2平台钢结构设计ppt课件

1、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,）构成：板、次梁、主梁、柱、支撑；,）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,）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23m） 主

2、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

3、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,15,1、梁的抗弯强度,在Mx作用下,在Mx和My作用下,Mx、My - 绕x轴和y轴的弯矩,Wnx、Wny - 对x轴和y轴的净截面模量,x、y - 截面塑性发展系数, 工字截面x=1.05,y=1.2 动力荷载作用 x=y=1.0,时，工字截面x=1.0,当,16,截面塑性发展系数x、

4、y值,17,截面塑性发展系数x、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；,tw 腹板厚度；,fv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；,腹板剪应力,19,3、梁的局部承压强度,lz 腹板的假定压力分布长度,F 集中荷载(动荷考虑动力系数)；, 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 lz = a+5hy+2hR,梁 端 lz = a+2.5hy+a1,hR 轨道高度,hy 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 lz = a+

5、2.5hy+a1,21,梁中部 lz = a+5hy+2hR,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,、c 、腹板根部同一点处同时产生的应力， 、c 拉为正，压为负,1 ： 、c 同号取1.1， 异号取1.2,t1,b,复杂应力,23,梁的刚度,Vv,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,Ix - 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

6、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 l1/b1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/b06， 且l1/b095(235/fy)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l1/b1值,箱形截面,25,梁的整体稳定计算方法,Mx绕强轴作用的最大弯矩；,Wx毛截面模量；,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。,3 选择型钢号,查几何特征值,进行必要的验算

7、。,1 计算M、V，确定钢材种类（ f ）,2 计算Wnx或Wx,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,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,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

8、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,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M1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,S1-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

9、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：, 加大腹板厚度 不经济 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

10、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,(2),按计算设置横肋,(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,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：,腹板边缘的弯曲压应力,由区格内的平均弯矩计算；,腹板平均剪应力,=V/(hwtw )；,临界应力。, 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：,c,h,(,),=,时，,当,=,时，,当,时，,当,作为参数：,=,的表达式，以

11、,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,(,),/,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,应力形式,44,应力形式,(,

12、),/,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,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h1：,h1,h2,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：,1,h,应力形式,(,),=,时，,当,=,时，,当,时，,当,作为参数：,=,的表达式，以,b1,cr1,b1,b1,cr1,b

13、1,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,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,48,腹板区格I的高度,

14、其他情况时：,1,h,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,c1,49, 纵向加劲肋边缘的弯曲压应力；, 纵向加劲肋边缘的局部压应力， =0.3 ；,c2,腹板平均剪应力；,(2)II 区格，高为h2 ：,2,c,c2,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,应力

15、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,b2,51,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

16、,t,l,t,=,时，,当,=,时，,当,=,时，,当,作为参数：,=,的表达式,以,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

17、,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,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,腹板边缘的弯曲压应力,由区格内的平均弯矩计算；,腹板平均剪应力, =V/(hwtw )；,区格,肋之间设有短加劲肋的,在受压翼缘与纵向加劲,）,1,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：,1,h,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,b1,cr1,b1,b1,cr1,b1,cr1,b1,cr1,y

18、,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,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,56,235,/,5,.,0

19、,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

20、,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,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。,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,（2）横向加劲肋间距,（3）腹板同时设横肋和纵肋，相交处切断纵肋, 横肋连续,（单侧增加20%）,y,加劲肋构造,59,（4）加劲肋的刚度,横向：,纵向：,y,加劲肋构造,60,（6）横向加劲肋切角,（7）直接

21、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。,（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+2c,计算长度：h0,F-集中荷载或支座反力,稳定系数 由 = h0/iz 按b类查表,iz 绕z轴的回转半径,支承加劲肋,62,2.端面承压强度,Ace端面承压面积,fce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,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

22、。,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,例1图,例1图梁截面,64, 内力计算,例1图,65,例1图,例1图梁截面,66,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,切角3050,例1图,71,例1图,72,例1图,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

23、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,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/mm2(有包括次梁自重)，活荷载标准值为12kN

24、/mm2(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,=,=,=,=,

25、=,=,j,j,j,90,(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,=,+,+,=,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

26、,HN3001506.59,x,/,0.37,490,3,=,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,vT,1,vQ,EIx,q,vT,=,=,=,=,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,=,=,j,情况2、选择截面,cm,i,y,3.93,4,=,选,HN350175711,cm,A,63.66,2,=,93,h

27、,l1 t1,1,0.898,350,175,11,5000,=,=,=,b,b=0.807,83,.,0,0.83,282,.,0,07,.,1,282,.,0,07,.,1,=,-,=,-,=,b,b,j,j,94,刚度验算,整体稳定,95,96,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Wnx或Wx,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,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Wnx或Wx,组合截面梁的设计,2、验算梁的局部稳定,1、腹板

28、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,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,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,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,S1-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,(2),按计算设置横肋,(3