项目一 工作平台梁设计(受弯构件)..doc

项目一工作平台梁设计
情景引入:
某车间工作平台采用钢结构,如图0-1所示。平台上无动力荷载,平面布置如图0-3,其恒载标准值为3,,钢材为Q235钢,假定平台板为刚性,并可保证次梁的整体稳定,试确定主、次梁的截面。
图0-1 工作平台框架图
图0-2 带楼板的工作平台
图0-3 工作平台平面布置图
问题:1、通常,结构布置类型有哪些?
2、梁的截面形式有哪些?尺寸怎样确定?
3、柱的截面形式有哪些?尺寸怎样确定?
任务一次梁截面设计—选用型钢梁
钢梁按制作方法的不同分为型钢梁和焊接组合梁。型钢梁又分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁两种。目前常用的热轧型钢有普通工字钢、槽钢、热轧H型钢等(如图1-1a~c)。冷弯薄壁型钢梁截面种类较多,但在我国目前常用的有C形槽钢(图1-1d)和Z形钢(图1-1e)。冷弯薄壁型钢是通过冷轧加工成形的,板壁都很薄,截面尺寸较小。在梁跨较小、承受荷载不大的情况下采用比较经济,例如屋面檩条和墙梁。型钢梁具有加工方便、成本低廉的优点,在结构设计中应优先选用。但由于型钢规格型号所限,在大多情况下,用钢量要多于焊接组合梁。
如(图1-1f、g)所示,由钢板焊成的组合梁在工程中应用较多,当抗弯承载力不足时可在翼缘加焊一层翼缘板。如果梁所受荷载较大、而梁高受限或者截面抗扭刚度要求较高时可采用箱形截面(图1-1h)。
型钢梁中应用最多的是普通热轧工字钢,H型钢的应用在我国正逐步推广。型钢梁一般应满足强度、刚度和整体稳定的要求。设计时,首先根据建筑要求的跨度及预先假定的结构构造,算出梁的最大弯矩设计值,按此选择型钢截面,然后进行各种验算,具体设计步骤如下。

(a) (b) (c) (d)
(e) (f) (g) (h)
图1-1梁的截面形式
一、截面初选
先计算梁的最大弯矩,由从型钢表中取用与相近的型钢号。此时,可预先估算一个自重求出,求出截面后按实际自重进行验算。也可先不考虑自重算出,选出截面后按实际自重进行验算。求出截面后按实际自重进行验算,也可先不考虑自重,选出截面后按实际自重进行验算。
二、截面验算
1、强度验算
(1)根据所选用型钢的实际截面参数,按式(1-1)验算抗弯强度。
(1-1)
式中:—弯矩
—截面塑性发展系数,根据附表1截面类别确定,其值小于截面形状系数。
—梁的净截面抵抗矩
—钢材的抗弯强度
(2)当有集中力作用时,按式(1-2)进行局部压应力验算。
(1-2)
式中:—压应力
—集中荷载增大系数(考虑吊车轮压分配不均匀),,
—集中荷载,对动荷载应考虑动力系数
—腹板厚度
—集中荷载按扩散到腹板计算高度上边缘的假定分布长度,按下式计算:
如果集中荷载位于梁的端部,荷载外侧端距小于(如图1-2) ,即时则取:
a—集中荷载作用处沿跨度方向的分布长度,对吊车轮压可取为50mm
—集中荷载作用处(对于吊车轮压为吊车梁轨顶处)至腹板计算高度边缘处的距离。
图1-2 局部压应力图
如果集中荷载位于梁的中部时(如图1-3)L,则取:
图1-3局部压应力图
(3)按式(1-3)抗剪强度。
(1-3)
式中:—计算截面的剪力
—中和轴以上或以下截面对中和轴的面积矩,按毛截面计算
—腹板厚度
—毛截面绕强轴x的惯性矩
—钢材抗剪强度设计值,见附表。
(4)验算弯矩及剪力较大的截面上的折算应力,通常情况下可略去。
2、梁的刚度验算
按材料力学公式根据荷载标准值算出最大挠度,应小于容许挠度值。
梁的荷载一般为均布荷载和集中力,等截面梁均布荷载情况下可用公式1-10计算。受多个集中力情况(如吊车梁、楼盖主梁等),其挠度的精确计算比较麻烦,但由于其与受均布荷载作用的梁在最大弯矩相同情况下挠度接近,我们可以得出下列简化计算公式:
对等截面简支梁: (1-10)
对变截面简支梁: (1-11)
式中:—均布线荷载标准值;
—荷载标准值下梁的最大弯矩;
—跨中毛截面惯性矩;
—支座附近毛截面惯性矩。
3、整体稳定性按(1-12)进行验算。
(1-12)
式中:—弯矩
—中和轴以上或以下截面对中和轴的面积矩,按毛截面计算
—整体稳定性系数
注:梁整体稳定系数值的近似计算
①焊接工字形和轧制H型钢等截面简支梁的整体稳定系数应按下式计算:
(1-13)
式中——梁整体稳定等效弯矩系数,根据荷载的形式和作用位置按附表2选用;
——梁的侧向长细比,;
——梁的侧向计算长度,取受压翼缘侧向支承点间的距离;
——梁毛截面对轴的回转半径;
——梁的毛截面面积;
——梁的截面高度