15m跨度箱型截面钢梁设计分析

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1、广东建材2010年第12期建筑设计与装饰15m跨度箱型截面钢梁设计分析朱冬冬(同济大学土木工程学院)摘要：综述相关文献，介绍钢结构特点、优缺点、戍t}；}j范围和设计要求，并给出在给定条件下设计15m大跨度箱型截面钢梁计算实例和步骤，分析讨论与钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢桁架梁等比较的优缺点。关键词：箱型截面钢梁；钢结构；梁设计计算；承载力1钢结构简介钢结构是土木工程的主要结构形式之一，它在房屋建筑、地F建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口、矿山、水工、气柜球罐和容器管道中都得到了广泛采用；这是F

2、J于

3、钢结构与用其他材料建造的结构相比，具有自己显著的特点[1]。其丰要的优缺点：钢材重量轻而强度高；钢材的塑性和韧性好，安全町靠；钢结构工业化程度高，施T速度快；钢结构的密封性好；钢材耐热性好，但耐火性差；钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施。此外，钢材价格较贵。虽然钢结构优点甚多、用途广泛，但是设计时应尽量节约钢材，降低造价。钢结构的应用范围：大跨度结构、高层建筑结构、高耸结构、板壳结构、工业厂房结构、轻型结构、桥梁结构、移动和临时结构等。钢结构设计，要求惯彻执行国家技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适

4、用、确保质量。基本要求有：应从工程实际出发，合理选用材料、结构方案和构造措施；满-1-h足结构在运输、安装和使用过程r1I的强度、稳定和刚度要求；应优先采用定犁的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工程量；应符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能；注意美观，应复合一定建筑美学要求。钢结构设计要因地制宜，量材而用，根据工程实际选择合适的结构方案，进行技术经济比较，同时还要总结、创造和推广先进的制造和安装技术㈨2。2箱型截面钢梁钢梁是常见的结构形式，常用的有工字形钢，H型钢等。由于受到轧制设备的限制，当型钢规格

5、不能满足梁受弯的要求、或考虑最大限度地节省铡材时，町采用焊接组合截而。焊接组合截面由若干钢板、或钢板与型钢连接而成。它的截面比较灵活，有的情况_卜I可使材料的分布更容易满足工程上的各种需要，从而节省用钢。对于荷载较大而高度受到限制的梁，可考虑采用4块钢板组成的双腹板箱型截面，以及由若干个箱室组成的多室箱型截而，具有较好的抗扭刚度，在工程中应用很广泛[3]o箱型截面钢梁，属于受弯构件，其主要破坏形式有：截面强度破坏；整体火稳；局部失稳。故在在截面设计时主要考虑强度、整体稳定、局部稳定(包括腹板加劲肋的设置

6、与计算)和刚度等四个方面的要求。对承受静力荷载和问接承受动力荷载的组合梁宜考虑利用腹板的删曲后强度[4]。2．1梁的强度计算在主平面内受弯的梁，其强度计算内容包括抗弯强度、抗剪强度、腹板局部承压强度和折算应力等四项。2．2梁的整体稳定计算¨(1)在最大刚度主平面内受弯的梁斋≤f(2)在两个主平面内受弯的工字形截而梁M。+My

7、112¨b／(1)受压翼缘的局部稳定。工程构件翼缘的厚度尺寸与截面的高度尺寸相比要小的多，沿着翼缘厚度方向的应力梯度不大，呵以近似作为均匀受压构件处理。(2)腹板的局部稳定。受纯弯曲作用的腹板属于这种一45—建筑设计与装饰广东建材2010年第12期情况。(3)保证板件局部稳定的设计准则。①使板件局部失稳的临界应力小于材料的屈服强度，承载能力由强度控制：o。≥f，；②使板件局部失稳的临界应力不小于构件的整体稳定临界应力，承载能力由整体稳定控制：o。，≥争；③使板件局部失稳的临界’-X应力不小于实际工作应力

8、：o．，≥o。构件若强度起控制作用时，可以按准则①、②处理；其中准则③可能更经济一些，但承载能力储备相对小一些；若整体稳定起控制作用，则可按准则②处理。由于0。是板件宽厚比t／b与长宽比(a／b或1．J1J的函数，根据上述准则，设计公式可以转化为对板件宽厚比或长宽比的几何要求[sl。3设计实例3．1计算假定假定设计焊接箱型截面钢梁，跨度15m，荷载为24kN／m恒荷载作用于梁上翼缘。钢材采用Q345。最大弯矩设计值(发生在跨度中点)M。=l／8×24×15硅675kN·Ill最大剪力设计值(发生在梁跨两

9、端)V诎x=I／2×24X15=180kN3．2计算过程(1)腹板高度。钢梁的最小高度(按最火挠度值确定)hmin≈蔷㈩I。：!：Q!圣；望曼；；X400×1500：1388．3mm6．5X206X104上式中取Q345钢的抗弯刚度设计值为f=295N／mm2(设钢板厚度t≈17-35mm)，E=206XlOaN／nun2和[÷卜击。经济高度经验公式he=7XV瓦一30今需要的粱截面模量为w。：善：善黑X10-3：2179．2cm3”x一—