《鋼結(jié)構(gòu)》之型鋼梁與組合梁的設(shè)計(jì)

《鋼結(jié)構(gòu)》網(wǎng)上輔導(dǎo)材料六型鋼梁和組合梁的設(shè)計(jì)一、考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的組合梁設(shè)計(jì)腹板受壓屈曲和受剪屈曲后都存在繼續(xù)承載的能力，稱為屈曲后強(qiáng)度。承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合梁，宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，則腹板高厚比達(dá)到250時(shí)也不必設(shè)置縱向加勁肋。1．受剪腹板的極限承載力腹板極限剪力設(shè)計(jì)值Vu應(yīng)按下列公式計(jì)算：當(dāng)時(shí)（1a）當(dāng)時(shí)（1b）當(dāng)時(shí)（1c）式中s──用于腹板受剪計(jì)算時(shí)的通用高厚比。2．受彎腹板的極限承載力腹板高厚比較大而不設(shè)縱向加勁肋時(shí)，在彎矩作用下腹板的受壓區(qū)可能屈曲。屈曲后的彎矩還可繼續(xù)增大，但受壓區(qū)的應(yīng)力分布不再是線性的，其邊緣應(yīng)力達(dá)到時(shí)即認(rèn)為達(dá)到承載力的極限。圖1受彎矩時(shí)腹板的有效寬度假定腹板受壓區(qū)有效高度為hc，等分在hc的兩端，中部則扣去（1-）hc的高度，梁的中和軸也有下降。為計(jì)算簡(jiǎn)便，假定腹板受拉區(qū)與受壓區(qū)同樣扣去此高度，這樣中和軸可不變動(dòng)。梁截面慣性矩為（忽略孔洞繞本身軸慣性矩）（2）梁截面模量折減系數(shù)為奮懷哲曠軟（3）顧腹板受壓區(qū)磚有效高度系宗數(shù)懸按下列原則芝確定：嚷當(dāng)謀時(shí)便圣貧=1.0岔市奧寇隆幣茂柜霞鞏（4a）稼當(dāng)號(hào)時(shí)前復(fù)倍供泊慢（4b）狂當(dāng)算時(shí)售算綱船呈靜挎蝕（繭4c）對(duì)梁的抗彎承嚷載力設(shè)計(jì)值涉為懲惜極凍穗厘患舍鞏筑沫（5）牌以上式中的辭梁截面模量扎W片x撲和截面慣性糊矩I暑x茄以及腹板受偶?jí)簠^(qū)高度均淺按截面全部牢有效計(jì)算。輩3．彎矩和樂剪力共同作狹用下梁的極緩限承載力蚊宅圖2彎矩朗與剪力相關(guān)礦曲線醒梁腹板同時(shí)俱承受彎矩和堡剪力的共同皮作用，承載修力采用彎矩綁M寸和剪力脾V露的相關(guān)關(guān)系立曲線確定。塊約假定彎矩不蝴超過翼緣所穩(wěn)提供的彎矩逐時(shí)，腹板不唇參與承擔(dān)彎拔矩作用，即蔬在丘的范圍內(nèi)相菌關(guān)關(guān)系為一序水平線，名。搏當(dāng)截面全部訴有效而腹板揉邊緣屈服時(shí)籠，腹板可以晉承受剪應(yīng)力牢的平均值約袋為美左右。對(duì)于斤薄腹板梁，租腹板也同樣羞可以負(fù)擔(dān)剪展力，可偏安稱全地取為僅督承受剪力最條大值壇的0.5倍速，即當(dāng)材時(shí)，取醒。敵看在圖2所示叉相關(guān)曲線A桿點(diǎn)望（懼，1）和B她點(diǎn)葛（1結(jié)，0.5績(jī)）墻之間的曲線濟(jì)可用拋物線唱表達(dá)，由此烏拋物線確定肅的驗(yàn)算式為聽寶破廳歡這樣，在彎縣矩和剪力共塊同作用下梁轉(zhuǎn)的承載力為字當(dāng)暴1寧.0時(shí)脂焦歇章悄委舟醫(yī)絡(luò)擇撞（6a）芬當(dāng)敘時(shí)筐盟新豎滋縱怨尾勾施嗽（6b）銜其他情況啞分特厲降尾糟近（6c）溜昏淹靈吃（7）駝式中貴制M膏，V嶄乏──羅梁的同一截世面處同時(shí)產(chǎn)漢生的彎矩和尾剪力設(shè)計(jì)值示；當(dāng)耳V訊<0.5敲V幸u仆，窯憑奸取笛V縫=0.5復(fù)V盈u狗；當(dāng)損M<M深f飽，尖取宴M=M弦f據(jù)；政接替M篇f當(dāng)量——注梁兩翼緣所鞏承擔(dān)的彎矩賀設(shè)計(jì)值；田盟樹A沈f1耀、捧h桑1呢——爬較大翼緣的熔截面積及其需形心至梁中任和軸的距離僚；氧夢(mèng)A福f2株、喬h膠2除——舉較小翼緣的寇截面積及其證形心至梁中胞和軸的距離足；材壩拋M旋eu蜻，削V茄u捎──閣梁抗彎和抗哥剪承載力設(shè)矩計(jì)值。盡4．考慮腹么板屈曲后強(qiáng)準(zhǔn)度的梁的加裝勁肋的設(shè)計(jì)跪當(dāng)僅配置支啞承加勁肋不嗓能滿足式（蔽6）的要求撇時(shí)，應(yīng)在兩偷側(cè)成對(duì)配置芳中間橫向加焦勁肋。津（1）堡腹板高厚比宰超過議17先0摟（受壓翼緣像扭轉(zhuǎn)受到約披束時(shí)）或卻超過亂150礦（受壓翼緣汪扭轉(zhuǎn)未受到訂約束時(shí)）擾也可只設(shè)置隸橫向加勁肋忽，其間距一皇般采用滔。睬（2）瘦中間橫向加排勁肋梁患腹板在剪力氏作用下屈曲譜后以斜向張本力場(chǎng)的形式射繼續(xù)承受剪崖力，梁的受衛(wèi)力類似桁架猛，張力場(chǎng)的落水平分力在蹲相鄰區(qū)格腹概板之間傳遞管和平衡，而等豎向分力則暢由加勁肋承首擔(dān)，為此，對(duì)橫向加勁肋鴉應(yīng)按軸心壓系桿計(jì)算其在牙腹板平面外想的穩(wěn)定，其灰軸力為新飲止徐屢乘添的瓜認(rèn)動(dòng)朗肅擴(kuò)紗（晃8贊）蝦若中間橫向典加勁肋還承吳受固定集中搬荷載F，則提停毛潔幻睛桌（掙9伶）溜（3）鋒支座加勁肋銹支座加吸勁肋除承受端梁支座反力炕R鋤外，還承受碎張力場(chǎng)斜拉層力的水平分伏力H貌t故。就撿項(xiàng)擺丟袍見魔感淺穗炒（10）排H沈t既的作用點(diǎn)可抱取為距上翼柜緣h叮0百/固4崗處圈（舌圖3a籠）變。垃圖3梁接端構(gòu)造盤爽為了增加抗搏彎能力，還恐應(yīng)在梁外延是的端部加設(shè)彩封頭板?？晒捎孟铝蟹綋Q法之一進(jìn)行豈計(jì)算：令①銅將封頭板與桐支座加勁肋替之間視為豎賢向壓彎構(gòu)件之，簡(jiǎn)支于梁融上下翼緣，秘計(jì)算其強(qiáng)度為和穩(wěn)定；虧②濁將支座加勁陣?yán)甙闯惺苤堊戳的鉛軸心壓桿計(jì)仍算，封頭板忠截面積則不剝小于陡，式中e為叢支座加勁肋愿與封頭板的怎距離；f為戰(zhàn)鋼材強(qiáng)度設(shè)行計(jì)值。辛梁端構(gòu)造還葉有另一方案晃：即縮小支華座加勁肋和惑第一道中間半加勁肋的距出離a國(guó)1盤（圖3b）扎，使范圍內(nèi)態(tài)的辣，此種情況宰的支座加勁收肋就不會(huì)受輸?shù)紿陶t齊的作用。挽二、型鋼梁唱的設(shè)計(jì)粒型鋼梁中應(yīng)顆用最廣泛的其是工字鋼和島H型鋼。飛型鋼梁設(shè)計(jì)淋一般應(yīng)滿足璃強(qiáng)度、整體宅穩(wěn)定和剛度植的要求。型防鋼梁腹板和猾翼緣的寬厚歸比都不太大廁，局部穩(wěn)定畫?？傻玫奖勺C，不需進(jìn)故行驗(yàn)算。調(diào)首先按抗彎毛強(qiáng)度（當(dāng)梁橡的整體穩(wěn)定塘有保證時(shí)）協(xié)求出需要的藍(lán)截面模量怕敗鞭晃芬（11化）抬諷由截面模量嗽選擇合適的損型鋼，然后養(yǎng)驗(yàn)算其他項(xiàng)奸目。由于型余鋼截面的翼唇緣和腹板厚擁度較大，不臘必驗(yàn)算局部定穩(wěn)定；端部膏無大的削弱私時(shí)，也不必飼驗(yàn)算剪應(yīng)力弦。而局部壓狀應(yīng)力也只在碰有較大集中安荷載或支座瓶反力處才驗(yàn)憐算。當(dāng)三、梁的拼僅接和連接承1．梁的拼聰接剪脆梁的拼接分瓦為工廠拼接移和工地拼接算兩種。由于緒鋼材規(guī)格和到現(xiàn)有鋼材尺賤寸的限制，截必須將鋼材慕接長(zhǎng)，這種乞拼接常在工次廠中進(jìn)行，朗稱為工廠拼鮮接。由于運(yùn)贈(zèng)輸或安裝條爸件的限制，填梁必須分段急運(yùn)輸，然后罩在工地進(jìn)行于拼裝連接，圓稱為工地拼津接。蛋話型鋼梁的拼的接可采用對(duì)飽接焊縫連接傍（著圖4a記）堪，但由于翼梯緣與腹板連弱接處不易焊岔透，故有時(shí)者采用拼接板跌拼接驗(yàn)（涂圖4b亭）權(quán)。拼接位置券均宜設(shè)在彎揮矩較小處。撓圖4型絞鋼梁的拼接鞭焊接組合梁家的工廠拼接涂，翼緣和腹株板的拼接位多置最好錯(cuò)開墓并用直對(duì)接羅焊縫相連。齡腹板的拼接紅焊縫與橫向代加勁肋之間機(jī)至少應(yīng)相距狗10楊（箏圖5采）菠。對(duì)接焊縫啄施焊時(shí)宜加勺引弧板，并悔采用一級(jí)或獎(jiǎng)二級(jí)焊縫，馬這樣焊縫可哨與主體金屬寬等強(qiáng)。轟鏈圖5組吳合梁的工廠咬拼接肥梁的工地拼繞接應(yīng)使翼緣門和腹板基本帝上在同一截秘面處斷開，燭以便分段運(yùn)辯輸。高大的侄梁在工地施研焊時(shí)應(yīng)將上塘、下翼緣的毀拼接邊緣均頌做成向上開儀口的調(diào)V顫形坡口，以干便俯焊永（遺圖6廈）辛。有時(shí)將翼原緣和腹板的則接頭略為錯(cuò)食開一些貪（踏圖6b被）旬。田純蠢竟圖6什組合梁的憤工地拼接搏條洲造圖露7采用菠高強(qiáng)度螺栓塘的工地拼接支較重要或受秒動(dòng)力荷載的劍大型梁，其概工地拼接宜巖采用高強(qiáng)度緒螺栓爐（張圖7絮）蛙。曾當(dāng)梁拼接處貞的對(duì)接焊縫脖采用三級(jí)焊捐縫時(shí)，應(yīng)對(duì)宇受拉區(qū)翼緣硬焊縫進(jìn)行驗(yàn)速算。對(duì)用拼庸接板的接頭綠，應(yīng)按下列撐規(guī)定的內(nèi)力委進(jìn)行計(jì)算的經(jīng)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)勾算：翼緣拼閣接板及其連猾接所承受的零內(nèi)力王為翼緣板的頁(yè)最大承載力攪頃在損彼誦催腥勻（12）被式中嶺錘——梅被拼接的翼浙緣板凈截面緒積。扶漿腹板拼接板池及其連接，貢主要承受梁饒截面上的全但部剪力未V坦，以及按剛呢度分配到腹頌板上的彎矩張，式中穗為腹板截面奉慣性矩；區(qū)I爐為整個(gè)梁截彎面的慣性矩畏。卻赴2．次梁與娛主梁的連接盤補(bǔ)次梁與主梁涼的連接型式樣有疊接和平毀接兩種。匠攀疊接將次梁濕直接擱在主鄙梁上面，用胖螺栓或焊縫允連接，構(gòu)造池簡(jiǎn)單，但需但要的結(jié)構(gòu)高逗度大，其使幻用常受到限度制。圖8a加是次梁為簡(jiǎn)擁支梁時(shí)與主丑梁連接的構(gòu)銅造，而圖8絕b是次梁為弊連續(xù)梁時(shí)與佳主梁連接的鑼構(gòu)造示例。吼如次梁截面偶較大時(shí)，應(yīng)陶另采取構(gòu)造遍措施防止支壯承處截面的菊扭轉(zhuǎn)。顛圖8次已梁與主梁的損疊接雨平接奧（惠圖9獲）放是使次梁頂拿面與主梁相祝平或略高、爬略低于主梁乒頂面，從側(cè)特面與主梁的紡加勁肋或在機(jī)腹板上專沒俊的短角鋼或櫻支托相連接述。圖9a、菠b、c是次毒梁為簡(jiǎn)支梁永時(shí)與主梁連縫接的構(gòu)造，脆圖8d是次曲梁為連續(xù)梁死時(shí)與主梁連柜接的構(gòu)造。訊平接雖構(gòu)造暖復(fù)雜，但可愈降低結(jié)構(gòu)高喪度，在實(shí)際澆工程中應(yīng)用顆較廣泛。麥常圖9次務(wù)梁與主梁的嫂平接陪四、組合梁庫(kù)的設(shè)計(jì)脅1．截面選甚擇箏組合梁截面躬應(yīng)滿足強(qiáng)度業(yè)、整體穩(wěn)定肯、局部穩(wěn)定靠和剛度的要榴求。設(shè)計(jì)組徑合梁時(shí)，首惹先需要初步批估計(jì)梁的截關(guān)面高度、腹禽板厚度和翼殼緣尺寸。矩（1）梁的錦截面高度派藏確定梁的截突面高度應(yīng)考丹慮建筑高度帖、剛度和經(jīng)晨濟(jì)三個(gè)方面挑的要求。.象建鞋筑高度是指里梁的底面到綢鋪板頂面之尊間的高度，約通常由生產(chǎn)煉工藝和使用譯要求決定。量確定了建筑哀高度也就確抵定了梁的最災(zāi)大高度看。銅樹剛灶度要求確定劈了梁的最小蝶高度頂。剛度條件飲要求梁在全樣部荷載標(biāo)準(zhǔn)磚值作用下的散撓度湖v處不大于容許縮撓度捧。徒梁的經(jīng)濟(jì)高榴度，梁用鋼霸量最少的高浮度。經(jīng)驗(yàn)公明式為腰腹直獅炕障（13）捏式中蓬的單位為m足m蟲3練，倒桃的單位為m作m。枝實(shí)杜際采用的梁虜高，應(yīng)介于杯建筑高度和合最小高度之珍間，并接近盲經(jīng)濟(jì)高度。葉梁的腹板高條度炮可稍小于梁圓的高度，一俘般取腹板高剩度先為50mm桃的倍數(shù)。蔽馳暖（2）腹板寨厚度軋腹過板厚度應(yīng)滿遷足抗剪強(qiáng)度謝的要求。初許選截面時(shí)，埋可近似的假形定最大剪應(yīng)六力為腹板平轟均剪應(yīng)力的扮1.2倍，祖根據(jù)腹板的槍抗剪強(qiáng)度計(jì)劃算公式裝非腫飼舌祝努聾凈外（14）范由慢式（14）盈確定的繡值往往偏小聽。為了考慮區(qū)局部穩(wěn)定和津構(gòu)造等因素架，腹板厚度血一般用下列布經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)丈行估算兩電蹤郊挖厘精氣楊（您15）添式（15）字中，緊和似的單位均為蜜mm。實(shí)際客采用的腹板談厚度應(yīng)考慮貸鋼板的現(xiàn)有問規(guī)格，一般當(dāng)為2mm的宣倍數(shù)。對(duì)于獨(dú)非吊車梁，殖腹板厚度取首值宜比式（筐15）的計(jì)偶算值略??；飼對(duì)考慮腹板歷屈曲后強(qiáng)度澆的梁，腹板瞞厚度可更小辰，但腹板高瓜厚比不宜超努過250助。宵（3）翼緣自尺寸質(zhì)只圖10組季合梁截面騎已知腹板尺辱寸，可求得谷需要的翼緣駕截面積壤。啄可已知越便由桐此得每個(gè)翼?yè)?dān)緣的面積芝慌灶坑修近船似取疑，則翼緣面鑄積為叔矛閱本邁性臉蔬這（悲16）書翼緣板的緒寬度通常為錫＝售（1公/6~叨l亦/2.5民）的h蔥，厚度需t音＝處/傅。翼緣板常么用單層板做綱成，當(dāng)厚度悟過大時(shí)，可鑒采用雙層板裂。幕為確定翼緣板矮的尺寸時(shí)，守應(yīng)注意滿足誕局部穩(wěn)定要購(gòu)求，使受壓涼翼緣的外伸煮寬度企b學(xué)與其厚度袋t帽之比注b啦/紙t猴≤蹄15絞（艦彈性設(shè)計(jì)掌）柱或13停（遞考慮塑性發(fā)矛展疫）芝。選擇翼緣已尺寸時(shí)，同妥樣應(yīng)符合鋼彈板規(guī)格，寬帽度取恥10mm仰的倍數(shù)，厚城度取拼2mm漂的倍數(shù)。軟2．截面驗(yàn)怖算澤償根據(jù)初選的魚截面尺寸，領(lǐng)求出截面的容幾何特性，鬧然后進(jìn)行驗(yàn)飼算。梁的截田面驗(yàn)算包括說強(qiáng)度、剛度亂、整體穩(wěn)定食和局部穩(wěn)定旦四個(gè)方面。蛇障3．組合梁休截面沿長(zhǎng)度屆的改變究挑梁的彎矩是今沿梁的長(zhǎng)度純變化的，因致此，梁的截杏面如能隨彎若矩的變化而略變化，則可遞節(jié)約鋼材。拿對(duì)跨度較小鞠的梁，加工餓量的增加，伙不宜改變截挑面。為了便癥于制造，一午般只改變一杜次截面。驚旗職單層翼緣板計(jì)的焊接梁改卷變截面時(shí)，己宜改變翼緣徒板的寬度綢（載圖11皆）咬而不改變其模厚度。輪圖11六梁翼緣寬度敬的改變?nèi)魧?duì)承受均布許荷載的梁，遍截面改變位層置在距支座轎l盞/酒6麻處最有利。誼較窄翼緣板朽寬度災(zāi)應(yīng)由截面開燦始改變處的公彎矩拼確定。為了躍減少應(yīng)力集畝中，寬板應(yīng)敲從截面開始擺改變處向一映側(cè)以不大于脅1豆∶開2.5（動(dòng)鉆力荷載時(shí)1穗∶購(gòu)4）的斜度持放坡，然后陪與窄板對(duì)接盆。多層翼緣隙板的梁，可陵用切斷外層叮板的辦法來臣改變梁的截駕面本（掏圖12駛）弊。理論切斷肚點(diǎn)的位置可鄙由計(jì)算確定模。為了保證身被切斷的翼嶄緣板在理論佩切斷處能正產(chǎn)常參加工作際，其外伸長(zhǎng)撤度忘應(yīng)滿足下列傭要求：嫩壘端部有正面途角焊縫：苗旺當(dāng)捉≥青0.框75謝時(shí)，索貫≥泉彼（救17a）土當(dāng)震＜0.溉75當(dāng)時(shí)，天否≥盒1部.杰5飛撓（1暗7b）昨菌端部無正面定角焊縫蟲打≥謠2讓搬（1邊8）堂和纖分別為被切幕斷翼緣板的角寬度和厚度聯(lián)；除為側(cè)面角焊乓縫和正面角模焊縫的焊腳維尺寸。塞容為了降低梁傳的建筑高度企，簡(jiǎn)支梁可哀以在靠近支霸座處減小其雖高度，而使蓮翼緣截面保朋持不變的（渠圖13假）咱其中圖13紗a構(gòu)造簡(jiǎn)單仔制作方便。輕梁端部高度防應(yīng)根據(jù)抗剪稼強(qiáng)度要求確熱定，但不宜耳小于跨中高散度的兵1表/嬌2膨。往圖12繭翼緣板的切碎斷棕蒙姜奴圖13捎變高度梁接4．廢焊接組合梁藍(lán)翼緣焊縫的政計(jì)算焦萍當(dāng)梁彎曲時(shí)脅，由于相鄰爭(zhēng)截面中作用怖在翼緣截面那的彎曲正應(yīng)這力有差值，較翼緣與腹板眠間將產(chǎn)生水聰平剪應(yīng)力撐（頭圖14坐）糖。沿梁?jiǎn)挝粴w長(zhǎng)度的水平搞剪力為短污約爬培圖14涂翼緣焊縫的盲水平剪力片當(dāng)腹板與翼矩緣板用角焊銀縫連接時(shí)，弓角焊縫有效英截面上承受壯的剪應(yīng)力笛不應(yīng)超過角晌焊縫強(qiáng)度設(shè)朗計(jì)值萌歐槐信需要的焊腳潔尺寸為：茂焰贊玉麥護(hù)治湊侮（19）連當(dāng)梁的翼緣頭上受有固定簡(jiǎn)集中荷