第5章梁的设计.ppt

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1、u 梁的类型和梁格布置梁的类型和梁格布置u 梁的设计梁的设计u 腹板加劲肋的布置和设计腹板加劲肋的布置和设计5.1 5.1 梁的类型及梁格布置梁的类型及梁格布置按弯曲变形状况分：按弯曲变形状况分：单向弯曲构件单向弯曲构件构件在一个主轴平面内受弯；构件在一个主轴平面内受弯；双向弯曲构件双向弯曲构件构件在二个主轴平面内受弯。构件在二个主轴平面内受弯。按支承条件分：按支承条件分：简支梁、连续梁简支梁、连续梁 、悬臂梁、悬臂梁 钢梁一般都用简支梁，简支梁制造简单，安装方便，且可钢梁一般都用简支梁，简支梁制造简单，安装方便，且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响。不论何种支承的梁，避免支座不均匀沉陷所产

2、生的不利影响。不论何种支承的梁，当截面内力已知时，进行截面设计的原则和方法是相同的。当截面内力已知时，进行截面设计的原则和方法是相同的。图图5.1.1 梁的支承形式梁的支承形式传力系统传力系统：荷载荷载 楼板楼板（次梁次梁）主梁主梁 柱柱 基础。基础。次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受集中荷载次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受集中荷载。图图5.1.2 梁格的布置梁格的布置图图5.1.2*梁格的布置梁格的布置 梁格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。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，然后传梁格上的荷载一般先

3、由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙，到柱或墙，最后传给基础和地基。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根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式简式梁格简式梁格只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；普通梁格普通梁格有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；复式梁格复式梁格除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。横向次梁。简式梁格简式梁格普通梁格普通梁格复式梁格复式梁格图图5.1.3 梁的截面形式梁的截面形式dh热轧型钢梁热轧型钢梁(a)焊接组

4、合截面梁焊接组合截面梁(b)冷弯薄壁型钢梁冷弯薄壁型钢梁(c)空腹式截面梁空腹式截面梁(d)组合梁组合梁(e)梁的截面形式梁的截面形式特点：特点：截面开展，力学性能截面开展，力学性能好。好。须注意板件局部失稳。须注意板件局部失稳。实腹式实腹式截面梁截面梁 次梁与主梁的连接分铰接和刚接。铰接应用较多，刚接只在次梁次梁与主梁的连接分铰接和刚接。铰接应用较多，刚接只在次梁设计成连续梁时使用。连接按构造可分为设计成连续梁时使用。连接按构造可分为叠接、平接叠接、平接和和降低连接。降低连接。叠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。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

5、简单方便，但使结构高度大，且连接刚度较差，使用受连接方法简单方便，但使结构高度大，且连接刚度较差，使用受到限制。到限制。叠接叠接次梁与主梁的平接次梁与主梁的平接平接平接又称等高连接，次梁与主梁上翼缘位于同一平面其上铺板。又称等高连接，次梁与主梁上翼缘位于同一平面其上铺板。结构高度较小，增大梁格刚度，应用较多，但构造复杂。结构高度较小，增大梁格刚度，应用较多，但构造复杂。降低连接降低连接用于复式梁用于复式梁格中，纵向次梁在低于格中，纵向次梁在低于主梁上翼缘的水平处与主梁上翼缘的水平处与主梁相连，纵向次梁上主梁相连，纵向次梁上叠放横向次梁，铺板位叠放横向次梁，铺板位于主梁之上。该方法允于主梁之上。

6、该方法允许在给定的楼板建筑高许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。度里增大主梁的高度。5.2 5.2 梁的设计梁的设计 梁的设计步骤通常是先根据梁的设计步骤通常是先根据强度强度和和刚度刚度要求，同时考虑经济要求，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进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算行强度、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，还可以从经济考虑是否需要些有效的措施予以解决。对

7、组合梁，还可以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。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、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。其他构件连接的问题等等。初选截面初选截面截面验算截面验算n 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面模量，

8、然后在型钢规格表中选择截面模量接近的Wnx的型钢做的型钢做为试选截面。为试选截面。fMWxxnxMx梁截面内绕梁截面内绕x轴的最大弯矩设计值；轴的最大弯矩设计值；Wnx截面对截面对x轴的净截面模量；轴的净截面模量；x截面截面对对x轴的有限轴的有限塑性发展系数；塑性发展系数；f 钢材抗弯设计强度钢材抗弯设计强度；1.1.型钢梁截面型钢梁截面组合梁的截面选择设计包括：组合梁的截面选择设计包括：确定确定截面高度、截面高度、腹板尺寸腹板尺寸和和翼缘尺寸翼缘尺寸。2.2.组合梁截面的选择组合梁截面的选择3e730cmxhWfMWxxmaxwAwtAfhhhw1b1t梁的经济高度梁的经济高度he e，经验

9、公式：，经验公式：综上所述，梁的高度应满足：综上所述，梁的高度应满足：ehhhhh 且且maxmin并符合钢材尺寸规格并符合钢材尺寸规格腹板高度腹板高度hw 因翼缘厚度较小，可取因翼缘厚度较小，可取hw比比h稍小，满足稍小，满足50mm的模数的模数。1.3sksf 取，-荷载平均分项系数，可近似取。4222maxmaxmax55553844848/224kkkkxxxq lMMlllEIEIEW hEh以受均布荷载的简支梁为例：以受均布荷载的简支梁为例：min531.2fllhE 均布荷载作用下简支梁的最小高度均布荷载作用下简支梁的最小高度 l/1000l/750l/600l/500l/400

10、l/300l/250l/200hminQ235l/6l/8l/10l/12l/15l/20l/24l/30Q345l/4.1l/5.5l/6.8l/8.2l/10.2 l/13.7 l/16.4 l/20.5Q390l/3.7l/4.9l/6.1l/7.4l/9.2l/12.3 l/14.7 l/18.2wAwtAfhhhw1b1tmaxwwv1.2Vth f ywwfthmmt23525060且ww/3.5th23530yftb1266wwwxwxwwwhhht hWbthWt hbth取：23526yftbwAwtAfhhhw1b1t21222213wwxxbthhthhIW翼缘宽度翼缘宽

11、度b或厚度或厚度t只要定出一个，就能确定另一个。只要定出一个，就能确定另一个。w2w2xIIbth1.强度验算：强度验算：包括包括正应力、剪应力、局部压应力正应力、剪应力、局部压应力验算，对组合梁还要验算验算，对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的翼缘与腹板交界处的折算应力折算应力。fWMxxx（4.2.2）(1)正应力正应力(2)剪应力剪应力vxxyftISV（4.2.4）(3)局部压应力局部压应力cw zFft l（4.2.7）(4)折算应力折算应力fcc12223（4.2.10）2.刚度验算：刚度验算：均布荷载下等均布荷载下等截面简支梁截面简支梁xxxxxEIlMEIlMEIql104853

12、845224集中荷载下等集中荷载下等截面简支梁截面简支梁xxxEIlMEIPl124823 (T Q)（4.2.12）标准荷载下梁的最大挠度标准荷载下梁的最大挠度 受弯构件的挠度限值，按受弯构件的挠度限值，按P400P400附表附表2.12.1规定采用规定采用梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。如：如：3.整体稳定验算：整体稳定验算：(1)判断梁是否需要进行整体稳定验算。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。定系数。（4.4.22）

13、bxxMfW(4)采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。采用公式验算整体稳定承载力是否满足要求。0.1282.007.1bb（4.4.27）(3)不论哪种情况算得的稳定系数不论哪种情况算得的稳定系数大于大于0.60.6，都应采用修正公式，都应采用修正公式进行修正。进行修正。2y 1bbb2yy432023514.4xtAhWhf（4.4.25）如：如：4.局部稳定验算局部稳定验算(1)型钢梁的局部稳定都已经满足要求不必再验算。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。不发生局

14、部失稳。(3)腹板则较为复杂，腹板则较为复杂，一种方法是通过设置加劲肋的方法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；保证其不发生局部失稳；另一种方法是允许腹板发生局部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。失稳，利用其屈曲后承载力。x23513(1.05)ybtfx23515(1)ybtf工字形工字形截面截面wtV1h翼缘焊缝的水平剪力翼缘焊缝的水平剪力5.焊接组合梁翼缘与腹板连接焊缝设计焊接组合梁翼缘与腹板连接焊缝设计 焊接组合工字形截面，翼缘与腹板常以角焊缝相连，当梁弯曲焊接组合工字形截面，翼缘与腹板常以角焊缝相连，当梁弯曲时，由于相邻截面中作用在翼缘截面的弯曲正

15、应力有差值，时，由于相邻截面中作用在翼缘截面的弯曲正应力有差值，翼缘翼缘与腹板间产生水平剪力。沿梁单位长度的水平剪力为与腹板间产生水平剪力。沿梁单位长度的水平剪力为:S1一翼缘截面对梁中和轴的面积矩一翼缘截面对梁中和轴的面积矩 wxtISV1max11为腹板在该处的剪应力。为腹板在该处的剪应力。在此剪力作用下，在此剪力作用下，角焊缝有效截角焊缝有效截面上承受剪应力面上承受剪应力 f，不应超过角不应超过角焊缝强度设计值。焊缝强度设计值。采用双面角焊采用双面角焊缝需要的焊脚尺寸为：缝需要的焊脚尺寸为：wffhfhf4.17.02fhVhVx1maxwff 4.11ISVfhzwzwwclFtltF

16、tPwf2h2ff)()(4.11fVPh21max2fwff4.11xzISVlFfh 当梁上受有固定集中荷载，而未设置支承加劲肋时，或受有移动当梁上受有固定集中荷载，而未设置支承加劲肋时，或受有移动集中荷载集中荷载(如有吊车轮压如有吊车轮压)，则翼缘焊缝（每单位长度）除受水平剪，则翼缘焊缝（每单位长度）除受水平剪力力Vh外，还受竖向荷载引起的压力作用。单位长度焊缝所受的竖向外，还受竖向荷载引起的压力作用。单位长度焊缝所受的竖向压力为：压力为：zfef4.12lhFhP 当翼缘与腹板的连接焊缝采用焊透的当翼缘与腹板的连接焊缝采用焊透的T形对接与角接组合焊缝形对接与角接组合焊缝时，其强度与主体金属等强，不必计算。时，其强度与主体金属等强，不必计算。因此，同时受有局部应力的上翼缘与腹板之间的连接焊缝应按下式计算强度因此，同时受有局部应力的上翼缘与腹板之间的连接焊缝应按下式计算强度:l 横向加劲肋的间距横向加劲肋的间距a应满足应满足0.5hwa2hw，无局部压应力的梁，当，无局部压应力的梁，当hw/tw100时时a2.5hw；同时设有纵向加劲肋时；同时设有纵向加劲肋时a2h2；l纵向加劲肋