平台钢结构设计（ppt,共104页）[详细]

1、,第02章,平台钢结构设计,提纲,1.平台钢结构布置 2.平台铺板设计 3.平台梁设计 4.平台柱设计 5.柱间支撑设计 6.节点设计 7.钢楼梯设计,第1节 平台钢结构布置,1.1 结构组成,平台结构布置图,平台板 次梁 主梁 柱 支撑 楼梯,1.2 传力路径,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,1.3 受力特点,竖向荷载为主要荷载；但不应疏漏可能的水平荷载作用 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； 柱两端常用铰接，为轴压杆。,1.4 柱布置,考虑使用空间要求； 考虑标准化及建筑模数要求； 考虑综合经济指标的合理,【

2、例01】某平台钢结构柱网布置,某厂房需搭设12m*12m平台，高度5m；平台下放有设备；工艺要求只能设置4根柱；下图哪个布置更合理？,方案A,方案B,1.4 柱布置,【例02】某平台钢结构 柱放置方向,某平台钢结构；主梁纵向放置；次梁横向放置；哪种钢柱摆放方向更合理？,方案A,方案B,B-B,A-A,1.4 柱布置,【例03】某平台钢结构 柱放置方向,某平台钢结构；梁柱铰接，柱脚铰接，柱间设置支撑。请问钢柱采用哪种放置方向更为合理？,方案A,方案B,1.4 柱布置,方案A,1.4 柱布置,计算长度：Lx=2*Ly,回转半径：ix=2*iy,长细比： x=y,1.4 柱布置,计算长度：Lx=0.

3、5*Ly,回转半径：ix=2*iy,长细比： x=0.25*y,方案B,1.5 梁布置,简单梁系：柱距较小或负荷较小的平台结构 普通主次梁体系：柱距较大或负荷较大的平台结构 复式主次梁体系：柱距很大或负荷很大的平台结构,简单梁系,主次梁体系,复式主次梁体系,1.6 支撑布置,柱两端都铰接时，必须设置柱间支撑； 为保证结构稳定性或侧向刚度的需要，设置必要的柱间支撑； 支撑布置在柱列中部以减小温度效应,保证结构几何不变； 承受水平荷载、作用；,支撑的作用,【例04】某平台钢结构的支撑布置,图示平台结构，哪种支撑布置方案更合理？,方案A,方案B,1.6 支撑布置,【例04续】某平台钢结构的支撑布置,

4、2.1 结构布置,图示平台结构，哪种支撑布置方案更合理？,方案A,方案B,【例05】某平台钢结构的支撑布置,图示平台结构，所有钢柱均为两端铰接；梁柱铰接；楼面有两种情况：A）铺设木板；B）铺设混凝土板；试讨论：未设置支撑的柱列，其稳定性靠什么保证？若楼板为木板，且不能增加柱间支撑，有什么办法保证结构安全？,1.6 支撑布置,【例05】某平台钢结构的支撑布置,1.6 支撑布置,支撑的形式,交叉支撑、门形支撑、隅撑、梁端加腋等多种形式 在平台钢结构中，柔性交叉支撑较为常用,1.6 支撑布置,第2节 平台铺板设计,2.1 形式和构造,轻型钢铺板，焊接连接； 钢格栅板，钢丝网板； 预制混凝土板； 压型

5、钢板混凝土组合板，抗剪销连接,轻型钢铺板,花纹钢板,花纹钢板,带肋钢板,冲泡钢板,2.1 形式和构造,钢格栅板、钢丝网板,2.1 形式和构造,预制混凝土板,2.1 形式和构造,压型钢板组合楼板,混凝土凝固前： 板上的荷载全部由压型钢板承担 压型钢板仅起模板作用 混凝土凝固后： 形成组合楼板，共同受力,2.1 形式和构造,2.2 铺板的计算,b/a 2时，按单向简支板 b/a 2时，按双向简支板 计算不满足时，调整板厚或调整加劲肋布置。按经济原则确定具体措施。,2.3 加劲肋设计,按受弯简支构件计算,【思考】为何规定为15t？,第3节 平台梁设计,3.1 平台梁规格,型钢：工字型、H型、槽型、矩

6、形钢管 焊接组合截面：焊接H型钢、箱形、组合截面,3.2 型钢梁截面选取,(1) 计算梁上最大弯矩； (2) 选定钢材，确定钢材强度； (3) 由抗弯强度要求确定所需最小截面模量；由变形要求确定所需最小截面惯性矩； (4) 查型钢截面表，选取合适截面。,3.3 焊接梁截面选取,【实用版】,(1) 选择截面高度：根据跨度选梁高，尽量高,空间条件：建筑净高使用要求 最大允许梁高 hmax 刚度条件：根据跨度选取梁高h；如简支梁可取L/10；,(2) 选择腹板厚度：由腹板局部稳定控制，尽量薄,(3) 翼缘尺寸：弯矩控制，尽量薄,无加劲肋：,设加劲肋：,简算,【教材例2-2】试选取主梁截面,3.3 焊

7、接梁截面选取,3.4 截面验算,公式见钢结构基本原理,3.5 加劲肋构造,(1) 横向加劲肋：通常腹板两侧对称布置，也可单侧布置,【教材例2-2】试选取加劲肋尺寸,(1) 横向加劲肋,切角构造,【思考】为什么切角？,3.5 加劲肋构造,(2) 纵向加劲肋：对腹板中心（y轴）应满足：,3.5 加劲肋构造,按压杆进行整体稳定验算,端部刨平顶紧时应验算局部承压,(3) 支承加劲肋端承式,3.5 加劲肋构造,按压杆进行整体稳定验算,构造控制：下伸自由高度不大于厚度的2倍,(3) 支承加劲肋-凸缘式,3.5 加劲肋构造,3.6 翼缘腹板连接焊缝,(1) 无固定集中荷载、或集中荷载由支承加劲肋承受时,(2

8、) 有集中荷载，且不设置支承加劲肋时,连接焊缝承受纵向剪力,连接焊缝承受纵向剪力和横向压力,第4节 平台柱设计,4.1 常用形式,实腹柱,格构柱,选择回转半径较大的对称截面，提高柱的整体稳定和刚度 柱两端铰接时，两个主轴方向的计算长细比尽可能接近，提高经济性 便于连接、构造简便，制造省工 尽可能选用型材，如H型钢、圆管、方管,4.1 常用形式,【例06】某平台钢结构 柱截面选择,图示平台钢结构，分别选用什么截面比较合理？请解释原因。,4.1 常用形式,4.2 实腹柱截面选择,（1）预设钢材的强度等级 （强度控制用Q345，稳定控制用Q235） （2）预设长细比5090（“力大取小，力小取大”）

9、 （3）选择截面类型，初步选定截面规格 （4）根据预设长细比，计算所需面积A （5）根据预设长细比，计算回转半径ix和iy （6）确定截面高度h、宽度b （7）根据A、h、b，确定截面尺寸 （8）验算柱稳定、强度、刚度、局部稳定,实腹柱的截面选择【简化版】,（1）计算柱内力N （2）选择截面类型和材料类型 （3）根据柱高确定截面尺寸：b=H/30 H/20 （4）确定板厚，满足局部稳定情况下板尽量薄 （5）计算所需面积A；A=N/0.8f N/0.6f,4.2 实腹柱截面选择,【例07】某平台钢结构 实腹柱截面选择,图示平台钢结构， 柱距为8m8m 恒载为5.0kN/m2； 活载为8.0kN/

10、m2； 平台高度8m； 柱脚铰接； 柱顶铰接 试选中柱截面；,4.2 实腹柱截面选择,4.2 实腹柱截面选择,1）内力计算： p=1.2*5.0+1.4*8.0=17.2 kN/m2； N=8*8*17.2=1100.8kN,2）确定截面类型和材料： 采用H型钢，材质为Q235B；,4）计算所需截面面积： A=N/f=1100.8/(215*0.6)=8533 mm2,3）确定截面高度： h=H/25=320mm,5）确定腹板和翼缘厚度 Tw=320mm/40=8mm; Af=(8533-300*8)/2=3067mm2; Tf=10mm; b=15*10*2=300mm; Af=3000mm

11、2;,H320 x300 x8x10,3.4 格构柱截面选择,（1）预设钢材的强度等级 （强度控制用Q345，稳定控制用Q235） （2）预设长细比5090（“力大取小，力小取大”） （3）选择截面类型，初步选定截面规格 （4）计算所需面积A （5）计算回转半径 （6）确定截面轮廓尺寸h和b （7）根据A、h和b，选定截面形式和实际尺寸 （8）验算柱稳定、强度、刚度、单肢稳定,4.4 截面验算,公式见钢结构基本原理,4.5 格构柱构造,在较大水平力和运输单元端部应设置横隔； 横隔间距不大于柱较大宽度的9倍，且不大于8m；,第5节 柱间支撑设计,5.1 支撑设计,交叉支撑：通常按拉杆设计； 门形

12、支撑：按压杆设计；,以后各章会详细叙述,第6节 节点设计,6.0 节点设计,主要节点： 1）梁的拼接节点 2）主次梁连接节点 3）梁支座节点 4）柱头节点 5）柱脚节点,6.1 梁拼接节点,1）对接焊缝拼接,翼缘、腹板焊缝尽可能错开； 腹板对接焊缝离加劲肋距离大于10tw 焊缝设在内力较小处，焊缝强度不足时可用斜焊缝 上、下翼缘对接缝开V型坡口，便于俯焊； 预留一段翼缘与腹板间的焊缝到工地焊，减少焊接应力,6.1 梁拼接节点,2）角焊缝拼接,翼缘拼接板及周边焊缝承受翼缘弯矩 腹板拼接板及其焊缝，承受全部剪力，及腹板上的弯矩 腹板拼接板尽量靠近翼缘；,6.1 梁拼接节点,3）全螺栓拼接,拼接板应

13、采用夹板，螺栓为双剪受力 翼缘拼接板及周边焊缝承受翼缘弯矩 腹板拼接板及其焊缝，承受全部剪力，及腹板上的弯矩 腹板拼接板尽量靠近翼缘；,6.1 梁拼接节点,4）栓焊混合拼接,高强螺栓连接腹板；翼缘采用对接焊缝； 翼缘对接焊缝等强；腹板传递部分弯矩和全部剪力； 接缝一般510mm，腹板拼接板尽量靠近翼缘；,【思考】在弯矩和剪力作用下，此节点可否采用普通螺栓？可否采用承压型高强螺栓？,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,双剪螺栓连接,腹板采用双夹板高强螺栓拼接； 间隙一般510mm，双夹板尽量靠近翼缘； 计算时应考虑剪力偏心；,【思考】偏心距如何取值？,A,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,单剪螺栓

14、连接,腹板采用单剪高强螺栓拼接； 间隙一般510mm； 计算时应考虑剪力偏心；剪力加大2030%；,【思考】图示两种情况，偏心距如何取值？哪个偏心距大？哪个主梁的不利影响大？,B,【例08】主次梁节点的抗疲劳性能比较1,某钢结构平台次梁上放置有高频振动设备；次梁连接节点采用哪种较好？,6.2 主次梁节点,【例08】主次梁节点的抗疲劳性能比较2,某钢结构平台次梁上放置有高频振动设备；次梁连接节点采用哪种较好？,6.2 主次梁节点,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,可滑动铰,腹板采用长圆孔螺栓拼接； 间隙一般1020mm； 注意长圆孔的孔壁承压承载力计算；,【思考】是否还需考虑偏心？对主梁的不利影

15、响？两边都有次梁时？,C,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,夹板围焊,腹板夹板拼接；间隙一般510mm； 安装螺栓定位，夹板四面围焊； 连接焊缝承受剪力，应考虑剪力偏心；,D,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,腹板围焊,腹板直接和节点板拼接；间隙一般510mm； 安装螺栓定位，腹板三面围焊； 计算时应考虑剪力偏心；剪力加大2030%；,E,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,台式支托,连接角钢,F,角钢连接：构造简单，不宜单边连接； 台式支托：构造复杂，安全； 抗剪键支托：偏心小，安装精度高；,抗剪键支托,【思考】下列3种节点的传力路径；,6.2 主次梁节点,1）铰接节点,叠接,G,构造简单，施

16、工方便；建筑高度大； 主梁应设置加劲肋； 焊缝或螺栓为固定用，按构造配置；,6.2 主次梁节点,2）刚接节点,叠接,H,构造简单，施工方便；建筑高度大； 主梁和次梁均应设置加劲肋； 焊缝或螺栓为固定用，按构造配置；,6.2 主次梁节点,2）刚接节点,栓焊混合,I,腹板采用高强螺栓（夹板双剪或单剪）； 上翼缘和主梁焊接；下翼缘和水平加劲肋焊接； 翼缘焊缝承担弯矩；腹板承担剪力和部分弯矩；,6.2 主次梁节点,2）刚接节点,翼缘对接，腹板角焊缝,J,腹板采用拼接板焊接（双面或者单面）； 上翼缘和主梁焊接；下翼缘和水平加劲肋焊接； 翼缘焊缝承担弯矩；腹板承担剪力和部分弯矩；,6.2 主次梁节点,2）

17、刚接节点,下翼缘承托连接，上翼缘盖板,K,上翼缘采用盖板连接，盖板比次梁翼缘窄； 下翼缘采用承托连接，承托比次梁翼缘宽； 剪力由承托承担；,【思考】传力路径？端部腹板受力？,6.3 梁支座节点,1）平板支座,压力平板支座,A,支座处应设置加劲肋； 梁端不能自由转动，支座板下压力分布不均匀； 无法承受拉力；,【思考】垫板厚度如何计算？,6.3 梁支座节点,2）弧形支座,B,支座处应设置加劲肋； 可以自由转动； 无法承受拉力；,6.3 梁支座节点,3）滚轴支座,C,支座处应设置加劲肋； 可以自由转动；可以自由滑动； 无法承受拉力；,6.3 梁支座节点,4）铰轴支座,D,支座处应设置加劲肋； 可以自

18、由转动； 接触面中心角应大于90度；,6.3 梁支座节点,5）球形支座,E,有专门厂家生产设计； 根据需要可以抗压、抗拉； 根据需要可以转动、滑动；,6.3 梁支座节点,6）橡胶支座,F,用于压力较小的情况；不可抗拉；橡胶易老化； 有专门厂家生产设计；网架中应用较多； 网架结构设计规范中有计算方法；,6.3 梁支座节点,7）桩台支座,G,用桩台代替垫板，用于压力很大的时候； 用桩台来扩散压力；,6.4 柱头节点,1）顶接,主梁加劲肋对准柱翼缘； 梁间留有间隙，便于调整； 柱顶板上有定位螺栓； 夹板连接腹板，防止梁侧翻； 两侧梁不等时，柱偏压； 梁压力过大时，翼缘易局部屈曲；,A,6.4 柱头节

19、点,1）顶接,主梁采用突缘式端板连接； 主梁之间用填板连接，防纵向错动； 柱顶设垫板扩散压力； 柱顶板下设置加劲肋扩散压力； 梁下翼缘用定位螺栓连接； 偏心压力小；,B,【思考】传力路径？,6.4 柱头节点,1）顶接,主梁采用突缘式端板连接； 主梁之间用填板连接，防纵向错动； 柱顶设垫板扩散压力； 柱肢间用缀板连接； 梁下翼缘用定位螺栓连接； 偏心压力小；柱顶刚度大；,C,【思考】传力路径？定位螺栓可否放在柱肢内部？如何计算缀板高度？,6.4 柱头节点,1）顶接,主梁连续；柱顶铰接，或柱顶刚接； 注意加劲肋设置；,D,【思考】计算简图？,6.4 柱头节点,2）侧接,柱上伸小牛腿；主梁翼缘焊接于

20、牛腿； 腹板采用角钢连接，防止侧翻；钢梁下翼缘设置定位螺栓； 应计算牛腿焊缝；,E,6.4 柱头节点,2）侧接,柱上设置支托，通常用厚钢板； 梁端采用突缘式端板；采用填板和翼缘连接； 用于较大受力情况；,F,6.4 柱头节点,2）侧接,柱上焊接牛腿，牛腿截面和梁相同； 主梁和牛腿刚接，如翼缘焊接，腹板高强螺栓夹板； 对应翼缘位置需设置加劲肋；,G,6.5 柱脚节点,1）铰接柱脚,平板铰接柱脚；锚栓位于翼缘以内； 底板下设置抗剪键； 底板开孔为锚栓直径1.21.5倍；垫板开孔比锚栓直径大12mm； 多采用细石混凝土找平；,A,6.5 柱脚节点,1）铰接柱脚,平板铰接柱脚的计算： 锚栓计算； 拉力最大工况控制； 底板尺寸计算； 底板厚度计算； 抗剪验算；规范规定，锚栓不得用于抗剪。,A,6.5 柱脚节点,【例09】平板铰接柱脚计算,计算某铰接平板柱脚； 柱截面H300 x240 x8x12； 底板尺寸340 x280；底板厚度20mm； 底板为Q2