华科建筑钢结构第二章平台钢结构设计

第二章平台钢结构设计本章重点和难点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二章平台钢结构设计2019/8/9第二章平台钢结构22.1概述2.1.1平台钢结构应用应用：工业厂房中的设备支承平台、走道平台、检修平台、操作平台等。民用建筑中的楼层和立体车库等。分类：室内平台、室外平台、承受静力荷载和承受动力荷载平台以及生产辅助平台和重、中、轻型操作平台等。权重：约占厂房全部结构用钢量的30％。设计考虑：工艺生产的要求，平台布置、选材、制造安装等方面注意结构的合理性。第二章平台钢结构设计2019/8/9第二章平台钢结构3第二章平台钢结构设计2.1.2平台钢结构类型根据使用荷载不同分类：一般平台(即轻型平台)：使用荷载2kN／m²左右;如人行走道、单轨吊车检修等的通行平台普通操作平台：使用荷载4.0～8.0kN／m²如检修平台、有小型设备及少量堆料的操作平台、施工平台等；重型操作平台：使用荷载为10.0kN／m²以上或有行车及振动荷载的平台。如炉顶平台、炼钢车间操作平台、铸锭平台、轧钢车间均热炉平台及电炉操作平台2019/8/9第二章平台钢结构4第二章平台钢结构设计2.1.3平台钢结构布置一、结构布置要求1.满足使用功能和生产工艺操作的的净空要求。一般通行平台净空高度不小于1.9m，宽度不应小于0.7m局部最小宽度不得小于0.4m。2.考虑平台上较大固定设备的位置及大直径管道等的吊挂位置，尽量将荷载直接作用平台粱、柱上.3.轻型平台利用厂房结构及其他承重结构的条件，将平台的梁板支承在厂房柱及大型设备或结构上。4.较大动力荷载或有重型设备、重储物的平台，宜与厂房柱脱开，直接支承于独立柱上。5.重型平台一侧支承于厂房柱或建筑物墙体，另一侧设独立柱。应加设柱间支撑。2019/8/9第二章平台钢结构5第二章平台钢结构设计二梁格布置充分利用铺板的允许跨距合理布置梁格简式梁格：只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；普通式梁格：有次梁和主梁，次粱支承于主梁上；复式梁格：除主梁和纵向次粱外，还有支承于纵向次梁上的横向次梁。2019/8/9第二章平台钢结构6第二章平台钢结构设计三、平台钢结构的构成、传力路线和受力特点（1）构成：板、次梁、主梁、柱、支撑；（2）传力路线：竖向荷载→板→次梁→主梁→柱→基础水平荷载→板→次梁→主梁→支撑/柱→基础(3）受力特点①竖向荷载为主要荷载；②板有单向和双向之分，钢板常以变形控制；③梁分次梁、主梁，可连续或单跨；④柱两端常用铰接，为轴压杆。2019/8/9第二章平台钢结构7第二章平台钢结构设计2.2平台铺板设计一、平台铺板构造类型轻型钢铺板：有花纹钢板、带肋钢板和冲泡钢板等。混凝土预制板：使用比较方便，梁的间距可较大压型钢板与钢筋混凝土组合楼板：钢板单受力、混凝土单受力、共同受力2019/8/9第二章平台钢结构8第二章平台钢结构设计二、平台板计算单向简支板、四边简支双向板控制值：弯曲强度、挠度][a,6,a][4.6,6,8134max22max3422wEtqwftMqMwEtlqwftMqlMkk双向板：简支板：2019/8/9第二章平台钢结构9第二章平台钢结构设计2.3平台梁的设计•钢平台梁一般宜设计成截面不变的热轧普通工字钢或槽钢.•钢平台梁的挠度不应大于下列数值：设有重轨道的梁l/600没有轨道的主梁l/400没有轨道的其它梁l/250•平台梁设计一般可不考虑塑性变形2019/8/9第二章平台钢结构10第二章平台钢结构设计2.3.1-2、截面设计（型钢梁略）一、截面选择原则：强度、稳定、刚度、经济性等要求1、截面高度（1）容许最大高度hmax—净空要求；（2）容许最小高度hmin由刚度条件确定，以简支梁为例,取荷载标准值qk：EhlhEWlMEIMlEIlqkxkxkxk48104810485384522242min10481.3TflhE2019/8/9第二章平台钢结构11第二章平台钢结构设计（3）梁的经济高度he经验公式：梁的高度应满足：2、腹板厚度tw由抗剪强度确定：一般按上式求出的tw较小，可按经验公式计算：构造要求：0.432730()exexhWhWcm或单位ehhhhh且maxminvwwfhVtmax2.1):(5.3cmhtww单位mmtw62019/8/9第二章平台钢结构12第二章平台钢结构设计二、截面验算截面确定后，求得截面几何参数IxWxIyWy等。1、强度强度验算：抗弯强度、抗剪强度、局压强度、折算应力；2、整体稳定验算；3、局部稳定验算，对于腹板一般通过加劲肋来保证4、刚度验算；5、动荷载作用，必要时尚应进行疲劳验算。2019/8/9第二章平台钢结构13第二章平台钢结构设计三、焊接组合梁翼缘焊缝计算单位长度上的焊缝剪力＝腹板剪力V1：且满足构造要求。wfxfwfxffffIVShfIhVShV4.14.17.021112019/8/9第二章平台钢结构14第二章平台钢结构设计2.3.3梁的拼接1、组合梁的拼接：焊接拼接①对接焊ⅰ）翼缘对接焊缝与腹板对接焊缝尽可能错开距离；ⅱ）腹板对接焊缝离开加劲板距离大于10tw；ⅲ）焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用斜焊缝ⅳ）上、下翼缘对接缝开V型坡口，便于俯焊；ⅴ）预留一段翼缘于腹板间的焊缝到工地焊，以减少焊接应力。2019/8/9第二章平台钢结构15第二章平台钢结构设计1组合梁的拼接：≥10tw~500~50012344551245345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；翼缘拼接板的设计内力应按下式计算:N1=AfnfAfn--被拼接翼缘板净截面面积。2019/8/9第二章平台钢结构16腹板拼接板及其连接承担的内力为：1）拼接截面处的全部剪力v；2）按刚度分配到腹板上的弯矩Mw：第二章平台钢结构设计腹板截面惯性矩；梁截面惯性矩。2019/8/9第二章平台钢结构17第二章平台钢结构设计拼接板焊接验算ⅰ）翼缘拼接板及周边焊缝受力式中——梁翼缘板中心到梁中和轴的距离——翼缘板净截面积ⅱ）腹板拼接板受全部剪力；ⅲ）腹板拼接板受弯距1yn1A2019/8/9第二章平台钢结构18第二章平台钢结构设计高强螺拴拼接①拼接应用夹板，螺栓双剪；②受力同拼接焊。2019/8/9第二章平台钢结构19第二章平台钢结构设计2.3.4主、次梁连接叠接设计不需验算，安装方便，可做连续次梁，占建筑空间高度大；2019/8/9第二章平台钢结构202.3.4主、次梁连接平接：要验算，构造复杂，不能传递弯距，不占建筑空间。第二章平台钢结构设计2019/8/9第二章平台钢结构21a)b)c)d)e)2.3.5梁的支座(1)传递压力①主梁支座处有加劲肋，突缘。加紧肋要保证稳定性。②要有足够的接触面传递钢-钢，钢-砼的压力(2)铰接支座转动或滚动要符合设计要求；(3)要能够传递一定的侧向水平推力；(4)要便于安装。2019/8/9第二章平台钢结构222.3.5梁的支座2019/8/9第二章平台钢结构23支于砌体或混凝土上的支座有三种形式：2.3.5梁的支座第二章平台钢结构242019/8/9支座垫板的长和宽；、支承材料的承压强度；支座反力；：支座板截面面积bafRfRbaAAcc铰轴式支座的圆柱形枢轴，当接触面中心角θ≥90o时，其承压应力应满足：2.3.5梁的支座第二章平台钢结构252019/8/9br为了防止弧形支座的弧形垫块和滚轴支座的滚轴被劈裂，其圆弧面与钢板接触面的承压力，应满足：。座滚轴个数，对于弧形支的接触长度；弧形表面或滚轴与平板滚轴支座的滚轴直径；倍或的弧形支座板表面半径式中：112)3(401nnabrrdEndaV2.4.1钢平台柱1.一般宜设计成等截面柱：实腹柱、格构柱2.一般按轴心受压构件设计。柱的长细比不宜大于1503.柱上下两端一般设计为铰接，对于承受较大荷载的柱，应设计成上端为铰接，下端为刚接。4.柱脚底板厚度按柱基础对底板的反压力所产生的弯矩计算定，但不得小于柱肢的最小厚度及10mm。2.4平台柱和柱间支撑设计第二章平台钢结构262019/8/9l01xyyxl01xyyxyxa)xxxxf)e)yg)yyyyb)yyyc)d)yyxxxxxyxxyyxx2.4.2柱网布置（1）按使用空间要求；（2）考虑标准化及建筑模数要求；（3）考虑综合经济指标的合理第二章平台钢结构272019/8/9600040001BA4000DC4000600060006000234柱间支撑6000562.4.3平台柱的柱间支撑（1）柱间支撑设计的原则①用双向柱间支撑抵抗水平力；（柱按轴压设计）②支撑布置在柱列中部以减小温度效应；③支撑常按柔性交叉设计。（2）平台水平支撑设计原则①平台水平支撑一般为柔性交叉支撑；②安装时用水平支撑调节梁的相对位置；③平台平面内刚度较弱时，支撑将平台水平力传至柱间支撑第二章平台钢结构282019/8/92.4.3平台柱的柱间支撑第二章平台钢结构292019/8/911/60/240(1)/30(1)0.4(0.6)60bbbmibmFNorFNFNmNFn单列柱一道支撑：单列柱多道支撑：多列柱一道支撑：2.4.4柱头与柱脚柱头一柱头：实腹式第二章平台钢结构302019/8/9实腹柱柱端构造集中垫板a)b)梁端加劲肋传力路线：梁焊缝突缘垫板柱顶板焊缝�加劲肋焊缝‚柱身有时，当荷载较大时，加劲肋高度h1将很大，显然构造不合理，这时，可将腹板切开一个缺口，将两边的加劲肋连为一体，这时，四条焊缝就都只承受N/4力并均匀受剪h1+2mmt+2mmt+2mmwh1b1t图4-35双悬臂加劲肋2.4.4柱头与柱脚柱头格构式柱头第二章平台钢结构312019/8/9传力路线：梁→垫板→柱顶板→加劲肋→缀板→柱肢缀板与加劲肋受力形式相同。加劲肋的抗弯及抗剪强度应进行计算。垫圈填板突缘b/2N/2h1l110-20b垫板加劲肋柱顶板缀板≤2l23l缀板aN/2N/4柱头构造a)b)柱板顶加劲肋1N/412侧面和梁连接的柱头按V=1.25N计算承托焊缝2.4.4柱头与柱脚柱脚通常为铰接。传力路线：柱肢→靴梁→底板→混凝土基础h1柱脚构造底板靴梁ca11a)b)柱身cL锚铨盖板ab1bB1锚铨2d2c)通常柱肢制作稍短一些，其与底板用构造焊缝相连，不计受力。计算自下而上，即从底板开始，从柱底板放大的概念上讲，可以将柱脚定义为“柱鞋”，即保证混凝土基础不被压坏。例题设计图所示偏心受压柱的柱脚。已知N=700KN，M=210KN·m，Q235钢，E43型焊条。解：分析：柱脚构造如图所示。传力路径为：底板的大小取决于砼基础的弯曲抗压强度设计值，底板的厚度则取决于底板本身抗弯强度设计值。焊缝①需要的长度决定于柱身受力最大一侧翼缘的焊缝承载力，焊缝②的焊角尺寸则决定于底板最大反力处，及柱身边缘，单位长度的焊缝所需的焊脚尺寸。锚栓则由它所受的拉力确定。220400200320961450014964.6c=519σMAX=10.6NM靴梁①②底板（a)(b)柱身N,M靴梁底板基础焊缝①焊缝②