钢结构原理与设计教程_第7章 钢平台设计.pptx

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1、7.1 概述7.2 平台铺板设计7.3 平台梁设计7.4 平台柱设计7.5 构件连接设计7.6 柱脚设计,本章目录,基本要求,1.了解平台设计的要求2.了解平台铺板的设计要 求3.了解构件链接的设计要 求,1. 钢平台结构的布置2. 钢平台结构柱与柱间支撑,本节目录,基本要求,第7.1节 概述,1. 了解钢平台结构的布置2. 了解钢平台结构柱与柱间支撑,钢平台结构在石油、化工、冶金、电力等部门的工业厂房及建筑物中占有一定的比重。如今钢平台的设计比重越来越大，因此钢平台结构的设计，不仅应满足工艺生产的要求，还应在平台布置、选材、制造安装等方面注意结构的合理性。 钢平台结构多为整体组装，无须现场焊

2、接。通常承载能力为3001000kg/。立柱选择承载能力强、用钢量少的圆管；主（次）梁根据承载需要选择目前在钢结构工程中最经济合理的H型钢、C型冷弯成型梁；楼面板选取冷弯成型花纹钢板或镂空板，采用扣板式结构，与主（次）梁刚性固定，结构整体性强，可以根据实际需要选择不同的楼面板以满足消防或防灰尘、防小部件坠落等要求。楼面下方也可根据需要配置照明系统。货物输送可选择液压升降平台、货梯或叉车。,钢平台结构主要由铺板、主（次）梁、柱、柱间支撑，以及楼梯、栏杆等组成。按使用要求可分为室内和室上平台，承受静力荷载和动力荷载平台，生产辅助平台，以及中、重型操作平台等。平台结构一般采用梁柱体系，普通操作平台由

3、于承受荷载小，不承载设备，常由主梁、小梁（铺板梁）及铺板组成。 钢平台结构的布置应注意下列几点：（1）满足工艺生产操作要求，保证同行及操作安全。（2）确定平台结构的平面尺寸、标高、梁格及柱网布置时，除满足使用要求外，梁、柱的布置尚应考虑平台上的设备荷载和其他较大的集中荷载的位置，以及大直径工业管道的吊挂等。（3）平台结构体系简单，稳定可靠；梁格受力明确，传力简单；构件种类少，制作安装方便。（4）尽量利用厂房结构及其其他支撑条件来直接支撑平台结构，同时保证平台的侧向稳定。,7.1.1 钢平台结构的布置,7.1.2 钢平台结构柱与柱间支撑,钢平台结构由柱及柱间支撑支承。钢平台柱一般宜设计成等截面柱

4、，并按轴心受压构件设计，长细比不宜大于150。为保证独立平台结构的侧向稳定，一般需设置柱间支撑，并尽量布置在柱列中部。常见的支撑形式有交叉形、门形支撑和连续的隅撑。,（5）梁格布置时要充分考虑平台的平面构造尺寸及铺板的允许跨距，合理布置。梁格布置主要有三种形式：单向梁格、双向梁格、复试梁格。,第7.2节 平台铺板设计,1. 平台铺板构造2. 平台铺板的计算,本节目录,基本要求,1. 了解平台铺板构造2. 了解平台铺板的计算,平台铺板按工艺可分为固定的及可拆卸的，按构造可分为板式、箅条式及钢网格板。平台钢铺板的跨度（一般取板的净跨） 不宜大于（120150）t（t为板厚）；板的挠度不宜大于 /1

5、50。,7.2.1 平台铺板构造,7.2.2 平台铺板的计算,平台铺板可分为无肋铺板和有肋铺板两种。有肋铺板的加劲肋可采用角钢或扁钢，无肋铺板按构造设加劲肋。平台铺板与梁（或其他构件）的连接一般均采用焊接。,（1）当平板为四边支撑（支撑于加劲肋和梁）且两相邻边的长短边长之比b/a 2时，可按四边简支板计算板的挠度和强度，则有：式中 铺板区格单位长度最大弯矩设计值，kN m/m; q 单位宽度板上均布荷载设计值； 均布荷载作用下四边支撑板弯矩系数。板的强度应满足下式要求：,式中 截面塑性发展系数，取1.2； t钢铺板厚度，一般不小于6mm； f铺板钢材强度设计值。 铺板的挠度按下式计算：式中 单

6、位宽度板上均布荷载标准值； 均布荷载作用下四边支撑挠度系数。 板的计算挠度不应大于规范、规程的规定限制v或工程使用提出的特定要求。 加劲肋的强度按下列式子计算： 抗弯强度,抗剪强度 加劲肋的挠度按下式计算：式中 M加劲肋弯矩设计值。 加劲肋净截面的截面模量。 f 加劲肋钢材强度设计值。 截面塑性发展系数。 V 加劲肋支座处剪力设计值。 S 加劲肋支座处截面的面积矩。 I 加劲肋支座处截面的惯性矩。 t 加劲肋支座处截面的宽度。,加劲肋钢材抗剪强度设计值。 加劲肋跨度。 加劲肋截面对x轴的惯性矩。,第7.3节 平台梁设计,1. 型钢梁设计2. 组合梁设计,本节目录,基本要求,1. 了解型钢梁设计

7、2. 了解组合梁设计,平台梁宜尽量采用轧制截面，如普通工字钢、H型钢或槽钢。,7.3.1 型钢梁设计,型钢梁中应用最多的是普通工字钢和H型钢。下面以普通工字钢梁为例，按一般设计步骤，简述型钢梁的设计方法。（1）计算梁的内力 根据已知梁的荷载设计值计算梁的最大弯矩 和剪力V。 （2）计算梁需要的净截面地抗拒式中 可取1.05。 （3）校核 计入型钢自重，根据所选型钢截面进行强度计算、变形验算及整体稳定计算。,当梁的内力较大，采用扎型钢梁不能满足要求时，就需要采用组合截面梁。组合截面梁多采用焊接工字型截面。1.截面尺寸确定 焊接组合梁一般常用两块翼缘板和一块腹板焊接成双轴对称工字型截面。（1）截面

8、高度 确定组合梁的截面高度应考虑如下因素；建筑高度、刚度条件和经济高度。建筑高度确定最大梁高，刚度条件确定最小梁高。以均布荷载作用下的简支梁为例，其挠度最大值为：,7.3.2 组合梁设计,应满足式中 均布荷载标准值； 荷载标准值计算的梁上弯矩最大值； 梁截面惯性矩； 荷载标准值计算的最大弯曲正应力。 由上可确定 梁的经济高度是指满足强度、刚度、整体和局部稳定的梁用钢量嘴上的高度，这里不做详述。,（2）腹板厚度 腹板厚度应满足抗剪强度要求。抗剪需要的厚度可根据梁端最大剪力按下式计算： 式中 梁截面最大剪力设计值。 梁腹板钢材抗剪承载力设计值。 系数，当梁端翼缘截面无削弱时取1.2，有削弱时取1.

9、5。 根据上式所得厚度往往偏小，考虑腹板局部稳定和构造等因素，腹板厚度常用经验公式估算： （3）翼缘尺寸 整个截面需要的惯性矩为： 由于腹板尺寸确定，故其惯性矩为：,则翼缘需要的惯性矩为：由此可得每个翼缘的面积为： 梁截面尺寸确定后，应根据梁的受力情况按第4章所述方法进行验算，包括强度验算、刚度验算、整体稳定验算，验算不合格时应对梁截面尺寸做出调整，直到满足验算要求。2. 加劲肋设计 加劲肋可用型钢及钢板制作，一般用钢板制作的较多。 （1）提高腹板局部稳定的横向加劲肋 外伸宽度 厚度,为了避免焊缝交叉，焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角。 纵向加劲肋的截面惯性矩应符合下式要求：当 时当 时

10、用型钢制成的加劲肋，其截面惯性矩不应小于相应钢板加劲肋的惯性矩. （2）支撑加劲肋 支撑加劲肋是指承受集中荷载或者制作反力的横向加劲肋。 梁的支撑加劲肋，应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定。 梁支撑加劲肋的端部应按其所承受的支座反力或固定集中荷载进行,计算。 支撑加劲肋与腹板的连接焊缝，应按承受全部集中力或制作反力进行计算。3. 梁翼缘与腹板间焊缝设计 梁翼缘与腹板间焊缝一般采用焊于腹板两侧的角焊缝，以承受梁弯曲时产生的剪应力，沿梁长度方向单位长度焊缝承受的剪力为：式中 V计算位置处梁截面剪力； S梁翼缘面积对中和轴的面积矩。 焊缝剪应力 焊缝总长度为2，则

11、焊脚尺寸为：,4. 梁截面沿长度的改变 设计梁截面尺寸是，梁承受的弯矩大，所需尺寸就打；反之，梁承受的弯矩小尺寸应相应减少。但改变截面工作量加大，经济效益不明显，具体做法可以改变梁高度或翼缘宽度。改变截面时应是截面过渡平缓，避免截面产生应力集中。,梁的拼接分工地拼接和工厂拼接两种。通常情况下，拼接部位应设在内力较小处，按截面上的弯矩和剪力共同作用设计。 为保证焊接质量，焊接组合梁在工厂的拼接宜采用引弧板施焊，焊后还应进行对焊缝表面加工平齐。梁的工地拼接应使翼缘和腹板基本上在同一截面处断开，以便分段运输。,7.3.2 梁的拼接设计,第7.4节 平台柱设计,1. 实腹式轴心受压柱的截面设计2. 格

12、构式轴心受压柱的截面设计,本节目录,基本要求,1. 了解实腹式轴心受压柱的截面设计2. 了解格构式轴心受压柱的截面设计,实腹式轴心受压柱一般采用双轴对称截面，以避免弯扭失稳，常用截面形式有型钢截面和组合截面两种形式。 截面选择时考虑四点原则：1、截面面积尽量展开2、主轴方向的长细比尽量接近3、便于连接4、构造简单，取材方便。具体步骤如下： （1）假定柱的长细比，求出需要的截面积A 根据、截面分类可查的稳定系数，则截面积为： （2）求两个主轴所需要的回转半径,7.4.1 实腹式轴心受压柱的截面设计,（3）由已知截面面积A和两个主轴的回转半径选用轧制型钢，面积和回转半径不需要同时满足。当现有型钢规

13、格不能满足所需截面尺寸是，应费用组合截面。 （4）由所需要的A、h、b等，在考虑构造要求，局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。 （5）承载力验算 1、强度验算强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态，即：式中N实腹柱受到的轴心压力设计值； 构件的净截面面积； f 钢材的抗拉强度设计值。,2、整体稳定性验算 可按下式验算： 或3、局部稳定 对于热轧型钢截面，由于其板件的宽厚比较小，一般能满足要求，可不验算。对于组合截面，则应对板件的宽厚比进行验算。 a、工字型和H行截面轴心受压柱 受压翼缘板悬伸部分的宽厚比限值为 腹板高厚比限值为式中柱子两主轴方向长细比的较大值。 钢材牌号

14、所指屈服点。,b、箱型截面轴心受压 翼缘 腹板4、刚度验算 柱的刚度是以限值其长细比来保证的，即：式中 柱子两主轴方向长细比较大值； 容许长细比。当轴心受压长度较大时，采用格构式截面比较经济。格构式轴心受压构件一般由两个肢件组成。1. 按实轴（y-y轴）的整体稳定确定柱肢规格,7.4.1格构式轴心受压柱的截面设计,方法与实腹式构件确定型钢截面的过程相同，确定柱肢型钢后，应验算实轴方向的整体稳定。2. 按等稳定条件确定分肢间距 实轴与虚轴稳定承载力相等或接近的条件是使两方向的长细比相等，即： 对缀条式柱，应预先确定斜缀条的截面A1；对缀板式柱，应根据单肢稳定要求假定分肢长细比，即： 对双肢条柱可

15、得,对双肢板柱可得然后可得对虚轴的回转半径：对双肢柱可按以下步骤确定肢件形心距c：则有,构件宽度3. 缀材设计 （1）压杆中的剪力 当轴压构件在压力作用下弯曲时，截面因挠度而在轴压力下产生弯矩和横向剪力。梁端铰接轴压柱，设其挠曲线为正弦曲线：则轴压杆在临界力 作用下，任意截面的弯矩为：剪力为：在杆的两端剪力值最大。,（2）缀条设计 格构式柱的缀条一般采用单缀条体系，缀条与柱肢可视为桁架，缀条为桁架的斜腹杆，剪力有两个缀条面承受。缀条所承受的轴力为： （3）缀板设计 缀板与柱可视为钢架受力体系，柱肢视为钢架柱，缀板视为钢架横梁。在钢架梁柱的零弯矩点取隔离体可得缀板承受的剪力为：缀板承受的弯矩为：

16、缀板的宽度b和厚度t可分别取,第7.5节 构件连接设计,1. 主梁与次梁的连接2. 梁与柱的连接,本节目录,基本要求,了解主梁与次梁的连接2. 了解梁与柱的连接,主、次梁的连接设计应保证连接传力明确合理，制作简单，易于安装；主、次梁的相互位置可以是叠接或平接。（1）次梁为简支梁时与主梁的连接 次梁与主梁铰接时，主梁只承受次梁支座反力。次梁与主梁叠接时，将次梁直接置于主梁的顶面上，用螺栓或焊缝固定其相互位置。在主梁相应位置应设置支撑加劲肋，以免主梁腹板局部压应力过大。 主次梁平接时，当次梁支座反力较小时，可用短角钢与主梁连接，支座反力可用焊缝或螺栓传递；也可将次梁与主梁的加劲肋连接，次梁的支座反

17、力靠螺栓传递；通过双面连接板连接主次梁，可避免对次梁的切割，当会增加连接板和螺栓的数量；当次梁支座反力较大时，可将次梁放置在主梁的承托上，次梁的制作反力可由承托承受，受力可靠，安装方便,7.5.1 主梁与次梁的连接,（2）次梁为连续梁时与主梁的连接次梁为连续梁时，次梁支座反力由主梁承受，次梁的弯矩应通过连接传递给相邻次梁。次梁与主梁叠接时，次梁在主梁上连续通过，用螺栓或焊缝固定主次梁相互位置。次梁为连续梁时的主次梁谅解也可以用螺栓连接，上下翼缘的连接板及连接螺栓按翼缘承受的轴向力设计。次梁腹板与主梁连接处的螺栓按承受次梁剪力计算。次梁下翼缘的连接板与主梁间焊缝采用对接焊缝。7.5.2 梁与柱的

18、连接顶层梁与柱可在柱顶连接，也可以在柱侧连接，其他层梁只能与柱在侧面连接。1.梁与柱的铰接连接梁与轴压柱铰接链接时。连接只传递梁端剪力，连接的设计应保证柱子只承受轴力，梁端反力在传递过程中不能使柱产生过大弯矩。,2.梁与柱的刚接连接 梁柱的刚性连接节点应可靠传递梁端剪力及弯矩，一般可采用全焊连接和栓焊混合连接。,第7.6节 柱脚设计,1. 铰接柱脚2. 刚接柱脚,本节目录,基本要求,了解铰接柱脚2. 了解刚接柱脚,柱脚的作用是将柱端的弯矩、剪力、轴力传递到基础上，并将柱固定在基础上。所以柱脚与基础接触部分尺寸应放大，使基础的承压应力小于混凝土强度。7.6.1铰接柱脚 1.柱脚的形式与构造 铰接

19、柱脚不承受弯矩，只承受轴力和剪力。最常用的柱脚为平板式柱脚，由底板、靴梁和肋板组成。当柱轴力较大时，可采用靴梁式柱脚。靴梁的作用是将柱端的尺寸放大，使柱轴力可靠、均匀地传给底板。柱底剪力由底板与基础接触面间的摩擦力承受。柱脚底板一般用24个锚栓固定在基础上，锚栓预埋在基础中，埋设锚栓时应采取措施保证锚栓位置正确。,2.柱脚设计 （1）底板尺寸确定轴心受压柱的柱脚底板可采用矩形或方形，采用矩形时其长宽比应小于2，底板的形心与柱截面形心重合。柱轴力通过底板传递到基础混凝土上，底板下基础反力视为均匀分布。底板的面积应使混凝土基础承受的应力小于混凝土强度，即：式中 q基础反力； B底板宽度； L底板长

20、度； 锚栓孔面积； 混凝土抗压强度。,底板的宽度可根据构造确定：式中 a柱截面宽度或高度； t靴梁厚度； c底板在靴梁外侧的伸出长度，可取34倍锚栓直径。底板在基础反力作用下受弯，厚度由其抗弯承载力确定，一般可取2040mm。 （2）靴梁设计 靴梁的厚度一般可取为1016mm，高度由靴梁与柱间竖向连接焊缝确定。 a.靴梁与柱间竖向连接焊缝计算 靴梁与柱间竖向焊缝传递全部柱轴力，按侧焊缝受力计算：,柱与靴梁间焊缝一般采用四条，则焊缝计算长度为： 靴梁高度取焊缝实际长度另加10mm。 b.靴梁与底板间水平焊缝计算 靴梁与底板间焊缝传递全部柱轴力，按端焊缝受力计算：7.6.2 刚接柱脚 刚接柱脚除传递轴力外，还应将柱端弯矩、剪力传递给基础。常用柱脚形式有露出式柱脚、外包式柱脚和埋入式柱脚。1.露出式柱脚,露出式柱脚主要由底板、靴梁和加劲肋、锚栓、锚栓支撑托座组成。各组成板件应具有足够的强度和刚度。2.外包式柱脚 在钢柱脚外围包裹混凝土即组成外包式柱脚。柱脚外包混凝土中配置垂直纵向钢筋和箍筋，钢柱翼缘上焊有圆柱头焊钉。钢柱脚为铰接柱脚，由锚栓固定。3.埋入式柱脚 将钢柱脚直接埋入基础或基础梁中即埋入式柱脚。在埋入式的钢柱周围配置纵向钢筋和箍筋，钢柱的埋入部分应设置栓钉，埋入长度取柱截面高度的23倍。钢柱脚为铰接柱脚，由锚栓固定在基础梁上。,