5梁的设计

第5章梁的设计基本要求：1.熟悉梁的类型和梁格布置。2.掌屋梁的设计、腹板加劲肋的布置和设计。3.了解实腹梁的设计构造§5．1梁的类型及梁格布置5.1.1梁的类型梁——承受横向荷载的受弯实腹式构件。格构式梁——桁架搂盖梁平台梁按功能分：吊车梁檩条墙架梁等按弯曲变形状况分：单向弯曲构件——构件在一个主轴平面内受弯；双向弯曲构件——构件在二个主轴平面内受弯。按支承条件分：简支梁、连续梁、悬臂梁按制作方法分：型钢梁、组合（截面）梁传力系统：荷载→楼板→（次梁）→主梁→柱→基础。次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受集中荷载。5.1.2梁格布置梁格是由许多梁排列而成的平面体系。例如楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙，最后传给基础和地基。根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式①简式梁格——只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；②普通式梁格——有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；③复式梁格——除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。梁的截面形式热轧型钢梁(a)焊接组合截面梁(b)冷弯薄壁型钢梁(c)空腹式截面梁(d)组合梁(e)特点：截面开展，力学性能好。须注意板件局部失稳5.1.3主次梁的连接主次梁的连接可以是叠接、平接或降低连接。叠接是次梁直接放在主梁或其他次梁上，用焊缝或螺栓固顶。连接方法简单方便，但建筑高度大，使用受到限制。平接又称等高连接，次梁与主梁上翼缘位于同一平面其上铺板。该方法允许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。降低连接用于复式梁格中，纵向次梁在低于主梁上翼缘的水平处与主梁相连，纵向次梁上叠放横向次梁，铺板位于主梁之上。该方法允许在给定的楼板建筑高度dh里增大主梁的高度。§5.2梁的设计一般说来，梁的设计步骤通常是先根据强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算。如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一些有效的措施予以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。5.2.1梁的截面选择1.型钢梁截面只需根据计算所得到的梁中最大弯矩按下列公式求出需要的净截面模量，然后在型钢规格表中选择截面模量接近的Wnx的型钢做为试选截面。Mx——梁截面内绕x轴的最大弯矩设计值；Wnx——截面对x轴的净截面模量；x——截面对x轴的有限塑性发展系数；f——钢材抗弯设计强度；使其抵抗矩不小于计算所需值的95%即可验算梁的弯曲应力，局部压应力，整体稳定和刚度。一般型钢梁可不验算折算应力，也可不验算剪应力。2.组合梁截面的选择梁的内力较大时，需采用组合梁。常用的形式为由三块钢板焊成的工字形截面。组合梁的截面选择设计包括：确定截面高度、腹板尺寸和翼缘尺寸。初选截面截面验算fMWxxnx1）截面高度最大高度hmax满足建筑设计或工艺设备的净空要求；最小高度hmin刚度要求，根据容许挠度查表；经济高度he满足使用要求的前提下使梁的总用钢量为最小1．截面高度的确定（1）最大高度maxh：由于工艺及设备等对空间的要求；（2）最小高度minh：EhlhEWMlEIMlv245)2(4854852x2x2≤][v1.3f][31.25minvlEflh从中所确定的minh为最小高度；（3）经济高度：fMWxxn能达到这一目的截面可能有多种形式，可以高而窄，也可以矮而宽，从而有：wnxxtWkhe——经验公式wt——先假定后调整k——因数，不变截面焊接梁为1.2，不变截面的焊接吊车梁为1.35。x——静力（间接动力），按规范取，（如工字形截面：1.05），动荷x=1.0这样，minh≤h≤maxh，并且尽量满足ehh2．腹板尺寸：当h确定后，h0也就基本定了。根据梁端最大剪力确定腹板厚度wt（翼缘不参加工作）。受力：v0maxw11.5fhVtwAwtAfhhhw1b1t经济：mm73w21000ht（当h＞1米时）局部稳定：w3t≥1700h，tw通常取8～22mm，2mm的倍数。3．翼缘：fMWxxnx20f30wwnxx)2(21212htbIhtIhWI20wx)(2hIItb一般hb)51~31(，且要求t≥23530yfb（局部稳定要求）。考虑钢板规格即可确定翼缘尺寸。翼缘宽度取10mm的倍数，厚度取2mm的倍数。5.2.2截面验算1.强度验算：包括正应力、剪应力、局部压应力验算，对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的折算应力。2.刚度验算：≤[]——标准荷载下梁的最大挠度[]——受弯构件的挠度限值，按附表2.1规定采用fWMxxx(1)正应力(2)剪应力vxxyftISV(3)局部压应力cwzFftl(4)折算应力fcc12223ywwfthmmt23525060且梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。3.整体稳定验算：(1)判断梁是否需要进行整体稳定验算。(2)如需要则按照梁的截面类型选择适当的计算公式计算整体稳定系数。(3)不论哪种情况算得的稳定系数大于0.6，都应采用修正公式进行修正。(4)采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。4.局部稳定验算：(1)型钢梁的局部稳定都已经满足要求不必再验算。(2)对于焊接组合梁，翼缘可以通过限制板件宽厚比保证其不发生局部失稳。(3)腹板则较为复杂，一种方法是通过设置加劲肋的方法保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板发生局部失稳，利用其屈曲后承载力§5.3腹板加劲肋的布置和设计横向加劲肋的间距a应满足下列构造要求：0.5hw≤a≤2hw，无局部压应力均布荷载下等截面简支梁x2xx2xx4104853845EIlMEIlMEIql集中荷载下等截面简支梁x2xx31248EIlMEIPl0.1282.007.1'bbbxxMfW的梁，当hw/tw≤100时a≤2.5hw；同时设有纵向加劲肋时a≤2h2；纵向加劲肋应布置在距腹板计算高度受压边缘h1=（1/5～1/4）h0范围内。1．加劲肋布置01)41~51(hh，00.5h≤a≤02h吊车轮压较大时，可增设短肋。2．加劲肋计算：sb≥40mm300hst≥15sb（三边简支，一边自由）单面加劲肋：sb≥300hss1.2tt短加劲肋：ss0.71bb同时用横向、纵向肋加强时，横向加劲肋作为纵向加劲肋的支承，惯性矩还应满足：3wssz)2(121tbtI≥3w03th纵向加劲肋的惯性矩应满足：a≥00.85h时，yI≥3w0200))(0.452.5(thhahaa≤00.85h时，yI≥3w01.5th3．支承加劲肋的计算ho/260sb/3(40)sbbsssAce刨平顶紧刨平顶紧刨平≤2tNNttw15tw≤15tw15twtw15tw15tw支承加劲肋a)b)c)NceceAN≤cefceA──加劲肋端的承压面积cef──钢材承压强度设计值当采用角焊缝传力时：wf0.7lhN≤wff加劲肋与腹板间的焊缝或四条或两条，但长度不应超过60fh(40fh──吊车梁)，超过时取60fh(40fh),且＝1.0。加劲肋应按轴心受压构件验算其垂直于腹板方向的整体稳定，截面为十字形截面，取邻近腹板w15t的面积作为计算面积。（2）多层翼缘板，可采用切断外层翼缘板的方法，断点计算确定，做法如图：为了保证，断点处能正常工作，实际断点外伸长度l1应满足：1）端部有正面角焊缝时：当hf≥0.75t1时：l1≥b1当hf0.75t1时：l1≥1.5b12）端部无正面角焊缝时：l1≥2b1b1、t1---外层翼缘板的宽度和厚度；hf--焊脚尺寸。lM1M1l1l15．4．2翼缘与腹板的连接由于弯矩有变化，腹板与翼缘间产生剪应力1，则单位长度上的剪力为：x1w11IVStT＝V——最大力1S——上翼缘毛截面对中和轴的面积矩xI——梁对中和轴的毛截面惯性矩则焊缝应力为：f10.72hT≤wffMVM+ΔMV+ΔVhfσ+Δσσ-Δσσσqhqhfh≥xwf1wf11.40.72IfVSfT若有集中荷载：zwclFtP此时f2212P2T1.4hPT≤wfffh≥2z2x1wf)()(1.41lFIVSf四．梁的拼接1．型钢梁的拼接，一般在l)1/3~1/4(处相拼接，避开最大弯矩截面，这个接头的计算可以简单计算：弯矩的90％由翼缘承担，剪力90％由腹板承担，因而设计接头时，翼缘承受弯矩，腹板承受剪力。2．组合梁的拼接：（1）焊缝不要集中（2）腹板对接焊缝距加劲肋≥w10t拼接处对接焊缝不能与基本金属等强时,受拉翼缘焊缝应计算确定；翼缘拼接板的内力应按下式计算:N1=Afnf，Afn--被拼接翼缘板净截面面积。10横向加劲肋(c)(d)横向加劲肋(a)(b)(e)承托ea/3aRR