚轴支座（图 c）、铰轴式支座（图d）、球形支座（图e）和桩台支座（图f）。 (1) 传递压力 主梁支座处有加劲肋，突缘。加劲肋要保证稳定性。 要有足够的接触面传递钢-钢，钢-砼的压力(2) 铰接支座转动或滚动要符合设计要求；(3) 要能够传递一定的侧向

15、水平推力；(4) 要便于安装。2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.1 平台柱的柱网布置柱网布置原则： （1）按使用空间要求； （2）考虑标准化及建筑模数要求； （3）考虑综合经济指标的合理。600040001BA4000DC4000600060006000234柱间支撑6000562.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.2 平台柱的柱间支撑柱间支撑设计的原则： （1）用双向柱间支撑抵抗水平力；（柱按轴压设计） （2）支撑布置在柱列中部以减小温度效应； （3）支撑常按柔性交叉设计，常用角钢或槽钢制成，按拉杆设计。2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.3 实腹柱设计1、 设计原则（1）选择回转半径

16、相对较大的对称截面，提高柱的整体稳定和刚度；（2）两个主轴方向的长细比尽可能接近，提高经济性；（3）便于连接；（4）构造简便，制造省工；（5）尽可能选用可直接采购的型材，如H型、钢管及圆管、方管。yxa)xxxxf)e)yg)yyyyb)yyyc)d)yyxxxxxyxxyyxx2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.3 实腹柱设计1、 截面选择1）确定钢材的标号、压力设计值、计算长度以及截面形式3）确定截面尺寸2）假定长细比，查稳定系数，并算出回转半径。b）利用附表E-10中截面回转半径和轮廓尺寸的近似关系， 确定截面的高度h和宽度b，并使板件满足局部稳定的要求。c）根据等稳定条件，便于加工和

17、板件稳定的要求确定截面各部分的尺寸。板件的宽厚比限值应满足要求。a）根据整体稳定的要求算出所需截面积NAfx1y2hibi和0y0 xxy, llii强度公式：minNAfnN Af3、实腹柱的整体稳定验算2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.3 实腹柱设计2、 实腹柱的截面强度、刚度验算刚度公式： 0maxmaxli2.3 平台柱与柱间支撑设计 btwtth0twb(a)(b)(c)btwwt0th0th0t0wy40 235htf箱形截面腹板：钢管：y235100Dtfh0tth0h0bbtwtw(a)(b)(c)(d)b0wttwttDtt当小于30时，取30；当大于100时，取100。

18、0235(250.5 )wyhtf工字形截面腹板：1y100.1235/bft工字形截面翼缘：btwtth0twb(a)(b)(c)btwwt0th0th0tb14、实腹柱的局部稳定验算2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.4 格构柱设计1、格构柱的设计步骤：(1) 按对实轴整体稳定性要求选择单肢截面。a）假定长细比 ，一般在5090范围内。根据y及钢号和截面分类查得 值，计算iy，按下式计算所需的截面面积A。c）按所选实际截面验算绕实轴的整体稳定性和刚度y/()ANfb）按iy和A/2选择单肢截面； a）根据等稳定条件0 x = y （ x为虚轴，y为实轴）确定x。对缀条柱先假定A1x，对缀

19、板柱先假定1。(2) 确定两肢间距并验算绕虚轴的整体稳定性和刚度。b）由x求ix=l0 x/ xc）由回转半径与截面高度的近似关系，求出柱肢间距h。2xy1x27AA20 xxy1x27AA缀条柱：220 xx1y缀板柱：22xy12.3 平台柱与柱间支撑设计 1111l ii， 为分肢弱轴的回转半径柱 脚yyxxx11柱 脚( 实 轴 )xxy1y( 虚 轴 )( 虚 轴 )y1x( 实 轴 )y柱 头柱 身柱 身ll缀 板l = l缀条柱 头l1ll11l为：在焊接时，为相邻两缀板的净距离，螺栓连接时，为相邻两缀板边缘螺栓的距离yxxxxxxyyyyycyhh=chc0y0111111bb

20、by0y0a2.3 平台柱与柱间支撑设计 （3）单肢稳定验算和缀材设计d）按实选h验算绕虚轴的整体稳定性和刚度。yxxxxxxyyyyycyhh=chc0y0111111bbby0y0aaa截面宽度h为10mm的倍数。两分肢翼缘间的净空应大于100mm（4）强度验算（螺栓连接情况）。 max构件两方向长细比0 x 和 y的较大值；缀条构件：max17 .0缀板构件：405 . 01max1且当 max50时，取 max=502.3 平台柱与柱间支撑设计 111/()NAf为保证单肢稳定不低于柱的整体稳定2.3 平台柱与柱间支撑设计 2、缀条设计和缀板设计y85235fAfV 轴心受压柱的剪力：

21、 通过被撑构件截面剪心的支撑构件内力：a）长度为l的单根柱设置一道支撑时，支撑力Fb1：当支撑杆位于柱高度中央时：601bNF当支撑杆位于距柱端 处时：b12401NFlN为被撑构件的最大轴向力b）长度为l的单根柱设置m道等间距支撑时，各支撑点的的支撑力Fbm：bm301FNm（1）剪力计算：NFb1lN1N2N3N4c） 被撑构件为多根柱组成的柱列，在柱高度中央附近设置一道支撑 时，支撑力Fbn：bn0.40.660iNFniNn被撑柱同时存在的轴心压力设计值之和；柱列中被撑柱的根数。d） 当支撑同时承担结构上其他作用的效应时，其相应的轴力可不与 支撑力相叠加。2.3 平台柱与柱间支撑设计

22、2.3 平台柱与柱间支撑设计 （2）缀条计算：btcosVNn式中： Vb 分配到一个缀条面上的剪力； 斜缀条夹角，3060； n承受剪力的斜缀条数。b2VV 一个斜缀条的内力 Nt为 ： 缀条的内力 Nd1V1V1VbVbNt Nd1V1V1VbVbNt 缀条按轴心受压构件设计。缀条采用单角钢时，应考虑受力偏心的不利影响，引入折减系数 0，并按下式计算整体稳定。t0tNfA00000.60.00151.00.50.00251.00.702020折减系数等边角钢： ，但不大于短边相连的不等边角钢： ，但不大于长边相连的不等边角钢：， 按最小回转半径计算的长细比，时取。 计算缀条强度及缀条与柱肢

23、的连接时，强度设计值的折减系数采用0.85。横缀条不受剪力，主要用来减小分肢的计算长度，截面尺寸与斜缀条相同。2.3 平台柱与柱间支撑设计 （3）缀板计算：V /2V /2aV /2V /2Ta/2a/2Tc/2cV /2V /2式中： a 缀板中心线间的距离； c 肢件轴线间的距离。 1TV a c12MV ayxxxxxxyyyyycyhh=chc0y0111111bbby0y0c和6mm（c为肢间距，如图示），一般可满足上述线刚度比、受力和连接等要求 。2 /3hbc/40tc取缀板的宽度 ，厚度 缀板根据刚度要求确定，规范规定在构件同一截面处缀板的线刚度之和不得小于分肢的线刚度的6倍。

24、2.3 平台柱与柱间支撑设计 TMlw 为了增强杆件的整体刚度，保证杆件截面的形状不变，杆件除在受有较大的水平力处设置横膈外，尚应在运输单元的端部设置横膈，横膈的间距不得大于柱截面较大宽度的9倍和不得大于8m。横膈可用钢板或角钢做成。 格构式构件的横隔钢板横隔横缀条横缀条角钢横隔(a)(b)2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.4.5 柱头与柱脚1、柱头设计要求 （1）满足各传力步骤的强度要求； （2）应尽可能减小偏心 ；（3）为施工留有调节余地。上部荷载传给柱，需要柱头，柱将荷载传给基础，需要柱脚。柱头、柱脚的设计包括构造设计传力过程分析各部分与连接的计算柱顶支承梁

25、的构造形式梁支承加劲肋对准柱翼缘的连接2、柱头分类 (1) 顶接（用于单层结构） 梁的支承加劲肋对准柱的腹板 梁的支承加劲肋对准柱的翼缘（两梁反力不等时有偏心） (2) 侧接（用于多层结构，柱连续） 接于柱翼缘 接于柱腹板2.3 平台柱与柱间支撑设计 3、顶接柱头传力分析N垫板垫板顶面承压顶板垫板底面承压加劲肋顶面承压柱腹板加劲肋或水平焊缝柱身竖向焊缝（1）实腹柱 计算按传力过程的顺序进行。 设计梁时，梁端突缘做过承压计算，垫板、顶板面积大于突缘面积，故不必计算。 加劲肋与柱腹板的竖向焊缝连接要按同时传递剪力和弯矩计算，因此加劲肋要有足够的长度，以满足焊缝强度和应力均匀扩散的要求。加劲肋与顶板

26、的水平焊缝连接应按传力需要计算。3、顶接柱头传力分析（1）格构柱N垫板垫板顶面承压顶板垫板底面承压加劲肋顶面承压柱端加劲肋或水平焊缝柱端缀板竖向焊缝柱身竖向焊缝2.3 平台柱与柱间支撑设计 4、侧接柱头用于当梁的支座反力不大时用于当梁的支座反力较大时。承托一般用厚钢板制作，有时为了安装方便，也可采用加劲后的角钢。承托的厚度应比梁端突缘板的厚度大1012mm，承托的宽度应比梁端突缘板的宽度大10mm。用于两相邻梁反力相差较大时，梁的反力通过柱的腹板传递，柱仍接近轴心受力状态。2.3 平台柱与柱间支撑设计 5、柱脚的形式 （1）直承式：柱脚端部铣平，压在底板上，焊接（2）靴梁式：柱与靴梁焊、靴梁再

27、与底板焊，扩散压力2.3 平台柱与柱间支撑设计 6、柱脚的设计要求 （1）底板大小要满足基础砼的抗压强度及边缘构造要求；（2）底板厚度要满足双向板（四边或三边支承）的抗弯要求；（3）靴梁要满足抗弯要求；（4）靴梁和柱、靴梁和底板的焊缝连接要满足强度要求；（5）柱脚设计要便于靴梁焊接；（6）底板与基础顶面的摩擦力抵抗柱间支撑之水平分力，锚栓 不受剪，摩擦系数为0.4（7）锚栓与锚栓孔设计要考虑安装余地。2.3 平台柱与柱间支撑设计 2.3 平台柱与柱间支撑设计 7、柱脚设计 轴心受压柱的柱脚设计成铰接。 混凝土的抗压强度低，在柱下设面积较大的底板把荷载分布到较大面积的混凝土上，柱四周底板悬臂，受力较大，设靴梁加强底板。 设锚栓固定柱子。靴梁和柱之间，只考虑外侧四条角焊缝，柱身槽钢内侧和靴梁间的焊缝为构造焊缝。 柱身和底板之间用构造焊缝相连。柱身内部靴梁和底板间的焊缝为构造焊缝。 柱脚由底板、靴梁、锚栓组成，锚栓的作用仅是固定柱脚的位置。Bca1cLbab1ttBca1cLbab1tt2.3 平台柱与柱间支撑设计 （1）传力分析N靴梁竖向角焊缝底板水平角焊缝混凝土抗压混凝土基础（2）底板尺寸确定 底板的平面尺寸取决于基础材料的抗压能力，假设基础对底板的压应力是均匀分布的，则底板的面积：0cNALBAf2