5.6翻板姐合架授计 56.1截面尺寸的选择与验算 5.6,1,1裁面尺寸的这择 钢板组合梁极面设计的任务是合理地确定截面高度、腹板高度、散版厚度、翼锋宽度及厚度，以调 足梁的强度、刚度、整体稳定及局部稳定等要求，并能节省钢材，经济合理。设计顺序为首先要初步估 算梁的截面高度，然后选定腹板厚度，最后定出翼缘尺寸。下面介如得接组合梁试这截面的方法。 (1)梁的截面高度 确定梁的截面高度应考虑建筑高度、刚度条件和经济条件· 建筑高度是指梁的底面到铺板项面之间的高度，它往往由生产工艺 和使用要求决定。给定了建筑高度也纸决定了梁的最大高度久一，有时 还限制了梁与梁之间的违接形式。 刚度条件决定了梁的最小高度M,刚度条件是要求梁在全部荷载 图528铝合架的值而尺寸 标准值作用下的挠度v不大于容许挠废]，脱以Mh/2,)=代人 式（低12）中得 ￥.ML=ls] 110EL.5Eh1 式中为全部荷载标准值产生的最大弯由正应力，若此梁的抗弯强度基本用足，可令 C"13,这里1,3为假定的平均荷载分项系数。由此得梁的最小高药比的计算式 7=5134x10月6.3粥 从用料最省出发。可以定出梁的经济高度，梁的经济高度，其确切含义是满足强度、侧度、整体稳 定和局部稳定的、梁用钢量最少的高度。但条件多了之后，需按型优化设计的方法用微机求解，比较复 杂。对棱盖和平台结构来说，组合粱一般用作主粱。由于主梁的侧向有次梁支承，整体稳定不是最主要 的，所以，梁的截面一般由抗弯强度控制。以下计算的便是满足抗弯强度的、聚用钢量最少的高度。这 个高度在一般情况下就是的经济高度。由图5,28的截面： 26
26 图 5.28 组合梁的截面尺寸 5.6 钢板组合梁设计 5.6.1 截面尺寸的选择与验算 5.6.1.1 截面尺寸的选择 钢板组合梁截面设计的任务是合理地确定截面高度、腹板高度、腹板厚度、翼缘宽度及厚度，以满 足梁的强度、刚度、整体稳定及局部稳定等要求，并能节省钢材，经济合理。设计顺序为首先要初步估 算梁的截面高度，然后选定腹板厚度，最后定出翼缘尺寸。下面介绍焊接组合梁试选截面的方法。 (1)梁的截面高度 确定梁的截面高度应考虑建筑高度、刚度条件和经济条件。 建筑高度是指梁的底面到铺板顶面之间的高度，它往往由生产工艺 和使用要求决定。给定了建筑高度也就决定了梁的最大高度 max h ，有时 还限制了梁与梁之间的连接形式。 刚度条件决定了梁的最小高度 min h 。刚度条件是要求梁在全部荷载 标准值作用下的挠度 v 不大于容许挠度 vT 。现以 M h I k x k / 2( ) = 代人 式(5.12)中得 T k k x 10 5 v M l l v l EI Eh l = 式中 k 为全部荷载标准值产生的最大弯曲正应力。若此梁的抗弯强度基本用足，可令 k = f /1.3 ，这里 1.3 为假定的平均荷载分项系数。由此得梁的最小高跨比的计算式： T 6 T min k 5 1.34 10 v f l E v l l h = = (5.38) 从用料最省出发，可以定出梁的经济高度。梁的经济高度，其确切含义是满足强度、刚度、整体稳 定和局部稳定的、梁用钢量最少的高度。但条件多了之后，需按照优化设计的方法用微机求解，比较复 杂。对楼盖和平台结构来说，组合梁一般用作主梁。由于主梁的侧向有次梁支承，整体稳定不是最主要 的，所以，梁的截面一般由抗弯强度控制。以下计算的便是满足抗弯强度的、梁用钢量最少的高度。这 个高度在一般情况下就是梁的经济高度。由图 5.28 的截面： 2 3 1 x w w f x 1 2 12 2 2 h h I t h A W = + =
由此得每个翼锋的面积： 4=斯安餐 近蚁取h=么专九，则翼锋面积为 -九 4= 五6 5.39) 梁截面的总面积A为两个翼缘雨积24)与腹板面积（人，九）之和。腹板如劲助的用钢量约为腹板 用钢量的20%，故将酸板面积乘以构造系数1.2。由此得： 4=24+12.九=2+0867m九 腹板厚度与其高度有关，根据经验可取人=历B5(人和久的单位均为回。代人上得： A=2里+0248h h. 总截面积最小的条作为： d 2理+0.3T2h2=0 由此得用钢量最小时经济高度久为： h=k=6376)=26.0 式中”的单位为m,A(九)的单位为m.形呵按下式求出： M W、= af5.410 上式中，α为系数。对一般单向弯曲梁：当最大弯矩处无孔跟时《=X=1.0 :有孔眼时a0.85 0.9。对吊车梁，考虑横向水平荷找的作用可取a-0.7一0.9. 实际采用的梁高，应大于由刚度条件确定的最小高度：，而大的等于或略小于经济高度：。此 外，果的高度不能影响建筑物使用要求所需的净空尺寸，即不能大于建筑物的最大允许梁高。 确定梁高时，应适当考虑腹板的规格尺寸，一般取腹板高度为50■的倍数。 2)厦板厚度 27
27 由此得每个翼缘的面积： 3 w f x w 2 2 1 1 1 6 h h A W t h h = − 近似取 1 w h h h ，则翼缘面积为 x f w w w 1 6 W A t h h = − (5.39) 梁截面的总面积 A 为两个翼缘面积(2 Af )与腹板面积( w w t h )之和。腹板加劲肋的用钢量约为腹板 用钢量的 20％，故将腹板面积乘以构造系数 1.2。由此得： X f w w w w w 2 1.2 2 0.867 W A A t h t h h = + = + 腹板厚度与其高度有关，根据经验可取 w w t h = 3.5 ( w t 和 wh 的单位均为 mm)，代人上得: 3 2 w w x 2 0.248h h W A = + 总截面积最小的条件为: x 1 2 2 w w w 2 0.372 0 dA W h dh h = − + = 由此得用钢量最小时经济高度 s h 为： ( ) 0.4 0.4 s w x x h h W W = = 5.376 2 (5.40) 式中 Wx 的单位为 mm3， s h ( wh )的单位为 mm。 Wx 可按下式求出： x x M W f = (5.41) 上式中，为系数。对一般单向弯曲梁：当最大弯矩处无孔眼时 x = =1.05 ；有孔眼时=0.85～ 0.9。对吊车梁，考虑横向水平荷载的作用可取=0.7～0.9。 实际采用的梁高，应大于由刚度条件确定的最小高度 min h ，而大约等于或略小于经济高度 s h 。此 外，梁的高度不能影响建筑物使用要求所需的净空尺寸，即不能大于建筑物的最大允许梁高。 确定梁高时，应适当考虑腹板的规格尺寸，一般取腹板高度为 50mm 的倍数。 (2)腹板厚度
腹板主要承担梁的剪力。其厚度应满足抗剪强度的要求。初选裁面时。近似地假定最大剪应力为腹 板平均鲜应力的1.2倍，即： Tm名12≤人 h.I. 212 h人42 由式(52)确定的值往往偏小。为了考虑局部稳定和构造等因素，腹板厚度一般用 1“√瓦B.5经验会式进行告算，：和r的单位均为■实际采用的腹板厚度应考忠钢版的现有规 格，一般为2的倍数。对于非吊车梁，腹板厚度取值比式(5.2)的计算值略小，对考虑取版屈曲后强 度的聚，腹板厚度可更小但不宜小于6m,也不宜使高厚比超过250√235/了】 (3)翼峰宽皮及厚度 已知取版尺寸，由式(5,39)即可求得需要的翼缘截面积A。 翼缘板的宽度通常为4一(5~13，厚度1一4/(。翼峰板常用单层板做成，当厚度过大时 可采用双层板。确定现缘板的尺寸时，应注意调足局部稳定要，使受压翼缘的外伸宽度与其厚度1 之比咖≤1523万（弹性设计，即取六10或23万（传虑塑性发照，即取X1.05). 进择现锋尺寸时，同样应符合钢板线格，宽度取10m的倍数，厚度取m的倍数。 5.6.1.2截面验算 截面尺寸确定后，按实际速定尺寸计算各项截面几何特性，然后验算抗弯强度，抗剪强度、局部压 应力、折算应力、刚度、整体稳定和同都稳定几个方面。其中，腹板的局部稳定通常是采用配置加劲助 米保证。如果梁截面尺寸滑跨长有变化，应在截面改变设计之后进行抗剪强度、例度、折算应力险算。 562组合梁截面沿长度的改变 梁的弯矩是沿梁的长度变化的。因此，梁的截面如旋随弯矩而变化，则可节约钢材。对奇度较小的 梁，截面改变经济效果不大，或者改变截面节约的钢材不能抵消构迹复杂带来的如工因库时，则不宜改 变碳面。 单层翼缘板的焊接梁改变截面时，宜改变翼缘板的宽度（图反9）而不改变其厚度。因改变厚度时， 该处应力集中严重，且使梁项部不平，有时使梁支承其他构件不便。 梁改变一次授面的可节约钢材10%20%。如再多改变一次，约再多节约3%一4%，效果不显著。 为了便于制造，一般只改变一次截面， 该
28 腹板主要承担梁的剪力，其厚度应满足抗剪强度的要求。初选截面时，近似地假定最大剪应力为腹 板平均剪应力的 1.2 倍，即： v w w max max 1.2 f h t V max w w v 1.2 V t h f (5.42) 由式(5.42)确定的 tw 值往往偏小。为了考虑局部稳定和构造等因素，腹板厚度一般用 w w t h = 3.5 经验公式进行估算，tw 和 hw 的单位均为 mm。实际采用的腹板厚度应考虑钢板的现有规 格，一般为 2mm 的倍数。对于非吊车梁，腹板厚度取值比式(5.42)的计算值略小，对考虑腹板屈曲后强 度的梁，腹板厚度可更小但不宜小于 6mm，也不宜使高厚比超过 y 250 235/ f 。 (3)翼缘宽度及厚度 已知腹板尺寸，由式(5.39)即可求得需要的翼缘截面积 Af。 翼缘板的宽度通常为 bf = (1 5 ~1 3)h ，厚度 f f t A b = 。翼缘板常用单层板做成，当厚度过大时， 可采用双层板。确定翼缘板的尺寸时，应注意满足局部稳定要求，使受压翼缘的外伸宽度 b 与其厚度 t 之比 15 235 y b t f (弹性设计，即取 x =1.0 )或 13 235 y f (考虑塑性发展，即取 x =1.05 )。 选择翼缘尺寸时，同样应符合钢板规格，宽度取 10mm 的倍数，厚度取 2mm 的倍数。 5.6.1.2 截面验算 截面尺寸确定后，按实际选定尺寸计算各项截面几何特性，然后验算抗弯强度、抗剪强度、局部压 应力、折算应力、刚度、整体稳定和局部稳定几个方面。其中，腹板的局部稳定通常是采用配置加劲肋 来保证。如果梁截面尺寸沿跨长有变化，应在截面改变设计之后进行抗剪强度、刚度、折算应力验算。 5.6.2 组合梁截面沿长度的改变 梁的弯矩是沿梁的长度变化的，因此，梁的截面如能随弯矩而变化，则可节约钢材。对跨度较小的 梁，截面改变经济效果不大，或者改变截面节约的钢材不能抵消构造复杂带来的加工困难时，则不宜改 变截面。 单层翼缘板的焊接梁改变截面时，宜改变翼缘板的宽度(图 5.29)而不改变其厚度。因改变厚度时， 该处应力集中严重，且使梁顶部不平，有时使梁支承其他构件不便。 梁改变一次截面约可节约钢材 10％~20％。如再多改变一次，约再多节约 3％～4％，效果不显著。 为了便于制造，一般只改变一次截面
对承受均布荷载的梁，截面改变位置在距支座1/6处[图529b)]最有利。较窄现峰板宽度：应 由截面开始改变处的弯矩确定。为了减少应力集中，宽板应从截面开始改变处向弯矩诚小的一方以 不大于1：2.5的斜度切斜延长，然后与窄板对接。 多层现缘板的梁，可用切断外层板的办法来政变梁的截面（图5.30）。理论切断点的位置可由计算 确定。 图52的梁翼锋宽度的改变 为了保证被切断的现缘板在理论切断处能正常参加工作，其外仲长度11应满足下列要求， 当4≥0.7时，11b1 当4<0.75时. 11多1.501 端都无正面角捏缝11≥2h1 b】和t山分别为被切断翼缘板的宽度和厚度：f为侧面角早缝和正面角厚缝的焊脚尺寸， 图乐.30现缘板的切断及31变高度梁 有时为了降低梁的建筑高度。简支梁可以在靠近支座处减小其高度，而使翼缘截面保持不变（图 5.31),其中图5.31()构造简单制作方便。梁端部高度应根据抗剪强度要求确定，但不宜小于跨中高 29
29 对承受均布荷载的梁，截面改变位置在距支座 l／6 处[图 5.29(b)]最有利。较窄翼缘板宽度 f b' 应 由截面开始改变处的弯矩 M1 确定。为了减少应力集中，宽板应从截面开始改变处向弯矩减小的一方以 不大于 1：2.5 的斜度切斜延长，然后与窄板对接。 多层翼缘板的梁，可用切断外层板的办法来改变梁的截面(图 5.30)。理论切断点的位置可由计算 确定。 图 5.29 梁翼缘宽度的改变 为了保证被切断的翼缘板在理论切断处能正常参加工作，其外伸长度 l1 应满足下列要求： 当 f 75 1 h 0. t 时，l1≥b1 当 f 75 1 h 0. t 时， l1≥1.5b1 端部无正面角焊缝 l1≥2b1 b1 和 t1 分别为被切断翼缘板的宽度和厚度；hf 为侧面角焊缝和正面角焊缝的焊脚尺寸。 图 5.30 翼缘板的切断 5.31 变高度梁 有时为了降低梁的建筑高度，简支梁可以在靠近支座处减小其高度，而使翼缘截面保持不变(图 5.31)，其中图 5.31(a)构造简单制作方便。梁端部高度应根据抗剪强度要求确定，但不宜小于跨中高
度的1/2. 5.6.3焊接组合梁翼缘焊缝的计算 当梁弯曲时，由于相邻截面中作用在翼缘截而的弯曲正应力有差值，翼缘与腹板向将产生水平剪应 力图5.32)。沿梁单位长度的水平剪力为： 男== 式中马=S儿，人）一散板与翼缘交界处的水平背应力（与整向剪应力相等）： S1一一翼缘发面对梁中和轴的面积矩。 当腹板与翼缘板用角得缝连接时，角焊缝有效截面上承受的剪应力不应超过角焊缝强度设计值 : Ss =2x0714h, 需要的得脚尺寸为 S 4214176.48 M+AM 0+50 图5.32翼锋程缝的水平剪力 当梁的翼缘上受有固定集中荷载而未设置支承加劲助时，或受有移动集中背载（如吊车轮压）时，上 现锋与腹板之间的连接焊缝。除承受沿焊缝长度方向的剪应力外，还承受垂直于焊缝长度方向的局 部压应力： F。F 0,= 2,1.4h 因此，受有局部压应力的上翼缘与腹版之可的连接焊斜应按下式计算强度： 0
30 度的 1／2。 5.6.3 焊接组合梁翼缘焊缝的计算 当梁弯曲时，由于相邻截面中作用在翼缘截面的弯曲正应力有差值，翼缘与腹板间将产生水平剪应 力(图 5.32)。沿梁单位长度的水平剪力为： x 1 w x w 1 1 1 w I VS t I t VS v = t = = 式中 ( ) 1 1 x w =VS I t ——腹板与翼缘交界处的水平剪应力(与竖向剪应力相等)； S1——翼缘截面对梁中和轴的面积矩。 当腹板与翼缘板用角焊缝连接时，角焊缝有效截面上承受的剪应力 f 不应超过角焊缝强度设计值 w f f ： w f f x 1 f 1 f 2 0.7 1.4 f h I VS h v = = 需要的焊脚尺寸为： w x f 1 f 1.4I f VS h (5.43) 图 5.32 翼缘焊缝的水平剪力 当梁的翼缘上受有固定集中荷载而未设置支承加劲肋时，或受有移动集中荷载(如吊车轮压)时，上 翼缘与腹板之间的连接焊缝，除承受沿焊缝长度方向的剪应力 f 外，还承受垂直于焊缝长度方向的局 部压应力： e z f z f 2 1.4h l F h l F = = 因此，受有局部压应力的上翼缘与腹板之间的连接焊缝应按下式计算强度：
从而 (5.44) 式中月一一系数。对直接承受动力背我的梁（如吊车梁），月=1.0：对其他梁，月=1,22， F、以↓各符号的意义同式位，8)： 对承受动力荷载的梁《如重领工作制吊车梁和大吨位中馒工作制吊车梁)，跟板与上翼峰的连接焊缝 常采用焊透的T形对接（图5.33），此种焊缝与基本金属等强，不用计算： 图5.33张彩焊缝
31 w f 2 x 1 2 4 f f z 1. 1 f I VS l F h + 从而 2 x 1 2 f z w f f 1.4 1 + I VS l F f h (5.44) 式中 f ——系数。对直接承受动力荷载的梁(如吊车梁)， f ＝1.0；对其他梁， f =1.22。 z F、、l 各符号的意义同式(5.8)。 对承受动力荷载的梁(如重级工作制吊车梁和大吨位中级工作制吊车梁)，腹板与上翼缘的连接焊缝 常采用焊透的 T 形对接(图 5.33)，此种焊缝与基本金属等强，不用计算。 图 5.33K 形焊缝