同济钢结构课程之 平台钢结构设计

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1、会计学1同济钢结构课程之同济钢结构课程之 平台钢结构设计平台钢结构设计主要内容一、结构布置及结构形式二、平台板的设计三、平台梁的设计四、平台柱网及柱间支撑五、轴压实腹柱设计六、格构柱设计七、柱头柱脚第1页/共49页重点和难点1 合理的结构布置2 平台结构中主要构件梁板柱的设计3 梁板柱与其它相关构件的连接设计第2页/共49页一、结构布置及结构形式一、结构布置及结构形式一、结构布置及结构形式一、结构布置及结构形式第3页/共49页1.1.平台钢结构的构成、传力路线和受力特点平台钢结构的构成、传力路线和受力特点 （1 1）构成：板、次梁、主梁、柱、支撑；）构成：板、次梁、主梁、柱、支撑；（2 2）传

2、力路线：）传力路线：竖向荷载竖向荷载板板次梁次梁主梁主梁柱柱基础基础 水平荷载水平荷载板板次梁次梁主梁主梁支撑支撑/柱柱基础基础 （3 3）受力特点受力特点 竖向荷载为主要荷载；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；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；梁分次梁、主梁，可连续或单跨；柱两端常用铰接，为轴压杆。柱两端常用铰接，为轴压杆。第4页/共49页2.2.平台构件的形式平台构件的形式 （1 1）板板 花纹钢板焊接连接花纹钢板焊接连接 轻型预制钢铺板螺栓连接轻型预制钢铺板螺栓连接 压型钢板钢砼符合板抗剪销连接压型钢板钢砼符合板抗剪销连接第5页/

3、共49页2.2.平台构件的形式平台构件的形式 （2 2）梁梁 次次梁梁一一般般用用型型钢钢，主主梁梁一一般般用用“工工”型型钢钢或或焊焊接接“HH”型钢型钢 支座方式有连续梁叠接合简支梁平接，与柱连接时支座方式有连续梁叠接合简支梁平接，与柱连接时 一般为铰接一般为铰接第6页/共49页2.2.平台构件的形式平台构件的形式 （3 3）柱柱 实腹柱；实腹柱；格构柱。格构柱。第7页/共49页二、平台板的设计1 形式轻型钢板、压型钢板与混凝土组合楼板、钢筋混凝土预制板2、计算单向简支板、四边简支双向板控制值：弯曲强度、挠度第8页/共49页三、平台梁的设计三、平台梁的设计三、平台梁的设计三、平台梁的设计

4、梁的计算1.截面选择2.强度验算3.刚度计算4.梁的整体稳定5.梁的局部稳定6.梁的拼接7.主次梁连接8.主梁支座设计第9页/共49页1.1.截面选择截面选择 （1 1）梁高估算）梁高估算 h h应满足三个条件应满足三个条件 第10页/共49页（2 2）腹板厚度估算）腹板厚度估算 （3 3）翼缘尺寸确定）翼缘尺寸确定 第11页/共49页2.2.强度验算强度验算（1 1）正应力）正应力 单向弯曲：单向弯曲：双向弯曲：双向弯曲：式中式中 相对于相对于 处的对处的对x x轴，轴，y y轴的净截面抗弯模量。轴的净截面抗弯模量。：塑性截面发展系数。对：塑性截面发展系数。对工工型截面：型截面：对箱形截面：

5、对箱形截面：；其他截面查规范，；其他截面查规范，有疲劳荷载者：有疲劳荷载者：第12页/共49页（2 2）剪应力：）剪应力：式中：式中：SS计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积距；计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积距；V V剪力剪力 腹板厚度腹板厚度 I I毛面积惯性距毛面积惯性距 抗剪强度设计值抗剪强度设计值第13页/共49页15（3 3）局部压应力：（有集中荷载，无加劲肋）局部压应力：（有集中荷载，无加劲肋）FF集中荷载（考虑动力系数）集中荷载（考虑动力系数）集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁集中荷载增大系数，对重级工作制吊车梁 =1.35 =1.35。其他。其他 1.01.0；，a=5

6、0mm,a=50mm,梁顶支腹板计算高度之距离，梁顶支腹板计算高度之距离，轨道高度，轨道高度，对无轨梁对无轨梁 =0 =0 第14页/共49页（4 4）折算应力）折算应力 式式中中 、腹腹板板计计算算高高度度边边缘缘同同一一点点上上同同时时产产生生的的正正应应力力，剪剪应应力力和和局局部部压压应应力力。以以拉拉应应力力为为正正，压压应力为负。应力为负。式中：式中：梁净截面惯距；梁净截面惯距；所计算点之中和轴距离所计算点之中和轴距离 强度增大系数：当强度增大系数：当 异号时，异号时，1.21.2，同号或同号或 =0=0时，时，=1.1=1.1 第15页/共49页3.3.刚度计算刚度计算 全部荷载

7、标准值产生的挠度全部荷载标准值产生的挠度 的容许值；的容许值；（减去预拱值）（减去预拱值）可变荷载标准值产生的挠度的容许值。可变荷载标准值产生的挠度的容许值。预拱值一般为恒载预拱值一般为恒载+活载下的挠度值。活载下的挠度值。第16页/共49页4.4.梁的整体稳定梁的整体稳定(1)(1)符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性。上翼缘由连接牢固的铺板，能阻止其侧移时；上翼缘由连接牢固的铺板，能阻止其侧移时；梁受压翼缘的自由长度梁受压翼缘的自由长度 与宽度之比与宽度之比 不超过规定不超过规定时；时；箱形梁高箱形梁高h h与腹板间隔宽度与腹板间隔宽度 之

8、比之比 时，时，且且 ；第17页/共49页(2)(2)不符合上述条件时，则不符合上述条件时，则:在最大刚度平面内受弯时，应满足在最大刚度平面内受弯时，应满足 ；梁的整体稳定系数，按规范定；梁的整体稳定系数，按规范定；在两个主平面内受弯时，在两个主平面内受弯时，H H形截面构件应满足：形截面构件应满足：(3)(3)无论何种情况，均要求梁的支座处应能防止截面扭转。无论何种情况，均要求梁的支座处应能防止截面扭转。第18页/共49页5.5.梁的局部稳定梁的局部稳定 提高梁局部稳定的措施提高梁局部稳定的措施（1 1）增加厚度）增加厚度（2 2）设置加劲肋）设置加劲肋第19页/共49页21 (1)(1)组

9、合梁组合梁翼缘翼缘板的局部稳定应符合下列要求：板的局部稳定应符合下列要求：工字型工字型 箱形箱形 (2)(2)组合梁组合梁腹板腹板的局部稳定的局部稳定 第20页/共49页22 (2)(2)组合组合梁腹梁腹板的局部稳定板的局部稳定 加劲板的配置加劲板的配置 ）当）当 时，当时，当 时宜设构造加劲肋，时宜设构造加劲肋，当当 时，不设加劲肋。时，不设加劲肋。)当当 时，应配横向加劲肋，并时，应配横向加劲肋，并计算横向加劲肋间距和腹板局部稳定性。计算横向加劲肋间距和腹板局部稳定性。第21页/共49页）当当 时时，应应受受压压区区配配纵纵向向加加劲劲肋肋和和横横肋肋加劲肋加劲肋）须满足须满足 ，国外限制

10、标准为，国外限制标准为300300（抵抗弯距（抵抗弯距 引起的压力）引起的压力）梁的支座处和上翼缘受较大固定集中力处，宜设支承梁的支座处和上翼缘受较大固定集中力处，宜设支承 加劲肋；加劲肋；）纵向加劲肋布置在腹板纵向加劲肋布置在腹板 至至 高度处（受压区）；高度处（受压区）；）横向加劲肋间距一般为横向加劲肋间距一般为 至至 。第22页/共49页加劲肋的计算（分三种类型）仅配置横向加劲肋）同时配置横向和纵向加劲肋，受压翼缘和纵向加劲肋间的区格）同时配置横向和纵向加劲肋，受拉翼缘和纵向加劲肋间的区格第23页/共49页 加劲肋的构造和截面尺寸加劲肋的构造和截面尺寸 ）加劲肋一般双面对称配置）加劲肋一

11、般双面对称配置 ）横横肋肋外外伸伸宽宽度度 ，厚厚度度 ;)在同时有横、纵向肋时；在同时有横、纵向肋时；横肋截面对梁轴（横肋截面对梁轴（z z轴）应满足：轴）应满足：纵肋截面对腹板中心（纵肋截面对腹板中心（y y轴）应满足：轴）应满足：(当当 时时)（当（当 时）时）第24页/共49页）横肋内侧上、下段内斜角，宽）横肋内侧上、下段内斜角，宽 ，高，高 ，但不大于但不大于4040X60X60。）支承加劲肋应做整体稳定计算：）支承加劲肋应做整体稳定计算：，其中其中AA加劲肋和两侧加劲肋和两侧 范围内的腹板面积，范围内的腹板面积，构件长度取构件长度取h h。第25页/共49页）支承加劲肋应作端面承压

12、验算；支承加劲肋应作端面承压验算；）支承加劲肋下伸自由高度不大于厚度的）支承加劲肋下伸自由高度不大于厚度的2 2倍。倍。第26页/共49页6 6梁的拼接梁的拼接(1)(1)焊接拼接焊接拼接 对接焊对接焊 ）翼缘对接焊缝与腹板对接焊缝尽可能错开距离；）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）腹板对接焊缝离开加劲板距离大于 ；）焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用）焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用 斜焊缝斜焊缝 ）上、下翼缘对接缝开）上、下翼缘对接缝开V V型坡口，便于俯焊；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）预留一段翼缘于腹板间

13、的焊缝到工地焊，以 减少焊接应力。减少焊接应力。第27页/共49页 拼接板焊接拼接板焊接 ）翼缘拼接板及周边焊缝受力）翼缘拼接板及周边焊缝受力 式中式中 梁翼缘板中心到梁中和轴的距离梁翼缘板中心到梁中和轴的距离 翼缘板净截面积翼缘板净截面积）腹板拼接板受全部剪力；）腹板拼接板受全部剪力；）腹板拼接板受弯距）腹板拼接板受弯距第28页/共49页(2)(2)高强螺拴拼接高强螺拴拼接 拼接应用夹板，螺栓双剪；拼接应用夹板，螺栓双剪；受力同拼接焊受力同拼接焊。第29页/共49页7.7.主、次梁连接主、次梁连接 (1)(1)叠接：设计不须验算，安装方便，可做连续叠接：设计不须验算，安装方便，可做连续 次梁

14、，占建筑空间高度大；次梁，占建筑空间高度大；第30页/共49页327.7.主、次梁连接主、次梁连接 (2)(2)平接：要验算，构造复杂，不能传递弯距，平接：要验算，构造复杂，不能传递弯距，不占建筑空间。不占建筑空间。第31页/共49页8.8.主梁支座设计主梁支座设计(1)(1)传递压力传递压力 主主梁梁支支座座处处有有加加劲劲肋肋，突突缘缘。加加紧紧肋肋要要保证稳定性。保证稳定性。要要有有足足够够的的接接触触面面传传递递钢钢-钢钢，钢钢-砼砼的的压力压力(2)(2)铰接支座转动或滚动要符合设计要求；铰接支座转动或滚动要符合设计要求；(3)(3)要能够传递一定的侧向水平推力；要能够传递一定的侧向

15、水平推力；(4)(4)要便于安装。要便于安装。第32页/共49页四、平台柱网布置及平台结构支撑四、平台柱网布置及平台结构支撑 1.1.柱网布置原则柱网布置原则 （1 1）按使用空间要求；）按使用空间要求；（2 2）考虑标准化及建筑模数要求；）考虑标准化及建筑模数要求；（3 3）考虑综合经济指标的合理。）考虑综合经济指标的合理。第33页/共49页 2.2.平台结构支撑平台结构支撑 （1 1）柱间支撑设计的原则）柱间支撑设计的原则 用双向柱间支撑抵抗水平力；（柱按轴压设计）用双向柱间支撑抵抗水平力；（柱按轴压设计）支撑布置在柱列中部以减小温度效应；支撑布置在柱列中部以减小温度效应；支撑常按柔性交叉

16、设计。支撑常按柔性交叉设计。第34页/共49页 2.2.平台结构支撑平台结构支撑（2 2）平台水平支撑设计原则）平台水平支撑设计原则 平台水平支撑一般为柔性交叉支撑；平台水平支撑一般为柔性交叉支撑；安装时用水平支撑调节梁的相对位置；安装时用水平支撑调节梁的相对位置；当当平平台台平平面面内内刚刚度度较较弱弱时时，支支撑撑将将平平台台水水平平力力传传至柱间支撑。至柱间支撑。第35页/共49页五、轴压实腹柱设计五、轴压实腹柱设计1.设计原则（1 1）选选择择回回转转半半径径箱箱对对较较大大的的对对称称截截面面，提提高高柱柱的的整整体体稳稳定定和和刚刚度；度；（2 2）两个主轴方向的计算长细比尽可能接

17、近，提高经济性；）两个主轴方向的计算长细比尽可能接近，提高经济性；（3 3）便于连接；）便于连接；（4 4）构造简便，制造省工；）构造简便，制造省工；（5 5）尽可能选用可直接采购的型材，如）尽可能选用可直接采购的型材，如H H型钢管及圆管、方管。型钢管及圆管、方管。第36页/共49页2.设计步骤 （1 1）选择截面类型，假定长细比，定截面规格；）选择截面类型，假定长细比，定截面规格；（2 2）确定柱高，柱支座点位置、形式；）确定柱高，柱支座点位置、形式；（3 3）计算）计算 ，验算，验算 ；=150 =150 柱，吊车梁下支撑柱，吊车梁下支撑200200（4 4）查表求）查表求 ，选较小者，

18、选较小者 ；（5 5）验算整体稳定）验算整体稳定 ；（6 6）由截面削弱试验算强度）由截面削弱试验算强度 ；第37页/共49页（7 7）验算局部稳定）验算局部稳定 工型工型 腹板：腹板：翼缘：翼缘：箱形箱形 钢管：钢管：第38页/共49页六、六、格构柱设计格构柱设计1.1.截面选择截面选择 （1 1）单肢截面面积：单肢截面面积：（假定长细比（假定长细比 为为7070左右）；左右）；（2 2）单肢截面选定：按）单肢截面选定：按A A取型钢，并使取型钢，并使 （3 3），（考虑折算长细比修正）。，（考虑折算长细比修正）。2.2.整体稳定验算整体稳定验算 （1 1）公式：）公式：，（式中，（式中 按

19、按 查表求得）；查表求得）；第39页/共49页（2 2）对虚轴，去换算长细比查表取）对虚轴，去换算长细比查表取 ；对双肢组合件对双肢组合件 ）缀板：）缀板：）缀条：）缀条：对四肢组合件对四肢组合件 ）缀板：）缀板：）缀条：）缀条：第40页/共49页 式中：式中：为单肢对为单肢对1-11-1轴的长细比；缀件焊接取轴的长细比；缀件焊接取 净距，螺栓连接取中距；净距，螺栓连接取中距；构件截面中垂直于构件截面中垂直于x x轴的各缀条毛截轴的各缀条毛截 面积之和面积之和（3 3）对单肢长细比的构造要求（单肢稳定）对单肢长细比的构造要求（单肢稳定）缀条柱：缀条柱：为为 中较大值，中较大值，；缀板柱：缀板柱

20、：，但当，但当 时，时，第41页/共49页3.剪力计算 最大剪力最大剪力V V：，剪力由缀材面承担；剪力由缀材面承担；单个缀材面上为单个缀材面上为V1V1第42页/共49页4.4.缀条验算缀条验算 (1)(1)缀条内力：缀条内力：分配到一个缀面上的剪力分配到一个缀面上的剪力 ：缀条与水平面的交角：缀条与水平面的交角 单缀条：单缀条：n=1;n=1;交叉缀条交叉缀条n=2n=2 (2)(2)缀条稳定计算：缀条稳定计算：考虑单面连接式强度折剪系数；考虑单面连接式强度折剪系数；第43页/共49页 (3)(3)计算缀条连接时，强度折剪系数计算缀条连接时，强度折剪系数0.850.85，受力取，受力取 (

21、4)(4)横缀条受力横缀条受力 ，截面一般同斜缀条，截面一般同斜缀条 5.5.缀板计算缀板计算 (1)(1)假定反弯点在各杆件之中点；假定反弯点在各杆件之中点；(2)(2)缀板内力：剪力：缀板内力：剪力：弯距：弯距：(3)(3)构造要求：构造要求：缀板厚度缀板厚度 且且6 6mm;mm;同一截面处缀板线刚度之和不得小于柱较大同一截面处缀板线刚度之和不得小于柱较大 分肢线刚度的分肢线刚度的6 6倍。倍。第44页/共49页七、七、七、七、柱头柱脚柱头柱脚柱头柱脚柱头柱脚1.1.柱头设计要求柱头设计要求 （1 1）满足各传力步骤的强度要求；）满足各传力步骤的强度要求；（2 2）应尽可能减小偏心）应尽

22、可能减小偏心 （3 3）为施工留有调节余地。）为施工留有调节余地。第45页/共49页七、七、七、七、柱头柱脚柱头柱脚柱头柱脚柱头柱脚2.2.柱头分类柱头分类 (1)(1)顶接（用于单层结构）顶接（用于单层结构）梁的支撑加劲肋对准柱的腹板梁的支撑加劲肋对准柱的腹板 梁的支撑加劲肋对准柱的翼缘（有偏心）梁的支撑加劲肋对准柱的翼缘（有偏心）(2)(2)侧接（用于多层结构，柱连续）侧接（用于多层结构，柱连续）接于柱翼缘接于柱翼缘 接于柱腹板接于柱腹板第46页/共49页3、柱脚的形式 （1 1）直承式：柱脚端部铣平，压在底板上，焊接）直承式：柱脚端部铣平，压在底板上，焊接（2 2）靴梁式：柱与靴梁焊、靴

23、梁再与底板焊，靴梁式：柱与靴梁焊、靴梁再与底板焊，扩散压力扩散压力第47页/共49页4、柱脚的设计要求 （1 1）底板大小要满足基础砼的抗压强度及边缘构造要求；底板大小要满足基础砼的抗压强度及边缘构造要求；（2 2）底板厚度要满足双向板（四边或三边支承）的抗弯）底板厚度要满足双向板（四边或三边支承）的抗弯 要求要求（3 3）靴梁要满足抗弯要求靴梁要满足抗弯要求;（4 4）靴梁和柱、靴梁和底板的焊缝连接要满足强度要求；）靴梁和柱、靴梁和底板的焊缝连接要满足强度要求；（5 5）柱脚设计要便于靴梁焊接；）柱脚设计要便于靴梁焊接；（6 6）底板与基础顶面之摩擦抵抗，柱间支撑之水平分力，）底板与基础顶面之摩擦抵抗，柱间支撑之水平分力，锚栓不受剪，摩擦系数为锚栓不受剪，摩擦系数为0.40.4（7 7）锚栓与锚栓空设计要考虑安装余地，又要传递剪力。）锚栓与锚栓空设计要考虑安装余地，又要传递剪力。第48页/共49页