第2章-平台钢结构设计

1.钢结构的极限状态2.房屋结构安全等级及使用年限3.能够辨别不同的荷载类型：永久、可变、地震、偶然4.钢材选用重点回顾第2章平台钢结构设计2.1平台钢结构布置2.2平台铺板设计2.3平台梁设计2.4平台柱设计2.5柱间支撑设计2.6节点设计2.7钢楼梯设计本章教学目标1掌握平台钢结构的布置原则2掌握平台铺板设计3掌握平台梁设计及有关构造4掌握平台柱设计及有关构造5掌握平台柱脚设计2.1平台钢结构布置一、平台结构的组成与分类•平台结构：•由板、主次梁、柱、支撑系统和次要构件(栏杆、楼梯等）组成，形成一个空间不变体系。二、用途•操作平台、检修平台、走道平台等•主要用于工业建筑面板次梁主梁柱支撑上海东卫消防钢结构平台上海奉贤电厂钢结构平台上海贝莎时装钢结构平台三、平台结构布置1、满足工艺要求2、传力明确、直接合理3、经济4、梁格布置单向梁格双向梁格复式梁格平台设计的一般步骤：1.结构体系布置2.构件截面选择3.结构内力、变形分析4.构件计算、截面调整5.节点构造设计计算6.楼梯、栏杆设计计算2.2平台铺板设计2.2.1平台铺板的类型和构造•按工艺要求：固定式和可拆御式•按构造要求：轻型钢铺板、钢筋混凝土板和组合楼板现浇混凝土楼盖板配筋框架柱抗剪栓钉楼板双向钢筋现浇混凝土楼盖与钢梁的连接现浇混凝土楼盖板支模充分利用钢梁的下翼缘替代支撑模板分布梁的脚手架现浇混凝土楼盖现浇混凝土楼盖现浇混凝土楼板后浇带现浇混凝土楼板后浇带后浇带：根据国家标准:混凝土结构工程施工规范第2.0.10条后浇带的定义是:为适应环境温度变化、混凝土收缩、结构不均匀沉降等因素影响，在梁、板(包括基础底板)、墙等结构中预留的具有一定宽度且经过一定时间后再浇筑的混凝土带后浇带设计要求：(1)后浇带的留置宽度一般700-1000mm，现常见的有800mm、1000mm、1200mm三种。(2)后浇带的接缝形式有平直缝、阶梯缝、槽口缝和X形缝四种形式。(3)后浇带内的钢筋，有全断开再搭接，有不断开另设附加筋的规定。(4)后浇带砼的补浇时间，有的规定不少于14天，有的规定不少于42天，有的规定不少于60天，有的规定封顶后28天。高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)规定是45d后浇筑。混凝土结构构造手册第三版中国建筑工业出版社规定是28天。(5)后浇带的砼配制及强度，原砼等级提高一级的补偿收缩混凝土浇筑。(6)养护时间规定不一致，有7天、14天或28天等几种时间要求,一般小工程常用的是用14天左右，赶工或工程要求才7天，大工程自建民房常用28天或者一个月左右。应用在组合楼板的镀锌压型钢板压型钢板与抗剪栓钉的连接抗剪栓钉压型钢板带有抗剪栓钉的钢构件抗剪栓钉分布钢筋抗剪栓钉•轻型钢铺板：有肋铺板和无肋铺板铺板加劲肋间距大于2倍铺板跨距或加劲肋不够，或仅仅按构造设置加劲肋时，可按无肋铺板进行设计。上海东卫消防钢结构平台有肋铺板加劲肋类型•扁钢（高度取1/12~1/15跨度，且不小于６０mm，厚度不小于５mm）•角钢（等肢角钢L45x4，不等肢角钢L56x36x4)•C型钢•C型钢间断焊接工艺规定2.2.2平台铺板计算通常铺板被梁和加劲肋分成矩形区格,铺板按区格计算.ab次梁加紧肋上海东卫消防钢结构平台)12(2maxaqM1、四边简支板：当矩形区格的两相邻边的长短边之比不超过2.0时，可视为四边简支板。板的内力计算：（2-1）式中--铺板区格内单位长度上最大弯矩设计值，kN.m/m;α--均布荷载作用下四边支撑板的弯矩系数，与板的边长比b/a有关，根据四边简支板的弹性力学分析得出，可按照表2-1查取；a、b--分别为区格的短边与长边；q—区格内均布荷载设计值。maxMb/a1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.03.0≥4.0α0.0480.0550.0630.0690.0750.0810.0860.0910.0950.0990.1010.1190.125ftMWM2maxmax6β0.0430.0530.0620.0700.0770.0840.0910.0970.1020.1060.1110.1190.125•板的强度应满足式（2-2）的要求：（2-2）表2-1四边简支板的计算系数式中γ--截面塑性发展系数，此处取1.2;W、t—分别为铺板单位长度的截面模量和厚度，花纹钢板厚度取基本厚度；f—铺板钢材的强度设计值；q—区格内均布荷载设计值。vEtaqvk32•板的挠度计算公式：（2-3）式中β—均布荷载作用下四边简支板的挠度系数，也与板的边长比b/a有关，可按表2-1取;qk—区格内分布荷载标准值。现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017中对平台铺板采用钢板时的挠度限值为a/150.b/a单跨或双跨三跨或三跨以上α0.1250.100β0.1400.1102、单向受弯板：当矩形区格的两相邻边的长短边之比大于2.0时，可将板视为两长边支承的单向受弯板。单跨简支梁—仅有一个区格；多跨连续梁—有多个区格；其中梁跨是板的短边长度。计算采用（2-1）～（2-3）单向板弯矩和挠度计算系数2.2.3铺板加劲肋计算ab次梁加紧肋qq单向板—均布荷载四边支承—可按梯形也可偏安全按均布荷载。xxt15t15txxt15t15t图:加紧肋的计算截面•当铺板和加劲肋之间的间断焊缝间距不超过15t时跨中受弯计算•支座受剪计算加劲肋计算截面VmaxMmaxqfWMxxxvfItVSx43845EIlqk强度:刚度:加劲肋按受弯构件计算强度和挠度。加劲肋计算截面（2-4）（2-5）（2-6）例题2-1：设一平台结构,平台布置如图所示,平台的均布活荷载标准值,qk=10KN/mm2，Q235-A，铺板采用花纹钢板,设计并计算平台铺板.柱间支撑主梁次梁图:平台结构计算例题钢结构平台肋间距选择(单向板)1.计算对象：平台铺板2.平台铺板计算最终需要得出的结论：铺板的类型：花纹钢板、Q235（已知）平面布置（已知）板厚确定（基本厚度范围2.5~8mm）加劲肋布置3.铺板计算内容：强度（2-2）、挠度（2-3）4.加劲肋设计：加劲肋截面设计5.加劲肋计算：正应力（2-4）、剪应力（2-5）、挠度（2-6）解题思路：图:平台结构计算例题图:平台结构计算例题上海东卫消防钢结构平台mkNPaM.5256.06.06.14100.02223/5.0006.0/5.78mkNmKNgk2/10mkNqk2/5.105.010mkNPk1、平板计算：110.0,100.02/6.142.15.04.110mkNP15011781005607.0100061006.26005.10110.0/215/73006.02.15256.0635333222EtaPavmmNfmmNWMk２、加紧肋计算：1)加紧肋设计：选用-80X6,Q2352)荷载计算：xx69090680mkNmKNgk/03768.008.0006.0/5.783mkNpk/338.603768.06.05.10mkNP/805.82.103768.06.06.14xx69090150(50)63)内力计算：VmaxMmaxPmKNM.476.25.1805.8812maxKNV604.65.1805.821max4)截面特性：xx69090680408736802.1668061804668036180mmIxx5)验算：150164618736801006.23841500338.653845/215/8.1648736802.18.6910476.2533226xkEIlPlvmmNfmmNWM2.3平台梁设计2.3.1平台梁设计要点1、平台梁应优先选用型钢截面,以减少成本;2、当没有合适尺寸或供货困难时可采用组合截面；3、设计主次梁连接时，次梁与主梁常做成铰接，主梁与柱做成刚接或铰接；4、认真确定梁的计算跨度北京中关村金融中心安装现场北京中关村金融中心安装现场(1)梁的内力求解：设计荷载下的最大Mmax及Vmax（不含自重）。VmaxMmaxqVmaxMmaxFVmaxMmaxgk+qk2.3.2截面设计和计算1.型钢梁设计步骤总结（3）根据Mmax按下式求出需要的Wnx，查型钢表试选截面。fMWxxmax（4）弯曲正应力验算：求设计荷载及其自重作用下的Mmax和VmaxfWMxx/x(2)预设拟用的钢材强度等级。最大剪力验算：（5）整体稳定验算：（对平台来说，若有刚性铺板，整体稳定自动满足，不必计算）vxxyftISV（6）刚度验算：集中荷载下等截面简支梁x348EIPl均布荷载下等截面简支梁x43845EIql例题2-3：设一平台结构,平台布置如图所示,平台的均布活荷载标准值,qk=10KN/mm2，Q235-A，铺板采用花纹钢板,设计次梁截面.柱间支撑主梁次梁图:平台结构计算例题图:平台结构计算例题mkNlqMbsx.056.9960125.22818122max,mkNqbs/0125.226.0/5.1805.836max,min,8.43821505.110056.99mmfMWxx查型钢表试选I28ammtcmScmImkgmmWwxxx5.8,7.2927115,/47.43,2.5083431、初选截面：mkNqbsk/28.16435.06.0/5.1338.62、截面验算：mkNlqMbsx.41.1016535.22818122//max,mkNqbs/535.22435.02.1013.22/mkNV.61.672/6535.22max22433/125/7.32105.87115107.2921061.67mmNmmNtIVSxx2236max,/215/190102.50805.11041.101mmNmmNfMx250132011071151006.2384600028.165453lv截面高度容许最大高度hmax容许最小高度hmin经济高度he3ex730(cm)hWhmin≤h≤hmax，h≈he焊接梁截面（1）确定截面尺寸2焊接组合梁设计步骤总结均布荷载作用下简支梁的最小高度hmin腹板高度hw腹板高度hw比h略小。腹板厚度tw抗剪wwvVthf可取1.2~1.5局部稳定ww(cm)11ht焊接梁截面tw=8~22mm翼缘尺寸b和t所需截面模量为：32xw1xw216IhhWtbthhh初选时取h≈h1≈hwx考虑局部稳定，通常取b=25t且大于180mm，且h/2.5bh/6。焊接梁截面（2）截面验算验算时要包含自重产生的效应强度弯曲正应力单向弯曲时xxnxMfW双向弯曲时yxxnxynyMMfWW剪应力vwVSfIt局部压应力cwzFftl折算应力2231.1f222cc13f稳定整体稳定（一般通过构造措施解决）局部稳定（翼缘、腹板）刚度集中荷载下简支梁x348EIPl工作平台布置示例梁的局部稳定和腹板加劲肋设计焊接组合梁局部失稳翼缘腹板yftb23513/yftb23515/yftb23540/0当采用塑性设计时1）翼缘不发生局部失稳条件:当采用弹性设计时箱型梁翼缘板b1b0tt腹板的高厚比限值（加紧肋布置见教材）短加劲肋横向加劲肋纵向加劲肋2）腹板的局部稳定提高梁腹板局部稳定可采取以下措施：①加大腹板厚度—不经济②设置加劲肋—经济有效柱间支撑吊车梁24米跨吊车梁柱间支撑图梁腹板的失稳(a)弯曲正